تاريخ ماكينات CNC
يعتبر جون تي بارسونز (1913-2007) من شركة بارسونز في مدينة ترافيرس بولاية ميشيغان رائدًا في مجال التحكم العددي، ومقدمة آلة CNC الحديثة.لعمله، تم تسمية جون بارسونز بأب الثورة الصناعية الثانية.كان بحاجة إلى تصنيع شفرات طائرات الهليكوبتر المعقدة وسرعان ما أدرك أن مستقبل التصنيع هو ربط الآلات بأجهزة الكمبيوتر.اليوم يمكن العثور على الأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي في كل صناعة تقريبًا.وبفضل آلات CNC، أصبح لدينا سلع أقل تكلفة، ودفاع وطني أقوى، ومستوى معيشة أعلى مما هو ممكن في عالم غير صناعي.في هذه المقالة، سنستكشف أصول ماكينة CNC، والأنواع المختلفة لماكينات CNC، وبرامج ماكينة CNC والممارسات الشائعة لمتاجر ماكينات CNC.
الآلات تجتمع مع الكمبيوتر
في عام 1946، كانت كلمة "كمبيوتر" تعني آلة حسابية تعمل بالبطاقة المثقوبة.على الرغم من أن شركة بارسونز لم تصنع سوى مروحة واحدة من قبل، إلا أن جون بارسونز أقنع شركة سيكورسكي هليكوبتر بأنها تستطيع إنتاج قوالب دقيقة للغاية لتجميع المروحة وتصنيعها.وانتهى به الأمر باختراع طريقة حاسوبية تعتمد على البطاقة المثقبة لحساب النقاط على شفرة دوار المروحية.ثم جعل المشغلين يديرون العجلات إلى تلك النقاط في آلة طحن سينسيناتي.أجرى مسابقة على اسم هذه العملية الجديدة وأعطى 50 دولارًا للشخص الذي صاغ "التحكم العددي" أو NC.
وفي عام 1958، قدم براءة اختراع لربط الكمبيوتر بالآلة.وصل طلب براءة الاختراع الخاص به قبل ثلاثة أشهر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذي كان يعمل على المفهوم الذي بدأه.استخدم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مفاهيمه لصنع المعدات الأصلية وتم ترخيص المرخص له من قبل السيد بارسونز (Bendix) من الباطن لشركة IBM وFujitusu وGE، من بين شركات أخرى.كان مفهوم NC بطيئًا في الانتشار.ووفقا للسيد بارسونز، فإن الأشخاص الذين يبيعون هذه الفكرة كانوا من العاملين في مجال الكمبيوتر وليس من العاملين في مجال التصنيع.ومع ذلك، بحلول أوائل سبعينيات القرن العشرين، قام الجيش الأمريكي نفسه بنشر استخدام أجهزة الكمبيوتر NC من خلال تصنيعها وتأجيرها للعديد من الشركات المصنعة.تطورت وحدة التحكم CNC بالتوازي مع الكمبيوتر، مما أدى إلى زيادة الإنتاجية والأتمتة في عمليات التصنيع، وخاصة التشغيل الآلي.
ما هي التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟
تقوم آلات CNC بتصنيع الأجزاء في جميع أنحاء العالم لكل صناعة تقريبًا.إنهم يصنعون الأشياء من البلاستيك والمعادن والألمنيوم والخشب والعديد من المواد الصلبة الأخرى.تشير كلمة "CNC" إلى التحكم العددي بالكمبيوتر، ولكن اليوم يطلق عليها الجميع اسم CNC.إذن، كيف يمكنك تعريف آلة CNC؟تحتوي جميع آلات التحكم الآلي في الحركة على ثلاثة مكونات أساسية - وظيفة القيادة، ونظام القيادة/الحركة، ونظام التغذية الراجعة.التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو عملية استخدام أداة آلية تعمل بالكمبيوتر لإنتاج جزء من مادة صلبة بأشكال مختلفة.
يعتمد CNC على التعليمات الرقمية التي يتم إجراؤها عادةً على برامج التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) أو برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) مثل SolidWorks أو MasterCAM.يكتب البرنامج رمز G الذي يمكن لوحدة التحكم الموجودة على جهاز CNC قراءته.يقوم برنامج الكمبيوتر الموجود على وحدة التحكم بتفسير التصميم وتحريك أدوات القطع و/أو قطعة العمل على محاور متعددة لقطع الشكل المطلوب من قطعة العمل.تعد عملية القطع الآلية أسرع وأكثر دقة من الحركة اليدوية للأدوات وقطع العمل التي تتم باستخدام الرافعات والتروس على المعدات القديمة.تحتوي آلات CNC الحديثة على أدوات متعددة وتقوم بإجراء العديد من أنواع القطع.يحدد عدد مستويات الحركة (المحاور) وعدد وأنواع الأدوات التي يمكن للآلة الوصول إليها تلقائيًا أثناء عملية التصنيع مدى تعقيد قطعة العمل التي يمكن أن يصنعها CNC.
