هل تساءلت يومًا كيف يتم تصنيع الأجزاء المعدنية المعقدة بدقة؟ الإجابة هي التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. تشرح هذه المقالة كيف تقوم الأدوات التي يتم التحكم فيها بالكمبيوتر بتشكيل مواد مثل المعدن إلى مكونات معقدة بدقة وكفاءة عالية. ستكتشف أنواع الماكينات بنظام التحكم الرقمي، وفوائدها وعيوبها، والخطوات التفصيلية التي تنطوي عليها عملية التصنيع الآلي بنظام التحكم الرقمي. وفي النهاية، ستفهم لماذا تُعد الماكينات بنظام التحكم الرقمي ضرورية للتصنيع الحديث وكيف تضمن الجودة والدقة في صناعة كل شيء بدءًا من قطع غيار الطيران إلى الأجهزة الطبية.
يشير مصطلح التحكم العددي (NC) إلى طريقة التحكم في حركة أدوات الماكينات وعمليات المعالجة باستخدام المعلومات الرقمية. أدوات ماكينات التحكم العددي المحوسب، وغالباً ما يتم اختصارها إلى أدوات ماكينات التحكم العددي المحوسب، هي أدوات ماكينات مزودة بنظام التحكم العددي المحوسب. التحكم العددي المحوسب (CNC) هو طريقة يتحكم فيها كمبيوتر للأغراض العامة مباشرةً في حركة أدوات الماكينات وعمليات المعالجة الخاصة بها.
من خلال تغيير برنامج التحكم المقابل، يمكن تغيير وظيفة التحكم في نظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب دون تغيير دائرة الأجهزة، مما يجعل نظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب متعدد الاستخدامات ومرنًا للغاية. هذا هو اتجاه التطوير لتكنولوجيا التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي، وقد وجد تطبيقًا واسع النطاق في الإنتاج.
يشير التصنيع الآلي بالتحكم العددي إلى طريقة معالجة الأجزاء على أدوات الماكينات NC. تتوافق عملية التصنيع الآلي لأدوات الماكينات بالتحكم العددي NC بشكل عام مع المعالجة التقليدية لأدوات الماكينات، ولكن نظرًا للخصائص الفريدة للتصنيع الآلي بالتحكم العددي NC، هناك تغييرات ملحوظة في عملية التصنيع الآلي بالتحكم العددي NC مقارنةً بعمليات التصنيع الآلي العامة.
يشير التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي إلى تصنيع ومعالجة الأجزاء والمنتجات التي يتم التحكم فيها بواسطة أجهزة الكمبيوتر. وهو ينطوي على استخدام أدوات ماكينات التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC) لإزالة المواد الزائدة تلقائياً من قطعة العمل عن طريق معالجتها وضبطها.
المعدن هو المادة الأكثر استخدامًا في التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي، والنتيجة النهائية هي منتج أو جزء نهائي.
تُعرف هذه العملية باسم التصنيع الطرحي، وتُستخدم تطبيقات الكمبيوتر للتحكم في حركات أدوات الماكينات لتحسين التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي. الأنواع وعمليات المعالجة الأكثر شيوعًا لـ ماكينة CNC تشمل أدوات الطحن، والخراطة، والطحن، والطحن، والتشغيل الآلي للقطع الكهربائي.
يستخدم التفريز قاطع دوّار لإزالة المواد من سطح قطعة العمل عن طريق التحرك على طول 3 أو 4 أو 5 محاور. تُستخدم هذه العملية لمعالجة الأشكال الهندسية المعقدة والأجزاء الدقيقة بالمعدن بسرعة عن طريق قطع أو تشذيب قطعة العمل.
أما الخراطة، من ناحية أخرى، فتتضمن استخدام مخرطة لتصنيع أجزاء ذات سمات أسطوانية. تدور قطعة العمل على العمود وتلامس العمود الدقيق أداة الخراطة لتشكيل حواف دائرية وثقوب شعاعية ومحورية وأخاديد وأخاديد.
