الأسئلة الشائعة – المعادن الدقيقة

التشغيل الدقيق هو عملية إزالة المواد من قطعة العمل أثناء تثبيت تشطيبات ذات تفاوتات دقيقة. للآلات الدقيقة أنواع عديدة، منها الطحن، والخراطة، والتشغيل بالتفريغ الكهربائي. يتم التحكم في الآلات الدقيقة اليوم عمومًا باستخدام أنظمة التحكم العددي بالحاسوب (CNC).

تُستخدم الآلات الدقيقة في جميع المنتجات المعدنية تقريبًا، كما هو الحال مع العديد من المواد الأخرى كالبلاستيك والخشب. يُشغّل هذه الآلات فنيون متخصصون ومدربون. لكي تؤدي أداة القطع وظيفتها، يجب تحريكها في اتجاهات محددة لإجراء القطع الصحيح. تُسمى هذه الحركة الأساسية "سرعة القطع". يمكن أيضًا تحريك قطعة العمل، وتُعرف هذه الحركة بالحركة الثانوية "للتغذية". تُمكّن هذه الحركات، بالإضافة إلى حدة أداة القطع، آلة القطع الدقيقة من العمل بكفاءة.

تتطلب الآلات الدقيقة عالية الجودة القدرة على اتباع مخططات دقيقة للغاية، مُعدّة بواسطة برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) أو التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)، مثل AutoCAD وTurboCAD. تساعد هذه البرامج في إنتاج المخططات أو الخطوط العريضة المعقدة ثلاثية الأبعاد اللازمة لتصنيع أداة أو آلة أو منتج. يجب الالتزام بهذه المخططات بدقة متناهية لضمان بقاء المنتج سليمًا. في حين أن معظم شركات الآلات الدقيقة تستخدم بعض برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD/CAM)، إلا أنها غالبًا ما تستخدم رسومات تخطيطية مرسومة يدويًا في المراحل الأولى من التصميم.

تُستخدم الآلات الدقيقة على عدد من المواد، بما في ذلك الفولاذ والبرونز والجرافيت والزجاج والبلاستيك على سبيل المثال لا الحصر. وتُستخدم أدوات آلات دقيقة متنوعة، حسب حجم المشروع والمواد المستخدمة. ويمكن استخدام أي مزيج من المخارط وآلات الطحن ومكابس الحفر والمناشير وآلات الطحن، وحتى الروبوتات عالية السرعة. وقد تستخدم صناعة الطيران آلات عالية السرعة، بينما قد تستخدم صناعة أدوات النجارة عمليات الحفر والطحن الضوئي الكيميائي. ويمكن أن يصل عدد عمليات إنتاج دفعة واحدة، أو كمية محددة من أي منتج، إلى الآلاف، أو قد يكون عددًا قليلًا. وغالبًا ما تتطلب الآلات الدقيقة برمجة أجهزة التحكم الرقمي بالحاسوب، مما يعني أنها تُتحكم رقميًا بواسطة الكمبيوتر. ويتيح جهاز التحكم الرقمي بالحاسوب متابعة الأبعاد بدقة طوال دورة إنتاج المنتج.

التفريز هو عملية تشغيل باستخدام قواطع دوارة لإزالة المواد من قطعة العمل عن طريق إدخال القاطع فيها باتجاه معين. يمكن أيضًا تثبيت القاطع بزاوية بالنسبة لمحور الأداة. يغطي التفريز مجموعة واسعة من العمليات والآلات المختلفة، بدءًا من القطع الصغيرة الفردية وصولًا إلى عمليات التفريز الجماعي الكبيرة والمتينة. وهو من أكثر العمليات شيوعًا لتصنيع قطع مخصصة بتفاوتات دقيقة.

يمكن إجراء عملية الطحن باستخدام مجموعة واسعة من أدوات الطحن. كانت آلة الطحن (والتي تُسمى غالبًا مطحنة) هي الفئة الأصلية لأدوات الطحن. بعد ظهور التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC)، تطورت آلات الطحن إلى مراكز تشغيل: آلات طحن مُعززة بمُبدِّلات أدوات آلية، ومخازن أدوات أو دوارات، وإمكانية التحكم الرقمي بالحاسوب، وأنظمة تبريد، وأغطية. تُصنف مراكز الطحن عمومًا إلى مراكز تشغيل عمودية (VMCs) أو مراكز تشغيل أفقية (HMCs).