كيفية استخدام آلة CNC؟
يجب أن يكتسب ميكانيكيو CNC المهارات في كل من البرمجة وتشغيل المعادن لتحقيق الاستفادة الكاملة من قوة ماكينة CNC.غالبًا ما تبدأ مدارس التجارة الفنية وبرامج التدريب المهني الطلاب على المخارط اليدوية للتعرف على كيفية قطع المعادن.يجب أن يكون الميكانيكي قادرًا على تصور الأبعاد الثلاثة.تعمل البرمجيات اليوم على تسهيل إنشاء أجزاء معقدة أكثر من أي وقت مضى، لأنه يمكن رسم شكل الجزء افتراضيًا ومن ثم يمكن للبرنامج اقتراح مسارات الأدوات لصنع تلك الأجزاء.
نوع البرامج المستخدمة بشكل شائع في عملية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
الرسم بمساعدة الحاسوب (CAD)
يعد برنامج CAD نقطة البداية لمعظم مشاريع CNC.هناك العديد من حزم برامج CAD المختلفة، ولكن يتم استخدامها جميعًا لإنشاء التصميمات.تشمل برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) الشهيرة AutoCAD وSolidWorks وRhino3D.هناك أيضًا حلول CAD قائمة على السحابة، وبعضها يقدم قدرات CAM أو يتكامل مع برامج CAM بشكل أفضل من غيرها.
التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM)
غالبًا ما تستخدم آلات CNC البرامج التي تم إنشاؤها بواسطة برنامج CAM.تتيح CAM للمستخدمين إعداد "شجرة عمل" لتنظيم سير العمل وتعيين مسارات الأدوات وتشغيل عمليات محاكاة القطع قبل قيام الماكينة بأي عملية قطع حقيقية.غالبًا ما تعمل برامج CAM كوظائف إضافية لبرنامج CAD وتقوم بإنشاء كود g الذي يخبر أدوات CNC وأجزاء الشغل المتحركة بالمكان الذي يجب أن تذهب إليه.تعمل المعالجات الموجودة في برنامج CAM على تسهيل برمجة ماكينة CNC أكثر من أي وقت مضى.تشتمل برامج CAM الشهيرة على Mastercam وEdgecam وOneCNC وHSMWorks وSolidcam.تمثل Mastercam وEdgecam ما يقرب من 50% من حصة سوق CAM المتطورة وفقًا لتقرير عام 2015.
ما هو التحكم الرقمي الموزع؟
التحكم الرقمي المباشر الذي أصبح التحكم الرقمي الموزع (DNC)
تم استخدام عناصر التحكم الرقمية المباشرة لإدارة برامج NC ومعلمات الجهاز.لقد سمح للبرامج بالانتقال عبر الشبكة من الكمبيوتر المركزي إلى أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة والمعروفة باسم وحدات التحكم في الآلة (MCU).كان يسمى في الأصل "التحكم الرقمي المباشر"، وقد تجاوز الحاجة إلى الشريط الورقي، ولكن عندما تعطل الكمبيوتر، تعطلت جميع أجهزته.
يستخدم التحكم الرقمي الموزع شبكة من أجهزة الكمبيوتر لتنسيق تشغيل أجهزة متعددة عن طريق تغذية برنامج إلى CNC.تحتفظ ذاكرة CNC بالبرنامج ويمكن للمشغل جمع البرنامج وتحريره وإعادته.
يمكن لبرامج DNC الحديثة القيام بما يلي:
● التحرير - يمكن تشغيل برنامج NC واحد بينما يتم تحرير البرامج الأخرى.
● المقارنة – قارن بين برامج NC الأصلية والمحررة جنبًا إلى جنب وشاهد التعديلات.
● إعادة التشغيل - عندما تتعطل إحدى الأدوات، يمكن إيقاف البرنامج وإعادة تشغيله من حيث توقف.
● تتبع الوظائف - يمكن للمشغلين تسجيل الوظائف وتتبع الإعداد ووقت التشغيل، على سبيل المثال.
● عرض الرسومات - عرض الصور ورسومات CAD للأدوات والتركيبات وأجزاء التشطيبات.
● واجهات الشاشة المتقدمة - المعالجة بلمسة واحدة.
● إدارة قواعد البيانات المتقدمة – تنظيم البيانات والحفاظ عليها حيث يمكن استرجاعها بسهولة.
جمع بيانات التصنيع (MDC)
قد يشتمل برنامج MDC على جميع وظائف برنامج DNC بالإضافة إلى جمع بيانات إضافية وتحليلها لمعرفة الفعالية الإجمالية للمعدات (OEE).تعتمد الفعالية الإجمالية للمعدات على ما يلي: الجودة - عدد المنتجات التي تلبي معايير الجودة من بين جميع المنتجات المنتجة. التوفر - النسبة المئوية من الوقت المخطط الذي تعمل فيه المعدات المحددة أو تنتج الأجزاء. الأداء - سرعة التشغيل الفعلية مقارنة بالتشغيل المخطط أو المثالي. معدل المعدات.
OEE = الجودة × التوفر × الأداء
يعد OEE مقياسًا رئيسيًا للأداء (KPI) للعديد من ورش الآلات.
حلول مراقبة الماكينات
يمكن دمج برنامج مراقبة الماكينة في برنامج DNC أو MDC أو شراؤه بشكل منفصل.باستخدام حلول مراقبة الماكينة، يتم جمع بيانات الماكينة مثل الإعداد ووقت التشغيل ووقت التوقف عن العمل تلقائيًا ودمجها مع البيانات البشرية مثل أكواد الأسباب لتوفير فهم تاريخي وفي الوقت الفعلي لكيفية تشغيل المهام.تقوم آلات CNC الحديثة بجمع ما يصل إلى 200 نوع من البيانات، ويمكن لبرنامج مراقبة الآلة أن يجعل هذه البيانات مفيدة للجميع من طابق المتجر إلى الطابق العلوي.تقدم شركات مثل Memex برنامجًا (Tempus) يأخذ البيانات من أي نوع من آلات CNC ويضعها في تنسيق قاعدة بيانات موحدة يمكن عرضها في مخططات ورسوم بيانية ذات معنى.يُطلق على معيار البيانات الذي تستخدمه معظم حلول مراقبة الماكينات والذي اكتسب شهرة في الولايات المتحدة اسم MTConnect.اليوم تم تجهيز العديد من أدوات آلة CNC الجديدة لتوفير البيانات بهذا التنسيق.لا يزال بإمكان الأجهزة القديمة توفير معلومات قيمة باستخدام المحولات.لقد أصبحت مراقبة الآلات لآلات CNC سائدة خلال السنوات القليلة الماضية فقط، كما أن الحلول البرمجية الجديدة قيد التطوير دائمًا.
ما هي الأنواع المختلفة لآلات CNC؟
هناك عدد لا يحصى من الأنواع المختلفة من آلات CNC اليوم.آلات CNC هي أدوات آلية تقوم بقطع المواد أو نقلها كما هو مبرمج على وحدة التحكم، كما هو موضح أعلاه.يمكن أن يختلف نوع القطع من القطع بالبلازما إلى القطع بالليزر، والطحن، والتوجيه، والمخارط.يمكن لآلات CNC التقاط العناصر ونقلها على خط التجميع.
فيما يلي الأنواع الأساسية لآلات CNC:
المخارط:يقوم هذا النوع من CNC بتدوير قطعة العمل ونقل أداة القطع إلى قطعة العمل.المخرطة الأساسية ذات محورين، ولكن يمكن إضافة العديد من المحاور لزيادة تعقيد القطع الممكن.تدور المادة على مغزل ويتم ضغطها على أداة طحن أو نحت لتكوين الشكل المطلوب.تستخدم المخارط لصنع أجسام متناظرة مثل المجالات أو المخاريط أو الأسطوانات.العديد من آلات CNC متعددة الوظائف وتجمع بين جميع أنواع القطع.
أجهزة التوجيه:تُستخدم أجهزة التوجيه CNC عادةً لقطع أبعاد كبيرة في الخشب والمعادن والصفائح والبلاستيك.تعمل أجهزة التوجيه القياسية على إحداثيات ثلاثية المحاور، بحيث يمكنها القطع بثلاثة أبعاد.ومع ذلك، يمكنك أيضًا شراء آلات ذات 4.5 و6 محاور لنماذج النماذج الأولية والأشكال المعقدة.
