ما هي وظيفة آلة CNC؟

التحكم الرقمي المحوسب (التحكم الرقمي بالكمبيوترآلة CNC هي أداة تشغيل تُقطع المواد الخام إلى الأشكال المطلوبة. تستخدم آلات CNC برامج مُصممة للتحكم في حركة الآلات المعقدة، مثل المطاحن، وآلات الطحن، والمخارط. تستطيع هذه الطرق التصنيعية بمساعدة الحاسوب التعامل مع عدد كبير من أعمال التشغيل CNC المعقدة والدقيقة. تُستخدم آلات CNC على نطاق واسع في صناعات الطيران، والدفاع، والسيارات.

في الصناعة، تُستخدم ماكينات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) غالبًا لقطع الأجزاء المعدنية والبلاستيكية. تشمل أدوات القطع الشائعة المطاحن، والمخارط، والقواطع، والمثاقب، وآلات التجليخ، ونفاثات المياه، والليزر. يمكن أتمتة هذه الأدوات للعمل مع ماكينات التحكم الرقمي بالحاسوب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام ماكينات التحكم الرقمي بالحاسوب للتعامل مع الأدوات غير الآلية، مثل آلات اللحام وتجميع المعدات الإلكترونية، أو آلات لف الأسلاك.

من خلال المحتوى التالي، دعونا نلقي نظرة عن كثب: هل تقوم آلة CNC بعملها؟

تاريخ التحكم العددي بالحاسوب

على مدى العقود القليلة الماضية، تطورت تقنية التحكم الرقمي بالكمبيوتر من الأجهزة التي يتم التحكم فيها بواسطة أحزمة مثقوبة إلى آلات يمكنها قراءة كود التحكم الرقمي بالكمبيوتر وإنشاء أجزاء ميكانيكية ثلاثية الأبعاد دقيقة للغاية.

كان جون بارسونز هو صاحب فكرة آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC). بنى أول آلة تحكم رقمي بالكمبيوتر عام ١٩٤٩. كانت هذه الآلة تعمل باستخدام مجموعة من البطاقات المثقوبة لتوجيه الآلة. لاحقًا، في عام ١٩٥٢، قامت مجموعة من الخبراء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ببناء سينسيناتي ميلاكرون هيدروتيل، أول آلة تحكم رقمي بالكمبيوتر متاحة للعامة.

كيف تعمل أدوات التحكم الرقمية في الكمبيوتر؟

في أنظمة التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، وحدة التحكم في الآلة (MCU) هي حاسوب دقيق متصل بالآلة. يخزن هذا الحاسوب الدقيق ويُشغّل برنامجًا حاسوبيًا فريدًا لكل عنصر مطلوب تصنيعه. عادةً ما تُكتب هذه البرامج بلغة البرمجة القياسية الدولية G code. كما يمكن استخدام لغة البرمجة M code مع G code في أعمال التحكم الرقمي بالكمبيوتر.

يُرشد كود G الآلة إلى كيفية الحركة والعمل، بينما يُرشد كود M البرنامج إلى كيفية التحرك خارجيًا. يحتوي البرنامج أيضًا على تعليمات وإعدادات للآلة، مثل سرعة تغذية المادة وموضع وسرعة حركة القطعة.

في بداية العملية، يستخدم المهندس برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لرسم مخطط للقطعة المراد تصنيعها. ثم يُحوّل الرسم إلى G-code. يُثبّت البرنامج على المتحكم الدقيق، ثم يُجرى اختبار تشغيل بدون مواد خام للتأكد من أن كل شيء مُعدّ بشكل صحيح ويعمل بكفاءة. تُعد هذه الخطوة بالغة الأهمية، لأن ضبط السرعة أو الموضع بشكل غير صحيح قد يُسبب تلفًا للآلة والقطعة.

بمجرد تجهيز كل شيء، ستبدأ آلة CNC البرنامج وتُكمل العمل حسب الحاجة. يمكن تصنيع هذه المهام من الصفر، أو طباعتها، أو قصها.

أنواع شائعة من آلات CNC تشمل، على سبيل المثال لا الحصر:

• مخرطات CNC: تستخدم في عمليات التحويل
• مطاحن CNC: تستخدم في عمليات القطع والحفر
• قواطع البلازما CNC: يستخدم لقطع المعادن باستخدام شعلة البلازما
• أجهزة التوجيه CNC: تستخدم لقطع مواد مختلفة مثل الخشب والبلاستيك والمعادن
• الطابعات ثلاثية الأبعاد: آلات التصنيع الإضافي التي تبني الأشياء طبقة تلو الأخرى

اقرأ المزيد:ما يجب أن تعرفه قبل تشغيل الآلات الإنتاجية باستخدام الحاسب الآلي

الوظائف الرئيسية لأدوات آلة CNC

في الصناعة، تُستخدم آلات CNC عادةً للأغراض التالية:

القطع

تُعد ماكينات CNC مثالية للمشاريع التي تتطلب قطعًا دقيقًا وسريعًا. فهي تدعم اثنتين من أحدث تقنيات القطع: الصب بالتفريغ الكهربائي (EDM) وماكينات القطع السلكية.