بدأ دمج الطحن في بيئات الخراطة، والعكس صحيح، مع استخدام الأدوات الحية للمخرطات والاستخدام العرضي للمطاحن في عمليات الخراطة. أدى ذلك إلى ظهور فئة جديدة من أدوات الآلات، وهي الآلات متعددة المهام (MTMs)، المصممة خصيصًا لتسهيل الطحن والخراطة في نطاق العمل نفسه.

بالنسبة لمهندسي التصميم وفرق البحث والتطوير والمصنّعين الذين يعتمدون على توريد القطع، تُتيح تقنية التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي (CNC) إنتاج قطع معقدة دون الحاجة إلى معالجة إضافية. في الواقع، غالبًا ما تُمكّن تقنية التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي (CNC) من تصنيع القطع النهائية على آلة واحدة.
تتضمن عملية التصنيع إزالة المواد واستخدام مجموعة واسعة من أدوات القطع لإنشاء التصميم النهائي، والذي غالبًا ما يكون معقدًا للغاية، للقطعة. ويتم تعزيز مستوى الدقة من خلال استخدام التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC)، والذي يُستخدم لأتمتة التحكم في أدوات التصنيع.

دور "CNC" في التصنيع الدقيق
باستخدام تعليمات البرمجة المشفرة، تسمح عملية التصنيع الدقيقة باستخدام الحاسب الآلي بقطع قطعة العمل وتشكيلها وفقًا للمواصفات دون تدخل يدوي من قبل مشغل الماكينة.
باستخدام نموذج تصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) يقدمه العميل، يستخدم فني الآلات الخبير برنامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) لإنشاء تعليمات تشغيل القطعة. بناءً على نموذج التصميم بمساعدة الحاسوب، يحدد البرنامج مسارات الأدوات المطلوبة، ويُنشئ شفرة البرمجة التي تُخبر الآلة بما يلي:
■ ما هي الدورات في الدقيقة ومعدلات التغذية الصحيحة
■ متى وأين يتم نقل الأداة و/أو قطعة العمل
■ ما مدى عمق القطع
■ متى يتم استخدام سائل التبريد
■ أي عوامل أخرى تتعلق بالسرعة ومعدل التغذية والتنسيق
بعد ذلك، يستخدم جهاز التحكم الرقمي CNC كود البرمجة للتحكم في حركات الماكينة وأتمتتها ومراقبتها.
اليوم، أصبحت تقنية التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) ميزةً أساسيةً في مجموعة واسعة من المعدات، بدءًا من المخارط والطواحين وأجهزة التوجيه، وصولًا إلى آلات القطع بالتفريغ الكهربائي (EDM) وآلات القطع بالليزر والبلازما. بالإضافة إلى أتمتة عملية التصنيع وتحسين الدقة، تُلغي تقنية التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) المهام اليدوية، وتُتيح للعمال الإشراف على تشغيل عدة آلات في آنٍ واحد.
بالإضافة إلى ذلك، بمجرد تصميم مسار الأداة وبرمجة الآلة، يُمكن تشغيل القطعة عدة مرات. هذا يوفر دقة عالية وإمكانية تكرار عالية، مما يجعل العملية فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير.

المواد التي يتم تصنيعها
من المعادن الشائعة المعالجة آليًا: الألومنيوم، والنحاس الأصفر، والبرونز، والنحاس الأصفر، والفولاذ، والتيتانيوم، والزنك. كما يمكن معالجة الخشب، والرغوة، والألياف الزجاجية، والبلاستيك، مثل البولي بروبيلين.
في الواقع، يمكن استخدام أي مادة تقريبًا باستخدام آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الدقيقة - بالطبع، اعتمادًا على التطبيق ومتطلباته.

