کنترلر CNC چیست؟ انواع و کاربردهای آن

کنترلر در دستگاه‌های سی ان سی، نقش اساسی را ایفا می‌کند و تعیین‌کننده دقت و سرعت انجام کار در آن‌ها است. این کنترل کننده‌ها در واقع مغز دستگاه به شمار می‌روند و با استفاده از داده های نرم‌افزاری می‌توان عملکرد مورد نظر را در آن‌ها تعریف کرد. در این مقاله به بررسی این موضوع پرداختیم که کنترلر CNC چیست و انواع کنترلر CNC را معرفی کردیم.

کنترلر CNC چیست؟

کنترلر CNC یک رابط میان اجزای الکتریکی (سرور موتورها، الکتروموتورها، سنسورها، شیرهای فرمان) و اجزای مکانیکی سی ان سی است که وظیفه دارد تمام توابع دستوری و کنترلی نرم‌افزاری و الکترونیک (plc) را کنترل کرده و با هماهنگی زمانی و مکانی صحیح، آن را به صورت حرکت‌های مکانیکی و حقیقی درآورد. به عبارت بهتر شما با استفاده از این کنترلرها می‌توانید با دستگاه خودتان حرف بزنید و دستورات لازم را برای حرکت اجزای مختلف به آن بدهید.

همچنین کنترل به عنوان واحد فرمان ماشین، وضعیت دستگاه مانند سرعت حرکت محورها و اسپیندل، مراحل انجام کار، زمان‌بندی کارها، اینترلاک‌های ایمنی، اندازه‌ها و موقعیت‌ها را کنترل می‌کند و به شما گزارش می‌دهد. یعنی اگر یکی از مراحل فرایند، بر طبق دستورات داده شده، درست انجام نشود یا یکی از اجزای سیستم مشکلی داشته باشد یا نکات ایمنی ضروری رعایت نشده باشد واحد کنترلر سی ان سی این مورد را بررسی کرده و خطای موجود را به شما گزارش می‌دهد.

بنابراین در پاسخ به سوال کنترلر CNC چیست، باید بگوییم که ما با مغز متفکر سیستم مواجه هستیم که تمام فرمان‌های مختص به دستگاه سی ان سی را به اجزای مکانیکی و نیرو محرکه ماشین منتقل می‌کند. با توجه به این تعریف مشخص می‌شود که امکانات و دقت سیستم کنترل CNC تاثیر زیادی بر روی روند کارهای صنعتی دارد و می‌تواند به صورت مستقیم بر روی دقت ساخت قطعات مختلف با دستگاه CNC تراش یا فرز و غیره تاثیر بگذارد.

قسمت های مختلف کنترلر سی ان سی

کنترلر CNC بر اساس دستورالعمل‌هایی کار می‌کند که از طریق نرم‌افزار سی ان سی، واحد کنترل ماشین و دستگاه پردازش به آن داده می‌شود. در ادامه به بررسی دقیق‌تر هریک از این قسمت‌ها خواهیم پرداخت.

• نرم افزار CNC

نرم‌افزار CNC اصلی‌ترین راه برای انتقال دستورات به کنترلر به شمار میرود. که از سه بخش اصلی به نام‌های سیستم‌عامل، رابط کاربری و رابط ماشین استفاده می‌شود.

• واحد فرمان سروو موتور ( درایو ها )

دومین قسمت از کنترلر CNC واحد کنترل و راه اندازی موتور (درایو) است که در بیشتر دستگاه‌ها موتور‌های حرکتی محورها و اسپیندل یا هد عملگر را شامل می‌شود.

• واحد کنترل ماشین یا MPU

(MPU) Micro Processor Unit یا واحد کنترل ماشین قسمتی از کنترلر CNC است که به صورت متوالی برنامه‌های نرم‌افزاری و دستورالعمل‌های واردشده را اجرا می‌کند. در نتیجه می‌توان گفت که بخش مربوط به رابط‌های ورودی و خروجی، CPU و حافظه را شامل می‌شود.

نحوه عملکرد کنترلر CNC

کنترل‌های CNC برای کار و اعمال یا دریافت دستور از یک سری کد به نام G Code (کدهای اصلی) و M Code (کد جانبی) استفاده می‌کنند. با منعکس کردن این کدها، کنترل کننده CNC می‌تواند محورهای دستگاه را کنترل کرده و عملکرد مورد انتظار را ایجاد کند. این حرکت‌ها شامل حرکت یا دوران محورها و دستورات فرعی می‌شوند. برای اینکه بتوان در نهایت، دستورات ورودی را در دستگاه سی ان سی اجرا کرد، باید مراحل مختلفی طی شوند که عبارت هستند از:

1- طراحی رایانه ای ( نرم افزارهای CAD)

با استفاده از کامپیوتر می‌توان یک طرح کلی دو بعدی یا سه بعدی از قطعه مورد نظر را طراحی کرد. خروجی پرونده‌های CAD در کنترلر CNC جدید قابل بارگذاری هستند و مشخصاتی مربوط به ابعاد و ساختار قطعه را به آن وارد می‌کنند. به این ترتیب کنترل کننده برای ساخت قطعات چند بعدی هدایت می‌شود.

2- تبدیل CAD به کدهای قابل فهم توسط کنترلر CNC (نرم افزار های CAM)

خروجی که از نرم‌افزار CAD گرفته می‌شود، توسط نرم افزار های CAM به کدهای قابل فهم توسط کنترل، ترجمه می‌شوند که می‌تواند خروجی نرم‌افزاری را به G Code و M Code تبدیل کرده و آن‌ها را برای کنترلر ارسال کند. ( عموما تمام دستگاه های CNC  امکان کد نویسی دستی و بدون استفاده از رایانه را دارند.)

