نحوه ی عملکرد ماشین های CNC و لیزر و توضیحات آن ها

Computerized Numerical Control یا به اختصار CNC به معنی وارسی شماری یا وارسی شماری توسط کامپیتور به دستگاه هایی گفته می شود که معمولا دارای حداقل دو محور x و y هستند، کنترل این محور ها توسط مقادیر دقیق توسط کامپیوتر منجر به نتیجه درخواستی از ماشین مربوطه می شود. برای مثال دستگاه های برش لیزری معمولا شامل دو محور x و y هستند و ماژول لیزر روی محور z به صورت ثابت نصب شده است. در حالی که محور های x و y حرکت می کنند درایور ماژول لیزر در جاهایی لازم فعال می شود و عمل برش یا حک را انجام  می دهد. در نتیجه کار نهایی حکاکی یا برش دقیق لیزری رو جنس مورد نظر است.

عناوین این آموزش »

معرفی دستگاه های CNC، انواع آن و کاربرد هر یک

نحوه ی کاری یک دستگاه CNC

انتخاب اندازه و ابعاد صحیح و نوع دستگاه

روش تهیه PCB با استفاده از ماشین CNC و CNC لیزر

طراحی و قطعات مورد نیاز بخش مکانیکی

انتخاب قطعات الکترونیکی لازم

معرفی دستگاه های CNC، انواع آن و کاربرد هر یک

دستگاه های CNC می توانند بسیار متنوع باشند، از فرز و برش فلزات و تراش گرفته تا انواع پرینتر سه بعدی و دستگاه های برش لیزری همگی نوعی از دستگاه های CNC هستند. حتی از این دستگاه ها برای کار های نرم تر مانند Draw board یا صفحه مخصوص نقاشی استفاده کرد، عملا این ماشین ها بجای استفاده از spindle (همان موتور) از یک خودکار یا یک ماژیک استفاده می کنند و با حرکت در محور های مختلف نقشی را رسم می کنند.

برای اینکه بتوانید وسعت کاری این ماشین ها را درک کنید باید هدف نهایی خود را از ماشین در نظر بگیرید، اگر هدف شما با حرکت در محور های x و y و z و انجام عملی در راستای این محور ها قابل انجام است، توسط یک ماشین CNC سفارشی شده می توان به این هدف رسید.

نحوه ی کاری یک دستگاه CNC

دستگاه های CNC دارای دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری هستند. این دو بخش دائما با یک دیگر در تعامل هستند. زمانی که شما فایل مورد نظر خود را از طریق نرم افزار به دستگاه می دهید. در بخش نرم افزاری با توجه به فایل شما موقعیت هر محور در طول کل مسیر مشخص می شود و این مقادر از طریق اینترفیس مربوطه (سریال، پارالل یا حتی usb) به بخش سخت افزاری فرستاده می شوند. در اینجا درایور های مربوطه موتور های مربوط به هر محور را در جایگاه مشخص شده قرار می دهند و به این صورت فایل شما به اتمام می رسد و نتیجه را بر روی موارد مورد نظرتان مشاهده خواهید کرد.

دستگاه های CNC اکثرا دارای سنسور هایی نظیر دما، استوپ انتهای هر محور، ایراد در ولتاژ ورودی و … هستند که در صورت خطا پروسه ماشین را قطع می کنند تا از بوجود آمدن خطا و یا مشکلات احتمالی جلوگیری کنند.

انتخاب اندازه و ابعاد صحیح و نوع دستگاه

دستگاه های CNC بسته به نوع کار و دقت مورد نیاز در ابعاد های متفاوتی تولید می شوند. طبیعی است هر چه ابعاد دستگاه بیشتر شود دقت کاری آن پایین میاید، هر چند این مورد به لطف درست نیست ولی در اکثر موارد صدق می کند. همچنین دقت دستگاه می تواند به نوع موتور استفاده شده در آن و درجه استپ هر موتور نیز بستگی دارد. هرچه درجه ی هر استپ کمتر باشد دقت آن بیشتر است.

برای انتخاب نوع صحیح دستگاه باید به هدف نهایی استفاده از دستگاه دقت کرد، هر چند ممکن است بتوان از مدل های مختلف در موارد دیگر نیز استفاده کرد اما دقت کار و خطاهای احتمالی در این موارد بیشتر و بیشتر خواهد شد.

در این آموزش هدف اصلی استفاده از دستگاه CNC تولید شده تراش و سوراخ کاری PCB است در ابعاد ۲۰ در ۱۰ سانتی متر است. البته صفحه مورد نظر برش در ابعاد ۳۰ در ۲۵ سانت قرار گرفته است که ۲۵ در ۲۵ سانتی متر آن توسط نرم افزار قابل استفاده است.

روش تهیه PCB با استفاده از ماشین CNC و CNC لیزر

یکی از بهترین روش های تهیه PCB استفاده از ماشین های CNC رو میزی با دقت بالاست. در این روش با استفاده از کامپیوتر میتوان کوچک ترین پکیج های ممکن مانند TQFP را روی PCB های فنول معمولی با کمترین میزان خطا پیاده کرد. همچنین از سایر مزایای آن به تقریبا صفر بودن مواد مصرفی مانند اسید و… اشاره کرد. البته ممکن است در طول تراش یا سوراخکاری ممکن است ابزار تراش و یا مته شما بشکند که در مقایسه با قسمت اسید مایع معمولی چیز زیادی نیست.

