التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو عملية تصنيع تحدد فيها برامج الكمبيوتر المبرمجة مسبقًا حركة أدوات وآلات المصنع. ويمكن استخدام هذه العملية للتحكم في مجموعة من الآلات المعقدة، بدءًا من المطاحن والمخارط وحتى المطاحن وأجهزة التوجيه. باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يمكن إنجاز مهام القطع ثلاثية الأبعاد في مجموعة واحدة من المطالبات.
اختصارًا لـ "التحكم العددي بالكمبيوتر"، تعمل عملية CNC على النقيض من - وبالتالي تحل محل - قيود التحكم اليدوي، حيث تكون هناك حاجة إلى مشغلين مباشرين لتوجيه وتوجيه أوامر أدوات التشغيل عبر الرافعات والأزرار والعجلات. بالنسبة للناظر، قد يشبه نظام CNC مجموعة عادية من مكونات الكمبيوتر، ولكن البرامج ووحدات التحكم المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تميزه عن جميع أشكال الحساب الأخرى.
كيف تعمل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟
عندما يتم تنشيط نظام CNC، تتم برمجة القطع المطلوبة في البرنامج ويتم إملاءها على الأدوات والآلات المقابلة، والتي تنفذ مهام الأبعاد كما هو محدد، مثل الروبوت إلى حد كبير.
في برمجة CNC، غالبًا ما يفترض مولد الكود داخل النظام العددي أن الآليات لا تشوبها شائبة، على الرغم من احتمالية حدوث أخطاء، والتي تكون أكبر كلما تم توجيه آلة CNC للقطع في أكثر من اتجاه في وقت واحد. يتم تحديد موضع الأداة في نظام التحكم العددي من خلال سلسلة من المدخلات المعروفة باسم برنامج الجزء.
مع آلة التحكم العددي، يتم إدخال البرامج عبر البطاقات المثقوبة. وعلى النقيض من ذلك، يتم تغذية برامج آلات CNC إلى أجهزة الكمبيوتر من خلال لوحات المفاتيح الصغيرة. يتم الاحتفاظ ببرمجة CNC في ذاكرة الكمبيوتر. يتم كتابة الكود نفسه وتحريره بواسطة المبرمجين. لذلك، توفر أنظمة CNC قدرة حسابية أكثر اتساعًا بكثير. وأفضل ما في الأمر هو أن أنظمة CNC ليست ثابتة بأي حال من الأحوال، حيث يمكن إضافة المطالبات الأحدث إلى البرامج الموجودة مسبقًا من خلال التعليمات البرمجية المنقحة.
برمجة ماكينة CNC
في CNC، يتم تشغيل الآلات عن طريق التحكم العددي، حيث يتم تخصيص برنامج للتحكم في كائن ما. يُشار إلى اللغة المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بالتناوب باسم G-code، وهي مكتوبة للتحكم في السلوكيات المختلفة للآلة المقابلة، مثل السرعة ومعدل التغذية والتنسيق.
بشكل أساسي، تتيح المعالجة باستخدام الحاسب الآلي (CNC) برمجة سرعة وموضع وظائف أداة الآلة مسبقًا وتشغيلها عبر برنامج في دورات متكررة يمكن التنبؤ بها، وكل ذلك مع مشاركة قليلة من المشغلين البشريين. ونظرًا لهذه القدرات، فقد تم اعتماد هذه العملية في جميع أركان قطاع التصنيع وهي حيوية بشكل خاص في مجالات إنتاج المعادن والبلاستيك.
بالنسبة للمبتدئين، يتم تصميم رسم CAD ثنائي أو ثلاثي الأبعاد، ثم يتم ترجمته بعد ذلك إلى كود كمبيوتر ليتم تنفيذه بواسطة نظام CNC. بعد إدخال البرنامج، يقوم المشغل بتشغيله تجريبيًا للتأكد من عدم وجود أخطاء في الترميز.
أنظمة التصنيع ذات الحلقة المفتوحة/المغلقة
يتم تحديد التحكم في الموضع من خلال نظام الحلقة المفتوحة أو الحلقة المغلقة. مع الأول، تعمل الإشارة في اتجاه واحد بين وحدة التحكم والمحرك. مع نظام الحلقة المغلقة، وحدة التحكم قادرة على تلقي ردود الفعل، مما يجعل تصحيح الخطأ ممكنًا. وبالتالي، يمكن لنظام الحلقة المغلقة تصحيح المخالفات في السرعة والموضع.
