وقتی وارد دنیای CNC میشی، اولین چیزی که گیجکننده به نظر میرسه، خودِ اصطلاحاته؛ هر جا میروی حرف از G-کد، فید ریت، تولپس، محور چهارم و… است. اگر این واژهها برات شفاف نباشه، نه میتونی درست طراحی کنی، نه با اپراتور و برنامهنویس وارد گفتوگوی حرفهای بشی و نه حتی سفارش قطعه رو درست ثبت کنی.
در این مقاله میخواهیم یک بار برای همیشه، مهمترین اصطلاحات پایهای CNC را مرور کنیم. اصطلاحاتی که تقریباً در هر کارگاه و هر مقالهی آموزشی مرتبط با CNC حتماً با آنها روبهرو میشوی:
فهرست اصطلاحاتی که در این مقاله توضیح میدهیم:
- ماشین CNC – CNC Machine
- محور – Axis (X,Y,Z,…)
- اسپیندل – Spindle
- قطعهکار – Workpiece
- فیکسچر و نظامبندی – Fixture / Workholding
- ابزار برش – Cutting Tool
- سرعت اسپیندل – Spindle Speed (RPM)
- نرخ پیشروی – Feed Rate (F)
- عمق برش – Depth of Cut
- کد جی – G-Code
- کد ام – M-Code
- مسیر ابزار – Toolpath
- نقطه صفر ماشین و صفر قطعهکار – Machine Zero / Work Offset (G54…)
- حرکت سریع – Rapid Move (G00)
- تلرانس – Tolerance
- بکلش – Backlash
جدول اصطلاحات رایج CNC به صورت مختصر
| کلمه فارسی | عنوان انگلیسی | توضیح خیلی مختصر |
|---|---|---|
| ماشین CNC | CNC Machine | دستگاهی که با فرمانهای عددی کامپیوتر، عملیات برش و ماشینکاری را انجام میدهد. |
| محور | Axis (X,Y,Z, …) | جهتهای حرکتی اصلی دستگاه (چپ–راست، جلو–عقب، بالا–پایین و محورهای چرخشی). |
| اسپیندل | Spindle | موتور و شفتی که ابزار برش روی آن بسته میشود و با دور بالا میچرخد. |
| قطعهکار | Workpiece | ماده خامی که روی آن عملیات ماشینکاری انجام میشود. |
| فیکسچر / نظام | Fixture / Workholding | ابزاری برای محکم گرفتن قطعهکار روی میز دستگاه. |
| ابزار برش | Cutting Tool | مته، فرز، تیغچه و… که مستقیماً با قطعهکار درگیر میشوند. |
| سرعت اسپیندل | Spindle Speed (RPM) | تعداد دور چرخش اسپیندل در دقیقه. |
| نرخ پیشروی | Feed Rate (F) | سرعت حرکت ابزار نسبت به قطعهکار (معمولاً بر حسب mm/min). |
| عمق برش | Depth of Cut | میزان درگیری عمقی ابزار با قطعه در هر پاس. |
| کد جی | G-Code | زبان برنامهنویسی اصلی برای تعریف مسیر و حرکت ابزار. |
| کد ام | M-Code | دستورهای کمکی برای کنترل عملکرد دستگاه (اسپیندل، کولانت، توقف و…). |
| مسیر ابزار | Toolpath | مسیر دقیق حرکت ابزار روی یا داخل قطعهکار. |
| صفر ماشین / صفر قطعه | Machine Zero / Work Offset | نقطه مرجع دستگاه و نقطهای که برنامه بهعنوان مبدا روی قطعه تعریف میکند. |
| حرکت سریع | Rapid Move (G00) | حرکت بدون برش با بیشترین سرعت ممکن دستگاه. |
| تلرانس | Tolerance | دامنه مجاز خطا در ابعاد قطعه نسبت به اندازه اسمی. |
| بکلش | Backlash | لقی مکانیکی در سیستم انتقال حرکت که روی دقت اثر میگذارد. |
توضیح اصطلاحات به صورت مفصل
۱. ماشین CNC (CNC Machine)
ماشین CNC در سادهترین تعریف، یک ماشین ابزار است که بهجای دست انسان، با فرمانهای عددی که در قالب برنامه به آن داده میشود کار میکند. این ماشین میتواند فرز، تراش، روتر چوب، برش لیزر، واترجت یا حتی پرس پانچ باشد؛ چیزی که آنها را در یک خانواده قرار میدهد، استفاده از کنترل عددی کامپیوتری است.
