تخيل عالماً تمتزج فيه الدقة والكفاءة بسلاسة في التصنيع. هذا هو عالم ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي - وهي أدوات آلية تسترشد بالتعليمات الرقمية لتشكيل الأجزاء المعقدة بدقة متناهية. تستعرض هذه المقالة جوهر تقنية التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب وتتتبع تطورها ومكوناتها ودورها المحوري في الصناعات بدءًا من صناعة الطيران وحتى الإلكترونيات. تعمّق في فهم كيف أحدثت ماكينات بنظام التحكم الرقمي ثورة في الإنتاج، وعززت كلاً من السرعة والجودة، واكتشف الاتجاهات المستقبلية التي تشكل هذه التقنية التي لا غنى عنها.
تقنية التحكم العددي (NC) هي تقنية التحكم في أدوات الماكينات التي تطورت في منتصف القرن العشرين. و NC هي تقنية تحكم آلي تستخدم إشارات رقمية للتحكم في حركة أدوات الماكينات وعملية التصنيع الآلي.
أداة الماكينة NC هي أداة ماكينة تستخدم تقنية NC، أو بعبارة أخرى، أداة ماكينة مجهزة بنظام NC. إنها منتج تكامل كهروميكانيكي نموذجي يطبق بشكل شامل التقنيات المتقدمة مثل تكنولوجيا الكمبيوتر، وتكنولوجيا التحكم الآلي، وتكنولوجيا القياس الدقيق، وتكنولوجيا الاتصالات، والتكنولوجيا الميكانيكية الدقيقة.
قامت اللجنة الفنية الخامسة للاتحاد الدولي لمعالجة المعلومات (IFIP) بتعريف أدوات الماكينات NC كأدوات ماكينات مزودة بأنظمة تحكم في البرامج يمكنها معالجة البرامج المحددة برموز معينة وتعليمات ترميز الرموز الأخرى منطقياً.
مع التقدم المستمر للإنتاج الاجتماعي والعلم والتكنولوجيا، تظهر العديد من المنتجات الصناعية الجديدة الواحدة تلو الأخرى.
وباعتبارها أساس الصناعة الوطنية، فإن صناعة التصنيع الميكانيكية تنتج منتجات متزايدة الدقة والتعقيد. خاصةً في مجالات مثل الفضاء والملاحة والعسكرية، فإن الأجزاء الميكانيكية المطلوبة ذات دقة أعلى، وأكثر الأشكال المعقدةوغالبًا ما يكون لها دفعات أصغر. وتتطلب معالجة مثل هذه المنتجات تعديلات أو تعديلات متكررة في المعدات، والتي من الواضح أن أدوات الماكينات العادية أو أدوات الماكينات الآلية عالية التخصص غير قادرة على الوفاء بها.
وفي الوقت نفسه، مع تزايد حدة المنافسة في السوق، تحتاج مؤسسات الإنتاج بشكل عاجل إلى زيادة تحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج وخفض تكاليف الإنتاج.
وفي هذا السياق، ظهر نوع جديد من معدات الإنتاج - أدوات ماكينات التحكم العددي (NC) -. وهي تطبق بشكل شامل مختلف الإنجازات التقنية مثل الحواسيب الإلكترونية، والتحكم الآلي، والمحركات المؤازرة، والقياس الدقيق، والهياكل الميكانيكية الجديدة، مما يشكل أساس الصناعة الميكانيكية المستقبلية ويشير إلى اتجاه تطوير معدات الصناعة التحويلية الميكانيكية.
بدأ تطوير أدوات ماكينات التحكم العددي (NC) في الولايات المتحدة. في عام 1948، أكملت شركة Parsons Co. مهمة تصنيع عينات من لوحات فحص لمحيط مراوح المروحيات واقترحت المفهوم الأولي لتطوير أدوات ماكينات التحكم العددي NC. في عام 1949، وبدعم من قسم اللوجستيات في القوات الجوية الأمريكية، قبلت شركة Parsons Co. رسميًا المهمة وتعاونت مع مختبر الآليات المؤازرة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لبدء تطوير أدوات الماكينات ذات التحكم القومي.
بعد ثلاث سنوات من البحث، تم تطوير أول نموذج تجريبي لأداة ماكينة NC التجريبية في العالم بنجاح في عام 1952. وكانت عبارة عن آلة تفريز باستخدام نظام تحكم مستمر ثلاثي الإحداثيات بالاستيفاء الخطي على أساس مبدأ مضاعف النبضات. واستخدم نظام NC بأكمله مكونات أنبوبية إلكترونية، وكان حجم جهاز NC أكبر من حجم جسم أداة الماكينة. بعد ثلاث سنوات من التحسينات وأبحاث البرمجة الآلية، دخلت أداة الماكينة المرحلة التجريبية في عام 1955.