في عملية التفريغ الكهربائي، يحدث التآكل الحراري نتيجة تفاعل قطبين كهربائيين. أحدهما قطب نحاسي أو جرافيتي متصل بالأداة، والآخر سائل عازل يحيط بالأداة. ومن المثير للدهشة أن الأداة والجزء الذي يتم تشغيله لا يكونان على اتصال مباشر أثناء العملية. أعمال قطع الأسلاك على نفس مبدأ EDM، إلا أنه يستخدم قطبًا سلكيًا كأداة قطع دقيقة.

حفر

تعتمد هذه الطريقة الدقيقة للحفر على استخدام أداة قطع دوارة لعمل ثقوب دائرية في قطعة عمل ثابتة. ومن الأمثلة على ذلك المثاقب أو نفاثات المياه عالية السرعة. وفي معظم الحالات، تُستخدم هذه الثقوب لتجميع الصواميل والمسامير.

طحن

أدوات CNC غالبًا ما تُجهَّز بعجلات طحن لإنتاج سطح شبه مثالي. هذا الطحن الطرحي أكثر دقة بكثير من أي طريقة تصنيع إضافية. يمكنه إزالة عيوب صغيرة تصل إلى عُشر عرض الشعرة.

الطحن

ماكينات الطحن CNC تُشبه ماكينات الطحن الأساسية وماكينات الطحن اليدوية الأخرى. تستخدم مخرطة أو نفث ماء أو أداة خراطة لإزالة المواد من مادة خام ثابتة. تتحرك ماكينات الطحن CNC على محاور متعددة، مما يُمكّن العمال من إجراء عمليات نقش دقيقة أفقيًا ورأسيًا ومائلًا و... طحن الوجه العمل. نظرًا لأن الميكانيكي لا يحتاج إلى تغيير المواد الخام وإعادة تثبيتها عدة مرات، فإن قدرات الزوايا المتعددة هذه تُسرّع عملية تصنيع الأجزاء المعقدة من الخشب والمعادن والبلاستيك.

الدوران

هذه العملية على آلة CNC تشبه عملية الطحن، إلا أن المادة الخام لا تُثبّت على محطة العمل، بل تُثبّت بآلية خراطة سريعة الدوران. ثم يستخدم العامل مخرطة أو آلة CNC مزودة بأدوات مماثلة لإزالة قطع صغيرة من المادة حتى تصل إلى الشكل المطلوب.

لماذا تعتبر تقنية CNC مهمة؟

مع CNC، أدوات آلية مختلفة يمكن إنتاج منتجات أكثر سلاسة ودقة في وقت أسرع. هذه العملية تُغني عن التشغيل اليدوي أو العمل اليدوي المكثف، مما يوفر الكثير من الوقت وتكاليف العمالة.

وفيما يلي بعض فوائد CNC:

انخفاض التكاليف

بفضل إمكانية تشغيل أدوات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) بدقة أكبر، فإنها تُخفّض تكلفة الإنتاج، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة. يؤدي تقليل هدر المواد، وزيادة الإنتاجية، والقدرة على التوسع، إلى انخفاض استهلاك الطاقة، مما يُخفّض تكاليف التشغيل. كما يُغني عن القلق بشأن الالتزامات المالية المرتبطة بسلامة العمال، مما يُسهم في خفض التكاليف.

تقليل النفايات

بفضل تحسينات المحاكاة والتحسين التكراري، أصبح البرنامج المستخدم لتشغيل برامج مختلفة أنواع آلات CNC يُنتج نفايات قليلة أثناء عملية التصنيع. هذا يعني أن تقليل هدر المواد سيُخفّض أيضًا تكلفة التصنيع.

تحسين سلامة العمال

من خلال التخلص من الحاجة إلى التفاعل البشري المفرط، تضمن حواسيب CNC سلامة العمال وتمنع وقوع الحوادث. أصبحت معظم آلات CNC الآن قادرة على العمل بشكل مستقل، مما يسمح للأفراد بالتحكم فيها عن بُعد لتحديث البرامج، أو تعديل التصميم، أو إجراء أعمال صيانة دورية أخرى.

الحد من الخطأ البشري

يُعتقد أن ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) توفر دقةً وتعقيدًا وسرعةً وحريةً وإمكانيةً أكبر للتكرار. ويرجع ذلك إلى أنها تمنع ارتكاب الأخطاء أثناء عملية التصنيع. وهذا يعني في النهاية تقليل الأخطاء عند تصنيع المنتج.

القطع على طول المحيط

باستخدام آلة CNC، يمكنك إنجاز مهام مثل تحديد الخطوط الخارجية. هذا يسمح لك بتشكيل أشكال ذات منحنيات، تمامًا كما هو الحال في الطباعة والتصميم ثلاثي الأبعاد. هذا يفتح أيضًا خيارات وإمكانيات أوسع لتصنيع القطع.

كود MCU أسرع

بعض ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) مزودة ببرامج تصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) وأخرى للتصنيع بمساعدة الحاسوب. هذا يُسرّع كتابة وحدات التحكم الدقيقة (MCUs). كما أن زيادة سرعة البرمجة تعني عمليات تشغيل أقصر، مما يزيد من كفاءة تشغيل الأجزاء.

تحسين الاستخبارات التشغيلية

إن إضافة برامج تخطيط موارد المؤسسة والبرامج ذات الصلة، مثل برامج إدارة أصول المؤسسة، يُسهّل المهام التشغيلية وذكاء الأعمال. وهذا يُحسّن أداء المصنع وصيانته، مما يُؤدي إلى مصنع أكثر فعالية من حيث التكلفة.

لا توجد اختناقات

تجعل ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر الأمور أفضل لأنها تستخدم معدات آلية أكثر، مما يقلل من الإنتاجية واختناقات التصنيع.

على الرغم من أن آلات CNC لها العديد من المزايا، إلا أنها تعاني أيضًا من بعض العيوب. تعد آلات CNC أكثر تكلفة، وتتطلب المزيد من الصيانة، وتتطلب من الشركات توظيف مبرمجي CNC المهرة.

مجالات التطبيق الهامة لآلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر

تُعد آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) مهمة في العديد من المجالات المهمة، مثل الصحة والفضاء والجيش والدفاع. تحتاج الشركات في هذه المجالات إلى قطع غيار دقيقة قدر الإمكان، لأن أي قطعة مكسورة قد تُهدد الحياة. توفر أدوات التحكم الرقمي بالكمبيوتر هذه الدقة.

وفيما يلي الصناعات الشائعة التي تستخدم آلات CNC.

الفضاء الجوي

تُسهّل تقنية التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) الحصول على الدقة اللازمة لتصنيع كل جزء من الطائرة، بما في ذلك الأغلفة الخارجية والمكونات الداخلية. عندما تصنيع مكونات الطائرات باستخدام الحاسب الآلييجب أن تكون هذه المنتجات دقيقةً ومُحكمةً قدر الإمكان، نظرًا لأهميتها البالغة. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما يكون التشغيل بمساعدة الحاسوب هو الطريقة الوحيدة لتلبية المعايير الصارمة للتسطح والاستدارة والأسطوانية. كما أن التفاوتات الصغيرة التي تصل إلى 0.00004 بوصة شائعة أيضًا.

تصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي في مجال الطيران والفضاء يمكن إنجازها باستخدام مواد متنوعة. تشمل هذه المواد الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، والنيكل، والبرونز، والسيراميك، والبلاستيك، والمغنيسيوم، والتيتانيوم، والمعادن عالية الأداء مثل الإينكونيل.

فيما يلي بعض الأمثلة للأجزاء المصنعة باستخدام آلات CNC:

• مكونات معدات الهبوط
• أغطية التيتانيوم
• الأجنحة
• البطانات
• تجميعات الجزء الثابت
• المتشعبات
• أغطية علبة التروس المصنوعة من المغنيسيوم
• الموصلات الكهربائية

المعدات الطبية

من أجل تلبية احتياجات المرضى، يعتمد المجال الطبي بشكل كبير على أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي لتصنيع منتجات دقيقة وعالية الجودة ومخصصة. خلال جائحة كوفيد-19، زادت الحاجة إلى الكمامات وأجهزة التنفس الصناعي، مما زاد الاعتماد على آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر. كما يستخدم مقدمو الرعاية الصحية أدوات طبية تُستخدم مرة واحدة للوقاية من الأمراض المُعدية. ولذلك، أصبح من الضروري للقطاع الطبي استخدام آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر لإنتاج المزيد من المستلزمات الطبية بشكل أسرع.

فيما يلي بعض المنتجات الشائعة التي يمكن تصنيعها على آلات CNC:

• أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي
• الغرسات
• الأجهزة التقويمية
• الصناديق الإلكترونية لأجهزة المراقبة
• معدات البحث
• المستودعات المحمية
• الأجزاء المصنوعة من البلاستيك عالي الحرارة
• الأدوات الطبية
• التعبئة والتغليف المعقمة حسب الطلب
• المنتجات المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء

السيارات

تُعد صناعة السيارات من أهم الصناعات في مجال تصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي. بدءًا من إنشاء النماذج الأولية للبحث والتطوير ووصولًا إلى تصنيع كميات كبيرة من القطع، يجب تحسين جميع جوانب صناعة السيارات باستخدام آلات الحاسب الآلي.