همچنین با استفاده از دستگاه های CNC لیزر (لیزر های توان پایین و غیر فلزات، مس) و روش اسپری مشکی مات و یا روش شبرنگ می توانید به راحتی PCB خود را تهیه نمایید. در این روش یک لایه رنگ روی برد زده شده و به آن اجازه میدهند تا خشک شود، سپس سایر خطوط اضافه به شکل حکاکی از روی برد با استفاده از CNC لیزر از بین برده می شوند و سپس برد را به داخل ظرفی از اسید چاپی منتقل میکنند تا خطوط اضافه مس پاک شوند. در روش شبرنگ نیز دور خطوط اصلی با لیزر برش خورده و اضافات از روی کار حذف میشوند و شبرنگ باقی مانده روی خطوط اصلی به هنگام اسید کاری از مس محافظت می کند.(روش شبرنگ برای برد های SMD مناسب نیست.)

پس اگر مثل من علاقه به الکترونیک داشته باشید و در این رشته تحصیل کرده باشید، با در دست داشتن یکی از این ماشین های CNC رومیزی و تسلط بر یکی از نرم افزار های PCB هر زمان که بخواهید می توانید مدار مورد نظر خود را با دقت بالا همانند یک فرد حرفه ای با صرف کمترین هزینه (PCB معمولی و ارزان) و بدون صرف زمان زیاد در صف انتظار شرکت های مختلف تولید PCB حتی برای یک برد کوچک؛ برد خود را فورا تهیه نمایید.

همچنین در آموزش های موجود در روی وب سایت امکان تهیه PCB آموزش مورد نظر فراهم شده است تا افرادی که به  CNC دسترسی ندارند و می خواهند از موارد داخل سایت استفاده کنند به راحتی بتوانند برد آماده(تکمیل با قطعات لحیم شده روی برد) و نیمه آماده(PCB آماده و قطعات الکترونیک لازم) با صرف کمترین هزینه و زمان را فراهم نمایند.

در آموزش های بعدی روش تهیه فایل PCB قابل قبول توسط ماشین های CNC و ماشین های لیزر داده خواهد شد.

طراحی و قطعات مورد نیاز بخش مکانیکی

برای بخش مکانیکی CNC از موارد فوق العاده زیادی میتوان استفاده کرد. با یک جست و جوی ساده مواردی عجیب را می توان مشاهده کرد که در کمال تعجب کارایی فوق العاده و با بازده بالای را دارند. عملا بخش مکانیکی شامل محور به تعداد نیازاست که بتواند توانایی حرکت یک نواخت در راستای هر محور را داشته باشد، حرکت یک نواخت به این معناست که مسیر طی شده برای یک استپ در هر زمان یکسان باشد و تغییر نکند و پرش نداشته باشد.

در ماشین های CNC از فریم های مختلفی مانند چوب، فلز حتی لوله آب، پلاستیک و حتی قطعات پرینت شده توسط پرینتر می توان استفاده کرد. در اصل مهم ترین فاکتور در این مورد استحکام، پایداری و حرکت روان هر محور بدون گیر و لگ است، اگر بتوان این مورد را فراهم کرد، اهمیتی ندارد که از چه متریالی استفاده شده و یا از چی ساخته شده اند. در ادامه آموزش ساخت دستگاه برش و حکاکی لیزری با محدوده کاری ۵۰ سانتی متر در ۵۰ سانتی متر به وسلیه ی پروفیل آلومینیوم و پلکسی گلس بر روی سایت قرار داده خواهد شد.

عامل حرکتی ماشین های CNC یا انقال قدرت از موتور به بخش مکانیکی نیز می تواند به روش های گوناگونی مانند استفاده از تسمه، اتصال مستقیم موتور و حتی استفاده از گیربکس های مختلف باشد. این فاکتور نیز همانند جنس تا زمانی که بتواند به صورت موثر انتقال قدرت داشته باشد اهمیت چندانی ندارد که چگونه انجام گیرد.

انتخاب قطعات الکترونیکی لازم

بخش الکترونیکی یک ماشین CNC شامل برد اصلی، درایور ها، موتور های استپر، منبع تغذیه، کلید های استاپ پایان و شروع هر محور و تعداد زیادی سیم می شود. برد اصلی می تواند یکی از بردهای مختلف تهیه و تولید شده در این زمینه باشد که قیمت های مختلفی از کم تا زیاد دارند. برد Arduino Uno و برد Arduino Mini به همراه شیلد های CNC مخصوص هر کدام و درایور های موجود برای این برد ها با دارا بودن هزینه ی بسیار مناسب و کیفیت و کارایی فوق العاده می تواند جایگذین مناسبی برای برد های صنعتی تولید شده باشند. ارتباط این برد ها از طریق USB بر روی پورت های مجازی Com بوده و از سادگی، کارایی و سرعت عمل بالایی برخوردارند.

در آموزش های بعدی آموزش ساخت دستگاه CNC لیزر ۱٫۶ وات با محدوده ی کاری ۶۰ سانتی متر در ۶۰ سانتی متر با استفاده از پروفیل آلومینیوم، پلکسی گلس و آردوینو و نحوه ی اتصال این دستگاه از طریق وای فای به شبکه با استفاده از برد Raspberry Pi؛ نحوه ی تست و گرید بندی این ماشین و نحوه ی استفاده از نرم افزار گاربل GBRL و تنظیم صحیح آن و نحوه ی طراحی و تبدیل فایل های برش و حکاکی قابل استفاده توسط گاربل (GCODE) با استفاده از نرم افزار CorelDraw آموزش داده خواهد شد.