بعض مزايا التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي
بالنسبة للعديد من الأجزاء والمكونات الصغيرة المستخدمة في مجموعة واسعة من المنتجات المصنعة، فإن التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي هو في كثير من الأحيان طريقة التصنيع المفضلة.
كما هو الحال في جميع طرق القطع والتشغيل الآلي تقريبًا، تختلف سلوكيات المواد المختلفة، كما أن حجم وشكل المكون يؤثران بشكل كبير على العملية. ومع ذلك، تتميز عملية التشغيل الدقيق باستخدام الحاسب الآلي (CNC) بمزايا تفوق طرق التشغيل الأخرى.
وذلك لأن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي قادر على تقديم:
■ درجة عالية من تعقيد الأجزاء
■ التفاوتات الضيقة، تتراوح عادةً من ±0.0002 بوصة (±0.00508 مم) إلى ±0.0005 بوصة (±0.0127 مم)
■ تشطيبات سطحية ناعمة بشكل استثنائي، بما في ذلك التشطيبات المخصصة
■ إمكانية التكرار، حتى في أحجام عالية
بينما يستطيع فنيّ ماهر استخدام مخرطة يدوية لصنع قطعة عالية الجودة بكميات تتراوح بين ١٠ و١٠٠ قطعة، ماذا يحدث عندما تحتاج إلى ١٠٠٠ قطعة؟ ١٠ آلاف قطعة؟ ١٠٠ ألف قطعة أم مليون قطعة؟
بفضل دقة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يمكنك الحصول على قابلية التوسع والسرعة اللازمتين لهذا النوع من الإنتاج عالي الحجم. كما أن إمكانية التكرار العالية التي توفرها دقة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تمنحك قطعًا متطابقة من البداية إلى النهاية، بغض النظر عن عدد القطع التي تنتجها.

هناك طرق متخصصة للغاية في تصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي، بما في ذلك تصنيع الأسلاك بالتفريغ الكهربائي (EDM)، والتصنيع الإضافي، والطباعة الليزرية ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، يستخدم تصنيع الأسلاك بالتفريغ الكهربائي مواد موصلة - عادةً المعادن - وتفريغات كهربائية لتآكل قطعة العمل إلى أشكال معقدة.
ومع ذلك، سوف نركز هنا على عمليات الطحن والتحويل - طريقتان طرحيتان متاحتان على نطاق واسع ويتم استخدامهما بشكل متكرر في التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي.

الطحن مقابل الخراطة
الطحن عملية تشغيل باستخدام أداة قطع أسطوانية دوارة لإزالة المواد وتشكيلها. تُنجز معدات الطحن، المعروفة بالمطحنة أو مركز التشغيل، مجموعة واسعة من هندسة الأجزاء المعقدة على بعض أكبر الأجسام المعدنية المُشَكَّلة.
من أهم خصائص الطحن بقاء قطعة العمل ثابتة أثناء دوران أداة القطع. بمعنى آخر، في الطحن، تتحرك أداة القطع الدوارة حول قطعة العمل، التي تبقى ثابتة في مكانها على سطحها.
الخراطة هي عملية قطع أو تشكيل قطعة عمل على جهاز يُسمى المخرطة. عادةً، تُدوّر المخرطة قطعة العمل على محور رأسي أو أفقي، بينما تتحرك أداة قطع ثابتة (قد تدور أو لا تدور) على طول المحور المُبرمج.
لا يمكن للأداة أن تدور حول القطعة فعليًا. تدور المادة، مما يسمح للأداة بأداء العمليات المبرمجة. (هناك مجموعة فرعية من المخارط تدور فيها الأدوات حول سلك مُغذّى بالبكرة، ولكن هذا غير مذكور هنا).
في الخراطة، على عكس الطحن، تدور قطعة العمل. يدور مخزون القطع على محور المخرطة، وتلامس أداة القطع قطعة العمل.

التصنيع اليدوي مقابل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
في حين أن كل من المطاحن والمخرطات متوفرة في نماذج يدوية، فإن آلات CNC أكثر ملاءمة لأغراض تصنيع الأجزاء الصغيرة - حيث توفر إمكانية التوسع والقدرة على التكرار للتطبيقات التي تتطلب إنتاج كميات كبيرة من الأجزاء ذات التسامح الضيق.
بالإضافة إلى توفير آلات بسيطة ثنائية المحور تتحرك فيها الأداة على المحورين X وZ، تتضمن معدات CNC الدقيقة نماذج متعددة المحاور يمكن فيها أيضًا تحريك قطعة العمل. هذا على عكس المخرطة حيث تقتصر حركة قطعة العمل على الدوران، وتتحرك الأدوات لإنشاء الشكل الهندسي المطلوب.
تتيح هذه التكوينات متعددة المحاور إنتاج أشكال هندسية أكثر تعقيدًا في عملية واحدة، دون الحاجة إلى جهد إضافي من مشغل الآلة. هذا لا يُسهّل إنتاج الأجزاء المعقدة فحسب، بل يُقلّل أيضًا من احتمالية خطأ المشغل أو يُلغيها تمامًا.
بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام سائل التبريد عالي الضغط مع التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي يضمن عدم دخول الرقائق إلى الأعمال، حتى عند استخدام آلة ذات محور عمودي.

