التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) هو عملية تصنيع دقيقة تعتمد على التحكم في برنامج الكمبيوتر. وهي تستخدم نظام تحكم رقمي بالكمبيوتر (CNC) متصل بأداة الآلة للتحكم في أدوات القطع الخاصة بالآلة. يتم توجيه رموز G ورموز M التي تحتوي على تعليمات معلمات التشغيل الآلي، والمشتقة من نموذج CAD، إلى أداة الآلة. ثم تتبع الآلة مسارًا محددًا مسبقًا من خلال عمليات الدوران والحفر والطحن وغيرها من عمليات التشغيل الآلي، وإزالة المواد من قطعة العمل. يسمح هذا بالتشغيل الآلي الدقيق للمواد مثل المعدن والبلاستيك والخشب، مما يؤدي إلى أجزاء أو منتجات تلبي متطلبات التصميم.
يتضمن التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي عادةً أربع خطوات أساسية، وبغض النظر عن عملية التشغيل الآلي المستخدمة، يجب اتباع العملية التالية:
الخطوة 1: تصميم نموذج CAD
الخطوة الأولى في التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي هي إنشاء نموذج ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد للمنتج. يستخدم المصممون عادةً برنامج AutoCAD أو SolidWorks أو برامج CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر) الأخرى لإنشاء نموذج دقيق للمنتج. بالنسبة للأجزاء الأكثر تعقيدًا، يمكن للنمذجة ثلاثية الأبعاد أن توضح بوضوح ميزات المنتج مثل التفاوتات وخطوط الهيكل والخيوط وواجهات التجميع.
الخطوة 2: التحويل إلى تنسيق متوافق مع CNC
لا يمكن لآلات CNC قراءة ملفات CAD مباشرة. لذلك، يلزم برنامج CAM (التصنيع بمساعدة الكمبيوتر)، مثل Fusion 360 و Mastercam، لتحويل نموذج CAD إلى رمز تحكم رقمي متوافق مع CNC (مثل رمز G). يرشد هذا الرمز أداة الآلة لتنفيذ مسارات القطع الدقيقة ومعدلات التغذية ومسارات حركة الأداة والمعلمات الأخرى لضمان دقة التشغيل الآلي.
الخطوة 3: تحديد أداة الآلة المناسبة وتعيين معلمات التشغيل الآلي
بناءً على مادة الجزء وشكله ومتطلبات التشغيل الآلي، حدد آلة CNC مناسبة (مثل آلة الطحن CNC أو المخرطة أو المطحنة). ثم يقوم المشغل بالمهام التحضيرية التالية:
تثبيت الأداة ومعايرتها
تعيين معلمات مثل سرعة التشغيل الآلي ومعدل التغذية وعمق القطع
التأكد من تثبيت قطعة العمل بشكل آمن لمنع الحركة أثناء التشغيل الآلي
الخطوة 4: إجراء التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي
بمجرد اكتمال جميع الخطوات التحضيرية، يمكن لأداة آلة CNC تنفيذ مهمة التشغيل الآلي وفقًا لبرنامج CNC المحدد مسبقًا. عملية التشغيل الآلي مؤتمتة بالكامل، حيث تقوم الأداة بالقطع على طول المسار المحدد حتى يتم تشكيل الجزء.
بعد التشغيل الآلي، يخضع الجزء لفحص الجودة للتأكد من أن دقته الأبعاد وتشطيب السطح يلبيان متطلبات التصميم. تشمل طرق الفحص:
> قياس الأبعاد: فحص الأبعاد باستخدام الفرجار أو الميكرومترات أو آلة القياس الإحداثية (CMM)
> فحص تشطيب السطح: التحقق من خشونة سطح الجزء لتحديد ما إذا كان التلميع أو الطلاء الإضافي ضروريًا
> اختبار التجميع: إذا كان الجزء سيتم تجميعه مع مكونات أخرى، يتم إجراء اختبار التجميع لضمان التوافق
إذا لزم الأمر، يمكن إجراء المعالجة اللاحقة مثل إزالة الحواف أو المعالجة الحرارية أو طلاء السطح لتحسين أداء الجزء ومتانته.
على الرغم من أن عملية التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي مؤتمتة، إلا أن فنيي CNC لا يزالون يلعبون دورًا حيويًا في معالجة كل من حالات الفشل المتوقعة وغير المتوقعة وضمان التشغيل الآلي السلس. فيما يلي المسؤوليات الرئيسية لفني CNC:
> تأكيد مواصفات المنتج: فهم أبعاد المنتج والتفاوتات ومتطلبات المواد بدقة بناءً على متطلبات الطلب والوثائق الفنية.
> تفسير الرسومات الهندسية: قراءة المخططات والرسومات اليدوية وملفات CAD/CAM لفهم تفاصيل تصميم المنتج.
> إنشاء نماذج CAE: استخدام برنامج الهندسة بمساعدة الكمبيوتر (CAE) لتحسين خطط التشغيل الآلي وتحسين دقة وكفاءة التشغيل الآلي.
