سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
هدف این پروژه آشنایی با ماشین های CNC و اصول اولیه عملکرد آنها می باشد. در انتهای این پروژه نیز خواهید توانست یک سیستم ساده مکانیابی از نوع مدار باز توسط موتور پله ای بسازید....
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : سارا قیصری
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ماشین CNC

ماشین cnc

نوع پروژه: مکانیک- الکترونیک

درجه سختی: دشوار

هدف پروژه: هدف این پروژه آشنایی با ماشین های CNC و اصول اولیه عملکرد آن ها می باشد. در انتهای این پروژه نیز خواهید توانست یک سیستم ساده مکانیابی از نوع مدار باز توسط موتور پله ای بسازید.

خلاصه پروژه: در این پروژه ابتدا شما را با انواع CNC ها و نحوه عملکرد آن ها آشنا می کنیم و سپس شما را برای ساخت سیستم مکانیابی یک CNC ساده راهنمایی خواهیم نمود.

 

وسائل مورد نیاز:

 منبع تغذیه- مواد پالس ساعت- شمارنده مدار محرک و کنترل جهت چرخش موتور- استپ موتور- ریل های راهنما- پیچ متری بدنه و دیواره های دستگاه- قطعه نعلی شکل- بلبرینگ- میکروسوئیچ- کلیدها- سیم برق

 

1. ماشین های CNC چگونه کار می کنند؟

فرض کنید در یک کارخانه تولید مواد شیمیایی سمی کار می کنید و باید این مواد سمی را که هم گاز سمی دارد و هم روی پوست اثر مخرب دارد از یک نقطه برداشته و در نقطه دیگری با ماده دیگری ترکیب کنید. آیا شما جرات انجام این کار را با دست دارید؟

 

وحشتناک تر از آن فرض کنید که این کار را بخواهید در این کارخانه تولیدی روزی 1000 بار انجام دهید.

بنابراین شما به ماشینی احتیاج دارید که در یک فضای کاملا بسته بتواند با فرمان شما ظرفی را از نقطه معینی برداشته و در نقطه دیگری که شما تعیین می کنید محتویات این ظرف را در ظرف دیگری بریزد.

در کلیه مباحث جاری هرگاه با لغت ماشین برخورد می کنیم منظورمان یک دستگاه خودکار یا نیمه خودکار است. و منظور از ماشین CNC، ماشینی که توسط اعداد کامپیوتری کنترل می شود.

 

ما در این پروژه قصد داریم چنین ماشینی را طراحی کرده و بسازیم که البته حرکت آن فقط در یک بعد می باشد. قسمت مهم این ماشین در واقع بخش کنترل آن می باشد که قادر است فرمان دریافتی از شما را به نوعی به ماشین منتقل کند. و در واقع این قسمت در عین حالی که خود کاربردهای فراوانی در صنعت اتوماسیون دارد، بصورت خیلی ساده می تواند به شما نحوه عملکرد یک ماشین CNC ابتدایی را نیز بیاموزد.

 

بجز سمی بودن مواد دلایل متعدد دیگری نیز برای استفاده از چنین ماشینی در صنعت وجود دارد. برای درک بهتر این موضوع باید به تفاوتهای انسان و ماشین توجه کنیم.

به نظر شما چه تفاوتهای عمده ای بین انسان و ماشین وجود دارد؟

آیا شما قادر به کار کردن در محیط خیلی گرم ، خیلی سرد و یا مملو از گازهای سمی هستید؟

آیا شما می توانید کار خود را بطور پیوسته در 24 ساعت شبانه روز انجام دهید؟

آیا سرعت عمل شما در چنین شرایطی به اندازه یک دستگاه خودکار است؟

به نظر شما اگر از انسان خواسته شود تا این قطعه را جهت عملیات بعدی درست 306 میلیمتر دورتراز نقطع ای که آن را برداشته قرار دهد می تواند این کار را دائم با همین دقت انجام دهد؟

آیا اساسا به نظر شما یک انسان که قدرت خلق یک ماشین اتوماتیک با این مشخصات را دارد، شایسته است که خودش وقتش را صرف انجام این عملیات تکراری نماید یا بهتر است وقت خود را صرف کارهایی نماید که از عهده ماشین خارج است. مثل فکر کردن؟

 

پاسخ به سوالات فوق، مزایای استفاده از ماشین به جای انسان را در صنعت تا حدی روشن می کند که به اختصار به شکل زیر دسته بندی می شوند.

1- دقت بالاتر در اغلب موارد

2- سرعت بالاتر

3- خستگی ناپذیری

4- قابلیت کار در شرایط محیطی سخت

5- انعطاف پذیری و قابلیت برنامه پذیری بال

اکنون سعی کنید کاربردهای دیگری از ماشینی که می تواند موقعیت خود را شناسایی کند را معرفی کنید و راه حل هایی فیزیکی پیشنهاد کنید که بوسیله آن ماشین بتواند موقعیت خود را شناسایی کند؟

 

2. روشهای مختلف ساخت یک ماشین CNC ساده

در زیر به معرفی دو دسته عمده از روش های تعیین موقعیت یک جسم توسط ماشین می پردازیم.