في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يتم توجيه الحركة عادةً عبر المحورين X وY. يتم وضع الأداة بدورها وتوجيهها عبر محركات متدرجة أو مؤازرة، والتي تكرر الحركات الدقيقة على النحو الذي يحدده رمز G. إذا كانت القوة والسرعة في حدهما الأدنى، فيمكن تشغيل العملية عبر التحكم في الحلقة المفتوحة. بالنسبة لكل شيء آخر، يعد التحكم في الحلقة المغلقة ضروريًا لضمان السرعة والاتساق والدقة المطلوبة للتطبيقات الصناعية، مثل الأعمال المعدنية.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مؤتمت بالكامل
في بروتوكولات CNC الحالية، يتم إنتاج الأجزاء عبر برامج مبرمجة مسبقًا بشكل آلي في الغالب. يتم وضع أبعاد جزء معين في مكانها باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ثم يتم تحويلها إلى منتج نهائي فعلي باستخدام برنامج التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM).
قد تتطلب أي قطعة عمل مجموعة متنوعة من الأدوات الآلية، مثل المثاقب والقواطع. ومن أجل تلبية هذه الاحتياجات، تجمع العديد من الآلات اليوم بين عدة وظائف مختلفة في خلية واحدة. بالتناوب، قد يتكون التثبيت من عدة آلات ومجموعة من الأيدي الآلية التي تنقل الأجزاء من تطبيق إلى آخر، ولكن مع التحكم في كل شيء بواسطة نفس البرنامج. بغض النظر عن الإعداد، تسمح عملية CNC بالاتساق في إنتاج الأجزاء التي قد يكون من الصعب، إن لم يكن من المستحيل، تكرارها يدويًا.
الأنواع المختلفة لآلات CNC
تعود أقدم آلات التحكم العددي إلى أربعينيات القرن العشرين عندما تم استخدام المحركات لأول مرة للتحكم في حركة الأدوات الموجودة مسبقًا. مع تقدم التقنيات، تم تعزيز الآليات باستخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية، وفي النهاية باستخدام أجهزة الكمبيوتر الرقمية، مما أدى إلى ظهور التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.
الغالبية العظمى من ترسانات CNC اليوم إلكترونية بالكامل. تشمل بعض العمليات الأكثر شيوعًا التي يتم تشغيلها باستخدام الحاسب الآلي اللحام بالموجات فوق الصوتية وتثقيب الثقوب والقطع بالليزر. تشمل الآلات الأكثر استخدامًا في أنظمة CNC ما يلي:
مطاحن CNC
إن آلات CNC قادرة على العمل على برامج تتألف من مطالبات قائمة على الأرقام والحروف، والتي توجه القطع عبر مسافات مختلفة. يمكن أن تعتمد البرمجة المستخدمة لآلة الطاحونة على رمز G أو لغة فريدة تم تطويرها بواسطة فريق التصنيع. تتكون المطاحن الأساسية من نظام ثلاثي المحاور (X، Y، Z)، على الرغم من أن معظم المطاحن الأحدث يمكن أن تستوعب ثلاثة محاور إضافية.
مخارط
في آلات المخرطة، يتم قطع القطع في اتجاه دائري باستخدام أدوات قابلة للفهرسة. باستخدام تقنية CNC، يتم تنفيذ القطع المستخدمة بواسطة المخارط بدقة وسرعة عالية. تُستخدم مخارط CNC لإنتاج تصميمات معقدة لن تكون ممكنة في الإصدارات التي يتم تشغيلها يدويًا من الماكينة. وبشكل عام، فإن وظائف التحكم في المطاحن والمخارط التي يتم تشغيلها بواسطة CNC متشابهة. كما هو الحال مع السابق، يمكن توجيه المخارط بواسطة رمز G أو رمز ملكية فريد. ومع ذلك، فإن معظم مخارط CNC تتكون من محورين – X و Z.