در یک دستگاه CNC سه جزء اصلی داریم:
- کنترلر (کنترل CNC) – مغز سیستم که G-کد را میخواند و تبدیل به حرکت میکند.
- ماشین مکانیکی – شامل محورها، اسپیندل، موتورها، بالاسکروها و سازهی بدنه.
- اینترفیس اپراتور – صفحهنمایش و صفحهکلیدی که اپراتور از طریق آن برنامه را انتخاب، اجرا و وضعیت را کنترل میکند.
وقتی در مقالات دیگر درباره «انواع ماشینهای CNC» صحبت میکنیم، در واقع داریم همین مفهوم را بسط میدهیم: فرز CNC، تراش CNC، ماشین چندمحوره و… .
۲. محور (Axis)
هر زمان کسی گفت «این دستگاه سه محور است یا پنج محور؟» منظورش دقیقاً تعداد جهتهای قابلکنترل است که ابزار یا قطعهکار میتوانند در آنها حرکت کنند.
- معمولاً X راست–چپ،
- Y جلو–عقب،
- Z بالا–پایین است.
در ماشینهای پیشرفتهتر، محورهای چرخشی بهصورت A, B, C اضافه میشوند (مثلاً چرخش قطعه روی میز یا چرخش کلهگی فرز).
هر چه محورها بیشتر باشد:
- هندسههای پیچیدهتری را میتوان یکباره ماشینکاری کرد.
- نیاز به بستن چندبارهی قطعه کمتر میشود.
- اما در عوض برنامهنویسی، قیمت و نگهداری دستگاه پیچیدهتر خواهد شد.
۳. اسپیندل (Spindle)
اسپیندل قلب تپندهی دستگاه است. اسپیندل شامل:
- موتور (الکتریکی یا سروو)،
- شفت (محور چرخان)،
- بیرینگها،
- و سیستم ابزارگیر (مثل ER Collet، BT30، HSK و…).
وظیفه اسپیندل چرخاندن ابزار برش با سرعت موردنیاز است. سه پارامتر مهم اسپیندل:
- حداکثر دور در دقیقه (RPM) – مثلاً ۸۰۰۰، ۲۴۰۰۰ یا بیشتر.
- توان (kW یا HP) – هر چه بالاتر، قابلیت برش سنگینتر بیشتر.
- نوع ابزارگیر – روی دقت، سرعت تعویض ابزار و نوع پروژهها اثر میگذارد.
وقتی در برنامه CNC مینویسیم S12000 M3 یعنی اسپیندل با سرعت ۱۲۰۰۰ دور در دقیقه در جهت ساعتگرد روشن شود؛ اینجا S مربوط به Spindle Speed و M3 یک M-کد است که جلوتر توضیح میدهیم.
۴. قطعهکار (Workpiece)
قطعهکار همان ماده خامی است که قرار است در انتهای کار تبدیل به محصول نهایی شود؛ مثلاً:
- بلوک آلومینیومی،
- شفت فولادی،
- ورق پلکسی،
- یا حتی چوب MDF در روترهای صنعتی.
چند نکته مهم درباره قطعهکار:
- جنس و ابعاد آن روی انتخاب ابزار، سرعت اسپیندل و فید ریت اثر مستقیم دارد.
- نحوه بستن قطعهکار (روی گیره، میز وکیوم، پالت و…) روی دقت، ایمنی و کیفیت سطح تأثیر میگذارد.
- در برنامهنویسی، مبدا مختصات (صفر قطعهکار) معمولاً روی یکی از گوشهها یا مرکز آن تعریف میشود.
۵. فیکسچر و نظامبندی (Fixture / Workholding)
اگر قطعهکار در حین ماشینکاری حتی چند دهم میلیمتر حرکت کند، تمام دقت CNC از بین میرود. اینجاست که فیکسچر یا نظامبندی اهمیت پیدا میکند.
- فیکسچر عمومی مثل گیره، سهنظام، میز مگنت یا میز وکیوم؛
- فیکسچر اختصاصی که برای یک قطعه خاص طراحی و ساخته میشود (مثلاً فیکسچر تولید انبوه یک قطعه خودرو).