الف ) روش حلقه بسته

در این روش یک مدار فرمان وجود دارد که به جسم فرمان حرکت می دهد. قسمت متحرک شروع به اجرای فرمان می کند و حرکت می کند، ولی تا کی باید به حرکت ادامه دهد؟ بدبهی است تا زمانی که به نقطه مورد نظر برسد.

بنابراین علاوه بر مدار فرمان و قسمت متحرک، یک مدار الکترونیکی دیگر در هر لحظه از زمان بررسی می کند که آیا قسمت متحرک به نقطه مورد نظر رسیده است یا خیر. اگر جسم به نقطه مورد نظر نرسیده بود، مدار فرمان هنوز به قسمت متحرک دستور حرکت می دهد و اگر جسم به نقطه مورد نظر رسیده بود مدار فرمان دستور حرکت خود را قطع می کند و این باعث می شود که جسم در نقطه مورد نظر توقف کند. اگرچه مدار فرمان است که حرکت را متوقف می کند ولی اطلاعات مورد نیاز برای آنکه آیا زمان توقف رسیده است یا خیر را از مدار اندازه گیری مسافت بدست می آورد.

در این سیستم به مداری که این اندازه گیری را انجام می دهد مدار فید بک یا پس خور گفته می شود.

ماشین cnc
 

در این روش ما حتما به مداری نیاز داریم که بتواند میزان حرکت جسم را اندازه گیری نماید و برای این کار از روش های مختلفی می توانیم استفاده کنیم که در زیر به دو نمونه آن اشاره می کنیم.
 

a) روش الکتریکی

فرض کنید که قسمت متحرک به سر وسط یک رئوستا یا پتانسیومتر100 کیلواهم متصل باشد. همچنین فرض کنید یک اهم متر مقاومت الکتریکی بین سر وسط و سر انتهایی رئوستا را نشان دهد.

با حرکت قسمت متحرک ماشین CNC ، مقاومت الکتریکی رئوستا تغییر می کند و اهم متر این تغییر را نشان می دهد. وقتی قسمت متحرک در انتهای سمت راست رئوستا قرار دارد مقاومت الکتریکی برابر صفر خواهد بود و با دور شدن قسمت متحرک از سمت راست مقدار این مقاومت افزایش می یابد و در هر لحظه مقدار مقاومت نشان داده شده در اهم متر متناسب با میزان فاصله سر وسط رئوستا از سمت راست می باشد.

به نظر شما چه محدودیت هایی در این روش وجود دارد؟

b ) روش انکودر

در این روش ما مستقیما طول مسافت پیموده شده را اندازه گیری می کنیم و بنابراین خطای رئوستا را حذف می کنیم و در عوض پیچیدگی مدار افزایش می یابد.

ما در طول مسیر حرکت نشانه هایی را قرار می دهیم که توسط سنسورهای الکترونیکی قابل شناسایی باشند و سپس در طول حرکت محور این نشانه ها را شمارش می کنیم.

 

قبل از اینکه به تشریح دقیق تر روش انکودر بپردازیم باید حداقل با یکی از سنسورها آشنا شویم. در الکترونیک قطعاتی وجود دارند که به نور حساس هستند و در صورت تابیده شدن نور به آنها یکی از مشخصات الکتریکی آنها تغییر می کند. به عنوان مثال اگر نور به آنها نتابد مقاومت الکتریکی آن ها خیلی زیاد بوده و اجازه عبور جریان را از خود نمی دهند و اگر نور به آنها بتابد مانند یک سیم هادی عمل نموده و به راحتی جریان الکتریکی را از خود عبور می دهند.

 

حال اگر در مقابل این سنسور یک منبع نور نقطه ای قرار دهیم و این مجموعه را در طول جسمی که در فواصل معینی دارای سوراخ است حرکت دهیم تا زمانی که به سوراخ ها نرسیده باشیم جسم بین منبع نور و سنسور قرار دارد، نوری به سنسور نمی تابد و مقاومت آن خیلی زیاد بوده و جریانی را از خود عبور نمی دهد.

به محض آنکه این مجموعه در مقابل سوراخها قرار گیرد، نور به سنسور تابیده می شود و مقاومت الکتریکی آن کم شده و اجازه عبور جریان را از خود می دهد و در همین لحظه می تواند یک فرمان الکتریکی صادر نماید و اطلاع دهد که اکنون در مقابل سوراخ قرار گرفته است.

 

به عنوان مثال فرض کنید به قسمت متحرک یک سنسور نور و منبع نور متصل کنیم و در طول مسیر حرکت روی یک محور کمکی سوراخ های ریزی در فواصل یک سانتیمتری قرار دهیم.

