Cnc 2- structure of cnc machines - hiast

اآلالت الرقميةCNC Machines

مكونات اآلالت الرقمية وتصميمها

27 October 2014 1CAM. Dr. Ahmad Almaleh

مخطط املحاضرة

مقدمة

متطلبات آالت التشغيل الرقمية.

مكونات آالت التشغيل الرقمية.

املشاكل امليكانيكية في محاور نقل الحركة.

نظام املراقبة والقياس.

نظام املناولة.

الفارزة الرقميةHartford Pro 1000AG


متطلبات آالت التشغيل الرقمية

متطلبات األتمتة:

تبديل أوتوماتيكي ألدوات القطع وللقطع.

إخالء الرايش بشكل أوتوماتيكي وتنظيف القطع.

متطلبات المرونة:

ل بسيط من إمكانية االنتقال من تشغيل قطع معينة إلى أخرى مختلفة بتدخ.العامل أو بدونه

رةإمكانية تخزين عدة برامج تشغيل وطلب المناسب منها عند الضرو.

متطلبات اإلنتاجية:

استطاعة كافية للمحركات.

جساءة كبيرة في جسم وهيكل اآللة.


متطلبات الدقة:

دقة المنزلقات ومحاور الحركة.

االهتزازاتمتانة عالية لآللة والقدرة على امتصاص.

قياس وتدقيق أبعاد القطع.

استخدام حساسات وضع عالية الدقة والوثوقية.

نوعية جيدة لوحدة التحكم.

الحراريةاستقرارية حرارية لآللة بهدف تفادي التشوهات.

مراقبة اهتراء أدوات القطع.



متطلبات الوثوقية:

مراقبة أوتوماتيكية ألدوات القطع وشروط القطع.

إخالء الراش بشكل جيد.

عدد أعطال أصغري.



مكونات آالت التشغيل المبرمجة

المكونات الميكانيكية

نظم القيادة

النظم المساعدة



المكونات الميكانيكية

لقطع وهي عبارة عن محاور التشغيل و أدوات القطع وميكانيزمات تثبيت ا

.التي يجري تشكيلها

كهربائية تتصل هذه الميكانيزمات مباشرة بالمفعالت التي قد تكون محركات

.أو هيدروليكية أو هوائية أو حتى يدوية في بعض األحيان


قميةالرآلالت التشغيلالجسم الميكانيكي

جسم اآللة

المنزلقات

المحاور الدوارة

جمل نقل الحركة

المحركات

الحساسات أجهزة قياس السرعة الوضع و الزاوية

منظومة أداة القطع


جسم اآللة

المتطلبات:

متانة.

جساءة.

تخميد االهتزازات.

توصيل حراري

بنية الجسم:

فونت.

اسمنت مسلح.

صفائح ملحومة.

غرانيت.

أشكال األجسام:

فارزات.

مخارط.


1127 October 2014 CAM. Dr. Ahmad Almaleh

المتطلبات:

المتانة

تحمل السرعات العالية

تخميد االحتكاك واالهتراء

أنواع المنزلقات المستخدمة

مع مدارج كروية خطية: منزلقات اسطوانية.

مستوية، بشكل حرف ، هيدروستاتيك، ذات مدارج: منزلقات مسطح

دحروجية خطية، سطوح مغطاة بمادة ذات معامل احتكاك منخفض

المنزلقات


المنزلقات


المحاور الدوارة

المتطلبات:

متانة.

40000وقد تصل إلى . د\دورة4000إلى 30سرعات عالية من.د\دورة

استقرار المحور.

أنواع المحاور المستخدمة:

هيدروستاتيكية أو هيدروديناميكية: بسيطة.

بمدارج دحروجية أو كروية.


