پنج روند تازه در ماشین آلات ماشین کاری CNC در سال 2021

ماشین‌کاری مبتنی بر کنترل عددی توسط کامپیوتر (یاCNC ) زیرمجموعه‌ای از فرآیندهای تولید است که از کنترل‌های کامپیوتری و ماشین‌ابزار برای حذف لایه‌های مواد و تولید قطعۀ موردنظر استفاده می‌کند. ماشین‌کاری CNC از جمله متداول‌ترین روش‌های ساخت است. با این وجود، این سیستم مبتنی بر فناوری‌ای است که ابتدا در قرن 18 توسعه یافت.
آغاز صنعتی‌شدن در اواسط قرن هجدهم شاهد پیشروی‌های فناورانه ماشین‌کاری CNC بود. با این وجود، تا زمان جنگ سرد زمان برد تا این فناوری به‌صورت خودکار (اتوماتیک) ارائه شود و بعد از آن بود که روش ماشین‌کاری CNC به‌طور کامل محقق شد. سرانجام در سال 1952، ریچارد کگ، چینچیناتی میلاکرون هیدروتل را که اولین میلینگ ماشین (Milling Machine) مدرن CNC محسوب می‌شد، توسعه داد.

فناوری میلینگ به تکامل خود ادامه می‌دهد و هر ساله در کنار فناوری‌های کامپیوتری و تولیدی که به‌سرعت در حال پیشرفت هستند، در حال توسعه است. در میان اختلالات و موانع پیش‌رو از جمله رونق سریع فناوری‌های هوشمند و همه‌گیری کووید-19 (و تاثیرات مداوم آن بر بازار)، تولیدکنندگان به‌طور فزاینده‌ای به‌دنبال راه‌هایی برای بهبود بهره‌وری و انعطاف‌پذیری و درعین‌حال کاهش هزینه‌ها در فرآیند تولید هستند.

این چالش نیازمند به‌کارگیری گستردۀ فناوری‌های جدیدی است که احتمالا برخی از آن‌ها در سال آینده در کل صنعت جا خوش خواهند کرد. این پنج روند در افق صنعت هستند و مطمئنا مسیر ماشین‌کاری CNC را در سال 2021 شکل خواهند داد.

 1) محورهای بیشتر برای صرفه‌جویی بیشتر در هزینه‌ها

ماشین‌های CNC سنتی دارای حرکت خطی در سه محور هستند. در حین اینکه بسیاری از ماشین‌های CNC کنونی دارای یک تخت متحرک (بستر متحرک) هستند، مرکز میلینگ سه‌محوره همچنان ثابت می‌ماند و برش‌دهنده خود حرکت می‌کند. به‌طور معمول، با یک ماشین سه‌محوره، بستر به‌صورت خطی در امتداد دو محور حرکت می‌کند، درحالی‌که دوک در امتداد محور سوم به بالا و پایین حرکت می‌کند. ماشین‌هایCNC  چهارمحوره با ترکیب یک محور چرخشی، برش دقیق‌تری را ممکن می‌سازند.
به‌طور معمول، کلۀ چرخان محور چهارم، بر بالای میز دستگاه و قطعۀ موردنظر، روی صفحۀ چرخان محور چهارم نصب می‌شوند. این نوع از ماشین‌آلات چهارمحوره برای تولید وسایل و قطعات پزشکی و قطعات با هندسۀ پیچیده بسیار مناسب هستند.

درنهایت، این ماشین‌های پنج‌محوره بودند که اوج توانایی ماشین‌آلات میلینگ را به نمایش گذاشتند. این ماشین‌ها، ریزماشین‌کاری را امکان‌پذیر می‌کنند و می‌توانند برش‌های بسیار دقیق را در سرعت‌های بسیار بالا ایجاد کنند. آن‌ها از محور خطی و دو درجۀ آزادی چرخشی تشکیل شده‌اند. با اینکه ماشین‌آلات چهار و پنج‌محوره سال‌هاست که تجاری شده‌اند، به‌تازگی از نظر مالی برای بسیاری از تولیدکنندگان قابل دسترس شده‌اند.

علاوه‌براین، ماشین‌‎های CNC قدیمی را نیز می‌توان به‌گونه‌ای بازسازی کرد که محورهای بیشتری را شامل شوند. اضافه‌کردن یک ترانیون، امکان شیب و چرخش بیشتر را برای ماشین فراهم می‌کند. یک ماشین سه‌محوره به‌آسانی به یک ماشین پنج‌محوره تبدیل خواهد شد. این قابلیت‌های دستگاه را افزایش می‌دهد و امکان انجام عملیات بیشتر با تنظیمات کمتر را فراهم می‌کند.

با توجه به اینکه هر تنظیم نیازمند راه‌اندازی مجدد، مواد اولیه و زمان است، هرچه تعداد تنظیمات کمتر شوند مستقیما روی صرفه‌جویی هزینه تاثیرگذار خواهد بود. درعین‌حال، تکثیر ماشین‌آلات چندمحوره قیمت‌ها را برای ماشین‌های کوچکتر CNC کاهش می‌دهد و عمل میلینگ را برای عملیات‌های کوچک و علاقه‌مندان در دسترس‌‌تر می‌کند.

 2) راه‌حل‌های جهانی برای ابزارسازی

وسایل خلاسازی یا صفحات خلاء که برای پروژه‌های خاص استفاده می‌شوند (پروژه‌هایی که یا قطعات به‌سختی محکم می‌شوند و یا ممکن است به‌راحتی تغییر شکل دهند)، درگذشته به‌صورت سنتی و برای هر پروژه به‌طور سفارشی ساخته می‌شدند. در نتیجه بسیار پرهزینه‌ بوده و بیشتر تولیدکنندگان از استفاده از آن‌ها اجتناب می‌کنند، مگر اینکه بسیار ضروری باشد.