در طول حرکت هر بار که این منبع نور و سنسور نور در مقابل سوراخ قرار می گیرند سیستم متوجه می شود که یک سانتی متر دیگر را پیموده و با شمارش این سوراخها توسط یک شمارنده دیجیتال در طول مسیر می توان میزان مسافت طی شده را اندازه گیری نمود.

البته روش های خیلی پیچیده تر و دقیق تر نیز وجود دارند ولی هدف از این پروژه بیشتر آشنایی و ساخت یک وسیله خودکار برای اندازه گیری مسافت است و ما بررسی و ساخت مدارهای پیجیده تر را به فرصت های دیگری واگذار می کنیم.

به نظر شما اشکالات و محدودیت های این روش چیست؟

تصویر متحرک زیر عملکرد این ماشین را نمایش می دهد.

 
 
 

 

ب ) روش حلقه باز

در این روش ما یک سیستم فرمان داریم و یک سیستم متحرک. سیستم فرمان که اغلب یک مدار الکترونیکی است موقعیت مورد نظر را از ما دریافت کرده و به قسمت متحرک که اغلب یک سیستم مکانیکی است فرمان می دهد که به آن نقطه برود. در این روش فرض می شود که قسمت متحرک در اجرای فرمان خطایی نمی کند. بنابر این نیازی نیست که ما آزمایش کنیم که آیا قسمت متحرک به همان نقطه ای که ما فرمان داده ایم رفته است یا خیر. در اینجا سیستم ساده تر است ولی اگر قسمت متحرک فرمان ما را درست اجرا نکند هرگز متوجه این خطا نخواهیم شد. با این حال این روش هنوز فوق العاده پر کاربرد است. یکی از جدیدیترین کاربردهای این سیستم درقسمت متحرک هد پرینتر های سوزنی است.

 

ماشین cnc

 

با توجه به نمای نشان داده شده از سیستم حلقه باز در مقایسه با سیستم حلقه بسته می توان به ماهیت نام آن ها نیز پی برد. سیستم حلقه باز فاقد مدار فیدبک می باشد.

در این روش نکته اصلی این است که چگونه قسمت متحرک را بسازیم که مطمئن باشیم در اجرای فرمان ما خطا نمی کند. این عمل را به روشهای مختلفی می توان انجام داد ولی یکی از جدیدترین و دقیق ترین این روش ها که ما نیز از آن استفاده خواهیم کرد استفاده از موتور پله ای است.

این موتور که می تواند در انواع مختلف ساخته می شود اغلب دارای 5 سیم است. اگر این 5 سیم به یک مدار الکترونیکی ساده وصل شوند با اعمال هر بار تحریک به این مدار، این موتور به گونه ای ساخته شده است فقط به اندازه 8/1درجه می چرخد و سپس منتظر تحریک بعدی می شود. بنابراین با فرض آنکه موتور از زاویه صفر درجه شروع به حرکت کند، با شمردن تعداد تحریکها ،که در الکترونیک دیجیتال کار بسیار ساده ای است، بسادگی می توان در هر لحظه فهمید که اکنون موتور در چه زاویه ای قرار دارد.

 

به نظر شما اگر بخواهیم این موتور 36 درجه بچرخد چند بار باید آن را تحریک کنیم؟

جواب از تقسیم 36 بر 8/1 بدست خواهد آمد و برابر 20 می باشد.

با استفاده از چنین موتوری برای آنکه ما موتور را به اندازه زاویه خاصی بچرخانیم کافیست تعداد تحریک های مورد نیاز را بدست آورده و کاری کنیم که مدار فرمان به همان تعداد دفعات موتور را تحریک کند.

ماشین cnc

یک مقایسه ساده نشان می دهد که اگرچه سیستم حلقه باز در ظاهر ساده تر از سیستم حلقه بسته است ولی در عوض هم مدار فرمان آن پیچیده تر است و هم قسمت متحرک آن.

در پیایان لازم است متذکر شویم که ما در اینجا در باره موتور بحث کردیم که دارای حرکت دورانی است، ولی ما قصد داریم یک حرکت خطی را کنترل کنیم و بنابراین باید به فکر یک سیستم مکانیکی نیز باشیم که حرکت دورانی را به خطی تبدیل می کند. در این مورد در طی پروژه به تفصیل صحبت خواهیم کرد ولی به عنوان یک دید اولیه می توانید به نوع حرکت یک مهره روی پیچ وقتی که شما مهره را با یک دست گرفته اید و با دست دیگر پیچ را می چرخانید دقت کنید.

 

3. ساخت دستگاه

بخش ساخت را به سه قسمت تفکیک می کنیم.