وظایف فیکسچر:
- نگهداشتن محکم قطعهکار
- تنظیم موقعیت دقیق نسبت به محورهای X,Y,Z
- کاهش لرزش و ارتعاش در حین برش
۶. ابزار برش (Cutting Tool)
ابزار برش هر چیزی است که واقعاً ماده را برمیدارد:
- متهها (Drills)
- فرزهای انگشتی (End Mills)
- تیغچههای تراش (Inserts)
- قلاویز و حدیده
- تیغهای روتر و…
چهار پارامتر کلیدی در انتخاب ابزار:
- جنس ابزار (HSS، کارباید، الماس، سرامیک و…)
- قطر و طول
- تعداد لبههای برنده (Flutes)
- نوع پوشش (TiN، TiAlN و… برای بهبود عمر و کاهش اصطکاک)
ابزار برش مستقیماً با سه اصطلاح دیگر در مقاله ما گره خورده است: سرعت اسپیندل، نرخ پیشروی و عمق برش؛ انتخاب درست این سه، یعنی عمر ابزار بیشتر، کیفیت سطح بهتر و تولید اقتصادیتر.
۷. سرعت اسپیندل (Spindle Speed – RPM)
سرعت اسپیندل یعنی اسپیندل در هر دقیقه چند دور میزند (Revolutions Per Minute). انتخاب سرعت مناسب به سه عامل بستگی دارد:
- جنس قطعهکار (مثلاً آلومینیوم، فولاد سخت، برنج، پلاستیک)
- جنس ابزار (HSS یا کارباید)
- قطر ابزار
در جداول و نرمافزارهای انتخاب ابزار، معمولاً سرعت برش (Cutting Speed) بر حسب متر بر دقیقه داده میشود و از روی آن RPM محاسبه میکنیم. اگر سرعت اسپیندل بیش از حد بالا باشد، ممکن است:
- لبه ابزار بسوزد،
- تراشهها ذوب شوند،
- و سطح کار موجدار شود.
اگر خیلی پایین باشد، باز هم اصطکاک بالا رفته و ابزار زود فرسوده میشود و سطح زبر خواهد بود.
۸. نرخ پیشروی (Feed Rate – F)
نرخ پیشروی سرعت حرکت ابزار نسبت به قطعهکار است و معمولاً بر حسب میلیمتر در دقیقه یا میلیمتر بر دور بیان میشود. در کد CNC اغلب با حرف F مشخص میشود، مثل:
G01 X50 Y20 F1200یعنی حرکت خطی تا مختصات موردنظر، با فید ریت ۱۲۰۰ میلیمتر در دقیقه.
- فید خیلی بالا → شکست ابزار، لرزش، دقت پایین
- فید خیلی پایین → زمان ماشینکاری طولانی، سایش ابزار، ایجاد برادههای ریز و چسبنده
در نرمافزارهای CAM میتوان بر اساس جنس ماده و ابزار، فید پیشنهادی را بهصورت خودکار حساب کرد، اما اپراتور حرفهای همیشه با تجربهی خود این مقدار را اصلاح میکند.
۹. عمق برش (Depth of Cut)
عمق برش یعنی ابزار در هر پاس، چهقدر در ماده فرو میرود. اگر از بالا به قطعه نگاه کنی، فید ریت را میبینی؛ اگر از کنار نگاه کنی، عمق برش را.
دو نوع عمق برش داریم:
- عمق محوری (Axial Depth) – میزان نفوذ ابزار در امتداد محور ابزار (مثلاً در Z)
- عمق شعاعی (Radial Depth) – میزان درگیری در جهت عرض ابزار (مثلاً در X یا Y)
افزایش عمق برش:
- زمان ماشینکاری را کاهش میدهد،
- اما نیرو، ارتعاش و احتمال شکست ابزار را بالا میبرد.
به همین دلیل، تنظیم عمق برش باید در کنار سرعت اسپیندل و فید ریت دیده شود؛ این سه با هم مثل سهپایهی یک مثلث تعادل در ماشینکاری هستند.
۱۰. کد جی (G-Code)
G-کد زبان اصلی برنامهنویسی ماشینهای CNC است. در این زبان هر بلوک (هر خط) یک دستور حرکت یا عملیات را تعریف میکند. مثلاً:
G00 X0 Y0 Z5G01 Z-2 F500G01 X40 Y0G02 X40 Y40 R20برخی G-کدهای بسیار رایج:
G00حرکت سریع بدون برشG01حرکت خطی با فید ریتG02اینترپولاسیون دایرهای ساعتگردG03اینترپولاسیون دایرهای پادساعتگرد
۱۱. کد ام (M-Code)
در کنار G-کد، M-کد برای کنترل کارهای کمکی دستگاه استفاده میشود؛ مثلاً:
M03روشن کردن اسپیندل در جهت ساعتگردM04روشن کردن اسپیندل در جهت پادساعتگردM05توقف اسپیندلM06تعویض ابزارM08روشن کردن کولانت (آبصابون)M09خاموش کردن کولانت
به زبان ساده: G-کد میگوید «کجا و چگونه حرکت کن»، و M-کد میگوید «چه چیزی را روشن/خاموش کن یا متوقف شو».
۱۲. مسیر ابزار (Toolpath)
مسیر ابزار یا Toolpath، مسیر سهبعدی است که نوک ابزار در فضا طی میکند تا شکل نهایی قطعه را بسازد. زمانی که در نرمافزار CAM (مثلاً Mastercam، Fusion 360 یا PowerMill) روی دکمهی «تولید Toolpath» کلیک میکنیم، نرمافزار بر اساس مدل سهبعدی، نوع ابزار و استراتژی انتخابی، این مسیر را محاسبه میکند.
چند نوع استراتژی مسیر ابزار:
- پاکتراشی خشن (Roughing)
- پرداخت نهایی (Finishing)
- حفرهکاری، سوراخکاری، پلهزنی و…
کیفیت و بهینه بودن Toolpath روی زمان تولید، عمر ابزار و کیفیت سطح اثر مستقیم دارد.
۱۳. صفر ماشین و صفر قطعهکار (Machine Zero / Work Offset)
هر دستگاه CNC یک نقطه صفر مرجع در خودش دارد که توسط سازنده تعریف شده و معمولاً قابلتغییر نیست (Machine Zero). اما در عمل ما روی هر قطعهکار، یک صفر جدید تعریف میکنیم که به آن صفر قطعهکار یا Work Offset میگویند.
در کنترلرهای متداول (مثلاً Fanuc):
G53→ مختصات ماشینG54تاG59→ سیستمهای مختصات قطعهکار (Work Offsets)
اپراتور با استفاده از پراب، لبهیاب یا دستی، صفر قطعهکار را تنظیم میکند تا وقتی در برنامه مینویسد X0 Y0 Z0، ابزار دقیقاً در گوشه یا نقطه مرجع تعریفشده روی قطعه قرار بگیرد.
۱۴. حرکت سریع (Rapid Move – G00)
حرکت سریع (Rapid) حرکتی است که در آن ابزار با بیشترین سرعت ممکن دستگاه جابهجا میشود و در حالت ایدهآل، با قطعهکار درگیر نیست. در G-کد معمولاً با G00 بیان میشود.
کاربردهای حرکت سریع:
- جابهجایی بین دو عملیات برشی
- بالا آوردن ابزار و رفتن به نقطهی امن برای تعویض ابزار
- کم کردن زمانهای مردهی ماشین
اگر در برنامهنویسی مراقب نباشیم و در مسیر Rapid، مانعی مثل گیره یا فیکسچر وجود داشته باشد، احتمال تصادف (Crash) و خسارت سنگین کاملاً جدی است.
۱۵. تلرانس (Tolerance)
در نقشههای مهندسی همیشه کنار ابعاد، یک بازهی مجاز خطا هم میبینی؛ مثلاً:
- 20 ± 0.02 mm
این بازه را تلرانس میگویند. در CNC دو چیز تعیینکننده است:
- دقت مکانیکی دستگاه (بالاسکرو، سرووموتور، بکلش و…)
- استراتژی ماشینکاری و تعداد پاسهای پرداخت
اگر نیاز به دقت بسیار بالا باشد (مثلاً تلرانس ۵ میکرون)، باید:
- دستگاه دقیق و سالم باشد،
- استراتژی برش محافظهکارانهتر انتخاب شود،
- اندازهگیری و کنترل کیفیت دقیق (CMM، میکرومتر و…) انجام شود.
۱۶. بکلش (Backlash)
بکلش همان لقی مکانیکی است که در سیستمهای انتقال حرکت (مثلاً چرخدنده یا بالاسکرو) وجود دارد. اگر دستگاه در محور X بخواهد جهت حرکت را عوض کند، ممکن است قبل از شروع حرکت واقعی، چند صدم میلیمتر «بازی» کند؛ این همان بکلش است.
پیامدهای بکلش:
- گوشههای مربع بهجای تیز، کمی گرد میشوند.
- سوراخها دقیق در نمیآیند.
- وقتی مسیر را برعکس میکنیم، اختلاف ابعادی دیده میشود.
کنترلرهای مدرن CNC امکان جبران بکلش دارند، اما اگر مشکل مکانیکی شدید باشد، باید بالاسکرو یا یاتاقانها سرویس یا تعویض شوند.