( ماكينات التحكم الرقمى الCNC)
مقدمة :-
كان اختراع ماكينات التشغيل علامة تحول بارزة فى تاريخ البشرية لتحل محل الانسان ، حيث تقوم هذة الماكينات بالتصنيع بدلا من الانسان وتكون الكفاءة اعلى والدقة بالطبع ستكون افضل وبدلا من استخادم الانسان العدد اليدوية hand tools وقد بدا ذلك حوالى عام 1775 م حينما اخترعت ماكينة تجويف الاسطوانات لتصنيع ماكينة جيمس واط البخارية ومنذ ذلك الوقت ادى الى ادخال بكميات كبيرة الى تطوير ماكينات التشغيل machine tool من اجل انتاج دقة اعلى
الانتاج المستمر السريان ظهر فى القرن العشرين الميلادى وتم تطبيقه عمليا بكثافة فى تجميع ماكينات السيارات الفوردفى عام 1913 بالولايات المتحدة الامريكية ومنذ ذلك الحين عرف هذا الاسلوب فى التصنيع الكمى بكفاءة عالية .
ومع التقدم الهائل فى المعدات الالكترونية اصبح التحكم الالى ممكنا فى مختلف المجالات الانتاجية وسمى ذلك بالالية automation بينما سمى ظهور الماكينات بالميكنة mechanization
وبعد وقت قليل من الحرب العالمية الثانية ومع زيادة المنتجات الاكثر تعقيدا تم اختراع ماكينة التشغيل الرقمى cnc machine لتحد بشكل فعال من الحاجة الماسة لعمال ماهرة لتشغيل نظم التصنيع ومنذ خمسينات القرن العشرين ميلادى حدثت عدة تطورات علمية وتقنية وكان من ابرز اختراع الحاسوب الذى على شكل العمود الفقرى لتطور عدة تقنيات صناعية من تحكم رقمى وربوت وتصنيع مدعم بالحاسب cam .
ونحاول في هذه المقدمة عرض التطورات التاريخية التي لازمت تطور تقنية التحكم الرقمي والتعرف علي الفروق بين ماكينات العدد التقليدية وماكينات العدد ذات التحكم الرقمي وايضا بيان الجدوى الفنية والاقتصادية لاستخدام ماكينات التحكم الرقمي.
ومن المفيد أن نحدد من البداية أن التركيز سيكون بشكل كامل على تطبيق تقنية التحكم الرقمي بالحاسب علي ماكينات العدد بحسبان أن هذا هو المجال التاريخي الذي ظهرت فيه ، وايضا هو المجال الأهم بالنسبة لتقنية الإنتاج ، هذا بالرغم من وجود تطبيقات أخري لهذه التقنية.
وقبل الشروع في تناول التعامل مع هذه التقنية وإنشاء برامج التشغيل اللازمة يكون من الضروري التعرف علي الإطار الذي تعمل فيه تقنية التحكم الرقمي بالحاسب ، ومتي يكون استخدامها مجديا اقتصاديا وفنيا ، وهذا ما يؤكد علي أهمية هذه المقدمة.
أولاً :- تعريف مفهوم ماكينات التحكم الرقمى ال CNC
هى عبارة عن ماكينات تم التحكم بمهامها بحيث تتم وظائف تشغيلها بشكل مرتب وذلك عن طريق حروف ورموز وأرقام كونت كلها لتسمى برنامج التشغيل وقد سميت CNC لانها تحتوى على الكمبيوتر والماكينة وجهاز التحويل بين الاثنين.
ومعنى ماكينات التحكم الرقمى هو ارتباط الكمبيوتر بالماكينة ويوجد بينهما جهاز مترجم ليعرفهم ببعض أو كما نقول interface وطبعاً الماكينة لا تعرف لغة الكمبيوتر ولهذا نضع هذا الجهاز وسنشرح هذا بالتفصيل أخوانى الأعزاء ولهذا نقول CNC .
والآن سوف نتعرف عن الآلية لمكائن
إن الآلية أو الاوتوماتية (Automation) :هي عبارة عن تقنية مختصة بتطبيق نظم ميكانيكية والكترونية ونظم قائمة على استخدام الكمبيوتر (الحاسب الآلي) لتشغيل عملية الإنتاج والتحكم فيها وتمثل الآلية (الاوتوماتية) تقنية متجددة تستمر فيها عملية الإبداع التي بدأت مند عدة عقود مضت.
ويمكن تقسيم الآلية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
1- آلية ثابتة (Fixed Automation) : وهو نظام يكون فيه ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج ثابتة نسبة لطبيعة تكوين ماكينات الإنتاج نفسها.
2- آلية قابلة للبرمجة (Programmable Automation): وهو نظام صممت فيه ماكينات الإنتاج بحيث تكون قادرة علي تغير ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج وبالتالي القابلية للإنتاج أشكال متعددة، ويتم التحكم في ترتيب الإنتاج ببرنامج خاص.
3- الآلية المرنة (Automation Flexible): وهو امتداد لنظام الآلية القابلة للبرمجة بحيث لا يوجد زمن ضائع في عملية إعادة البرمجة فإذا ركزنا الأنظار علي نظام الآلية القابلة للبرمجة فإننا نجد أن أهم مثال في النوع من الآلية في مجال تصنيع القطع المعدنية هو التحكم الرقمي (numerical control) والذي هو تطبيق حيوي للتزوج بين تقنية الكومبيوتر وتقنية الالكترونيات في مجال التحكم في التصنيع وقد قدم أول تطوير لفكرة التحكم الرقمي جون بارسونس وزملائه في عام 1948م.
ونختتم هذه المقال الان وندعو الله ان ينفعنا وينفعكم بعلمنا وان يجعله فى ميزان حسناتنا
وسنقوم بتوضيح معنى كلمة CNC فى المقال القادم ان شاء الل
بسم الله الرحمن الرحيم
المقال الثانى
أولاً :- تعريف مفهوم ماكينات التحكم الرقمى ال CNC
هى عبارة عن ماكينات تم التحكم بمهامها بحيث تتم وظائف تشغيلها بشكل مرتب وذلك عن طريق حروف ورموز وأرقام كونت كلها لتسمى برنامج التشغيل وقد سميت CNC لانها تحتوى على الكمبيوتر والماكينة وجهاز التحويل بين الاثنين.
ومعنى ماكينات التحكم الرقمى هو ارتباط الكمبيوتر بالماكينة ويوجد بينهما جهاز مترجم ليعرفهم ببعض أو كما نقول interface وطبعاً الماكينة لا تعرف لغة الكمبيوتر ولهذا نضع هذا الجهاز وسنشرح هذا بالتفصيل أخوانى الأعزاء ولهذا نقول
COMPUTER NUMERICAL CONTROL
C N C
والآن سوف نتعرف عن الآلية لمكائن
إن الآلية أو الاوتوماتية (Automation) :هي عبارة عن تقنية مختصة بتطبيق نظم ميكانيكية والكترونية ونظم قائمة على استخدام الكمبيوتر (الحاسب الآلي) لتشغيل عملية الإنتاج والتحكم فيها وتمثل الآلية (الاوتوماتية) تقنية متجددة تستمر فيها عملية الإبداع التي بدأت مند عدة عقود مضت.
ويمكن تقسيم الآلية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
1 -آلية ثابتة (Fixed Automation) : وهو نظام يكون فيه ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج ثابتة نسبة لطبيعة تكوين ماكينات الإنتاج نفسها.
2- آلية قابلة للبرمجة (Programmable Automation): وهو نظام صممت فيه ماكينات الإنتاج بحيث تكون قادرة علي تغير ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج وبالتالي القابلية للإنتاج أشكال متعددة، ويتم التحكم في ترتيب الإنتاج ببرنامج خاص.
3- الآلية المرنة (Automation Flexible): وهو امتداد لنظام الآلية القابلة للبرمجة بحيث لا يوجد زمن ضائع في عملية إعادة البرمجة فإذا ركزنا الأنظار علي نظام الآلية القابلة للبرمجة فإننا نجد أن أهم مثال في النوع من الآلية في مجال تصنيع القطع المعدنية هو التحكم الرقمي (numerical control) والذي هو تطبيق حيوي للتزوج بين تقنية الكومبيوتر وتقنية الالكترونيات في مجال التحكم في التصنيع وقد قدم أول تطوير لفكرة التحكم الرقمي جون بارسونس وزملائه في عام 1948م.
ويتكون ماكينات التحكم الرقمى من ثلاث أجزاء :-
- الماكينة
- الكمبيوتر
- الكنترول
المقال الثانى فى ماكينات التحكم الرقمى CNC
المقال الثانى:
أولاً :- تعريف مفهوم ماكينات التحكم الرقمى ال CNC
هى عبارة عن ماكينات تم التحكم بمهامها بحيث تتم وظائف تشغيلها بشكل مرتب وذلك عن طريق حروف ورموز وأرقام كونت كلها لتسمى برنامج التشغيل وقد سميت CNC لانها تحتوى على الكمبيوتر والماكينة وجهاز التحويل بين الاثنين.
ومعنى ماكينات التحكم الرقمى هو ارتباط الكمبيوتر بالماكينة ويوجد بينهما جهاز مترجم ليعرفهم ببعض أو كما نقول interface وطبعاً الماكينة لا تعرف لغة الكمبيوتر ولهذا نضع هذا الجهاز وسنشرح هذا بالتفصيل أخوانى الأعزاء ولهذا نقول CNC .
C N C
والآن سوف نتعرف عن الآلية لمكائن
إن الآلية أو الاوتوماتية (Automation) :هي عبارة عن تقنية مختصة بتطبيق نظم ميكانيكية والكترونية ونظم قائمة على استخدام الكمبيوتر (الحاسب الآلي) لتشغيل عملية الإنتاج والتحكم فيها وتمثل الآلية (الاوتوماتية) تقنية متجددة تستمر فيها عملية الإبداع التي بدأت مند عدة عقود مضت.
ويمكن تقسيم الآلية إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
1- آلية ثابتة (Fixed Automation) : وهو نظام يكون فيه ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج ثابتة نسبة لطبيعة تكوين ماكينات الإنتاج نفسها.
2- آلية قابلة للبرمجة (Programmable Automation): وهو نظام صممت فيه ماكينات الإنتاج بحيث تكون قادرة علي تغير ترتيب العمليات المطلوب للإنتاج وبالتالي القابلية للإنتاج أشكال متعددة، ويتم التحكم في ترتيب الإنتاج ببرنامج خاص.
3- الآلية المرنة (Automation Flexible): وهو امتداد لنظام الآلية القابلة للبرمجة بحيث لا يوجد زمن ضائع في عملية إعادة البرمجة فإذا ركزنا الأنظار علي نظام الآلية القابلة للبرمجة فإننا نجد أن أهم مثال في النوع من الآلية في مجال تصنيع القطع المعدنية هو التحكم الرقمي (numerical control) والذي هو تطبيق حيوي للتزوج بين تقنية الكومبيوتر وتقنية الالكترونيات في مجال التحكم في التصنيع وقد قدم أول تطوير لفكرة التحكم الرقمي جون بارسونس وزملائه في عام 1948م.
ويتكون ماكينات التحكم الرقمى من ثلاث أجزاء :-
- الماكينة
- الكمبيوتر
- الكنترول
أولا :- الماكينة ولو تكن ماكينة فريزة( وهى التى تقوم بعملية التشغيل)
ثانياً :- الكنترول (وهو المسئول على التحكم فى محركات الماكينة )
ثالثاً ً :- الكمبيوتر ( ووظيفة الكمبيوتر اننا نكتب عليه البرنامج المخصص للماكينة و حفظ البرامج على الذاكرة المخصصة به)
*ويوجد ماكينات CNC open loop ، : CNC closed loop -
ماهى ماكينات- :CNC open loop
هى نفس الماكينات ولكن لا يوجد بها خاصية ال feedback أى لا يوجد بها sensor يعطينى حركة الماكينة وتقارنها بالقيمة الداخلة من البرنامج المخصص للماكينة.
CNC Closed Loop:-
وهى نفس الماكينة ولكن يكون بها sensor لقياس كل حركة ومقارنتها ليكون الشغلة انتهت بدقة عالية وايضاً سرعة عالية.
مقارنة بين ماكينات التحكم الرقمى والماكينات التقليدية
يوجد تشابه فى الشكل العام لماكينات التحكم الرقمى CNC وماكينات العدد التقليدية ولكن يوجد فرق أساسى فى مصدر ايجاد الحركة فى الأتجاهات المختلفة التى تتحرك فيها الماكينة.
فاذا أخذنا ماكينة الفريزة (Milling) كمثال فاننا نجد أن الفريزة العادية بها محرك واحد ذو تيار متردد فى حين الفريزة ذات التحكم الرقمى CNC يتحكم فى التحركات المختلفة محركات خاصة تسمى محركات خطية( (STEPPER MOTOR ومحركات (SERVO MOTOR) من نوع محركات التيار المستمر أو محركات هيدروليكية ، فعلى سبيل المثال ماكينة الفريزة ال CNC .
يوجد بها غالبا أربع محركات من نوع تيار مستمر
1- محرك واحد للحركة الطولية لمنضدة الماكينة ( محور X)
2- محرك واحد لتحريك المنضدة الى الدخل أو الخارج بعيداً عن الماكينة (محور Y)
3- محرك واحد لتحريك المنضدة راسياً الى أعلى أو أسفل (محورالZ)
4- محرك واحد لادارة عامود السكاكين "ادوات القطع" يمثل المحرك الأساسى (موتور الاسبندل)
وكل هذه المحركات يتحكم فيها كمبيوتر ماكينة ال(CNC) أما ماكينة الفريزة العادية فيمكن تحريك منضدتها طولياً أو فى الأتجاه المستعرض أو رأسياً يدوياً أوميكانيكياً ، فاذن تعتمد دقة العمليات التى تنفذ على الفريزة العادية على مهارة العامل الذى يقوم بتشغيل الماكينة ، أما فى الماكينة التحكم الرقمى CNC فان الدقة تعتمد على مقدرة نظام التحكم ونوعه
تعريف لنظم التحكم الرقمى والمقارنة بينهما
التحكم الرقمى NC
هو صورة من صور الآلية القابلة للبرمجه حيث يتم التحكم فى معدات التصنيع بواسطة برنامج خاص بالقطعة المراد انتاجها ، ويكون البرنامج فى شكل أرقام وحروف ورموز ، ويحفظ على هيئة شريط مثقب تتم قراءته بواسطة جهاز التحكم فى الماكينة .
عندما تتغيير القطعة المراد تصنيعها يتغير أيضاً البرنامج ، وهذه القابليه لتغيير البرنامج وتمتد تطبيقات التحكم الرقمى لتشمل ماكينات العدد بمختلف أنواعها مثل الفرايز والمخارط ، وماكينات القياس ، وماكينات التجميع (Assembly) وغيرها .
وتقوم قاعدة التشغيل لكل هذه الانواع من ماكينات التحكم الرقمى على مبدأ مشترك وهو التحكم فى موقع اداة القطع (أو ما يقوم مقاومه فى التطبيق المعين بالنسبه للقطعه تحت التشغيل.
سنتكلم عن ماكينات الCNC
للتعرف على ماكينات ال CNC المتوفرة فى دورتنا وما سنتكلم عنها فريزة (CNC ) من نوع MH500W وهى ذات نظام تحكم من نوع MAHO232 ، وكذلك يوجد مخرطة CNC من نوع EMCOTURN 242 وهى ذات نظام تحكم EM COTRONIC TM 02 ويوجد ماكينات ذات التحكم الرقمى بالحاسب مختلفة ، والجدير بالذكر هو أنها مزودة بنظم التحكم مختلفة تماماً عن النظام MAHO232 .
ويجب لفت الأنتباه هنا بأن التحكم الرقمى بالحاسب CNC لا يقتصر على ماكينات الخراطة والتفريز فحسب بل يمتد الى أنواع أخرى من الماكينات وهذا بالرغم من أول تطبيق لهذا التحكم خص ماكينة التفريز .
وفى هذا الصدد يمكن ذكر بعض الماكينات التى يتم التحكم فيها رقمياً بالحاسب
المزايا والعيوب الأقتصادية لماكينات التحكم الرقمى بالحاسب (CNC)
توجد عدة أسباب أدت الى الأنتشار الواسع لاستخدام ماكينات التحكم الرقمى بالكمبيوتر (CNC) فى الصناعة
لقد هيأ ظهور ال (CNC) وسيله لتخفيض تكلفة الأنتاج للصناعات التى تتميز بحجم انتاج منخفض مثل صناعة القطع المساعدة فى صناعة الطائرات وقطع الدوائر الهيدروليكية وصناعة ماكينات العدد نفسها والأجزاء المعقدة ، نجد أن من الضرورى أن يكون المنتج عالى الجودة ومضمون عند أستعماله
ونجد أيضاً أن حجم الأنتاج فى هذه الحالات بالآلاف ولكن صعب أن يكون حجم أكثر من ذلك
- فأستعمال ال (CNC) فى مثل هذه المجالات المذكورة يمكن أن يحقق المزايا التالية :-
1- تقليل الزمن الضائع بدون انتاج فعلى للماكينة
2- استخدام تجهيزات تثبيت (Fixtures) أكثر بساطة من المستخدمة مع الماكينات التقليدية
3- تحقيق نظام انتاج أكثر مرونة للتغيرات فى جداول الأنتاج
4- السهوله فى تقبل أى تغييرات فى تصميم القطع المنتجه لأن ذلك يحتاج فقط الى تغيير فى البرنامج
5- زيادة دقة التصنيع والتقليل من الأخطاء التى يقع فيها العاملون
ويتضح من هذا المذكور أعلاه أن ال CNC يكون مناسب لحالات معينة وليس فى كل الحالات ويمكن أن نستنتج أن عمليات التشغيل التى يمكن أن يحقق فيها ال(CNC) فوائد اقتصادية لها الصفات التالية :-
1-القطع التى تصنع بشكل كمى فى شكل دفع صغيرة أو متوسطة الحجم
2- هندسه القطع معقدة (من ناحية الشكل )
3-الأزواجات المطلوبة لتصنيع القطع ضيقة
4- تشغيل القطع يحتاج لعدة عمليات
5- كميات المعدن المطلوب ازالته (الرائش) للتصنيع كبيرة
6-التغيرات فى التصميم متوقعه
7- القطع عاليه التكلفة بحيث أن حدوث أخطاء فى التصنيع سيكون باهظ التكلفة
8-الحاجه لفحص جودة المنتج بنسبه 100 %
ولا يشترط أن تكون القطع المناسبه للتصنيع بنظام ال (CNC) مستوفيه لكل الصفات الثمان التى ذكرناها ولكن بالطبع كلما تحققت عدد أكبر من هذه الصفات كلما كانت تطبيقاً جيداً لاستخدام ال(CNC) للانتاج فى مصنع ما ستواجه المشاكل الآتية:-
1- زيادة الصيانة الكهربائية وتنوعها داخل المصنع
2- ارتفاع التكلفة الأبتدائية لماكينات ال(CNC)
3- ارتفاع تكلفة تشغيل الماكينات
4-اجراء تدريب جديد للعاملين على كل المستويات لاستيعاب نظام ال (CNC) ومتطلباته من برمجه وتشغيل وصيانه
سنتكلم عن تثبيت الشغلة ومحاور الحركة للاله
وحتى يكون الماكينة قادرة على تنفيذ المهمه بنجاح لابد من توافر الآتى:-
1-حمل وتثبيت كلاً من اداة القطع وقطعة الشغله تثبيتاً تاماً
2- وجود طاقة قدرة كافيةلتمكين أداة القطع من تشغيل قطعة الشغله بمعدلات أقتصادية
3- تحريك كل من أداة القطع وقطعة الشغلة بالنسبه لبعضهما بحيث ينتج الشكل المطلوب
فاذا كان من الضرورى توفر هذه المتطلبات المذكوره أعلاه فى الماكينات التقليدية ، فانه بالبديهى توفر هذه المتطلبات فى ماكينات ال CNC وبشكل أفضل مع توافر الدقة العالية وكذلك بما يتناسب مع تكلفتها
وسيتم التركيز فى هذه المحاضرة على المحاور الاساسيه والاضافية التى تشكل الأطار الذى تنشأ برامج الCNC على أساسه ، كذلك سيتم التعرف على أنواع التحكم فى الحركة الموضعية والخطية والمستمرة ، وايضاً تحديد مختلف نقاط الصفر للفرايز والمخارط ال CNC بصفتها الأساس الذى يقوم عليه الأبعاد
المحاور الأساسية (X,Y,Z)
لمعظم ماكينات التشغيل (CNC) أثنان أو أكثر من المجارى الأنزلاقية الأساسية ، وهى متعامدة مع بعضها من ناحية الاتجاه للحركات الأنزلاقية للمجارى
وتستخدم المحاور الكارتيزية الثلاث : X,Y,Z لتسميه هذه الاتجاهات ، بالنسبه انهم متعامديين مع بعضهم وبذلك يمكن تحديد أى نقطة فى الفراغ باستخدامهم ، وهذا ما نحتاجه عند كتابه البرنامج ال CNC لتحديد الموقع النسبى بين أداة القطع وقطعة الشغله
أتجاهات المحاور الأساسيه (X,Y,Z) فى فرايز الCNC