> محاذاة الأدوات وقطع العمل وتعديلها: يضمن تثبيت أدوات القطع والتركيبات وقطع العمل وتعديلها بشكل صحيح للحصول على ظروف التشغيل الآلي المثلى.
> تركيب وتشغيل وتفكيك آلات CNC: تركيب وتفكيك آلات CNC وملحقاتها بشكل صحيح، وتشغيل معدات CNC المختلفة ببراعة.
> مراقبة تشغيل الآلة: مراقبة سرعة الآلة وتآكل الأداة واستقرار التشغيل الآلي لضمان التشغيل السليم.
> فحص المنتجات النهائية ومراقبة الجودة: فحص الأجزاء النهائية لتحديد العيوب والتأكد من أنها تلبي معايير الجودة.
> تأكيد توافق الجزء مع نموذج CAD: قارن الجزء الفعلي بتصميم CAD للتأكد من أن أبعاد المنتج وهندسته وتفاوتاته تلبي متطلبات التصميم بدقة.
تعتبر المهارات المهنية لفني CNC ونهجه الدقيق أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة التشغيل الآلي وتحسين كفاءة الإنتاج وتقليل الخردة، وهي جزء لا يتجزأ من نظام التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي.
تُستخدم تقنية التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي (CNC) على نطاق واسع في الصناعة التحويلية للتشغيل الآلي الدقيق لمختلف المواد المعدنية وغير المعدنية. يلزم إجراء عمليات تشغيل آلي مختلفة باستخدام الحاسب الآلي اعتمادًا على متطلبات التشغيل الآلي. فيما يلي بعض عمليات التشغيل الآلي الشائعة باستخدام الحاسب الآلي:
1. الطحن باستخدام الحاسب الآلي
الطحن باستخدام الحاسب الآلي هو طريقة تشغيل آلية تستخدم أداة دوارة لقطع قطع العمل. وهي مناسبة لتشغيل الأسطح المسطحة والأسطح المنحنية والأخاديد والثقوب والهياكل الهندسية المعقدة. ميزاته الرئيسية هي كما يلي:
إنها مناسبة لتشغيل مجموعة متنوعة من المواد، مثل الألومنيوم والفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والبلاستيك.
إنها قادرة على التشغيل الآلي عالي الدقة وعالي الكفاءة متعدد المحاور (مثل الطحن ثلاثي المحاور و 4 محاور و 5 محاور).
إنها مناسبة للإنتاج الضخم للأجزاء الدقيقة، مثل العلب والأقواس والقوالب.
2. التشغيل الآلي باستخدام المخرطة CNC
تستخدم المخارط CNC قطعة عمل دوارة وأداة ثابتة للقطع. يتم استخدامها في المقام الأول لتشغيل الأجزاء الأسطوانية، مثل الأعمدة والحلقات والأقراص. ميزاتها الرئيسية هي كما يلي:
إنها مناسبة للتشغيل الآلي الفعال للأجزاء الدوارة المتماثلة.
يمكنها معالجة الدوائر الداخلية والخارجية والأسطح المدببة والخيوط والأخاديد وغيرها من الهياكل. مناسبة للإنتاج الضخم، وهي شائعة الاستخدام في تصنيع قطع غيار السيارات، ومحامل الطيران، والموصلات الإلكترونية، والمزيد.
الحفر باستخدام الحاسب الآلي هو عملية تشغيل ثقوب أو ثقوب عمياء في قطعة عمل. يتم استخدامه عادةً لفتحات البراغي وفتحات الدبابيس والمكونات الأخرى المستخدمة في تجميع الأجزاء. ميزاته الرئيسية هي كما يلي:
> مناسبة لتشغيل الثقوب ذات الأعماق والأقطار المختلفة.
> يمكن دمجه مع التنصت لإنشاء خيوط داخل الفتحة.
> ينطبق على مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك المعادن والبلاستيك والمركبات.
4. التوسيع باستخدام الحاسب الآلي
يستخدم التوسيع باستخدام الحاسب الآلي لتوسيع أو ضبط الثقوب الموجودة لتحسين الدقة الأبعاد وتشطيب السطح. ميزاته الرئيسية هي كما يلي:
مناسبة لتشغيل الثقوب عالية الدقة وذات الحجم الكبير.
تستخدم عادةً للأجزاء التي تتطلب تحكمًا ضيقًا في التفاوتات، مثل كتل المحركات والأسطوانات الهيدروليكية.
يمكن دمجها مع عمليات أخرى، مثل الطحن والدوران، لتحقيق احتياجات تشغيل آلية أكثر تعقيدًا.
5. التشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي (EDM) باستخدام الحاسب الآلي
يستخدم التشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي (EDM) تفريغات كهربائية نابضة بين قطب كهربائي وقطعة عمل لإزالة المواد. وهي مناسبة لتشغيل المواد عالية الصلابة والأجزاء المعقدة.
>إنها مناسبة للمواد التي يصعب تشغيلها بالطرق التقليدية للقطع، مثل سبائك الكربيد والتيتانيوم.
>يمكنها معالجة التفاصيل الدقيقة والقوالب عالية الدقة، مثل قوالب الحقن والمكونات الإلكترونية الدقيقة.
> إنها مناسبة للتشغيل الآلي الخالي من الإجهاد دون حدوث تلف ميكانيكي لسطح قطعة العمل.
عمليات التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي متنوعة، ولكل منها خصائصه الفريدة، وهي مناسبة لاحتياجات التشغيل الآلي المختلفة. يعد الطحن والدوران والحفر العمليات الأساسية الأكثر شيوعًا، في حين أن EDM والقطع بالليزر والقطع بنفث الماء مناسبة لتشغيل المواد المتخصصة والهياكل المعقدة. لا يؤدي اختيار عملية التشغيل الآلي المناسبة باستخدام الحاسب الآلي إلى تحسين كفاءة الإنتاج فحسب، بل يضمن أيضًا دقة الأجزاء وجودتها، مما يلبي المعايير العالية للتصنيع الحديث.
أصبح التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي (CNC) تقنية أساسية في التصنيع الحديث. بالمقارنة مع طرق التشغيل الآلي اليدوية أو شبه الأوتوماتيكية التقليدية، يوفر التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي دقة وكفاءة واتساقًا أعلى. فيما يلي المزايا الرئيسية لاختيار التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي:
دقة واتساق عاليان
يستخدم التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي برامج الكمبيوتر للتحكم في حركة الأداة، مما يضمن أبعادًا وشكلًا دقيقين لكل قطعة عمل. بالمقارنة مع طرق التشغيل الآلي التقليدية، يمكن للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي تحقيق دقة على مستوى الميكرون وضمان الاتساق عبر الإنتاج الضخم، مما يلغي انحرافات المنتج الناتجة عن الخطأ البشري. وهي مناسبة لتشغيل الأجزاء ذات متطلبات التفاوت العالية، كما هو الحال في الصناعات مثل الفضاء والأجهزة الطبية والإلكترونيات. يمكن أيضًا استخدام التشغيل الآلي متعدد المحاور (مثل CNC ذو 5 محاور) لتحقيق أشكال هندسية معقدة، مما يقلل من أوقات الإعداد ويحسن الدقة.
يمكن لأدوات آلة CNC أن تعمل بشكل مستمر، مما يقلل من التدخل اليدوي ويحسن كفاءة الإنتاج. علاوة على ذلك، من خلال تغيير الأدوات الأوتوماتيكي (ATC) وتقنية التشغيل الآلي متعدد المحاور، يمكن لآلات CNC إكمال خطوات تشغيل آلية متعددة في إعداد واحد، مما يؤدي إلى تقصير دورات الإنتاج بشكل كبير وجعلها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. يؤدي هذا إلى تقليل تغيير الأدوات ووقت إعداد الآلة، وبالتالي زيادة الإنتاج لكل وحدة زمنية. بالمقارنة مع التشغيل الآلي اليدوي التقليدي، يمكن لآلات CNC أن تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مما يقلل من تكاليف الإنتاج.
يمكن للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي التعامل بسهولة مع الأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة ومتطلبات الدقة العالية. يمكن لآلات CNC متعددة المحاور، على وجه الخصوص، إكمال التشغيل الآلي متعدد الأسطح في عملية واحدة، وتجنب تراكم الأخطاء الناتجة عن التثبيت المتكرر. وهذا يجعلها مناسبة للصناعات ذات متطلبات تعقيد الأجزاء العالية، مثل الفضاء والأجهزة الطبية وتصنيع السيارات. يمكنهم أيضًا معالجة الأشكال الحلزونية والهياكل الداخلية المعقدة والأسطح المنحنية، والتي يصعب تحقيقها باستخدام العمليات التقليدية.
التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي مناسب لمجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن (سبائك الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم والنحاس وما إلى ذلك)، والبلاستيك (POM و ABS والنايلون وما إلى ذلك)، والمواد المركبة، والسيراميك. يتيح ذلك للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي تلبية احتياجات سيناريوهات التطبيقات المتنوعة. علاوة على ذلك، يمكن للتشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي أيضًا معالجة المواد عالية القوة وعالية الصلابة، مثل سبائك التيتانيوم المستخدمة في الطائرات والفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة، مما يجعلها مناسبة لتصنيع المكونات الدقيقة في مختلف الصناعات، بما في ذلك الإلكترونيات والطبية والسيارات.
على الرغم من أن التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي يتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا في المعدات، إلا أنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف الوحدة على المدى الطويل. إن قدرته العالية على التشغيل الآلي ومعدلات الخردة المنخفضة وميزات توفير العمالة تجعل التشغيل الآلي باستخدام الحاسب الآلي أكثر اقتصادية للإنتاج على نطاق واسع.