بالمقارنة مع التصنيع الآلي اليدوي التقليدي، فإن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أسرع بكثير، مع دقة أبعاد عالية وأخطاء قليلة. يتوافق المنتج النهائي مع رمز الكمبيوتر الخاص بالتصميم.
يمكن استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لتصنيع المنتجات والمكونات النهائية، ولكنها عادةً ما تكون فعالة من حيث التكلفة فقط للإنتاج قصير الأجل للدفعات المنخفضة، مما يجعلها طريقة تصنيع النماذج الأولية السريعة المثالية.
الطحن NC هي عملية تستخدم قواطع دوارة لإزالة المواد. يمكن أن تظل قطعة العمل ثابتة بينما تتحرك الأداة عليها أو تدخل أداة الماكينة بزاوية محددة مسبقًا.
ويعتمد تعقيد وسرعة عملية التشكيل على عدد المحاور المتحركة في الماكينة. فكلما زاد عدد المحاور في الماكينة، كلما كانت العملية أسرع وأكثر تعقيدًا.
لا يزال التفريز ثلاثي المحاور NC أحد أكثر عمليات التصنيع الآلي استخدامًا وشعبية.
في 3 - فيالتصنيع الآلي للمحورتظل قطعة العمل ثابتة، ويقطع القاطع الدوّار على طول المحاور X وY وZ.
طريقة التشغيل الآلي هذه بسيطة نسبيًا ويمكنها إنتاج منتجات ذات هيكل بسيط. ومع ذلك، فهي غير مناسبة لتصنيع الأشكال الهندسية المعقدة أو المنتجات ذات المكونات المعقدة.
نظرًا لأنه لا يمكن إجراء القطع إلا على ثلاثة محاور فقط، فقد تكون سرعة المعالجة أبطأ من سرعة 4 محاور أو التصنيع الآلي خماسي المحاور NC. ويرجع ذلك إلى أن الشُّغْلَة قد تحتاج إلى تغيير موضعها يدويًا لتحقيق الشكل المطلوب.
يضيف الطحن رباعي المحاور NC محورًا رابعًا إلى حركة أداة القطعمما يتيح الدوران حول المحور X.
تتضمن هذه الطريقة استخدام أربعة محاور: المحور X والمحور Y والمحور Y والمحور Z والمحور A (الدوران حول المحور X).
تتمتع معظم ماكينات بنظام التحكم الرقمي ذات 4 محاور أيضًا بالقدرة على تدوير الشُّغْلة، والمعروفة باسم المحور B. وهذا يسمح للماكينة بالعمل كماكينة تفريز ومخرطة في آن واحد.
إذا كنت بحاجة إلى الحفر على جانب القطعة أو على سطح الأسطوانة، فإن التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي رباعي المحاور هو الخيار المثالي.
إنها تعزز عملية التصنيع الآلي بشكل كبير وتحقق دقة عالية في التصنيع الآلي.
يحتوي الطحن خماسي المحاور NC على محور دوران إضافي مقارنةً بالطحن خماسي المحاور NC.
المحور الخامس هو عادةً المحور B، الذي يدور حول المحور Y.
تسمح بعض ماكينات بنظام التحكم الرقمي خماسية المحاور أيضًا بتدوير الشُّغْلة، والمعروف باسم المحور B أو المحور C.
نظرًا لتعدد استخدامات التصنيع الآلي خماسي المحاور NC، فإنه غالبًا ما يُستخدم لتصنيع الأجزاء المعقدة والدقيقة، مثل المكونات الطبية مثل الأطراف الصناعية أو العظام، وأجزاء الفضاء الجوي, تيتانيوم قطع الغيار والقطع الميكانيكية للنفط والغاز والمنتجات العسكرية وغيرها.