مطاحن CNC
تختلف آلات الطحن المختلفة في أحجامها، وتكوينات المحاور، ومعدلات التغذية، وسرعة القطع، واتجاه تغذية الطحن، وغيرها من الخصائص.
ومع ذلك، بشكل عام، تستخدم جميع مطاحن CNC مغزلًا دوارًا لقطع المواد غير المرغوب فيها. تُستخدم هذه المطاحن لقطع المعادن الصلبة مثل الفولاذ والتيتانيوم، ويمكن استخدامها أيضًا مع مواد مثل البلاستيك والألمنيوم.
صُممت مطاحن CNC لتكون قابلة للتكرار، ويمكن استخدامها في كل شيء، بدءًا من النماذج الأولية ووصولًا إلى الإنتاج بكميات كبيرة. غالبًا ما تُستخدم مطاحن CNC عالية الدقة للأعمال ذات التفاوتات الدقيقة، مثل طحن القوالب والقوالب الدقيقة.
بينما تُسهّل عمليات الطحن باستخدام الحاسب الآلي (CNC) عملية الإنتاج، فإن التشطيب بالطحن المباشر يُنتج قطعًا ذات علامات أدوات ظاهرة. كما قد تُنتج قطعًا ذات حواف حادة ونتوءات، لذا قد يلزم إجراء عمليات إضافية إذا كانت هذه الحواف والنتوءات غير مناسبة لهذه الميزات.
وبطبيعة الحال، فإن أدوات إزالة النتوءات المبرمجة في التسلسل سوف تقوم بإزالة النتوءات، على الرغم من تحقيق 90% من المتطلبات النهائية كحد أقصى، مما يترك بعض الميزات للتشطيب اليدوي النهائي.
أما بالنسبة للتشطيب السطحي، فهناك أدوات من شأنها أن تنتج ليس فقط تشطيبًا سطحيًا مقبولًا، ولكن أيضًا تشطيبًا يشبه المرآة على أجزاء من منتج العمل.

أنواع مطاحن CNC
يُعرف النوعان الأساسيان من ماكينات الطحن بمراكز التشغيل الرأسية ومراكز التشغيل الأفقية، حيث يكون الاختلاف الأساسي في اتجاه المغزل الآلي.
مركز التشغيل الرأسي هو مطحنة يكون فيها محور المغزل متوازيًا مع المحور Z. يمكن تقسيم هذه الآلات الرأسية إلى نوعين:
■ مطاحن السرير، حيث يتحرك المغزل بالتوازي مع محوره الخاص بينما يتحرك الجدول بشكل عمودي على محور المغزل
■ مطاحن البرج، حيث يكون المغزل ثابتًا ويتم تحريك الطاولة بحيث تكون دائمًا عمودية ومتوازية مع محور المغزل أثناء عملية القطع
في مركز التشغيل الأفقي، يكون محور دوران المطحنة في اتجاه المحور Y. ويعني الهيكل الأفقي أن هذه المطاحن تشغل مساحة أكبر في ورشة الآلات؛ كما أنها أثقل وزنًا وأقوى من الآلات الرأسية.
تُستخدم المطحنة الأفقية عادةً عند الحاجة إلى تشطيب سطحي أفضل؛ وذلك لأن اتجاه المغزل يُتيح تساقط رقائق القطع بشكل طبيعي وإزالتها بسهولة. (ومن المزايا الإضافية، أن إزالة الرقائق بكفاءة تُطيل عمر الأداة).
بشكل عام، تُعدّ مراكز التشغيل الرأسية أكثر شيوعًا نظرًا لقدرتها على التعامل مع قطع صغيرة جدًا، تمامًا مثل مراكز التشغيل الأفقية. كما أن حجمها أصغر من مراكز التشغيل الأفقية.

مطاحن CNC متعددة المحاور
تتوفر مراكز الطحن الدقيقة CNC بمحاور متعددة. تستخدم المطحنة ثلاثية المحاور المحاور X وY وZ لمجموعة واسعة من الأعمال. أما المطحنة رباعية المحاور، فيمكنها الدوران على محورين رأسي وأفقي وتحريك قطعة العمل، مما يسمح بتصنيع أكثر استمرارية.
تحتوي المطحنة ذات الخمسة محاور على ثلاثة محاور تقليدية ومحورين دوارين إضافيين، مما يسمح بتدوير قطعة العمل مع دوران رأس المغزل حولها. هذا يُمكّن من تشغيل خمسة جوانب من قطعة العمل دون الحاجة إلى إزالتها وإعادة ضبط الآلة.