قواطع البلازما
في قاطع البلازما، يتم قطع المواد باستخدام شعلة البلازما. يتم تطبيق هذه العملية في المقام الأول على المواد المعدنية ولكن يمكن استخدامها أيضًا على الأسطح الأخرى. ومن أجل إنتاج السرعة والحرارة اللازمتين لقطع المعدن، يتم توليد البلازما من خلال مزيج من غاز الهواء المضغوط والأقواس الكهربائية.
آلات التفريغ الكهربائي
تعد عملية التفريغ الكهربائي (EDM) - والتي يشار إليها بالتناوب باسم غرق القالب والتصنيع بالشرارة - عملية يتم فيها تشكيل قطع العمل في أشكال معينة باستخدام الشرر الكهربائي. مع EDM، يحدث تفريغ للتيار بين قطبين كهربائيين، وهذا يزيل أجزاء من قطعة عمل معينة.
عندما تصبح المسافة بين الأقطاب الكهربائية أصغر، يصبح المجال الكهربائي أكثر كثافة وبالتالي أقوى من العازل الكهربائي. هذا يجعل من الممكن مرور التيار بين القطبين. وبالتالي، تتم إزالة أجزاء من قطعة العمل بواسطة كل قطب كهربائي. تشمل الأنواع الفرعية من EDM ما يلي:
● سلك EDM، حيث يتم استخدام التآكل بالشرارة لإزالة أجزاء من مادة موصلة إلكترونيًا.
● ثقالة EDM، حيث يتم غمر القطب الكهربائي وقطعة العمل في سائل عازل لغرض تشكيل القطعة.
في عملية تُعرف باسم التنظيف، يتم نقل الحطام من كل قطعة عمل جاهزة بعيدًا بواسطة عازل سائل، والذي يظهر بمجرد توقف التيار بين القطبين، ويهدف إلى إزالة أي شحنات كهربائية إضافية.
قواطع المياه النفاثة
في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، نفاثات الماء هي أدوات تقطع المواد الصلبة، مثل الجرانيت والمعادن، مع تطبيقات الضغط العالي للمياه. وفي بعض الحالات، يتم خلط الماء بالرمل أو أي مادة كاشطة قوية أخرى. غالبًا ما يتم تشكيل أجزاء آلات المصنع من خلال هذه العملية.
يتم استخدام نفاثات الماء كبديل أكثر برودة للمواد غير القادرة على تحمل العمليات كثيفة الحرارة لآلات CNC الأخرى. على هذا النحو، تُستخدم نفاثات الماء في مجموعة من القطاعات، مثل صناعات الطيران والتعدين، حيث تكون العملية قوية لأغراض النحت والقطع، من بين وظائف أخرى. تُستخدم قواطع المياه النفاثة أيضًا في التطبيقات التي تتطلب قطعًا معقدًا للغاية في المواد، حيث أن نقص الحرارة يمنع أي تغيير في الخصائص الجوهرية للمواد التي قد تنجم عن قطع المعدن.
الأنواع المختلفة لآلات CNC
كما أظهرت الكثير من العروض التوضيحية بالفيديو لآلة CNC، يتم استخدام النظام لعمل قطع مفصلة للغاية من القطع المعدنية لمنتجات الأجهزة الصناعية. بالإضافة إلى الآلات المذكورة أعلاه، تشمل الأدوات والمكونات الأخرى المستخدمة في أنظمة CNC ما يلي:
● آلات التطريز
● أجهزة التوجيه الخشبية
● مثاقب البرج
● آلات ثني الأسلاك
● قواطع الرغوة
● قواطع الليزر
● المطاحن الأسطوانية
● طابعات ثلاثية الأبعاد
● قواطع الزجاج
عندما تكون هناك حاجة إلى إجراء عمليات قطع معقدة على مستويات وزوايا مختلفة على قطعة عمل، فيمكن إجراء كل ذلك في غضون دقائق على آلة CNC. طالما أن الجهاز مبرمج بالرمز الصحيح، فإن وظائف الجهاز ستنفذ الخطوات كما يمليها البرنامج. يتم ترميز كل شيء وفقًا للتصميم، ويجب أن يظهر منتج ذو تفاصيل وقيمة تكنولوجية بمجرد انتهاء العملية.
وقت النشر: 01 يناير 2022