تتضمن العملية الكاملة للتصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي الخطوات التالية: تحليل العملية استنادًا إلى رسم معالجة الجزء، وتحديد خطط التصنيع الآلي، ومعلمات العملية وبيانات الإزاحة؛ وكتابة ورقة برنامج معالجة الجزء برموز وتنسيقات البرنامج المحددة؛ وإدخال البرنامج أو نقله؛ والتشغيل التجريبي، ومحاكاة مسار الأداة، وما إلى ذلك، من إدخال برنامج التصنيع الآلي أو نقله إلى وحدة NC؛ والتشغيل التلقائي لأداة الماكينة من خلال التشغيل الصحيح، والقطع التجريبي للعينة الأولى؛ وفحص الأجزاء المعالجة.
برنامج التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي هو عبارة عن سلسلة من التعليمات التي تقود أداة الماكينة NC لتنفيذ التصنيع الآلي، وهو البرنامج التطبيقي لأداة الماكينة NC. تشمل المهام الرئيسية للبرمجة باستخدام الحاسب الآلي تحليل رسم الأجزاء، وتصميم العملية، وتخطيط مسار الماكينة، وتحديد الوظيفة المساعدة لأداة الماكينة. إنها مرحلة مهمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.
فيما يلي محتوى وخطوات برمجة CNC وخطواتها:
تحليل رسم الجزء -> تحديد مسار العملية للمعالجة -> حساب مسار الأداة -> كتابة البرامج -> إدخال البرنامج -> التحقق من البرنامج والقطع التجريبي
تتضمن طرق تجميع برامج NC البرمجة اليدوية والبرمجة التلقائية.
1) تشير البرمجة اليدوية إلى طريقة البرمجة حيث يتم إكمال العملية بأكملها، بدءًا من تحليل رسومات القِطع، وصياغة إجراءات العملية، وحساب مسارات حركة الأداة، وكتابة أوراق برنامج معالجة القِطع، وإعداد وسائط التحكم إلى فحص البرنامج، كل ذلك يتم إكماله يدويًا. بالنسبة للقِطع ذات الأشكال الهندسية الأقل تعقيدًا، والحسابات البسيطة، وعدد قليل من برامج التشغيل الآلي، تكون الكتابة اليدوية سهلة التنفيذ.
البرمجة اليدوية هي أساس تجميع برامج الماكينات وهي أيضًا الطريقة الرئيسية لتصحيح أخطاء الماكينات في الموقع لأدوات الماكينات NC. إنها مهارة أساسية يجب أن يتقنها مشغلو أدوات الماكينات.
بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة، مثل الأجزاء ذات المنحنيات غير الدائرية وخطوط المنحنيات المجدولة، تكون البرمجة اليدوية مملة، وحجم البرنامج ضخم، واحتمالية حدوث أخطاء عالية، والكفاءة منخفضة، والبرمجة اليدوية ليست على مستوى المهمة، لذا يجب اعتماد البرمجة الآلية.
2) تشير البرمجة الأوتوماتيكية إلى الطريقة التي يتم فيها تنفيذ معظم أو جزء من أعمال كتابة البرامج لأدوات الماكينات NC بواسطة الحاسوب. وتقلل البرمجة الآلية من كثافة عمل المبرمجين، وتحسن كفاءة البرمجة وجودتها، وتحل مشاكل برمجة الأجزاء المعقدة التي لا تستطيع البرمجة اليدوية معالجتها.
اعتمادًا على الطرق المختلفة لإدخال المعلومات وطرق معالجتها، تنقسم طرق البرمجة الآلية بشكل أساسي إلى البرمجة اللغوية والبرمجة التفاعلية الرسومية.
تستخدم البرمجة اللغوية لغة معينة عالية المستوى لتحديد الشكل الهندسي للجزء ومسار التغذية، مع قيام الكمبيوتر بإكمال الحسابات الهندسية المعقدة، أو اختيار الأدوات والتركيبات وكميات القطع من خلال قاعدة بيانات تقنية. تشمل أنظمة البرمجة NC الأكثر شهرةً أنظمة البرمجة NC الأكثر شهرةً APT (الأدوات المبرمجة تلقائيًا).