3- آماده سازی دستگاه

در این مرحله اپراتور وظیفه دارد که دستگاه و قطعه‌های کاری را آماده کند تا کنترلر CNC بتواند بر اساس برنامه ورودی، بر روی آن کار کرده و دستورات مورد نظر را اجرا کند.

4- اجرای فرایند

در مرحله آخر، زمانی که کدها آماده می‌شوند و اپراتور برنامه را به کنترل کننده CNC وارد می‌کند، این قطعه عملکرد اصلی خود را شروع کرده و حرکت‌های مکانیکی را در قسمت‌های مختلف کنترل می‌کند. نکته‌ای که باید بدانید این است که انواع کنترلر CNC، بر اساس مدار داخلی خود دستورات را انتخاب می‌کنند و به همین دلیل است که بعضی از آن‌ها امکان اجرای طرح‌های پیچیده‌تر را دارند. همین موضوع یکی از دلایل اصلی در تفاوت قیمت فرز CNC یا دستگاه‌های تراش است.

توابع کنترل کننده سی ان سی

برای اینکه بتوان عملیات مکانیکی را با استفاده از کنترلرهای cnc مدیریت کرد، نیاز به تعریف دو نوع تابع داریم. توابع کنترلر CNC به دو دسته اولیه و انتخابی تقسیم می‌شوند. توابع اصلی در واقع قسمت اساسی در عملکرد کنترلر هستند و معمولا در خروجی‌های نرم‌افزاری تعریف می‌شوند. اما توابع انتخابی بستگی به نوع مدار داخلی، انواع کنترلر cnc دارند و می‌تواند با توجه به مشخصات دستگاه، توسط کاربر یا اپراتور مورد استفاده قرار گیرند.

انواع کنترلر CNC از نظر ساختار

سیستم‌های کنترل کننده سی ان سی از نظر ساختار و مدار داخلی در سه دسته قرار می‌گیرند. در ادامه به معرفی انواع کنترلر CNC می‌پردازیم.

• کنترلر CNC کامپیوتری یا PC based

کنترل کننده‌های سی ان سی که بر اساس PC ساخته می‌شوند، از رایج‌ترین انواع کنترلر CNC در صنعت هستند. در این نوع، برای پردازش اطلاعات از کامپیوتر یا پی سی استفاده می‌شود و این خصوصیات و سرعت PC است که سرعت کنترلر را تعیین می‌کند. برای استفاده از کنترلر PC Based نیاز به برد واسط الکترونیکی داریم که تعداد ورودی‌ها و خروجی‌ها را افزایش داده و در نتیجه سرعت دستگاه را بالا می‌برند.

• کنترل کننده CNC نیمه کامپیوتری یا Semi PC Based

یکی دیگر از انواع کنترل کننده CNC به نام Semi Pc Based شناخته می‌شود که عملکرد آن‌ها هم به پی سی و هم به یک برد مخصوص در کنار آن بستگی دارد. به عبارت بهتر قسمت اصلی پردازش در این نوع از کنترل کننده‌ها، توسط برد انجام می‌شود؛ اما کامپیوتر هم قسمتی از این فرایند پردازشی را به عهده دارد و به همین دلیل باید با استفاده از کابل به Semi PC Based متصل شود. این نوع از کنترل کننده سی ان سی نسبت به PC Based، سرعت بیشتری دارد و قیمت کنترلر CNC نیمه کامپیوتری هم بیشتر است.

• کنترلر سی ان سی بدون نیاز به کامپیوتر یا Stand Alone

یکی دیگر از انواع کنترلر CNC که قدرتمندترین آن‌ها به شمار می‌رود، دارای عملکردی کاملا مستقل از پی سی یا کامپیوتر است و به نام Stand Alone شناخته می‌شود. بخش زیادی از توابع در کنترلر CNC بدون کامپیوتر، به صورت سخت‌افزاری تهیه شده‌اند و به همین دلیل سرعت این دستگاه بسیار بالا است.

انواع کنترلر CNC از نظر تعداد محورها

معیار دیگری که برای طبقه‌بندی انواع سیستم کنترل سی ان سی مورد توجه قرار می‌گیرد، تعداد محورهایی است که این کنترل کننده‌ها توان کنترل آن‌‌ها را دارند. برای مثال کنترلر CNC دو محور، تنها به دو محور دسترسی می‌دهد و می‌تواند حرکت‌ها را در یک صفحه مدیریت کند. انواع دیگر کنترل کننده سی ان سی از نظر تعداد محورها به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سیستم کنترلی دو و نیم محوره که دارای 3 محور است اما حرکت سه بعدی را مدیریت نمی‌کند.
• کنترلر CNC سه محور که در هر سه بعد کار می‌کنند.
• کنترل کننده‌های چهار محور که علاوه بر حرکت در سه بعد، امکان چرخش اضافی را هم فراهم می‌کنند.
• کنترلر سی ان سی پنج محور که سه محور اصلی دارند و امکان چرخش در امتداد Y و Z را هم فراهم می‌کنند.

قیمت کنترلر CNC

قیمت انواع کنترلر CNC به دلیل تفاوت در مدارهای داخلی و نوع عملکرد، با هم متفاوت است. به عبارت بهتر یکی از عوامل موثر بر روی قیمت کنترل کننده‌های سی ان سی، کامپیوتری بودن یا نبودن آن‌ها است. دستگاه‌های Stand Alone که مستقل از کامپیوتر کار می‌کنند و سخت‌افزار قدرتمندتری دارند، با قیمت بیشتری هم به بازار عرضه می‌شوند. در کنار این‌ها قیمت کنترلر CNC با تعداد محورهای بیشتر، بالاتر است؛ زیرا قادر به مدیریت حرکت‌های مکانیکی پیچیده‌تری هستند.

سوالات متداول