طحن:تستخدم آلات الطحن اليدوية العجلات اليدوية ومسامير الرصاص لتوضيح أداة القطع على قطعة العمل.في مطحنة CNC، يقوم CNC بتحريك البراغي الكروية عالية الدقة إلى الإحداثيات الدقيقة المبرمجة بدلاً من ذلك.تأتي آلات الطحن CNC بمجموعة واسعة من الأحجام والأنواع ويمكن تشغيلها على محاور متعددة.
قواطع البلازما:يستخدم قاطع البلازما CNC ليزرًا قويًا للقطع.تقوم معظم قواطع البلازما بقطع الأشكال المبرمجة من الورقة أو اللوحة.
طابعة 3D:تستخدم الطابعة ثلاثية الأبعاد البرنامج لإخبارها بمكان وضع قطع صغيرة من المواد لبناء الشكل المطلوب.يتم بناء الأجزاء ثلاثية الأبعاد طبقة تلو الأخرى باستخدام الليزر لتصلب السائل أو الطاقة مع نمو الطبقات.
آلة الاختيار والمكان:تعمل آلة "الالتقاط والوضع" CNC بشكل مشابه لجهاز التوجيه CNC، ولكن بدلاً من قطع المواد، تحتوي الآلة على العديد من الفوهات الصغيرة التي تلتقط المكونات باستخدام الفراغ، وتنقلها إلى الموقع المطلوب وتضعها جانبًا.يتم استخدامها لصنع الطاولات واللوحات الأم للكمبيوتر والمجموعات الكهربائية الأخرى (من بين أشياء أخرى).
يمكن لآلات CNC أن تفعل أشياء كثيرة.اليوم يمكن وضع تكنولوجيا الكمبيوتر على الآلة التي يمكن تخيلها.يحل CNC محل الواجهة البشرية اللازمة لتحريك أجزاء الماكينة للحصول على النتيجة المرجوة.إن آلات CNC اليوم قادرة على البدء بالمواد الخام، مثل كتلة من الفولاذ، وتصنيع جزء معقد للغاية مع تفاوتات دقيقة وقابلية تكرار مذهلة.
وضع كل ذلك معًا: كيف تصنع محلات ماكينات CNC الأجزاء
يتضمن تشغيل CNC كلاً من الكمبيوتر (وحدة التحكم) والإعداد الفعلي.تبدو عملية ورشة الآلات النموذجية كما يلي:
يقوم مهندس التصميم بإنشاء التصميم في برنامج CAD ويرسله إلى مبرمج CNC.يقوم المبرمج بفتح الملف في برنامج CAM لتحديد الأدوات المطلوبة وإنشاء برنامج NC للـ CNC.يقوم هو أو هي بإرسال برنامج NC إلى ماكينة CNC ويقدم قائمة بإعدادات الأدوات الصحيحة للمشغل.يقوم مشغل الإعداد بتحميل الأدوات حسب التوجيهات وتحميل المادة الخام (أو قطعة العمل).يقوم بعد ذلك بتشغيل قطع العينات وقياسها باستخدام أدوات ضمان الجودة للتحقق من أن آلة CNC تصنع الأجزاء وفقًا للمواصفات.عادةً، يقدم مشغل الإعداد مقالًا أوليًا إلى قسم الجودة الذي يتحقق من جميع الأبعاد ويوقع على الإعداد.يتم تحميل آلة CNC أو الآلات المرتبطة بها بما يكفي من المواد الخام لتصنيع العدد المطلوب من القطع، ويقف مشغل الآلة على أهبة الاستعداد لضمان استمرار تشغيل الآلة، وتصنيع الأجزاء حسب المواصفات.ولها مادة خام.اعتمادًا على الوظيفة، غالبًا ما يكون من الممكن تشغيل آلات CNC "إطفاء الأنوار" دون وجود مشغل.يتم نقل الأجزاء النهائية إلى منطقة معينة تلقائيًا.
يمكن للمصنعين اليوم أتمتة أي عملية تقريبًا مع توفر ما يكفي من الوقت والموارد والخيال.يمكن إدخال المواد الخام إلى الآلة، ويمكن أن تخرج الأجزاء المكتملة مغلفة وجاهزة للاستخدام.يعتمد المصنعون على مجموعة واسعة من آلات CNC لتصنيع الأشياء بسرعة ودقة وفعالية من حيث التكلفة.
وقت النشر: 08 سبتمبر 2022