ماشینکاری CNC طی سالهای اخیر از دستگاههای سهمحوره پایهای به سیستمهای پیشرفته ۴، ۵ و حتی ۶ محوره رسیده است؛ تحولاتی که امکان تولید قطعات پیچیده، کاهش زمان ماشینکاری و افزایش دقت را فراهم کردهاند. اما «چندمحوره» دقیقاً یعنی چه و چه زمانی به آن نیاز پیدا میکنیم؟ آیا میتوان یک دستگاه معمولی را ارتقا داد و محور جدید به آن افزود؟
در این مقاله، به زبان ساده و دقیق، همه این موارد را بررسی میکنیم.
ماشین چندمحوره CNC چیست؟
ماشینهای CNC معمولی معمولاً دارای سه محور اصلی هستند:
- X (حرکت چپ–راست)
- Y (حرکت جلو–عقب)
- Z (حرکت بالا–پایین)
در ماشین چندمحوره، محورهای چرخشی نیز اضافه میشود:
- محور A – چرخش حول محور X
- محور B – چرخش حول محور Y
- محور C – چرخش حول محور Z
این محورها میتوانند همزمان با محورهای خطی حرکت کنند و در نتیجه، ابزار میتواند از زوایای مختلف به قطعهکار دسترسی داشته باشد.
تعریف دقیق
ماشین چندمحوره CNC دستگاهی است که حداقل یک محور چرخشی کنترلشونده علاوه بر محورهای خطی دارد و میتواند عملیات تراش، فرز یا سوراخکاری را از چند زاویه مختلف و بدون نیاز به بستن مجدد قطعهکار انجام دهد.
انواع ماشینهای چندمحوره
ماشینهای چند محوره به 3 دسته 4، 5 و 6 محوره تقسیم میشوند که هر کدام در حوزه خاص خود کاربرد دارند.
۱. دستگاههای ۴ محوره (4-Axis CNC)
معمولاً محور A (چرخش حول X) اضافه میشود. این ترکیب باعث میشود بتوان عملیاتهایی مثل:
- ماشینکاری شفتها
- برش مارپیچی
- تراش زوایای خاص
- فرز جانبی
را انجام داد.
ویژگی کلیدی:
قطعهکار میتواند چرخانده شود و از چهار طرف مختلف ماشینکاری شود.
2. دستگاههای ۵ محوره (5-Axis CNC)
۵ محور به معنای ۳ محور خطی + ۲ محور چرخشی است. این نوع محبوبترین و پرکاربردترین سیستم چندمحوره در صنایع حرفهای است.
دو نوع اصلی دارد:
۵ محور همزمان (Simultaneous)
همه محورها در لحظه درگیر هستند.
برای تولید هندسههای پیچیده سهبعدی مثل:
- پره توربین
- ایمپلنتهای پزشکی
- قطعات قالبسازی
- قطعات هوافضا
از این مدل استفاده میشود.
۵ محور موقعیتی (Indexing)
محور چرخشی فقط قطعه را در زاویه مناسب میچرخاند و سپس عملیات با محورهای خطی انجام میشود.
3. دستگاههای ۶ محوره (6-Axis CNC)
این دستگاهها یک محور چرخشی اضافی دارند و قادرند قطعه را در تمام جهات ممکن در موقعیت مناسب قرار دهند.
کاربردها:
- رباتیک
- ماشینکاری احجام بسیار پیچیده
- تولید بدنههای خاص در هوافضا
- مدلسازی اسکلتی و فرمهای آزاد
چرا دستگاه چندمحوره اهمیت دارد؟
۱. کاهش تعداد بارگذاری (Setup)
در ۳ محور معمولی، اپراتور باید برای دستیابی به تمام سطوح قطعه، آن را چندین بار باز و بسته کند.
در چندمحوره:
✔ یک بار بستن قطعه کافی است
✔ خطای انسانی کم میشود
✔ دقت نهایی بالاتر است
۲. افزایش دقت و کیفیت سطح
وقتی قطعه جابهجا نشود:
- خطای هممرکزی کاهش مییابد
- تلرانسها دقیقتر کنترل میشود
- ناهماهنگی میان پاسها کمتر میشود
۳. قابلیت ماشینکاری هندسههای پیچیده
برخی فرمها با ۳ محور اصلاً قابل تولید نیستند.
مثلاً:
- لبههای زیرکار (Undercuts)
- سطوح پیچیده سهبعدی
- شیارهای داخلی زاویهدار
- مدلهای ارگانیک و فرمهای منحنی چند وجهی
۴. کاهش زمان تولید
با حذف مراحل جابهجایی، استفاده از مسیر ابزارهای پویا (Dynamic Toolpath)، افزایش بازدهی برش و به حداقل رساندن زمان مرده دستگاه، تولید چندمحوره تا ۴۰٪ سریعتر میشود.
کاربردهای ماشینهای چندمحوره
حال بیایید به کاربردهای پیشرفته و عملیاتی ماشینهای چند محوره بپردازیم.
۱. صنایع هوافضا
ماشینکاری پرههای توربین، محفظه موتور، قطعات بدنه هواپیما و سازههای کامپوزیتی.
۲. قالبسازی و مدلسازی
قالب تزریق پلاستیک، دایکست، ریختهگری و قالبهای لاستیک نیاز به پرداخت بسیار دقیق و فرمهای پیچیده دارند.
۳. پزشکی
تولید ایمپلنتهای تیتانیومی، ابزار جراحی و قطعات ارتوپدی دقیق با ۵ محور انجام میشود.
۴. خودروسازی
ماشینکاری قطعات بدنه، قطعات آلومینیومی سبک، بلوک موتور و اجزاء سیستم انتقال قدرت.
۵. دکور و معماری
تولید احجام اسکلتی، نقشبرجستههای پیچیده، مدلهای بزرگ چوبی و قطعات سفارشی.
آیا میتوان محور اضافی به دستگاه اضافه کرد؟
این بخش بسیار مهم است و معمولاً شرکتها هنگام خرید یا ارتقاء CNC با این سؤال روبهرو میشوند.
چگونه میتوان یک محور جدید به دستگاه CNC اضافه کرد؟
اضافهکردن محور جدید به دستگاه CNC به این معناست که باید یک سیستم محرک (Servo Motor)، انکودر دقیق، گیربکس یا مکانیزم چرخشی محوری و واحد ابزارگیر یا میز دوار (Rotary Table) به دستگاه اضافه شود و بعد این مجموعه بهصورت کامل در کنترلر CNC تعریف و هماهنگسازی (Synchronization) شود.
برای محور چهارم، رایجترین روش استفاده از یک Rotary Table اکسترنال است که از طریق کابلهای سروو و I/O به کنترلر متصل میشود و کنترلر حرکات آن را مثل سایر محورها مدیریت میکند. اما برای محور پنجم یا ترکیب دو محور چرخشی، نیاز است سیستم مکانیکی دستگاه از نظر صلب بودن، فضای کاری، ظرفیت تحمل وزن میز و تلفات ارتعاشی بررسی شود؛ چون بیشتر دستگاههای سهمحوره سبک، تحمل بار و گشتاور محورهای چرخشی سنگین را ندارند.
بهعبارت دیگر، اضافهکردن محور فقط نصب یک میز دوار نیست؛ بلکه عملیاتی کامل شامل هماهنگی نرمافزاری، سختافزاری و کالیبراسیون است.