با این حال، معرفی پایه‌ها و سیستم‌های جهانی مانند Pierson SmartVac و سیستم نگهداری UV Blue Photon، پیکربندی سفارشی یک قطعه را برای چندین عملیات ممکن کرد‌ه‌اند. این ابزارها به‌عنوان یک جایگزین کلید در دست برای سیستم‌های سفارشی، ساخت قطعات خاصی را تنها با کسری از هزینۀ قبلی ممکن می‌سازند.

شرکت نوآوری‌های ماتریکس (Matrix Innovations) راه‌حل مشابهی را به‌شکل فَک‌های نرم (Soft Jaws) ایجاد کرد که می‌توانند سفارشی‌سازی شده و برای چندین عملیات مورداستفاده قرار بگیرند. میزهای خلاء و فک‌های نرم قابل استفاده مجدد با کمک هم، تکمیل پروژه‌های پیچیده ماشین‌کاری CNC را بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر کرده‌اند.

 3) استفادۀ بیشتر از رباتیک

با اینکه مدت زیادی است که از ربات‌ها در ماشین‌‌کاری CNC استفاده می‌شود، اخیرا ربات‌های مشارکتی (یا Cobotها) به‌طور گسترده مورداستفاده قرار گرفته‌اند. کوبات‌ها برخلاف ربات‌های صنعتی، طوری طراحی ‌شده‌اند که بتوانند نزدیک کارگرهای کارخانه کار کنند. برنامه‌نویسی این دسته از ربات‌ها به‌شکلی است که بتوانند به‌صورت شهودی (بصری) کار کنند. همچنین می‌توان عملیات موردنظر را به‌وسیلۀ حرکات دستی به آن‌ها آموزش داد.

با توجه به پیشرفت سیستم‌های بصری ربات‌ها، پذیرش و به‌کارگیری کوبات‌ها به‌سرعت در حال افزایش است. درست مانند اتومبیل‌های شرکت تسلا که مجهز به سیستم‌های بصری هستند و می‌توانند اتومبیل‌های دیگر و یا عابران پیاده را تشخیص دهند، سیستم بصری متصل به کوبات‌ها هم عملکردی مشابه دارند. کوبات‌ها آموزش می‌بینند تا ببینند، تشخیص دهند، بلند کنند و قطعات را در جای مناسب خود قرار دهند.
با توجه به اینکه این نوع از ربات‌ها نیازمندی حداقلی به برنامه‌نویسی و آموزش دارند، به‌ندرت نیازمند سرمایه‌گذاری زمانی هستند. انتظار می‌رود که این فناوری به بهر‌ه‌وری بیشتر کارگران کمک کند و همچنین با کاهش احتمال خطای انسانی در بلندمدت، هزینه را کاهش دهد. علاوه بر این، با توجه به اینکه قابلیت‌های یادگیری ماشین به‌طور روزافزون در حال پیشرفت و کاربرد در سیستم‌های رباتیک هستند، پیش‌بینی می‌شود که کوبات‌ها در آینده‌ای نزدیک به همکاران موثری در محیط کار بدل شوند.

 4) پیشرفت‌ در آموزش نیروی کار

سازندگان تجهیزات به‌طور فزاینده‌ای نمایشگرهای سه‌بعدی CAD را در پلتفرم ماشین‌های استاندارد خود نصب می‌کنند. این نمایشگر به‌عنوان راهنمای تصویری اولیه برای راه‌اندازی و پیشرفت عملیات عمل خواهد کرد و حتی می‌توان آن را طوری تنظیم کرد تا فیلم‌های عیب‌یابی را هم ارائه دهد.

استفاده از این نرم‌افزار در تجهیزات ماشین‌کاری CNC نه‌تنها در آموزش نیروی کاری بلکه در بالابردن اثربخشی و کارایی آن‌ها به تولیدکنندگان کمک خواهد کرد. با اینکه این فناوری هزینۀ اولیۀ بالایی دارد، اما در درازمدت، با کاهش خطای اوپراتور در صرفه‌جویی هزینه‌ها موثر خواهد بود.

 5) پیشرفت‌ در نرم‌افزارهای CAD/CAM

در عرض 5 تا 10 سال گذشته طراحی و ساخت به کمک نرم‌افزارهای کامپیوتری (نرم‌افزارهای CAM و CAD) به‌طور فزاینده‌ای دموکراتیزه شده‌اند. این نرم‌افزارها که زمانی بسیار گران بودند، اکنون نه‌تنها مقرون‌به‌صرفه‌تر بلکه در دسترس‌تر از قبل هستند. این نرم‌افزارها اکنون کاربرپسند و قدرتمند و با گرافیک بصری مناسبی ارائه می‌شوند. نرم‌افزارهای ارتقا یافتۀ کنونی کارایی و دقت را افزایش می‌دهند و جریان کاری نوآورانه‌تری را ایجاد می‌کنند.
علاوه بر این، نرم‌افزار CAD/CAM ادغام‌های بسیاری را با پلتفرم‌های ماشین، نرم‌افزارهای مبتنی بر تعریف مدل (MBD)، سیستم‌های نمایشگر سه‌بعدی و موارد دیگر ارائه می‌دهد. این ادغام‌ها احتمال خطای کاربر را به حداقل می‌رسانند و دسترسی به نرم‌افزار CAD/CAM را افزایش می‌دهند.
پیشرفت در ماشین الات عایق کاری (نورد ورق و ... ) در سال های اخیر در ایران بسیار چشم گیر بوده است