لا توفر البرمجة اللغوية وصفًا بديهيًا للشكل الهندسي للجزء، وهي طريقة برمجة مبكرة تستخدمها أدوات الماكينات NC، وقد تم استبدالها تدريجيًا بطرق البرمجة التفاعلية الرسومية.
تعتمد البرمجة التفاعلية الرسومية على برنامج CAD/CAM معين، حيث يتم إكمال تعريف رسم الماكينات وإعداد معلمات العملية من خلال التفاعل بين الإنسان والحاسوب، ثم يقوم برنامج البرمجة بمعالجة تلقائية لتوليد مسار الأداة وبرنامج الماكينات بنظام التحكم الرقمي.
البرمجة التفاعلية الرسومية هي الطريقة الأكثر استخدامًا حاليًا، مع أنظمة برمجية نموذجية تشمل Mastercam وUG وPro/E وأنظمة برمجة بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب.
بالمقارنة مع الآلات الميكانيكية التقليدية، فإن مزايا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هي
يعتمد شكل القِطع التي تتم معالجتها بواسطة أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي بشكل أساسي على برنامج المعالجة. عندما تتغير قطعة العمل، يمكن إعادة برمجة برنامج جديد لمعالجة الأجزاء، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للقطعة الواحدة والإنتاج على دفعات صغيرة واختبار النماذج الأولية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الحركة التي يمكن التحكم فيها في الماكينات بنظام التحكم الرقمي تمكّنها من إكمال المعالجة السطحية المعقدة التي يصعب أو يستحيل على أدوات الماكينات العادية.
تتميز أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بدقة أعلى من أدوات الماكينات العادية. أثناء عملية التصنيع، يمكن لوضع التصنيع الآلي لأدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي أن يتجنب الأخطاء الناجمة عن العوامل البشرية، مما يؤدي إلى اتساق جيد في الأبعاد، ودقة عالية، وجودة تصنيع مستقرة للغاية لنفس الدفعة من الأجزاء.
نطاق ضبط سرعة عمود الدوران ومعدل التغذية لأدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي أكبر بكثير من أدوات الماكينات العادية. صلابة أداة الماكينة عالية، مما يسمح بكميات قطع كبيرة، وبالتالي توفير وقت التصنيع بشكل فعال. تعمل سرعة الحركة السريعة للأجزاء المتحركة لأداة ماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي على تقصير وقت التموضع وعدم القطع.
تتحرك أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي CNC وفقًا للإحداثيات، مما يوفر العمليات المساعدة مثل رسم الخطوط وتقليل الوقت الإضافي. غالبًا ما يتم تثبيت قطعة العمل في جهاز بسيط لتحديد الموضع والتثبيت، مما يقلل من دورة تصميم وتصنيع معدات المعالجة، وبالتالي تسريع عملية إعداد الإنتاج.
في أدوات ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي المزودة بمخزن أدوات ومبادل أدوات أوتوماتيكي، يمكن للجزء إكمال عمليات تصنيع آلي متعددة ومستمرة بمشبك واحد، مما يقلل من وقت دوران المنتجات شبه المصنعة ويجعل التحسن في كفاءة الإنتاج أكثر وضوحًا.
كثافة العمالة منخفضة. يتم تصنيع القِطع بواسطة أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي آليًا وفقًا لبرنامج مبرمج مسبقًا. وتتمثل المهام الرئيسية للمشغل في تحرير البرنامج، وإدخال البرنامج، وتحميل وتفريغ القِطع، وتجهيز الأدوات، ومراقبة حالة التشغيل الآلي، وفحص القِطع، دون الحاجة إلى عمليات يدوية متكررة ثقيلة.