(: الرقمي)المحور

أخذ يمثل درجة حرية للجزء المتحرك في اآللة، حيث يمكن لهذا المحور أن ي

جميع المواضع الممكنة بشكل مستمر ت-انطالقا من تعليمة رقمية– أي . قريبا

.أن التحكم يتم بالموضع والسرعة

نصف المحور :

التحكم بالسرعة، ويكون له عدد محدود من يتم ال حركي هو محور

يمثل درجة حرية للجزء ISO (NFZ 68-020)الوضعيات وفق المعيار العالمي

.من اآللة( انسحابي، دوراني)المتحرك

الحركات دائاتجاهات يتم ربط جملة إحداثيات مباشرة بالقطعة وتعتبر نسبيا ما

.كهالقطعة التي تعتبر ثابتة بالرغم من إمكانية تحرالقطع واأداةبين

محاور الحركة



المحور(Z :)افق يكون مطابقا لمحور الدوران الرئيسي، الجهة الموجبة تو

.حركة المحور بحيث تزداد المسافة بين األداة والقطعة

المحور(X :) ي ف( األطول شوطا)محور الحركة الرئيس في اآللة

يأخذ االتجاه الموجب في . مستوي توضع األداة أو القطعة

.الفارزات الطرف اليميني للعامل عندما يقف أمام اآللة

المحور(Y:)يكمل مجموعة المحاور المتعامدة .

المحاور(A,B,C:)تمثل محاور التدوير وفق المحاور السابقة

(X,Y,Z)نها الجهة الموجبة لهذه المحاور توافق دورا. بالترتيب

.عكس عقارب الساعة



المتطلبات:

متانة.

سرعة استجابة.

(.دون خلوصات)دقة

اهتزازات قليلة.

أنواعها:

لألشواط القصيرة والمتوسطة، : محور مقلوظ مع صامولة بكريات

.%90مردود

ة لألشواط الطويلة، قطر مسنن كبير لزياد: جريدة مسننة مع مسنن

.التعشيق


جمل نقل الحركة


المحركات

محركات محور الدوران الرئيسي:

كهربائية :

.األكثر استخداما

30 كيلووات30إلى 5د، استطاعة من \دورة4000إلى.

تحكم وثوقية، تكلفة أقل، صيانة سهلة، يمكن ال: ذات تيار متناوب

.بالسرعة من خالل تغيير التردد

عند الحاجة إلى مجال واسع من السرعات: ذات تيار مستمر.

هيدروليكية:

د\دورة30000تستعمل عند الحاجة إلى سرعات عالية.


المحركات

محركات المحاور الخطية:

كهربائية بشكل عام.

كيلووات، سرعات غير عالية1استطاعة بحدود.

حالة دارة مغلقة : محركات تيار مستمر(Closed Loop.)

حالة دارة مفتوحة : محركات خطوية(Open Loop) لآلالت الخفيفة ،

.mm 0.01نسبيا، دقة

محركات تيار متناوب.


المحركات


الحساسات

تكمن أهمية الحساسات بأنها االجهزة التي سوف تعطي المعطيات الراجعة

FeedBackلجهاز التحكم في اآللة الرقمية ومنها:

قياس موضع أو مسافة.

قياس سرعة.

قياس درجة حرارة.

قياس عزم فتل.

قياس التدفق.

قياس الضغط


23

Encoderمرمز الوضع

أو جهاز يستخدم لتحويل معلومات الموضع الخطي

الدوراني إلى إشارات كهربائية


24

ENCODERS


25

INDUSTRIAL APPLICATIONS of

ENCODERS


26

RESOLVERS

محول دوراني يولد إشارات خرج

متناسبة مع وضع الدوار



تتلخص مهمة نظم القيادة فيما يلي:

لالتحكم والتنسيق وتحقيق التزامن على مستوى النظام كك

توليد معالجة جميع اإلشارات الداخلة وتعليمات برنامج التشغيل و

.إشارات الخرج المناسبة

ي التحكم بالمحاور الرقمية لآللة لتحقيق الحركات المطلوبة ف

.برنامج تشغيل القطعة

لدائريإجراء العمليات الحسابية المتعلقة باالستيفاء الخطي أو ا

إمكانية التخاطب مع حواسب أخرى.



تتألف نظم القيادة بشكل أساسي من:

وحدة التحكم الرقمي

وحدة التحكم المنطقيPLC

(لوحة مفاتيح، شاشة إظهار)الطرفيات


وحدة المعالجة المركزية

CPU

بطاقة محور

ذاكرة

RAM

وحدة اتصال

جملة حركة

Xمحور

شاشة تخاطب لوحة ادخالمداخل اتصال

وحدة تحكم

منطقية

PLC

محاور

غير

رقمية

حساسات

إشارات

تنبية

بطاقة محور

بطاقة محور

بطاقة محور

جملة حركة

Yمحور

جملة حركة

Zمحور

جملة محور رأس الدوران

وحدة قيادة

وحدة قيادة

وحدة قيادة




وتتألف من:

مركزيةالرئيسية المعالجة الوحدة

الذاكرة

بالمحاور الرقميةالتحكم وحدات

وحدة التحكم المنطقي ربط معPLC


الذاكرة

تؤمن الذاكرة حفظ المعلومات التالية:

ة نظام برنامج نظام التحكم الخاص باآللة الرقمية، ويعتبر بمثاب

.التشغيل في الحاسب، ويخزن في ذاكرة قابلة للقراءة فقط

المعلومات الخاصة باآللة مثل شوط الحركة األعظمي والتوابع

األساسية لآللة والتسارع األعظمي للمحاور، وتخزن هذه

.المعلومات أيضا في ذاكرة قابلة للقراءة فقط

البرامج الالزمة لتنفيذ القطع


برمجيات وحدة التحكم الرقمي

:تنقسم هذه البرمجيات إلى ثالثة أقسام

ير تتضمن األدوات البرمجية المستخدمة عند تحض: برمجيات التطويرلمحاكاة، برنامج التشغيل مثل مترجمات البرامج، المحرر، تخزين الملفات، ا

.....التخاطب مع المستثمر

بمحاور تتضمن البرامج الالزمة للتحكم بالزمن الحقيقي: برمجيات النظامالت وتبادل كما تحتوي أيضا على نظام التشغيل للنظام وبرامج االتصا. اآللة

الرسائل وإظهار المعلومات على الشاشة، باإلضافة لنظام إدارة إشارات .الطوارئ

ة بالعملية برمجيات خاص: تنقسم إلى قسمين رئيسيين: برمجيات التطبيقمخارط، )تغطي دارات التشغيل الخاصة بصنف معين من اآلالت

على تلبية متطلبات خاصة من أجل وبرمجيات وظيفية تعمل..( فارزات،.التحكم بتجهيزات كهربائية لآللة

توافق إن معظم آالت التشغيل الرقمية الحديثة أصبحت مزودة بنظام حاسوبي م.windows xxتتكامل مع نظام التشغيل IBMمع


وحدات التحكم بالمحاور الرقمية

وتتألف من:

دارات القيادة للمحركات

حساسات للموضع

ن تتصل وحدات القيادة مباشرة مع وحدة المعالجة فترسل لها بيانات ع

.الموضع والسرعة وتستقبل أوامر التحريك منها


يتم تأمين وصل مباشر بين وحدة التحكم الرقمي والـPLC عبر خطوط

ة أقل اتصال مباشرة، مما يؤدي إلى تحقيق مجال أوسع من الوظائف وتكلف

.PLCحيث يمكن االستغناء عن المعالج الصغري الخاص بالـ

مية في تعمل هذه الوحدة على تنفيذ وظائف التحكم لمحاور التحكم غير الرق

:اآللة مثل

فتح أو إغالق الترس في المخرطة.

تبديل أدوات القطع من مخزن أدوات القطع.

اإلشارات الضوئية المختلفة.

PLCوحدات التحكم المنطقي


شكل مبسط لوحدات التحكم الرقمي




النظم المساعدة

سبيل وهي نظم مهمتها تسريع العملية اإلنتاجية و تحسين أدائها، نذكر على

:المثال

الروبوت

نظم التبريد

نظم إزالة الرايش

DNC



نظام المناولة والنقل

روبوت جسري روبوت متعدد

الروابط مستقل

ذراع مثبتة على

اآللة


ذراع مثبتة على اآللة

سلبيات

يخدم آلة واحدة

حمولة محدودة

يعيق تدخل العامل

إيجابيات النظام

بساطة التصميم واالستثمار

عةكلفة شراء وصيانة غير مرتف

حجم صغير


روبوت جسري ذو جائز محوري واحد

سلبيات

كلفة مرتفعة

نظام تخزين ذو حركة عرضية

ايجابيات

امكانية تجميل قطع ثقيلة

عدم إعاقة تدخل العامل

سرعة وتسارع عاليين


روبوت متعدد المفاصل مستقل

سلبيات

كلفة شراء وصيانة مرتفعة

تصميم معقد

تصعوبة تحقيق بعض المسارا

ايجابيات

مرونة عالية في الحركة

واالستخدام

إمكانية تخديم أكثر من آلة

دقة وضع جيدة






حامل أدوات القطع








حركةالمشاكل الميكانيكية في محاور نقل ال

الخلوصات

المرونة

التسامحات البعدية والهندسية

االهتزازات

االحتكاك

التمدد الحراري

األخطاء التجميعية

التقادم

التعب

االهتراء


الخلوصات

االستجابةتؤثر سلبا على دقة الموضع وعلى استقرارية التحكم وعلى زمن.