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مطاحن ومخارط CNC لتصنيع العديد من القطع المختلفة، بدءًا من أقسام كتلة المحرك الكبيرة وصولًا إلى التروس والألواح الصغيرة. يتطلب تصنيع محركات الاحتراق الداخلي وحدها استخدام عدة أدوات CNC. يمكن استخدام هذه الأدوات لتصنيع قطع معدنية ضخمة في ألواح هيكل المحرك، بالإضافة إلى تصنيع الأسطوانات والمكابس وغيرها من القطع المستخدمة في تجميع مكونات الأسطوانات في كتلة المحرك.

فيما يلي بعض الأجزاء التي يمكن تصنيعها باستخدام آلات CNC:

• علب التروس
• أجزاء المحرك
• المحاور
• الصمامات
• لوحات القيادة
• كتل الأسطوانات
• مقاييس الغاز

الإلكترونيات

يتميز القطع باستخدام الحاسب الآلي بالدقة والمرونة، مما يجعله وسيلة فعّالة لتصنيع منتجات صناعة الإلكترونيات. ونتيجةً لذلك، يمكن لأدوات الحاسب الآلي العمل مع مجموعة متنوعة من البوليمرات والمعادن، بما في ذلك المواد الموصلة وغير الموصلة.

تصنيع أجزاء الحاسوب باستخدام آلات CNC أسرع، إذ لا يتطلب الأمر قوالب جاهزة. كما يمكن تعديل التصاميم وتجربتها مرارًا وتكرارًا دون الحاجة إلى توجيه دقيق. تشير التقارير إلى أن شركة Apple تمتلك 10,000 آلة CNC، وقد صنعت عددًا كبيرًا من أجهزة الكمبيوتر المحمولة باستخدام هذه الآلات.

يمكن لآلات CNC صنع المنتجات التالية:

• الالكترونيات الاستهلاكية
• أشباه الموصلات
• أحواض الحرارة
• لوحات الدوائر المطبوعة
• العزل الكهربائي
• أغلفة مكبر الصوت
• دروع تداخل الترددات الراديوية

الغاز والنفط

تُستخدم أدوات ماكينات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) لتصميم الآلات الكبيرة المستخدمة في منصات الحفر والمصانع لضمان توافقها التام. إذا لم تتوافق الأجزاء بشكل صحيح، فقد لا تنتفخ الأسطوانات، وقد لا تُطلق المكابس ضغطًا كافيًا، وقد تتسرب الصمامات. لهذا السبب، تستخدم شركات النفط أجزاء الآلات المُصنعة باستخدام الحاسب الآلي للتأكد من أن الأجزاء تتناسب بشكل مثالي.

وفيما يلي بعض الأمثلة لما يتم تصنيعه باستخدام آلات CNC:

• رؤوس المثقاب
• قضبان
• المكابس
• الصمامات
• المكونات الهيدروليكية
• أنظمة الصمامات

البحرية

تعتمد الصناعة البحرية بشكل كبير على أدوات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC)، لأن السفن تتطلب مكونات دقيقة للغاية للبقاء عائمة ولتعمل بكفاءة. تتطلب السفن أنواعًا مختلفة من المعدات، مثل أجهزة الاستشعار تحت الماء ومعدات النقل. ونتيجةً لذلك، يجب على الصناعة البحرية استخدام دقة أدوات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) عند تصنيع القوارب وغيرها من المعدات البحرية.

فيما يلي بعض الأجزاء الشائعة المصنعة على آلات CNC:

• المراوح
• حالات العزل
• مكونات المحرك
• قوالب النماذج الأولية
• الأضلاع
• لاذعات

ملاحظات ختامية

في الختام، تُعدّ أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي (CNC) معجزة تكنولوجية غيّرت وجه التصنيع والتشغيل الآلي. فقد أحدثت قدرتها على أداء مهام معقدة بدقة وكفاءة، بالاعتماد على تصاميم رقمية، ثورةً في صناعات متنوعة، من الفضاء إلى النجارة.

حققت هذه الآلات، المُدارة بواسطة البرمجة الحاسوبية، مستوياتٍ غير مسبوقة من الدقة والقدرة على التكرار. ومع استمرار التقدم التكنولوجي، من المرجح أن تتوسع قدرات آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، مما يفتح آفاقًا جديدة للإنتاج المعقد والفعال في مجموعة واسعة من الصناعات.

في جوهرها، تُعدّ آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) أكثر من مجرد أداة. فهي حجر الأساس في التصنيع الحديث، حيث تُبسّط العمليات وتُطوّر مجال الهندسة الدقيقة.