ولذلك، تنخفض كثافة العمالة بشكل كبير، ويميل عمل مشغل أداة الماكينة نحو العمليات الفكرية. وبالإضافة إلى ذلك، تتم معالجة أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي CNC بشكل عام بطريقة مغلقة، وهي نظيفة وآمنة.
التشغيل الآلي بالتحكم البرمجي يجعل من السهل تغيير الأصناف. كما أن التشغيل الآلي متعدد التسلسل على ماكينة واحدة يبسط إدارة عملية الإنتاج، ويقلل من عدد موظفي الإدارة، ويمكن أن يحقق إنتاجًا غير مأهول. يمكن أن يؤدي استخدام أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي في التصنيع الآلي إلى حساب ساعات العمل لمنتج واحد بدقة وترتيب الإنتاج بشكل معقول.
تستخدم أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي المعلومات الرقمية ومعالجة الأكواد القياسية للتحكم في التشغيل الآلي، مما يهيئ الظروف لأتمتة عملية الإنتاج ويبسط بشكل فعال نقل المعلومات بين عمليات الفحص وتجهيزات العمل والمنتجات شبه المصنعة.
① تقليل عدد الأدوات المطلوبة والتخلص من الحاجة إلى أدوات معقدة لمعالجة القِطع ذات الأشكال المعقدة.
إذا كنت بحاجة إلى تغيير شكل أو حجم جزء ما، فما عليك سوى تعديل برنامج المعالجة لهذا الجزء، مما يجعله مثاليًا لتطوير وتعديل المنتجات الجديدة.
② جودة التصنيع متسقة مع دقة عالية وقابلية تكرار عالية، مما يجعلها مناسبة لمتطلبات التصنيع الصارمة للطائرات.
④ يمكنها التعامل بكفاءة مع التشكيلات المعقدة التي يصعب معالجتها باستخدام الطرق التقليدية، ويمكنها حتى العمل على الأجزاء التي لا يمكن رؤيتها أثناء المعالجة.
يتمثل الجانب السلبي في التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي NC في أن تكلفة الماكينات والمعدات عالية جدًا، ويجب أن يتمتع موظفو الصيانة بمستوى عالٍ من الخبرة.
التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي هو أكثر طرق التصنيع الآلي استخدامًا حاليًا.
عند إجراء التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي، من المهم ليس فقط فهم خصائصه ولكن أيضًا فهم الخطوات التي تنطوي عليها العملية من أجل تحسين كفاءة التصنيع الآلي.
ما هي الخطوات المتبعة في التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي؟
بناءً على رسومات الماكينات المقدمة من العميل، يمكن لموظفي الماكينات تحليل الشكل ودقة الأبعاد, خشونة السطحومادة الجزء ونوع الفراغ وحالة المعالجة الحرارية. تُستخدم هذه المعلومات لاختيار أدوات الماكينة وأدواتها، وتحديد جهاز التموضع والتثبيت وطريقة التشغيل الآلي والتسلسل ومعلمات القطع.
عند تحديد عملية التصنيع الآلي، يجب مراعاة قدرات التحكم لأداة الماكينة بنظام التحكم الرقمي المستخدمة. سيؤدي ذلك إلى زيادة كفاءة أداة الماكينة إلى أقصى حد ويؤدي إلى مسار تصنيع أكثر كفاءة، مما يقلل من وقت انتقال الأداة ويقلل من ساعات التصنيع.
ولحساب مسار حركة مركز مسار الأداة، يتم أخذ الأبعاد الهندسية للأجزاء الميكانيكية ونظام إحداثيات البرمجة المحددة في الاعتبار. وينتج عن ذلك تحديد جميع بيانات موضع الأداة.
معظم أنظمة CNC إمكانيات الاستيفاء الخطي واستيفاء القوس الدائري. بالنسبة لمعالجة الأجزاء المستوية البسيطة نسبيًا، مثل الأجزاء المكونة من خطوط وأقواس دائرية، يتم حساب نقاط البداية والنهاية للعناصر الهندسية، ومركز الأقواس الدائرية (أو نصف القطر)، وقيم الإحداثيات لنقاط التقاطع أو المماس.