• بخش الکترونیک

o منبع تغذیه

o مولد پالس ساعت clock

o شمارنده

o مدار محرک و کنترل جهت چرخش موتور

o موتور پله ای

 

• بخش مکانیک

o ریل های راهنما

o میل مارپیچ

o بدنه و دیواره

o قطعه نعلی شکل

o بوش و بلبرینگ های مورد نیاز

 

• ملاحظات مونتاژ و ارتباط الکترونیک و مکانیک

o میکروسوئیچه

o کلیدهای تغییر چهت

o سیم کشی کارآمد

o تنظیمات

 

3-1: بخش الکترونیک

- منبع تغذیه

هر مدار الکتریکی و الکترونیکی برای کار کردن نیاز به یک منبع انرژی الکتریکی دارد. در بعضی وسایل این انرژی می تواند مستقیما از برق شهر که یک ولتاژ متناوب است (AC) تامین شود مثل چرخ گوشت ، جارو برقی و غیره. ولی اغلب مدارهای ظریف الکترونیکی به نوع دیگری از انرژی الکتریکی که اصطلاحا به آن برق مستقیم یا ثابت (DC) می گوییم نیاز دارند.

 

به همین دلیل اغلب وسایل الکترونیکی ظریف یا با باطری کار می کنند و یا در آن ها یک مدار الکترونیکی وجود دارد که ولتاژ متناوب برق شهر را به یک ولتاژ ثابت DC تبدیل می کند. این مدار الکترونیکی را منبع تغذیه می نامیم.

در سیستم مورد بحث ما چون مدارهای دیجیتال TTL و CMOS هر دو می توانند با ولتاژ 5 ولت ثابت کار کنند ما نیاز به یک منبع تغذیه داریم که انرژی مورد نیاز این مدارهای کنترلی ما را تامین کنند.

از طرف دیگر ما یک موتور DC هم داریم که باید با ولتاژ ثابت کار کند و ما بایدولتاژ مورد نیاز آن را نیز بسازیم. در اینجا نکته ظریف و در عین حال مهمی وجود دارد که ممکن است بعدها مورد سوال واقع شود.

آیا می توان انرژی مورد نیاز موتور و مدارهای کنترل را از یک منبع تغذیه تامین نمود؟

جواب این سوال اگرچه مثبت است ولی به دلیلی که ذکر خواهیم نمود ما در این پروژه و اغلب پروژه های مشابه از چنین روشی استفاده نمی کنیم.

 

در اغلب سیستم های الکترومکانیکی مدار های الکتریکی به دو بخش قدرت و کنترل تقسیم می شوند.

بخش کنترل بخشی است که انرژی کمی مصرف می کند و وظیفه آن تنها گرفتن اطلاعات ، تصمیم گیری و فرمان دادن است. این در حالی است که بخش قدرت وظیفه اجرای فرمان را دارد و اغلب انرژی زیادی مصرف می کند. در بعضی سیستمها ممکن است بخش قدرت و کنترل اساسا نیاز به ولتاژهای متفاوتی داشته باشند ولی حتی اگر این ولتاژها یکسان هم باشند ما از دو منبع تغذیه مجز برای بخش کنترل و قدرت استفاده می کنیم. ولی چرا؟

 

بخش قدرت دارای مصرف انرژی بالایی است و بنابراین جریان زیادی از منبع انرژی ما می کشد. وقتی از منبع تغذیه جریان زیادی کشیده می شود بدلیل طبیعت منابع تغذیه DC که از یک خازن در خروجی استفاده می کنند ولتاژ منبع تغذیه دارای نوسان می شود که به آن ریپل می گویند. هر چه جریان مصرفی بالاتر باشد دامنه این ریپل ها نیز بیشتر است. این ریپل ها برای بخش قدرت اغلب زیانی ندارند ولی می توانند باعث آسیب دیدن بخش کنترل و یا مختل کردن عملکرد آن شوند. در صورتیکه منابع تغذیه این دو بخش از هم جدا باشند بخش قدرت که با وجود ریپل به کار خود ادامه می دهد و بخش کنترل نیز که دارای منبع تغذیه مستقل است چون مصرف جریان زیادی ندارد با ریپلی هم مواجه نمی شود و در نتیجه صحیح عمل خواهد نمود. بنابراین ما به دو منبع تغذیه نیاز داریم که دارای مشخصات زیر هستند.

منبع تغذیه بخش قدرت

 

منبع تغذیه بخش کنترل

 

بسته به نوع موتور بین 5 تا 12 ولت

5 ولت

 

قابلیت جریان دهی بسته به نوع موتور بین 1 تا 3 آمپر

قابلیت جریان دهی حد اکثر 1 آمپر

 

بدون نیاز به رگولاسیون خیلی دقیق

رگوله شده بدون ریپل

 

مدارهای ps1 , ps2 دو پیشنهاد برای منابع تغذیه بخش کنترل و قدرت مورد استفاده در این سیستم هستند. در مدار PS2 از مدار مجتمع 7805 که یک رگولاتور 5 ولت است استفاده شده است. که می توانید در اغلب کتاب های الکترونیک با این قطعات و نحوه عملکرد آن ها آشنا شوید.

مدار ps1 نیز یک منبع تغذیه فوق العاده ساده است که رگولاتور خاصی در آن پیش بینی نشده و تنها از یک فیلتر خازنی برای کاهش ریپل خروجی استفاده شده است.