وفي وقت لاحق، قامت دول أخرى مثل ألمانيا والمملكة المتحدة واليابان والاتحاد السوفيتي السابق والسويد أيضًا على التوالي بتطوير وإنتاج أدوات الماكينات ذات NC. في عام 1959، نجحت شركة Keaney & Trecker في الولايات المتحدة في تطوير مركز تصنيع آلي لأول مرة. وكان عبارة عن ماكينة ماكينات آلية NC مزودة بمبادل آلي للأدوات وطاولة عمل دوارة. وكان بإمكانها معالجة مستويات متعددة من الشُّغْلَة في عمليات متعددة في عملية واحدة التثبيت.
ومع ذلك، حتى أواخر الخمسينيات، وبسبب عوامل مثل السعر، اقتصرت أدوات الماكينات NC على تطبيقات الطيران والصناعات العسكرية، وكان معظمها عبارة عن أنظمة تحكم مستمر. حتى ستينيات القرن العشرين، وبسبب تطبيق الترانزستورات، تحسنت موثوقية أنظمة التحكم غير المستمر وانخفضت الأسعار، وبدأت بعض الصناعات المدنية في تطوير أدوات الماكينات ذات التحكم غير المباشر، وكان معظمها أدوات ماكينات التحكم في تحديد المواقع مثل ماكينات الحفر و مكابس التثقيب.
لم تحقق تكنولوجيا NC تطبيقًا عمليًا في أدوات الماكينات فحسب، بل انتشرت أيضًا تدريجيًا إلى آلات اللحام وآلات القطع باللهب وما إلى ذلك، مما أدى إلى توسيع نطاق تطبيقات تكنولوجيا NC باستمرار.
منذ أول ماكينة CNC تم تطوير أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي بنجاح في الولايات المتحدة في عام 1952، وقد تطورت أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي بسرعة وتم تحديثها باستمرار مع تقدم التكنولوجيا الإلكترونية وتكنولوجيا الكمبيوتر والتحكم الآلي والقياس الدقيق. وقد مرت بخمس مراحل من التطور.
الجيل الأول من أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي: تم استخدام أنظمة NC باستخدام مكونات الأنابيب الإلكترونية من 1952 إلى 1959.
الجيل الثاني من أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي: تم اعتماد أنظمة NC التي تستخدم دوائر الترانزستور منذ عام 1959.
الجيل الثالث من أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي: تم اعتماد أنظمة NC باستخدام دوائر متكاملة صغيرة ومتوسطة الحجم منذ عام 1965.
الجيل الرابع من أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي CNC: أنظمة CNC التي يتم التحكم فيها بواسطة حواسيب إلكترونية صغيرة للأغراض العامة باستخدام دوائر متكاملة واسعة النطاق منذ عام 1970.
الجيل الخامس من أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي: اعتُمدت أنظمة الماكينات متعددة الجنسيات التي يتم التحكم فيها بواسطة الحواسيب الصغيرة منذ عام 1974.
في السنوات الأخيرة، عندما أصبحت الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا الحاسوب أكثر نضجًا، تتغلغل إنجازاتها باستمرار في مختلف مجالات التصنيع الميكانيكي. وقد ظهرت تباعًا أنظمة التحكم العددي المباشر (DNC) وأنظمة التصنيع المرنة (FMS) وأنظمة التصنيع المتكاملة بالكمبيوتر (CIMS). تعتمد أنظمة الإنتاج المؤتمتة المتقدمة هذه على أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي، وهي تمثل اتجاه التطوير المستقبلي لأدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي.
(1) نظام التحكم العددي المباشر
يستخدم ما يسمى بنظام التحكم العددي المباشر (DNC) جهاز كمبيوتر لبرمجة العديد من أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب تلقائيًا. يتم نقل نتائج البرمجة مباشرةً إلى صناديق التحكم في كل أداة من أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب من خلال خطوط البيانات.
يتمتع الكمبيوتر المركزي بسعة ذاكرة كافية، مما يمكنه من تخزين عدد كبير من برامج القطع وإدارتها والتحكم فيها. وباستخدام نظام تشغيل تقاسم الوقت، يمكن للكمبيوتر المركزي إدارة مجموعة من أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي والتحكم فيها في وقت واحد. لذلك، يُطلق عليه أيضًا نظام التحكم الجماعي للكمبيوتر.
في الوقت الحالي، في نظام التحكم الرقمي في الماكينات بنظام التحكم الرقمي، تمتلك كل أداة ماكينة تحكم رقمي بنظام التحكم الرقمي بنظام التحكم الرقمي نظام تحكم رقمي مستقل خاص بها ومتصل بشبكة الكمبيوتر المركزية لتحقيق التحكم الهرمي. لم يعد يعتبر وجود جهاز كمبيوتر واحد يكمل جميع وظائف جهاز التحكم العددي عن طريق المشاركة الزمنية.
ومع تطور تكنولوجيا التحكم الرقمي في الماكينات بنظام التحكم الرقمي، لا يقوم الكمبيوتر المركزي بتجميع البرامج للتحكم في عملية التصنيع لأدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي فحسب، بل يتحكم أيضًا في نقل قطع العمل والأدوات. ويشكل ذلك خط إنتاج أوتوماتيكي لأدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي، مما يوفر ظروفًا مواتية لتطوير أنظمة تصنيع مرنة.
(2) نظام التصنيع المرن
يربط نظام التصنيع المرن (FMS)، والمعروف أيضًا باسم خط آلي للتحكم الجماعي بالكمبيوتر، مجموعة من أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي باستخدام أنظمة نقل الحركة الآلية ويضعها تحت تحكم موحد من جهاز كمبيوتر لتشكيل نظام تصنيع كامل.
ومن خصائصه أن الكمبيوتر الرئيسي يدير الأجهزة والبرامج الخاصة بالنظام بأكمله. وهو يعتمد على التحكم الآلي الرقمي للتحكم في مركزين أو أكثر من مراكز الماكينات بنظام التحكم الرقمي وجدولتها ونقل قطع العمل آلياً بين مختلف أدوات الماكينات.
وهي تستخدم أجهزة مثل طاولات العمل التبادلية أو الروبوتات الصناعية لتحقيق التحميل والتفريغ التلقائي للقطع، مما يتيح تشغيل أدوات الماكينات بشكل مستمر لمدة 24 ساعة في اليوم بأقل قدر من الإشراف البشري. على سبيل المثال، فإن نظام FMS التابع لشركة FANUC اليابانية يتكون من 60 ماكينة تحكم رقمي باستخدام الحاسب الآلي، و52 روبوتاً صناعياً، ومركبتي نقل آليتين غير مأهولتين ومستودع آلي. يمكن لهذا النظام معالجة 10,000 محرك مؤازر شهرياً.
(3) نظام التصنيع المتكامل بالكمبيوتر
نظام التصنيع المتكامل بالحاسوب (CIMS) هو نظام تصنيع متكامل مرن عالي الكفاءة ومرن يستخدم تكنولوجيا الحاسوب الأكثر تقدماً للتحكم في العملية بأكملها بدءاً من وضع الطلبات والتصميم والعمليات والتصنيع والمبيعات لتحقيق تكامل نظام المعلومات. وهو يتحسن تدريجياً على أساس أتمتة العمليات (على سبيل المثال، التصميم بمساعدة الحاسوب، وتخطيط العمليات بمساعدة الحاسوب، والتصنيع بمساعدة الحاسوب، وأنظمة التصنيع المرنة، وما إلى ذلك) جنباً إلى جنب مع تطوير نظم المعلومات الإدارية الأخرى.
يحتوي نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكاملة على أنواع مختلفة من أجهزة الكمبيوتر وأنظمة البرمجيات ذات قدرات التحليل والتحكم. وهو يربط بين جميع أنشطة الإنتاج في المصنع ويحقق في نهاية المطاف الأتمتة الشاملة في جميع أنحاء المصنع بأكمله.
هناك العديد من أنواع أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآليولكن أي نوع من أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي CNC يتكون من عدة مكونات أساسية، بما في ذلك وسائط التحكم، ونظام التحكم العددي، ونظام المؤازرة، ونظام التحكم المساعد، وجسم أداة الماكينة، كما هو موضح في الشكل 1-1.
(1) وسائط التحكم
عندما يعمل نظام التحكم العددي، فإنه لا يتطلب من المشغلين التعامل مباشرةً مع أداة الماكينة، ولكن يجب على أداة الماكينة تنفيذ نوايا المشغل. وهذا يتطلب إنشاء نوع من الاتصال بين المشغل وأداة الماكينة. يسمى الوسيط الوسيط الوسيط لهذا الاتصال وسيط التحكم. يخزن وسيط التحكم جميع معلومات التشغيل المطلوبة لمعالجة الجزء ومعلومات الإزاحة النسبية بين الأداة وقطعة العمل.
لذلك، فإن وسيط التحكم هو ناقل المعلومات الذي ينقل معلومات معالجة الأجزاء إلى جهاز التحكم العددي. هناك أشكال مختلفة من وسائط التحكم، والتي تختلف باختلاف نوع جهاز التحكم العددي المستخدم. وتشمل الأشكال الشائعة منها الشريط الورقي المثقوب، والبطاقة المثقوبة، والشريط المغناطيسي، والقرص المرن، ووسائط واجهة USB.
يجب نقل معلومات المعالجة المسجلة على وسيط التحكم إلى جهاز التحكم العددي من خلال جهاز الإدخال. تشمل أجهزة الإدخال الشائعة آلات إدخال الأشرطة الورقية الكهروضوئية ومسجلات الأشرطة المغناطيسية ومحركات الأقراص المرنة وواجهات USB.
وبالإضافة إلى وسائط التحكم المذكورة أعلاه، تستخدم بعض أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام أقراص رقمية أو سدادات رقمية أو إدخال البرامج والبيانات مباشرةً باستخدام لوحة المفاتيح. بالإضافة إلى ذلك، مع تطور تكنولوجيا CAD/CAM، تستخدم بعض معدات التحكم العددي برمجيات CAD/CAM للبرمجة على أجهزة كمبيوتر أخرى، ثم تتصل بنظام التحكم العددي (مثل شبكة LAN) لنقل البرنامج والبيانات مباشرةً إلى جهاز التحكم العددي.
(2) نظام التحكم العددي
جهاز التحكم العددي هو نظام تحكم والرابط المركزي لأدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي. ويمكنه قراءة الأرقام المعطاة تلقائيًا من وسيط الإدخال وفك تشفيرها لتغذية أداة الماكينة وأجزاء الماكينة. يتكون نظام التحكم العددي عادةً من أربعة أجزاء: جهاز الإدخال، ووحدة التحكم، والوحدة الحسابية، وجهاز الإخراج، كما هو موضح في الشكل 1-2.
يستقبل جهاز الإدخال مخرجات التعليمات البرمجية بواسطة قارئ الشريط المثقوب، وبعد تحديدها وفك تشفيرها، يقوم بإدخالها في السجلات المقابلة. وتعمل هذه التعليمات والبيانات كبيانات أولية للتحكم والتشغيل.
تستقبل وحدة التحكم التعليمات من جهاز الإدخال وتتحكم في الوحدة الحسابية وجهاز الإدخال وفقًا للتعليمات لتحقيق عمليات مختلفة على أداة الماكينة (مثل التحكم في حركة طاولة العمل على طول محور إحداثي معين، والتحكم في سرعة المغزل، ومفتاح سائل التبريد، إلخ)، وكذلك التحكم في دورة عمل الماكينة بأكملها (مثل التحكم في بدء تشغيل القارئ أو إيقافه، والتحكم في تشغيل الوحدة الحسابية، والتحكم في إشارات الخرج، إلخ).
تستقبل الوحدة الحسابية التعليمات من وحدة التحكم، وتقوم بإجراء عمليات حسابية معينة على البيانات المرسلة من جهاز الإدخال، وترسل نتائج العمليات الحسابية باستمرار إلى جهاز الإخراج لجعل نظام المؤازرة يؤدي الحركة المطلوبة.
بالنسبة لنظام التحكم الكنتوري الذي يعالج الأجزاء المعقدة، فإن إحدى الوظائف المهمة للوحدة الحسابية هي الاستيفاء. يعني الاستيفاء أن بيانات الإحداثيات لنقطة البداية ونقطة النهاية على كفاف قطعة العمل لكل جزء من أجزاء البرنامج يتم إرسالها إلى الوحدة الحسابية، وبعد الحساب، يتم إجراء "تكثيف البيانات" بين نقطة البداية ونقطة النهاية، ويتم إرسال نتائج الحساب إلى جهاز الإخراج وفقًا لتعليمات وحدة التحكم.
يرسل جهاز الإخراج النتائج الحسابية من الوحدة الحسابية إلى نظام المؤازرة وفقًا لتعليمات وحدة التحكم، ويقود محور الإحداثيات المقابل من خلال تضخيم الطاقة، ويجعل أداة الماكينة تكمل الحركة النسبية للأداة وقطعة العمل.
تستخدم الحواسيب الصغيرة حالياً كأجهزة تحكم رقمية. ووحدة المعالجة المركزية (CPU) في الحواسيب الصغيرة، والمعروفة أيضاً باسم المعالج الدقيق، هي دائرة متكاملة واسعة النطاق. وهي تدمج الوحدة الحسابية ووحدة التحكم في شريحة دائرة متكاملة واحدة. في الحواسيب الصغيرة، تستخدم دوائر الإدخال والإخراج دوائر متكاملة واسعة النطاق، والتي تسمى واجهات الإدخال/الإخراج. ويحتوي الحاسوب المصغر على سجلات ذات سعة كبيرة ويستخدم وسائط تخزين عالية الكثافة مثل ذاكرة أشباه الموصلات وذاكرة الأقراص.
يمكن تقسيم الذاكرة إلى نوعين: ذاكرة القراءة فقط (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM). تُستخدم الأولى لتخزين برنامج التحكم الخاص بالنظام، والأخيرة تخزن معلمات العمل أثناء تشغيل النظام أو برنامج معالجة الأجزاء الخاص بالمستخدم. إن مبدأ عمل جهاز التحكم العددي للكمبيوتر الصغير هو نفس مبدأ عمل جهاز التحكم العددي للأجهزة المذكورة أعلاه، باستثناء أن الأول يستخدم أجهزة عامة، ويتم تحقيق وظائف مختلفة عن طريق تغيير البرنامج، مما يجعله أكثر مرونة واقتصادية.
(3) نظام المؤازرة
يتكون النظام المؤازر من محرك محرك مؤازر وجهاز محرك مؤازر، وهو الجزء التنفيذي لنظام التحكم العددي. يتلقى نظام المؤازرة معلومات التعليمات من نظام التحكم العددي ويحرك الأجزاء المتحركة لأداة الماكينة أو ينفذ إجراءات الجزء المنفذ وفقًا لمتطلبات معلومات التعليمات.
من أجل معالجة قطع العمل التي تلبي المواصفات المطلوبة. تنعكس معلومات التعليمات في معلومات النبضة، وتسمى الإزاحة الناتجة عن كل نبضة للأجزاء المتحركة لأداة الماكينة مكافئ النبض. معادلات النبض المستخدمة عمومًا في المعالجة الميكانيكية هي 0.01 مم/نبضة، و0.005 مم/نبضة، و0.001 مم/نبضة، ومكافئ النبضة الحالي المستخدم في أنظمة التحكم العددي هو بشكل عام 0.001 مم/نبضة.
يعد نظام المؤازرة مكونًا رئيسيًا في ماكينة التحكم الرقمي بنظام التحكم الرقمي، وتؤثر جودته بشكل مباشر على سرعة وموضع ودقة وما إلى ذلك من الماكينات بنظام التحكم الرقمي. تختلف أجهزة القيادة شائعة الاستخدام في آلية المؤازرة اعتمادًا على نوع نظام التحكم العددي. في أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة، يشيع استخدام محركات السائر والمحركات النبضية الكهروهيدروليكية في الآليات المؤازرة؛ وتستخدم أنظمة الحلقة المغلقة محركات التيار المستمر ذات السرعة القابلة للضبط وأجهزة محرك المؤازرة الكهروهيدروليكية، إلخ.
(4) نظام التحكم الإضافي
نظام التحكم المساعد هو جهاز تحكم كهربائي قوي بين جهاز التحكم العددي والمكونات الميكانيكية والهيدروليكية لأداة الماكينة. يتلقى إشارات التعليمات مثل تغيير سرعة الحركة الرئيسية، وتبادل اختيار الأداة، ومخرجات عمل الجهاز المساعد بواسطة جهاز التحكم العددي، وبعد التجميع اللازم، والحكم المنطقي، وتضخيم الطاقة، يقوم مباشرةً بتشغيل المكونات الكهربائية والهيدروليكية والهوائية والميكانيكية المقابلة لإكمال مختلف الإجراءات المحددة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إرسال بعض إشارات التبديل إلى جهاز التحكم العددي للمعالجة من خلال نظام التحكم الإضافي.
(5) جسم أداة الماكينة
جسم أداة الماكينة هو الجزء الرئيسي من أداة الماكينة بنظام التحكم الرقمي، ويتكون من المكونات الأساسية لأداة الماكينة (مثل السرير والقاعدة) والأجزاء المتحركة المختلفة (مثل طاولة العمل، والسرج، والمغزل، وما إلى ذلك). إنه الجزء الميكانيكي الذي يكمل عمليات القطع المختلفة وهو عبارة عن تحسين يعتمد على أدوات الماكينة التقليدية. يتميز بالخصائص التالية:
تعتمد أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي على مغازل عالية الأداء وأنظمة محرك مؤازرة، بالإضافة إلى أجهزة نقل ميكانيكية.
يتميز الهيكل الميكانيكي لأداة الماكينة بنظام التحكم الرقمي بالصلابة العالية، ودقة التخميد، ومقاومة التآكل.
يتم استخدام مكونات نقل أكثر كفاءة مثل أزواج الكرات اللولبية والموجهات الدوارة الخطية.
بالمقارنة مع أدوات الماكينات اليدوية التقليدية، شهدت أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي العديد من التغييرات في المظهر الخارجي، والتخطيط العام، وهيكل مكونات أنظمة النقل والأدوات، وآليات التشغيل. الغرض من هذه التغييرات هو تلبية متطلبات أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب والاستفادة الكاملة من خصائصها. ولذلك، من الضروري وضع مفاهيم جديدة لتصميم أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب.
بالمقارنة مع أدوات الماكينات التقليدية، يكمن الاختلاف في مبدأ عمل أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي في حقيقة أنها تتم معالجتها وفقًا لتعليمات معطاة في شكل رقمي. وعادةً ما تتطلب الخطوات التالية:
(1) استنادًا إلى النمط والشروط الفنية الموجودة على رسم الجزء، اكتب برنامج التشغيل الآلي لقطعة العمل وسجله على وسيط التحكم أو الناقل;
(2) إدخال البرنامج على حامل البرنامج في جهاز التحكم العددي للكمبيوتر من خلال جهاز الإدخال;
(3) يعالج جهاز التحكم العددي بالكمبيوتر برنامج الإدخال من خلال الحساب ويرسل إشارات التعليمات إلى نظام المؤازرة وجهاز التحكم المساعد لكل إحداثية من خلال جهاز الإخراج;
(4) يقوم نظام المؤازرة بتضخيم إشارات التعليمات المستلمة، ويدفع الأجزاء المتحركة لأداة الماكينة للتحرك، ويتحكم جهاز التحكم الإضافي في تشغيل محرك عمود الدوران وفقًا لإشارات التعليمات;
(5) يتم دفع الأداة وقطعة العمل للتحرك بالنسبة لبعضهما البعض من خلال المكونات الميكانيكية لأداة الماكينة لإنتاج قطعة عمل تلبي متطلبات النمط;
(6) يكتشف نظام التغذية المرتدة لاكتشاف الموضع حركة أداة الماكينة ويغذي الإشارة إلى جهاز التحكم العددي لتقليل أخطاء الماكينة.
بالطبع، بالنسبة لأدوات الماكينات ذات الحلقة المفتوحة، لا يوجد نظام كشف وتغذية مرتدة.
مقارنةً بأدوات الماكينات التقليدية، فإن أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي هي أدوات ماكينات كهروميكانيكية متكاملة ذات كفاءة عالية وآلية عالية تتميز بخصائص المعالجة التالية
(1) قدرة واسعة على التكيف ومرونة عالية:
يمكن إعادة برمجة أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي وإدخالها لمعالجة أجسام مختلفة. في بعض الحالات، لا يلزم تعديل سوى جزء من البرنامج أو استخدام تعليمات خاصة (مثل استخدام تعليمات وظيفة التكبير/التصغير لمعالجة الأجزاء من نفس الشكل ولكن بأحجام مختلفة). وهذا يوفر راحة كبيرة للإنتاج أحادي القطعة والدفعة الصغيرة ومتعدد الأصناف وتحويل المنتج والإنتاج التجريبي للمنتج الجديد، مما يقلل إلى حد كبير من دورة إعداد الإنتاج والإنتاج التجريبي.
(2) دقة تصنيع عالية وجودة مستقرة:
نظرًا لاستخدام نظام مؤازر رقمي، يولد جهاز التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي كمية إزاحة مقابلة (تسمى مكافئ النبض) لأداة الماكينة لكل نبضة إخراج، والتي يمكن أن تصل إلى 0.1 ~ 1 ميكرومتر. يعتمد برغي ناقل الحركة لأداة الماكينة على تعويض متقطع، ويمكن التحكم في خطأ درجة الصوت وخطأ النقل بواسطة نظام الحلقة المغلقة، وبالتالي يمكن لأداة ماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي تحقيق دقة تصنيع عالية.
على سبيل المثال، في مراكز الماكينات الدقيقة، تصل دقة تحديد الموضع بشكل عام إلى خطأ (0.005 ~ 0.008) مم لكل 300 مم، ويمكن أن تصل دقة التكرار إلى 0.001 مم. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع أداة ماكينة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بصلابة هيكلية جيدة واستقرار حراري، مما يضمن دقة التصنيع. تتجنب طريقة معالجتها الأوتوماتيكية أخطاء التشغيل البشري، وتضمن جودة تصنيع مستقرة، وتتمتع بمعدل نجاح عالٍ. يمكن لماكينة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تحقيق الربط متعدد المحاور ويمكنها معالجة الأسطح المعقدة التي يصعب أو يستحيل معالجتها على أدوات الماكينات التقليدية.
(3) إنتاجية عالية:
يمكن لأداة ماكينة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تحديد معلمات المعالجة الأكثر ملاءمة لتحقيق المعالجة المستمرة لعمليات متعددة. ويمكنها أيضًا تحقيق الإشراف متعدد الآلات. نظرًا لاعتماد تدابير التسارع والتباطؤ، يمكن للأجزاء المتحركة لأداة الماكينة أن تتحرك بسرعة وتحدد موضعها، مما يوفر وقت الخمول أثناء عملية المعالجة بشكل كبير.
(4) كفاءة اقتصادية جيدة:
على الرغم من أن تكلفة معدات أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي (بما في ذلك تكاليف الاستهلاك، وتكاليف الصيانة، وتكاليف استهلاك الطاقة، وما إلى ذلك) لكل جزء مرتفعة نسبيًا، إلا أن كفاءتها الإنتاجية العالية توفر الوقت الإضافي (مثل سحب الأسلاك، وتعديل الماكينة، وفحص المعالجة، وما إلى ذلك) وتقلل من تكاليف الإنتاج المباشرة لإنتاج قطعة واحدة ودفعة صغيرة. إن دقة التصنيع المستقرة لأدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي تقلل من معدل الخردة وتقلل من تكاليف الإنتاج.
تحدد خصائص أداء أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي نطاق تطبيقها. بالنسبة للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي، يمكن تقسيم الأجسام المراد تشكيلها إلى ثلاث فئات تقريبًا وفقًا لمدى ملاءمتها.
(1) الفئة الأنسب:
القِطع ذات متطلبات دقة التصنيع العالية والأشكال والهياكل المعقدة، خاصةً تلك ذات المنحنيات المعقدة أو الخطوط السطحية المنحنية أو الأجزاء ذات التجاويف الداخلية غير الملساء. يصعب معالجة هذه الأجزاء على أدوات الماكينات التقليدية، ويصعب اكتشافها وضمان جودتها. الأجزاء التي تتطلب الطحن, الحفرأو التثبيت، أو الشق أو الشق أو النقر في مشبك واحد.
(2) فئة مناسبة نسبيًا:
قطع غالية الثمن، ويصعب الحصول عليها، ولا يُسمح بتخريدها. عند تصنيع هذه الأجزاء على أدوات الماكينات التقليدية، توجد بعض الصعوبات عند تصنيع هذه الأجزاء على أدوات الماكينات التقليدية، وتتأثر بسهولة بعوامل مختلفة مثل ضبط أداة الماكينة، والحالة العقلية للمشغل، وظروف العمل، مما قد يؤدي إلى منتجات معيبة أو خردة.
لذلك، يمكن اختيار أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب من أجل التصنيع الآلي الموثوق. وهي تُستخدم للأجزاء ذات الكفاءة الإنتاجية المنخفضة والكثافة العمالية العالية عند معالجتها على أدوات الماكينات ذات الأغراض العامة، وللأجزاء التي تتطلب اتساقًا جيدًا في مقارنة الحجم أو اختبار الأداء، وللأجزاء المنتجة على دفعات صغيرة من أصناف ومواصفات متعددة.
(3) فئة غير مناسبة:
القِطع التي تتطلب تحديد موضع مرجعي تقريبي باستخدام الفراغات للمعالجة أو تتطلب ضبطًا يدويًا لتحديد الموضع. القِطع ذات بدلات التشغيل الآلي غير المستقرة عندما لا يوجد نظام كشف عبر الإنترنت على أداة ماكينة التحكم الرقمي بنظام التحكم الرقمي يمكنه اكتشاف وضبط إحداثيات موضع الجزء تلقائيًا. الأجزاء التي تتطلب معدات معالجة محددة أو تتم معالجتها بناءً على عينات أو نماذج أولية، والأجزاء التي تتطلب إنتاجًا ضخمًا.
مع استمرار تحسن أداء أدوات ماكينات التحكم الرقمي CNC ووظائفها وتكلفتها، إلى جانب التحسين والتحديث المستمرين لماكينات أدوات التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي والأدوات المساعدة، يتزايد استخدام أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي للإنتاج بالجملة تدريجيًا. ولذلك، فإن الملاءمة نسبية وستتغير مع التطور التكنولوجي.
من من منظور المستوى التكنولوجي لأدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، فإن الدقة العالية والسرعة العالية والمرونة العالية والوظائف المتعددة والأتمتة العالية هي اتجاهات تطوير مهمة لأدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. بالنسبة للماكينة الواحدة، لا يتطلب الأمر تحسين مستوى المرونة والأتمتة فحسب، بل من الضروري أيضًا أن تكون لديها القدرة على التكيف مع أنظمة التصنيع المرنة عالية المستوى والأنظمة المتكاملة للكمبيوتر.
وصلت سرعة عمود الدوران لمعدات الماكينات بنظام التحكم الرقمي المنتجة محليًا في الصين إلى 10000 إلى 40000 دورة/دقيقة، ووصلت سرعة التغذية إلى 30-60 م/دقيقة. زمن تغيير الأداة أقل من 2.0 ثانية، و خشونة السطح Ra أقل من 0.008 ميكرومتر.
وفيما يتعلق بأنظمة التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب، فإن العديد من الشركات المصنعة لأجهزة التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب المعروفة في العالم، مثل FANUC في اليابان، وسيمنز في ألمانيا، وA-B في الولايات المتحدة، تتطور حاليًا نحو التسلسل، والتوحيد القياسي، والأداء العالي، والمنهجية.
تستخدم جميع أنظمة الماكينات بنظام التحكم الرقمي الخاصة بها معالجات دقيقة 16 بت و32 بت، وحافلات قياسية، وهياكل وحدات البرامج والأجهزة. وقد زادت سعة الذاكرة إلى أكثر من 1 ميغابايت، ويمكن أن تصل دقة أداة الماكينة إلى 0.1 ميكرومتر، ويمكن أن تصل سرعة التغذية عالية السرعة إلى 100 م/دقيقة، ويمكن استخدام ما يصل إلى 16 محور تحكم، باستخدام تكنولوجيا كهربائية وميكانيكية متقدمة.
فيما يتعلق بأنظمة المحركات، تتطور أنظمة محركات التيار المتردد بسرعة. فقد تطورت أنظمة محركات التيار المتردد من التناظرية إلى الرقمية، ويجري استبدال وحدات التحكم المكونة أساسًا من مضخمات تشغيلية وأجهزة تناظرية أخرى بمكونات رقمية متكاملة تتكون أساسًا من معالجات دقيقة، وبالتالي التغلب على نقاط الضعف مثل الانجراف الصفري والانحراف في درجة الحرارة.
وباعتبارها آلة العمل، فقد وفرت أدوات الماكينات أدوات وأساليب التصنيع للثورة الصناعية والتطور الصناعي الحديث على مر السنين. في التطور المستقبلي للصناعة والتقدم الحضاري الإنساني في المستقبل، سيظل دعم وتعزيز أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أمرًا لا غنى عنه.
بالتطلع إلى المستقبل، تجلب جولة جديدة من الثورة الصناعية تحديات وفرصًا جديدة لتطوير أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب. كما أن تكامل تكنولوجيا التصنيع المتقدمة مع الجيل الجديد من تكنولوجيا المعلومات والذكاء الاصطناعي يوفر الدعم الفني للابتكار التكنولوجي واستبدال المنتجات والتحديث الصناعي لأدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب.
ستتحرك أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب نحو الأداء العالي والوظائف المتعددة والتخصيص والذكاء والتكنولوجيا الخضراء، وستتبنى تكنولوجيا الحوسبة الكمية المستقبلية لتوفير أدوات تصنيع أكثر قوة وملاءمة وفعالية للثورة الصناعية الجديدة والتقدم الحضاري الإنساني.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO