التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) هو عملية تصنيع تُحدد فيها برامج حاسوبية مُبرمجة مسبقًا حركة أدوات وآلات المصنع. يمكن استخدام هذه العملية للتحكم في مجموعة من الآلات المعقدة، بدءًا من المطاحن والمخرطات وصولًا إلى المطاحن وأجهزة التوجيه. باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يُمكن إنجاز مهام القطع ثلاثية الأبعاد بمجموعة واحدة من الأوامر.
اختصارًا لـ "التحكم الرقمي بالحاسوب"، تعمل عملية CNC على عكس - وبالتالي تتجاوز - قيود التحكم اليدوي، حيث يتطلب الأمر مشغلين مباشرين لتوجيه أوامر أدوات التشغيل عبر الرافعات والأزرار والعجلات. قد يبدو نظام CNC للمشاهد وكأنه مجموعة عادية من مكونات الكمبيوتر، لكن البرامج ووحدات التحكم المستخدمة في التشغيل CNC تميزه عن جميع أشكال الحوسبة الأخرى.
كيف تعمل الآلات ذات التحكم الرقمي؟
عندما يتم تنشيط نظام CNC، يتم برمجة القطع المطلوبة في البرنامج وإملائها على الأدوات والآلات المقابلة، والتي تنفذ المهام الأبعادية كما هو محدد، تمامًا مثل الروبوت.
في برمجة التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، يفترض مُولِّد الكود في النظام الرقمي غالبًا أن الآليات خالية من العيوب، على الرغم من احتمالية حدوث أخطاء، وهو احتمال يتزايد كلما وُجِّهت آلة التحكم الرقمي بالكمبيوتر للقطع في أكثر من اتجاه في آنٍ واحد. يُحدَّد موضع الأداة في نظام التحكم الرقمي من خلال سلسلة من المُدخلات تُعرف باسم برنامج القطعة.
في آلات التحكم الرقمي، تُدخل البرامج عبر بطاقات مثقبة. على النقيض من ذلك، تُغذّى برامج آلات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) عبر لوحات مفاتيح صغيرة. تُحفظ برمجة CNC في ذاكرة الحاسوب، بينما يُكتب الكود نفسه ويُحرّره المبرمجون. لذلك، تُوفّر أنظمة CNC سعة حسابية أوسع بكثير. والأفضل من ذلك كله، أن أنظمة CNC ليست ثابتة بأي حال من الأحوال، إذ يُمكن إضافة أوامر جديدة إلى البرامج الموجودة مسبقًا من خلال كود مُعدّل.
برمجة آلات CNC
في ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، تُشغَّل الآلات عبر التحكم الرقمي، حيث يُخصَّص برنامج حاسوبي للتحكم في الكائن. تُعرف لغة تشغيل ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) أيضًا باسم G-code، وهي مكتوبة للتحكم في مختلف سلوكيات الآلة المقابلة، مثل السرعة ومعدل التغذية والتنسيق.
في الأساس، تُمكّن تقنية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) من برمجة سرعة وموضع وظائف أدوات الآلة مسبقًا، وتشغيلها عبر برامج حاسوبية في دورات متكررة ومتوقعة، كل ذلك دون تدخل بشري يُذكر. بفضل هذه الإمكانيات، تم اعتماد هذه العملية في جميع قطاعات قطاع التصنيع، وهي حيوية بشكل خاص في مجالات إنتاج المعادن والبلاستيك.
في البداية، يُرسم رسم CAD ثنائي أو ثلاثي الأبعاد، ثم يُترجم إلى شيفرة حاسوبية لينفذها نظام CNC. بعد إدخال البرنامج، يُجري المُشغل تجربةً للتأكد من خلوه من أي أخطاء في الشيفرة.
أنظمة التشغيل ذات الحلقة المفتوحة/المغلقة
يتم تحديد التحكم في الموقع من خلال نظام حلقة مفتوحة أو مغلقة. في النظام الأول، تسير الإشارة في اتجاه واحد بين وحدة التحكم والمحرك. أما في النظام المغلق، فتستقبل وحدة التحكم تغذية راجعة، مما يُمكّن من تصحيح الأخطاء. وبالتالي، يُمكن لنظام الحلقة المغلقة تصحيح أي اختلالات في السرعة والموقع.
في ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، تُوجَّه الحركة عادةً عبر المحورين X وY. وتُوجَّه الأداة بدورها بواسطة محركات متدرجة أو محركات مؤازرة، تُحاكي الحركات الدقيقة التي يُحدِّدها الكود G. إذا كانت القوة والسرعة في أدنى مستوياتهما، يُمكن تشغيل العملية عبر نظام التحكم مفتوح الحلقة. أما في باقي العمليات، فيُعدّ نظام التحكم مغلق الحلقة ضروريًا لضمان السرعة والاتساق والدقة المطلوبة للتطبيقات الصناعية، مثل أعمال المعادن.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو آلي بالكامل
في بروتوكولات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) الحالية، غالبًا ما تتم أتمتة إنتاج القطع باستخدام برامج مُبرمجة مسبقًا. تُضبط أبعاد القطعة باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، ثم تُحوّل إلى منتج نهائي فعلي باستخدام برنامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM).
قد تتطلب أي قطعة عمل مجموعة متنوعة من الأدوات الآلية، مثل المثاقب والقواطع. ولتلبية هذه الاحتياجات، تجمع العديد من الآلات الحديثة بين عدة وظائف مختلفة في خلية واحدة. كبديل، قد يتكون التركيب من عدة آلات ومجموعة من الأيدي الآلية التي تنقل القطع من تطبيق لآخر، ولكن مع التحكم في كل شيء بواسطة البرنامج نفسه. وبغض النظر عن الإعداد، تتيح عملية التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) اتساقًا في إنتاج القطع، وهو أمر يصعب، إن لم يكن مستحيلًا، تكراره يدويًا.
أنواع مختلفة من آلات CNC
يعود تاريخ أقدم آلات التحكم الرقمي إلى أربعينيات القرن العشرين، عندما استُخدمت المحركات لأول مرة للتحكم في حركة الأدوات القديمة. ومع تطور التكنولوجيا، تم تحسين هذه الآليات بأجهزة كمبيوتر تناظرية، وفي نهاية المطاف بأجهزة كمبيوتر رقمية، مما أدى إلى ظهور آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC).
الغالبية العظمى من ترسانات CNC الحالية إلكترونية بالكامل. من بين العمليات الأكثر شيوعًا التي تُشغّلها CNC اللحام بالموجات فوق الصوتية، والتثقيب، والقطع بالليزر. تشمل الآلات الأكثر استخدامًا في أنظمة CNC ما يلي:
مطاحن CNC
تعمل مطاحن CNC على برامج تتكون من إشارات رقمية وحروفية، تُوجِّه القطع عبر مسافات مختلفة. يمكن برمجة آلة المطحنة إما باستخدام G-code أو لغة برمجة خاصة يطورها فريق التصنيع. تتكون المطاحن الأساسية من نظام ثلاثي المحاور (X، Y، Z)، مع أن معظم المطاحن الحديثة يمكنها استيعاب ثلاثة محاور إضافية.
مخرطات
في المخرطة، تُقطع القطع في اتجاه دائري باستخدام أدوات قابلة للفهرسة. أما باستخدام تقنية التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، فتُجرى عمليات القطع التي تستخدمها المخرطة بدقة وسرعة عالية. تُستخدم مخرطة CNC لإنتاج تصاميم معقدة لا يمكن إنتاجها باستخدام الإصدارات اليدوية من الآلة. بشكل عام، تتشابه وظائف التحكم في المطاحن والمخرطات التي تعمل بتقنية CNC. وكما هو الحال في المخرطة التقليدية، يمكن توجيه المخرطة بواسطة شفرة G أو شفرة خاصة فريدة. ومع ذلك، تتكون معظم مخرطات CNC من محورين - X وZ.
قواطع البلازما
في قاطع البلازما، تُقطع المادة بمشعل بلازما. تُطبق هذه العملية في المقام الأول على المواد المعدنية، ولكن يمكن استخدامها أيضًا على أسطح أخرى. ولإنتاج السرعة والحرارة اللازمتين لقطع المعدن، تُولّد البلازما من خلال مزيج من غاز الهواء المضغوط والأقواس الكهربائية.
آلات التفريغ الكهربائي
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) - المعروف أيضًا باسم غمر القالب وتشغيل الشرر - هو عملية تشكيل قطع العمل بأشكال محددة باستخدام شرارات كهربائية. في هذه العملية، يحدث تفريغ للتيار الكهربائي بين قطبين، مما يؤدي إلى إزالة أجزاء من قطعة العمل.
عندما تصغر المسافة بين القطبين، يصبح المجال الكهربائي أكثر شدةً، وبالتالي أقوى من العازل. هذا يُمكّن من مرور التيار بين القطبين. وبالتالي، يُزيل كل قطب أجزاءً من قطعة العمل. تشمل الأنواع الفرعية للتفريغ الكهربائي بالتفريغ الكهربائي ما يلي:
● تقنية التفريغ الكهربائي السلكي، حيث يتم استخدام تآكل الشرارة لإزالة أجزاء من مادة موصلة إلكترونيًا.
● عملية التفريغ الكهربائي الغاطسة، حيث يتم نقع القطب وقطعة العمل في سائل عازل لغرض تكوين القطعة.
في عملية تعرف باسم التنظيف، يتم نقل الحطام من كل قطعة عمل منتهية بواسطة عازل سائل، والذي يظهر بمجرد توقف التيار بين القطبين، وهو يهدف إلى القضاء على أي شحنات كهربائية أخرى.
قواطع نفاثة المياه
في ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، تُستخدم نفاثات الماء لقطع المواد الصلبة، مثل الجرانيت والمعادن، باستخدام ضغط عالٍ من الماء. في بعض الحالات، يُخلط الماء بالرمل أو مادة كاشطة قوية أخرى. غالبًا ما تُشكّل أجزاء آلات المصانع بهذه الطريقة.
تُستخدم نفثات الماء كبديل لتبريد المواد التي لا تتحمل العمليات الحرارية المكثفة لآلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) الأخرى. ولذلك، تُستخدم نفثات الماء في قطاعات متنوعة، مثل صناعات الطيران والتعدين، حيث تتميز هذه العملية بفعالية عالية في النحت والقطع، من بين وظائف أخرى. كما تُستخدم قواطع نفث الماء في التطبيقات التي تتطلب قطعًا دقيقًا للغاية في المواد، حيث يمنع نقص الحرارة أي تغيير في الخصائص الجوهرية للمواد التي قد تنتج عن قطع المعادن.
أنواع مختلفة من آلات CNC
كما أظهرت العديد من عروض الفيديو التوضيحية لآلات CNC، يُستخدم النظام لإجراء قطع دقيقة للغاية للقطع المعدنية المستخدمة في منتجات الأجهزة الصناعية. بالإضافة إلى الآلات المذكورة أعلاه، تشمل الأدوات والمكونات الأخرى المستخدمة في أنظمة CNC ما يلي:
● آلات التطريز
● أجهزة توجيه الخشب
● مثاقب البرج
● آلات ثني الأسلاك
● قواطع الرغوة
● قواطع الليزر
● مطاحن أسطوانية
● الطابعات ثلاثية الأبعاد
● قواطع الزجاج
عند الحاجة إلى إجراء قطع معقدة بمستويات وزوايا مختلفة على قطعة العمل، يُمكن إنجاز كل ذلك في دقائق باستخدام آلة CNC. ما دامت الآلة مُبرمجة بالرمز الصحيح، فستُنفّذ وظائف الآلة الخطوات وفقًا للبرنامج. بشرط برمجة كل شيء وفقًا للتصميم، سيظهر منتجٌ دقيقٌ وذو قيمة تقنية عالية بعد انتهاء العملية.
وقت النشر: ٣١ مارس ٢٠٢١