ماشین cnc
ماشین cnc
- مولد پالس ساعت (CLOCK)

دربسیاری از مدارهای دیجیتال سیگنالی وجود دارد به نام پالس ساعت. این سیگنال به صورت متناوب بین 0 و 1 منطقی نوسان می کند و بنابراین شکل موج آن شبیه به یک قطار پالس مستطیلی است.

ماشین cnc

این سیگنال دو امکان را در سیستم فراهم می کند.

 

- امکان انجام یک سری عملیات با توالی خاص

به عنوان مثال در یک سیستم فرض کنید که می خواهیم موتور A روشن شود. سپس چراغ B روشن شود و در نهایت موتور A و چراغ B خاموش شوند و این عمل مدام تکرار شود.

سیگنال پالس ساعت این امکان را می تواند فراهم کند. و هر پالس معرف شروع یکی از فعالیت هاست. پالس اول موتور A را روشن می کند. پالس دوم چراغ B را روشن می کند و پالس سوم موتور A و چراغ B را خاموش می کند.

 

- امکان ایجاد درکی از زمان برای مدار

فرض کنید شما در مدار شمارنده ای دارید که این پالسها را می شمارد. اگر در هر ثانیه یک پالس تولید شود، آنگاه شمارنده شما در هر لحظه ثانیه های سپری شده را نشان می دهد. و اگر تعداد پالسها بیش از 1 عدد در ثانیه باشد، شمارنده همواره کسری از زمان سپری شده را نشان خواهد داد.

به عنوان مثال فرض کنید فرکانس پالس ساعت 10 هرتز باشد ( یعنی 10 پالس در هر ثانیه) ، در این شرایط عدد نشان داده شده در شمارنده اگر 525 باشد یعنی از زمان شمارش تا کنون 5/52 ثانیه گذشته است.

این دو امکان ساده در مدارهای دیجیتال آنقدر مهم هستند که ما دیگری نیازی به تشریح دیگر مزایای استفاده از سیگنال پالس ساعت نداریم.

همانطور که در پرونده پروژه قبلا دیده اید روش اندازه گیری طول در اینجا اندازه گیری زمان است. در اینجا یک شمارنده BCD پالسهای ساعت را ، در مدت زمانی که سنسورها از مقابل قطعه می گذرند، می شمارد و با فرض ثابت بودن سرعت موتور عدد نمایش داده شده در شمارنده متناسب با طول قطعه خواهد بود.

زمان تحریک پالس می تواند مقادیرمتفاوتی داشته باشد مثلا یک ثانیه.

پالس ساعت سیگنالی است که مثل تمامی سیگنال ها در مدارات دیجیتال دارای دو سطح ولتاﮋ است، دراین شکل درطول نیم ثانیه دارای سطح ولتاﮋ 5 ولت ودرنیم ثانیه بعدی 0 ولت دارد.

ماشین cnc

مدار CG که به کمک مدار مجتمع 555 ساخته شده می تواند به عنوان یک پیشنهاد برای مولد پالس ساعت بکار رود.

 

3- شمارنده MC14553

در بحث قبلی دیدیم که چگونه در سیستمهای دیجیتال شمارش بصورت کدهای BCD انجام می شود. اکنون می خواهیم با شمارنده ای که در مدار ما بکار خواهد رفت آشنا شویم ولی ابتدا بهتر است با برخی مفاهیم و استانداردها در مورد IC های دیجیتال آشنا شویم. هر شرکت سازنده IC برای تولیدات خود به طور خاص برگه های مشخصاتی را تهیه می کند که استفاده کنندگان با مطالعه این برگه ها باید بتوانند نحوه کار کردن با قطعه را به خوبی درک کنند.

 

شرکت های سازنده IC ها برای آنکه استفاده کنندگان به راحتی یک مرجع برای شناسایی پایه ها در اختیار داشته باشند همگی این استاندارد را رعایت می کنند :

1- قطعه را در مقابل خود بگونه ای بگیرید که نوشته روی قطعه را درست بخوانید.

2- پایه پایین سمت چپ، پایه شماره 1 می باشد.

3- در خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت کنید و پایه ها را به ترتیب تا انتها شماره گذاری کنید.

4- آخرین پایه ( پایه بالا سمت چپ ) ورودی تغذیه مثبت می باشد.

5- پایه پایین سمت راست مربوط به تغذیه منفی می باشد

6- بنابراین در همه IC های 16 پایه، همواره پایه شماره 8 مربوط به تغذیه منفی ( یا زمین ) می باشد و پایه شماره 16 تغذیه مثبت می باشد.

7- به هر پایه نامی اختصاص داده می شود که اغلب با عملکرد پایه مرتبط است. به عنوان مثال GND مخفف لغت Ground به معنی زمین.