آیا باید کنترلر دستگاه را تغییر داد؟ بهترین کنترلر برای افزودن محور جدید
در بسیاری از دستگاهها، کنترلرهای پایه یا مدلهای اقتصادی اصلاً امکان تعریف محور جدید را ندارند. حتی اگر از نظر مکانیکی محور جدید نصب شود، کنترلر باید بتواند Servo Drive اضافه را مدیریت کند، جداول پارامترهای محور جدید را ذخیره کند، و مهمتر از همه Interlock و هماهنگی حرکتی (Synchronous Motion Control) را بهدرستی انجام دهد. به همین دلیل، در اکثر موارد برای اضافه کردن محور جدید، یا باید کنترلر فعلی را ارتقا داد یا کاملاً تعویض کرد.
در بین کنترلرها، FANUC بهترین و استانداردترین گزینه برای افزودن محور جدید است؛ زیرا تقریباً تمام سریهای حرفهای آن مانند Fanuc Oi-MF، Fanuc 31i و 32i قابلیت تعریف محورهای اضافی، هماهنگسازی حرکتی چندمحوره، پشتیبانی از Rotary Table، و تنظیمات دقیق جبرانسازی (Compensation) را دارند. علاوه بر این، قطعات یدکی و مستندات فانوک بسیار کامل است و تکنسینهای زیادی در ایران روی این کنترلر تخصص دارند؛ بنابراین ارتقای دستگاه با کنترلر FANUC، کمریسکترین و پایدارترین انتخاب برای افزودن محور جدید است.
در ایران شرکت مدارپرداز با تغییر کنترلر CNC های قدیمی با کنترلرهای فانوک و وجود متخصصین و مهندسین با تجربه محور روتاری را برای شما اضافه میکند تا دستگاه شما محور جدید را در کمترین زمان داشته باشد.
وضعیت ۱: اضافه کردن محور چهارم (A axis)
در دستگاههای فرز ۳ محور، محور چهارم اغلب قابل اضافه شدن است.
بهصورت:
- Rotary Table (صفحه دوار)
- نظام چهارم محور برای تراش سبک
شرط اصلی: کنترلر دستگاه باید قابلیت پشتیبانی داشته باشد (مثلاً Fanuc Oi-MB و کنترلهای مدرن هایدنهان، سینومریک و…).
✔ مزایا
- افزایش دقت
- امکان ماشینکاری دورانی
- هزینه نسبتاً مناسب
وضعیت ۲: اضافه کردن محور پنجم
اضافه کردن محور پنجم به هر دستگاهی امکانپذیر نیست.
نیازها:
- کنترلر باید دو محور چرخشی جداگانه را پشتیبانی کند
- بدنه و ریلها باید تحمل نیروهای اضافی را داشته باشند
- نرمافزار CAM باید مسیر ۵ محور تولید کند
- میز دستگاه فضای کافی داشته باشد
در اکثر دستگاههای ۳ یا ۴ محور ارزان، اضافه کردن محور پنجم غیر اقتصادی است.
وضعیت ۳: ارتقای دستگاه به ۶ محور
این کار فقط در دستگاههای صنعتی بسیار پیشرفته یا ترکیب CNC + Robot انجام میشود.
مثلاً:
- استفاده از بازوی رباتیک بهعنوان محور چرخشی اضافه
- یا ترکیب رومیزی ۵ محور + هد چرخان مستقل
هزینهها معمولاً بسیار بالاست و تنها در کارخانههای سطح بالا انجام میشود.
جمعبندی و توصیه نهایی
ماشینهای چندمحوره CNC یکی از مهمترین تحولها در صنعت ماشینکاری مدرن هستند. اگر تولیدات شما شامل قطعات پیچیده، سطوح منحنی، دقت بالا یا تیراژ متوسط به بالاست، یک دستگاه ۴ یا ۵ محور میتواند ROI بسیار بهتری نسبت به دستگاههای ۳ محور سنتی داشته باشد.
اما قبل از خرید یا ارتقا باید به نکات زیر دقت کنید:
- نیاز واقعی پروژهها
- نوع قطعات تولیدی
- توان کنترلر
- بودجه خرید و نگهداری
- نرمافزارهای قابل پشتیبانی
- ظرفیت اپراتور و برنامهنویس