مخرطات CNC
تحتوي المخرطة - وتُسمى أيضًا مركز الخراطة - على مغزل واحد أو أكثر، ومحورين X وZ. تُستخدم الآلة لتدوير قطعة العمل على محورها لإجراء عمليات قطع وتشكيل متنوعة، باستخدام مجموعة واسعة من الأدوات.
مخارط CNC، والتي تُسمى أيضًا مخارط التشكيل المباشر، مثالية لإنشاء قطع أسطوانية أو كروية متناظرة. وكما هو الحال مع مطاحن CNC، تستطيع مخارط CNC التعامل مع عمليات أصغر حجمًا، مثل النماذج الأولية، كما يمكن ضبطها لتحقيق تكرارية عالية، مما يدعم الإنتاج بكميات كبيرة.
يمكن أيضًا إعداد مخرطة CNC لإنتاج بدون استخدام اليدين نسبيًا، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في صناعات السيارات والإلكترونيات والفضاء والروبوتات والأجهزة الطبية.

كيف تعمل مخرطة CNC
في مخرطة CNC، يُحمَّل قضيب فارغ من المادة الخام في ظرف مغزل المخرطة. يُثبِّت هذا الظرف قطعة العمل في مكانها أثناء دوران المغزل. عندما يصل المغزل إلى السرعة المطلوبة، تُوضَع أداة قطع ثابتة على ملامسة قطعة العمل لإزالة المادة والحصول على الشكل الهندسي الصحيح.
تستطيع مخرطة CNC إجراء العديد من العمليات، مثل الحفر، واللولبة، والتجويف، والتوسيع، والتسوية، والخراطة المخروطية. تتطلب هذه العمليات تغيير الأدوات، مما قد يزيد التكلفة ووقت الإعداد.
بعد اكتمال جميع عمليات التشغيل المطلوبة، تُقطع القطعة من المخزون لمزيد من المعالجة، إذا لزم الأمر. ثم تصبح مخرطة CNC جاهزة لتكرار العملية، مع وقت إعداد إضافي قليل أو معدوم عادةً.
يمكن لمخرطات CNC أيضًا استيعاب مجموعة متنوعة من وحدات تغذية القضبان الأوتوماتيكية، مما يقلل من كمية التعامل اليدوي مع المواد الخام ويوفر مزايا مثل ما يلي:
■ تقليل الوقت والجهد المطلوب من مشغل الماكينة
■ دعم قضيب المشبك لتقليل الاهتزازات التي قد تؤثر سلبًا على الدقة
■ السماح لأداة الماكينة بالعمل بسرعات المغزل المثلى
■ تقليل أوقات التغيير
■ تقليل نفايات المواد

أنواع مخرطة CNC
هناك عدد من أنواع المخرطة المختلفة، ولكن الأكثر شيوعًا هي مخرطة CNC ذات المحورين ومخرطة أوتوماتيكية على الطراز الصيني.
تستخدم معظم مخارط CNC الصينية محورًا رئيسيًا واحدًا أو محورين، بالإضافة إلى محور خلفي واحد أو محورين (أو ثانويين)، حيث يكون النقل الدوراني مسؤولًا عن الأول. يُجري المحور الرئيسي عملية التشغيل الأساسية، بمساعدة جلبة توجيه.
بالإضافة إلى ذلك، تأتي بعض المخرطات ذات الطراز الصيني مزودة برأس أداة ثانٍ يعمل كمطحنة CNC.
باستخدام مخرطة CNC آلية على الطراز الصيني، تُغذّى المادة الخام عبر محور دوران منزلق إلى جلبة توجيه. يسمح هذا للأداة بقطع المادة أقرب إلى نقطة دعمها، مما يجعل آلة الصين مفيدة بشكل خاص للأجزاء الخراطة الطويلة والنحيلة وللتشغيل الدقيق.
يمكن لمراكز الخراطة متعددة المحاور ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) والمخرطات الصينية إنجاز عمليات تشغيل متعددة باستخدام آلة واحدة. هذا يجعلها خيارًا اقتصاديًا للأشكال الهندسية المعقدة التي تتطلب عادةً استخدام آلات متعددة أو تغيير الأدوات باستخدام معدات مثل المطاحن ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) التقليدية.