قبل از هر چیز هر وسیله الکترونیکی از جملهIC ، برای کار کردن نیاز به منبع انرژی دارد. بنابراین روی این قطعه دو پایه به عنوان پایه های تغذیه الکتریکی پیش بینی شده است که یکی از آنها به قطب مثبت منبع و دیگری به قطب منفی آن متصل خواهد شد. در قطعه ما این پایه ها به ترتیب 16 و 8 با علایم VDD ( تغذیه مثبت ) و VSS ( تغذیه منفی یا زمین ) مشخص شده اند.

همانطور که می دانیم شمارنده ما وظیفه دارد که تعداد پالس های ورودی را که در واقع معرف مدت زمانی است که موتور در حال حرکت است و نور لیزر نیز قطع شده است را بشمارد. بنابراین این شمارنده نیاز به یک ورودی پالس ساعت دارد که در شکل با نام clock مشخص شده است.

همانطور که در معرفی شمارنده BCD گفتیم هر رقم در این نوع شمارش با 4 بیت ( در اینجا 4 پایه ) قابل نمایش است. پایه های Q0 تا Q3 در مبنای 2 به ترتیب دارای ارزش مکانی 1، 2 ، 4 و 8 می باشند. جدول زیر این چها ر پایه و نحوه نمایش ارقام را مجدد نمایش می دهد.

دوباره یادآوری می کنیم که 0 روی هر پایه در IC دیجیتال به معنی ولتاژی کمتر از حدود 0.8 ولت و نماد 1 معرف ان است که ولتاژ این پایه بیش از 2.5 ولت است.

 

ماشین cnc
 

پایه DIS ( مخفف disable به معنی ناتوان ) در واقع این نقش را دارد که تا زمانیکه این پایه 1 است شمارنده ما پالسهای ورودی را نمی شمارد و به محض آنکه این پایه 0 شد به شمارنده اجازه داده می شود که پالسهای ورودی را بشمارد. در واقع ما خروجی سنسور نوری خود را برای کنترل این پایه بکار خواهیم برد تا شمارش تنها در زمانی که لیزر از مقابل جسم عبور می کند انجام شود.

 

پایه OF مخفف کلمه overflow به معنی سرریز این نقش را بر عهده دارد که هر گاه عدد شمارش شده از محدوده شمارش این IC یعنی عدد 999 فراتر رفت به ما اطلاع می دهد. بنابراین هرگاه این پایه 1 شود یعنی عدد نمایش داده شده معتبر نیست و میزان شمارش از 999 فراتر رفته است.

 

در نهایت عدد شمارش شده بصورت BCD برای ما قابل درک نیست و باید این عدد بصورت ارقام 0 تا 9 در مبنای 10 نمایش داده شود تا ما بتوانیم آن را بخوانیم. این عمل توسط مدار مجتمع MC14543B انجام می شود. این قطعه 4 بیت کد BCD را دریافت نموده و 7 خروجی a,b,c,d,e,f,g را تحویل می دهد. این خروجیها پس از اتصال به یک نمایشگر 7 segment می توانند ارقام صفر تا 9 را نمایش دهند.

در طول متن گفتیم که حد شمارش این قطعه 999 است، در حالیکه نمایش این عدد به سه دسته 4 بیتی از اطلاعات نیاز دارد چگونه این قطعه یک عدد سه رقمی را تنها با 4 بیت نمایش میدهد.

 

در این شمارنده از روشی به نام مالتی پلکس کردن زمانی اطلاعات استفاده شده است. یعنی به عنوان مثال روی پایه های Q3Q2Q1Q0 به مدت یک صدم ثانیه رقم یکان وجود دارد و سپس به مدت یک صدم ثانیه رقم دهگان وجود دارد و سپس یک صدم ثانیه نیز رقم صدگان حضور دارد و دوباره رقم یکان نمایش داده می شود.

در چنین سیستمی دو نکته باید مورد توجه قرار گیرد. اول اینکه چگونه این زمانبندی تنظیم می شود و دوم آنکه چگونه باید استفاده کننده متوجه شود که در حال حاضر رقم صدگان روی خروجی است و یا رقم دهگان و یکان.

 

نکته اول توسط یک مولد پالس ساعت در داخل قطعه مشخص می شود و فرکانس آن توسط خازنی که بین پایه های CIA و CIB قرار می گیرد تعییم می شود. این فرکانس باید آنقدر زیاد باشد که چشم ما متوجه روشن خاموش شدن ارقام نشود. در نقشه پیشنهادی شرکت سازنده این خازن 1 نانو فاراد پیشنهاد شده است. رابطه فرکانس با تغذیه مدار و این خازن در یکی از جداول مشخصات قطعه آمده است.

 

مشکل دوم ما نیز توسط سه پایه DS1,DS2,DS3 حل شده است. زمانی که پایه DS1 در سطح صفر قرار دارد یعنی 4 بیت خروجی معرف رقم یکان است. وقتی DS2 در سطح صفر قرار گرفت یعنی 4 بیت خروجی رقم دهگان را نمایش میدهد و در نهایت صفر شدن DS3 در خروجی معرف حضور رقم صدگان روی خروجی است. ما این سه پایه را از طریق ترانزیستورهای تقویت کننده جریان به پایه های آند مشترک نمایشگرهای 7 segment متصل می کنیم.