الحلول:

خلوصاتالتي تحتوي على ميكانيزمات التجنب.

استخدامBall & Screw.

قياس مباشر للوضع.

قياس الخلوص.


تصميم محور خطي


تصميم محور خطي


تؤثر على الدقة وعلى التحكم

مثال:

استقامة المزالق

الحلول:

ميكانيكية.

برمجية.

Screw

Actual

Slide Theory

Slide

التسامحات البعدية والهندسية


االهتزازات

األسباب:

عدم التوازن الديناميكي.

قوى القطع.

عدم استقرار التحكم.

الحلول:

(.إضافة او إزالة مادة)التوازن الديناميكي

في حاالت خاصة استخدام أدوات قطع ذات أسنان غير موزعة على

.المحيط بشكل منتظم

تحسين استقرار التحكم بزيادة االحتكاك وتخفيض الربحKp

ققان والتأكد من ربط حساسات السرعة والموضع بحيث يح( للمصحح)

.توازن ستاتيكي27 October 2014 55CAM. Dr. Ahmad Almaleh

نظام المراقبة والقياس

عمل اآللة بشكل مستقل وآمن يحتاج إلى:

مراقبة اهتراء وانكسار أداة القطع.

قياس أبعاد القطع المشغلة.

طرق قياس اهتراء أداة القطع:

ات يتم حساب زمن العمل لكل أداة قطع إما باستخدام الحساب: الطريقة األولى

ذا أو بتنفيذ تجارب االهتراء المسبقة، ويخزن ه( Taylor, Gilbert)النظرية

.الزمن في نظام القياس

لشكلين قياس اهتراء أداة القطع بشكل فعلي، وذلك وفق أحد ا: الطريقة الثانية

:التاليين

الشكل المباشر.

الشكل غير المباشر.


نظام المراقبة والقياس

يمكن أن يتم بعدة طرق: الشكل المباشر:

بواسطة مجس كهر وميكانيكي.

اع من يتم قياس سطح االهتراء على أداة القطع باستخدام شع: قياس بالليزر.الليزر

ة وقياس سطح االهتراء بمعالجة رقميالمهترء تصوير بالكاميرا للسطح.للصورة

يمكن تحقيقه بطرق مختلفة من أهمها: الشكل غير المباشر:

ور يتم القياس باستخدام حساس قوى يوضع عند المحا: قياس قوى القطع.المناسبة

آللةقياس االستطاعة المستهلكة من قبل المحرك الكهربائي لمحور الحركة ل.

قياس االهتزازات في اآللة.

قياس الضجيج الناتج عن اآللة.


طرق مراقبة أدوات القطع

مراقبة انكسار

األداة

مراقبة اهتراء

األداة

مراقبة

مباشرة

مراقبة غير

مباشرة

تصوير

رابالكامي

قياس قوى القطع

قياس االستطاعة

المستهلكة

الشغلةقياس أبعاد

قياس االهتزازات

والضجيج

مراقبة

مباشرة

مجس ميكانيكي

قياس بالليزر

يراتصوير بالكام

طع قياس ابعاد الق

المشغلة

يتجريب

نماذج

ةرياضي

حساب عمر

أداة القطع


نظام قياس أبعاد القطع المشغلة

توجد طريقتان للقياس:

القياس خارج اآللة.

القياس على اآللة.



يمكن أن تتم بإحدى الطريقتين: القياس خارج اآللة:

دا اس أبعاد يركب قرب آلة التشغيل ويكون معيقمجهاز خاص مزود ب

ا وذلك ألن لقياس قيم محددة مسبقا، تستخدم عندما يكون عدد القطع كبير

.الجهاز يحتاج لتدخل بشري إلعادة معايرته عند تغيير اإلنتاج

ه باهظ تكون هذه اآللة مبرمجة وعامة، يتميز بأن: آلة قياس ثالثية األبعاد

لها من ستعمل عادة في الورشات المرنة المؤتمتة أو يتم تشغيتالثمن و

.قبل عامل بشكل مباشر



يوجد العديد من الطرق من أهمها: القياس على اآللة:

الليزر.

الصور الرقمية.

لمجس في هي األكثر شيوعا حيث يوضع ا: االلكترونية-المجسات الميكانيكيةعة أحد األمكنة المخصصة ألدوات القطع في المخزن، أثناء قياس أبعاد القطوعند حدوث التماس بين القطعة والمجس يقوم هذا األخير بإرسال إشارة

اطيسي كهربائية إلى وحدة التحكم الرقمي لآللة وذلك بواسطة التحريض المغنجب أو األشعة تحت الحمراء أو بواسطة سلك كهربائي، ولكن في هذه الحالة ي

:األخذ بعين االعتبار بعض العوامل التي تقلل من دقة القياس ومن أهمها

وجود سائل التبريد أو الرايش على القطعة.

هاالتمدد الحراري الناتج عن الحرارة المخزنة في القطعة أثناء تشغيل.

لتي تشوه القطعة بعد فك تثبيتها، حيث تتحرر القطعة من اإلجهادات ا.تخضع لها أثناء تشغيلها ومسكها


أجهزة التثبيت على الفارزة

The following clamping variations can be distinguished for

milling machine.

Jaw Chucking

Magnetic Chucking

Modular Chucking

The milling cutter machine table with its T-slots is the basis

for work part clamping. Depending on how the work part is

to be clamped, the following clamping devices can be

distinguished:

Mechanical clamping devices

Hydraulic clamping devices

Pneumatic clamping devices

Electric clamping devices27 October 2014 CAM. Dr. Ahmad Almaleh 62

أجهزة التثبيت

27 October 2014 CAM. Dr. Ahmad Almaleh 63

أجهزة التثبيت الميكانيكية


Shallow clamps are used for flat work parts whose surfaces need to

be kept free for machining.


الملزمة اليدوية

Machine vises are easy to use and reliable.

They are used for clamping smaller work

parts. Alignment is achieved with a

measuring gauge.

Figure 1.19 : Machine Vise27 October 2014 CAM. Dr. Ahmad Almaleh 66

Figure 2.20 : Power Transmission


Universal machine vises can be horizontally as well as

vertically turned. Furthermore, there are also vises that

pneumatically generate clamping power.

Figure 2.21 : Precision Sine Vise27 October 2014 CAM. Dr. Ahmad Almaleh 68

أجهزة التثبيت المغناطيسية

Work parts made of iron can be clamped with

electromagnetic devices. The work part is drawn to

the clamping plate after a current is switched on. It

can be easily removed after the current is switched

off.

Figure 1.22 : Electromagnetic Clamping Plate


الفارزة الرقمية

Hartford Pro 1000AG - Vertical Machining Centre


http://forsale.mtdcnc.com/new-machine-tools/Hartford-Pro-1000AG---Vertical-Machining-

Centre_2096.asp

vertical Machining Centre

Table/Pallet Working Surface

1,150 x 600 mm

Table/Pallet Load 700 kg

Axis Travel - X 1,000 mm

Axis Travel - Y 600 mm

Axis Travel - Z 510 [630] mm

Dist. Between Spindle Centre &

Column 650 mm

Dist. Between Spindle Nose &

Table/Pallet

Surface 100 to 730 mm





شاشة بيانيةوحدة كتابة

مج وتنقيح برنا

G-code



















لفةلوحة قيادة والتحكم باآللة الرقمية باألنماط المخت




نمط شريط المعلومات نمط وحدة الذاكرة نمط إدخال المعطيات اليدوي

نمط التحريك اليدوي نمط التحريك الدفعي نمط التحريك اليدوي السريع نمط صفر اآللة






تنفيذ بلوك واحد نمط وحدة الذاكرة إلغاء البلوك

تهيئة إعادة اإلقالع إقفال اآللة إيقاف الطاقة اآللي


مفاتيح اختيار السرعات العظمى لحركة اآللة الرقمية




لةمؤشرات الحالة لمستويات الزيت والحساسات العاملة في اآل




قاطع األمان توقيف العمل جزئيا إعادة العمل| بدء العمل




ناخب سرعة التغذية ناخب سرعة القطع




مفاتيح تحريك محاور اآللة



Engineering

Cnc 2- structure of cnc machines - hiast