إذا كان نظام NC لا يحتوي على تعويض الأداة القدرات، يجب حساب قيم إحداثيات مسار الحركة لمركز الأداة.
بالنسبة للأجزاء التي تحتوي على الأشكال المعقدةمثل تلك التي تتكون من منحنيات وأسطح غير دائرية، يجب تقريب المنحنيات أو الأسطح الفعلية باستخدام مقاطع مستقيمة (أو مقاطع قوسية) ويجب حساب القيم الإحداثية لعقدها بناءً على دقة التصنيع المطلوبة.
استنادًا إلى مسار الأداة للجزء، يتم حساب بيانات حركة الأداة ومعلمات العملية المحددة والإجراءات المساعدة.
يقوم المبرمج بعد ذلك بكتابة برنامج معالجة الجزء في أقسام، باتباع التعليمات الوظيفية وتنسيق قسم البرنامج المحدد من قبل نظام NC المستخدم.
ينبغي مراعاة ما يلي:
باتباع هذه الخطوات الثلاث أثناء التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي، يمكن تنفيذ عملية التصنيع الآلي بكفاءة أكبر.
تحدد خصائص أداء أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي نطاق تطبيق التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي. بالنسبة للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي، يمكن تقسيم الأشياء إلى ثلاث فئات وفقًا لمدى ملاءمتها.
1) الفئة الأكثر ملاءمة:
القطع ذات الدقة العالية في التصنيع الآلي والشكل المعقد والهيكل المعقد، خاصةً تلك التي تحتوي على منحنيات معقدة وخطوط سطحية معقدة، أو القطع ذات التجاويف غير المفتوحة. يصعب تصنيع هذه القِطع وفحصها باستخدام أدوات الماكينات العامة، ومن الصعب ضمان جودة التصنيع الآلي؛ وهي القِطع التي يجب إكمالها في لقط واحد لعمليات متعددة.
2) فئة أكثر ملاءمة:
الأجزاء باهظة الثمن ذات الفراغات التي يصعب الحصول عليها والتي لا يمكن تخريدها. هذه القطع معرضة لأن تكون دون المستوى المطلوب أو قطعاً تالفة عند معالجتها على أدوات الماكينات العادية.
من أجل الموثوقية، يمكن اختيارها للتشغيل الآلي على أدوات الماكينات بنظام التحكم الرقمي؛ الأجزاء ذات الكفاءة المنخفضة، وكثافة العمالة العالية، وصعوبة التحكم في الجودة عند معالجتها على أدوات الماكينات العامة؛ الأجزاء المستخدمة لتغييرات النموذج واختبار الأداء (تتطلب اتساق أبعاد جيد)؛ الأجزاء متعددة الأصناف، ومتعددة المواصفات، والقطع أحادية القطعة وقطع الإنتاج ذات الدفعة الصغيرة.
3) فئة غير مناسبة:
القِطع التي تعتمد كليًا على التموضع اليدوي؛ القِطع ذات بدلات التشغيل الآلي غير المستقرة للغاية إذا لم يكن لدى أداة ماكينة التحكم الرقمي بنظام التحكم الرقمي نظام فحص عبر الإنترنت يمكنه فحص إحداثيات موضع الجزء وضبطها تلقائيًا؛ القِطع التي يجب أن تستخدم معدات معالجة محددة، وتعتمد على قوالب، وعينات من القِطع للتشغيل الآلي؛ القِطع التي تحتاج إلى إنتاجها بكميات كبيرة.
مع تحسين أداء أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، وإتقان الوظائف، وخفض التكاليف، والتحسين المستمر لأداء أدوات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والأدوات المساعدة، والتحسين المستمر لتكنولوجيا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يتزايد تدريجياً استخدام أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذات الأتمتة العالية والدقة العالية والعمليات المركزة للإنتاج على نطاق واسع.