شناخت این شمارنده برای ما خیلی مفید است ولی برای این پروژه کافی نیست. شمارنده ما در این پروژه باید قادر باشد هم رو به بالا بشمارد و هم رو به پایین در حالیکه این شمارنده فقط می تواند رو به بالا بشمارد. با این حال چون ما مجبور هستیم از سیستم ماتی پلکس برای کاهش حجم مدار استفاده کنیم توصیه می کنیم حتما برگه های اطلاعات این شمارنده را مطالعه نموده تا وقتی با شمارنده اصلی مواجه می شوید اغلب قسمتهای آن را بشناسید.

برگه های اطلاعاتی این شمارنده روی سایت نصب شده است.

 

* موتور پله ای

این موتور که می تواند در انواع مختلف ساخته می شود اغلب دارای 5 سیم است. اگر این 5 سیم به یک مدار الکترونیکی ساده وصل شوند با اعمال هر بار تحریک به این مدار، این موتور به گونه ای ساخته شده است که فقط به اندازه 8/1درجه می چرخد و سپس منتظر تحریک بعدی می شود. بنابراین با فرض آنکه موتور از زاویه صفر درجه شروع به حرکت کند، با شمردن تعداد تحریکها ،که در الکترونیک دیجیتال کار بسیار ساده ای است، بسادگی می توان در هر لحظه فهمید که اکنون موتور در چه زاویه ای قرار دارد.

 

به نظر شما اگر بخواهیم این موتور 36 درجه بچرخد چند بار باید آن را تحریک کنیم؟

جواب از تقسیم 36 بر 8/1 بدست خواهد آمد و برابر 20 می باشد.

با استفاده از چنین موتوری برای آنکه ما موتور را به اندازه زاویه خاصی بچرخانیم کافیست تعداد تحریکهای مورد نیاز را بدست آورده و کاری کنیم که مدار فرمان به همان تعداد دفعات موتور را تحریک کند.

یک نکته فنی دیگر در استفاده از موتور در این طرح لازم است که منظور شود. اگر موتور ها گیر مکانیکی داشته باشند و ولتاژ آنها قطع نشود جریان زیادی از منبع می کشند و این هم می تواند موتور را خراب کند و هم به مدارهای الکترونیکی ما آسیب برساند.

پس باید راه حلی بیابیم که در صورتیکه موتور به انتهای مسیر رسید و گیر کرد تغذیه مدار از آن جدا شود.

این عمل را توسط دو میکروسوئیچ تیغه ای ساده می توان به سادگی انجام داد. این دو میکروسوئیچ در دو انتهای مسیر قرار می گیرند و وقتی قطعه U شکل در انتهای مسیر با این سوئیچ ها برخورد کند، بصورت خودکار موتور از مدار الکتریکی جدا شده و متوقف می شود.

 

* مدار محرک و کنترل جهت چرخش موتور

در این مدار ما یک سیم زمین داریم که به سیم مشترک موتور متصل است. 4 سیم دیگر نیز وجود دارند که به چهار سیم تحریک موتور متصل شده اند. موتور پله ای با هر تحریکی که به هریک از این سیم ها اعمال می شود فقط به اندازه یک پله می چرخد. اینکه موتور به کدام سمت می چرخد وابسته به این است که این سیمها به چه ترتیبی تحریک می شوند.

اگر این چهار سیم را به ترتیب A,B,C,D بنامیم. اگر اول سیم A تحریک شود، سپس B ، سپس C و سپس D و این کار با همین ترتیب ادامه یابد موتور به سمت راست می چرخد و اگر ابتدا سیم D، سپس C، سپس B و سپس A و این کار ادامه یابد موتور به سمت چپ می چرخد.

ساخت این مدار به روش های متنوعی انجام پذیر است و روش ساخت آن در اکثر کتب الکترونیکی آورده شده است.

 

3-2 - بخش مکانیک

* ریلهای راهنما

ریل ها قطعاتی هستند که همانند ریل راه آهن مانع از منحرف شدن جسم متحرک ما می شوند. وقتی میل مارپیچ درون قطعه نعلی شکل می چرخد می خواهد که این قطعه را نیز همراه خود بچرخاند. ریل های بکار رفته در این سیستم مانع از این حرکت می شوند و بنابراین باعث می شوند که قطعه نعلی شکل به جای چرخش به سمت جلو حرکت کند. این ریل ها را می توان دراشکال مختلف و از مواد متنوعی ساخت. دراین پروژه ما ازریل هایی به شکل لوله های استیل توخالی جهت قرار گرفتن آن ها درون دوسرقطعه نعلی شکل استفاده می کنیم.

 

* میل مارپیچ

میل مارپیچ در واقع یک پیچ بلند است که محور موتور به آن متصل شده و با هر بار چرخش موتور یک دور می چرخد. نقش میل مارپیچ به همراه قطعه نعلی شکل این است که حرکت دورانی موتور را به حرکت خطی قطعه نعلی شکل تبدیل کند. دقیقا به همان صورت که اگر یک پیچ را داخل یک مهره بچرخانید در حالیکه مهره را با دست نگه داشته اید، مهره در طول پیچ حرکت خواهد نمود.

 

* بدنه و دیواره ها

شکل ظاهری بدنه و دیواره ها در این طرح چندان مهم نیست ولی باید بهر حال ملاحظات سبک بودن طرح و در عین حال استحکام کافی آن منظور شود.

 

* قطعه نعلی شکل

قطعه نعلی شکل در اینجا دو نقش را بازی می کند. اول اینکه مانند یک مهره بخشی از سیستم تبدیل حرکت دورانی به خطی را تشکیل می دهد.

 

* بوش و بلبرینگ های مورد نیاز

بوش قطعه نگهدارنده ای است که در انواع مختلف و بسته به کاربرد مورد نظر ما مورد استفاده قرار می گیرد. بوش های اتصال استوانه ای ( لوله ای) شکل درنقاط اتصال یک محور و بدنه دستگاه نصب می شوند. جنس بوش اغلب از جنسی نرم تر از دو قطعه اصلی انتخاب می شود و بنابراین بر اثر سایش اغلب بوش خورده می شود و نه محور و بدنه. استفاده از بوش دارای این مزیت است که اولا حرکت قطعات را ساده تر و روان ترمی گرداند و ثانیا وقتی به مرور زمان خوردگی در محل اتصال رخ می دهد کافیست که فقط همین بوش ها را تعویض کنیم و دو قطعه اصلی آسیبی نمی بینند.

بوش هاهمان گونه که گفته شد جنس های متفاوتی دارند که بسته به شرایط اقتصادی و میزان خوردگی قطعات مورد استفاده جهت اتصال؛ تعیین می شوند.

ما نیز دراین پروژه ازتعدادی بوش استفاده می کنیم که درمحل اتصال میل راهنماها و بدنه قطعه نعلی شکل نصب می شوند.

در دو انتهای میل مارپیچ که به بدنه متصل می شوند چون دارای حرکت چرخشی داخل بدنه هستند بهتر است که به جای بوش از بلبرینگ استفاده شود که دارای اصطکاک و استهلاک فوق العاده کمتری است.

 

3-3 - ملاحظات مونتاژ و ارتباط الکترونیک و مکانیک

* میکروسوئیچه

میکروسوییچ اغلب به کلیدهای خیلی ظریف اطلاق می شود. این کلیدها انواع مختلفی دارند مانند میکروسوییچ های تیغه ای. این سوئیچ ها اغلب برای این منظور بکار می روند که در نقاط خاصی از یک سیستم انوماتیک نصب شوند و رسیدن یک قطعه متحرک را به آن نقطه اطلاع دهند. در واقع قطعه با رسیدن به آن نقطه با یک فشار خیلی کوچک کلیدی را وصل می کند و وصل شدن این کلید معرف آن است که قطعه به آن نقطه رسیده است.

 

این کلیدها به سه صورت می توانند عمل کنند.

1- در حالت عادی مدار باز است و با فشرده شدن کلید مدار بسته می شود. (normaly open)

2- در حالت عادی مدار بسته است و با فشرده شدن کلید مدار باز می شود. (normaly close)

3- هر دو امکان 1 و 2 در کلید تعبیه شده باشد.

و برای کاربرد مورد نیاز ما نوع 2 کافیست.

 

* کلیدهای تغییر چهت

برای این منظور از کلیدهای سه حالته استفاده شده است. این کلیدها همانگونه که از نامشان پیداست در سه وضعیت می توانند قرار بگیرند. در اغلب این کلید ها یک سر وسط وجود دارد که می تواند به سه نقطه مختلف به انتخاب ما متصل شود. باز هم اغلب این کلید ها به گونه ای ساخته می شوند که بطور موازی بتوانند دو کلید ( یا حتی بیشتر) را بطور همزمان تغییر وضعیت بدهند. ما از یک کلید سه حالته استفاده می کنیم که از دو حالت آن برای تعیین جهت جریان اعمال شده به موتور استفاده می شود و از حالت دیگر جهت خاموش کردن موتور و قطع ارتباط آن از منبع تغذیه بهره می گیریم.

 

* سیم کشی کارآمد

*تنظیمات

مراحل آخر نیز در انتها با توجه به دستگاه ساخته شده انجام می گیرد.

 

تکلیف: از دستگاه ساخته شده در حال کار فیلم بگیرید و برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: کارخانه نیرو محرکه

منابع مطالعه: کتاب ماشین های کنترل عددی کامپیوتری (CNC)- محسن لطیفی نشر دیباگران تهران

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تنظیم: اعظم اژدری

مطالب مرتبط:

ماشین CNC

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین