Published in: التحكم الآلي

التحكُّم الرقمي المُبرمَج – ما هي مراحله؟ أنظمة التشغيل المُستخدمة

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 24 أغسطس، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

التحكُّم الرقمي المُبرمَج (Computer Numerical Control (CNC)) هو عملية تصنيع آلية تستخدم الماكينات وأدوات التحكم بالحاسب لإزالة طبقاتٍ من المواد من قطعة تُسمّى الخامة، أو قطعة العمل للحصول على المنتج المرغوب، وتستخدم هذه العملية التصنيعية لإنتاج مجموعةٍ واسعةٍ من المواد، مثل: المعادن، البلاستيك، الخشب، الزجاج، الرغويات، المواد المركبة، وتجد تطبيقاً في العديد من الصناعات، مثل التصنيع الآلي للقطع الكبيرة للآلات، وتصنيع أجزاء آليات الفضاء والطيران، والتي تتطلب دقةً أكثر من الصناعات الأخرى.

يوجد فرقٌ بين مصطلح عملية التحكُّم الرقمي المُبرمَج (CNC machining)، ومصطلح آلة (CNC machine)  الأول عبارة عن عملية تصنيعية، والثاني عبارة عن آلة CNC، وهي آلةٌ قابلةٌ للبرمجة قادرةٌ على أداء عمليات التحكُّم الرقمي المُبرمَج. ^[1]

ما هي مراحل عملية التحكُّم الرقمي المُبرمَج CNC machining؟

تتضمن المراحل التالية:

1- تصميم نموذجٍ للقطعة CAD.

2- تحويل ملف CAD إلى برنامج بلغة G-code للحصول على مسارات القطع عن طريق استخدام أحد برامج CAM.

3- تحضير ماكينة CNC.

4- تنفيذ عملية التصنيع على آلة CNC.

ملف الـ G-code

تستخدم آلات CNC ملفاً يُسمّى G-code لتشغيل الآلة، ويحتوي الملف تعليمات G-code، وتعليمات M-code، وتتحكم تعليمات G-code في مكان وكيفية تحرك أدوات القطع في الماكينة، وسرعة الانتقال إلى موقعٍ معين، وما هي المسارات التي يجب اتباعها على الخامة أو قطعة العمل، ويتحكم رمز الوظيفة المتنوعة، بينما تتحكم تعليمات M-code في الوظائف الإضافية للآلة، مثل: ضخّ سائل التبريد، أو إيقافه، أو تشغيل وإيقاف محرك دوران آلة القطع. ^[1] 

تاريخ الـ CNC

قبل وجود التحكُّم الرقمي المُبرمَج بواسطة الحاسب (CNC) كان هناك فقط تحكُّمٌ رقميٌّ (NC) بدون الحاسب C حيث استخدم الشريط المثقب في الخمسينيات من القرن الماضي لإدخال الأوامر يدوياً إلى بطاقة المعلومات لوصف موقع الآلة وأدوات القطع، وكانت العملية بطيئةً وقليلة الدقة ثم جاءت أجهزة الحاسب القديمة لتنتج أشرطةً مثقبةً بناءً على مدخلاتٍ معينة للحاسب، وأدى ذلك لتسريع العملية، ومع تقدم أجهزة الحاسب ظهر التحكُّم الرقمي المُبرمَج بالحاسب الذي نعرفه الآن ب CNC، فازدادت سرعة وجودة التشغيل بشكلٍ كبير. ^[2]

كيف تُحضَّر آلة CNC للتشغيل؟

قبل أن يقوم المُشغِّل بتشغيل برنامج CNC يجب عليه تجهيز آلة CNC للتشغيل، ويشمل هذا التجهيز تثبيت قطعة العمل في الماكينة على طاولة الماكينة بالمُثبتات، وربط أدوات القطع المناسبة للتشغيل، مثل: ريش التثقيب، وريش التفريز، وبمجرد إعداد الماكينة بالكامل يمكن للمُشغّل تشغيل برنامج الـ G-code بكبسة زر التشغيل يعطي برنامج G-code تعليمات التشغيل لآلة CNC حيث يرسل الأوامر التي تقوم بتشغيل وتحريك أدوات القطع في الماكينة حتى الحصول على شكل القطعة المُصمّمة. ^[1]

ما هي أنواع عمليات التحكُّم الرقمي المُبرمَج؟

تعدُّ عملية التحكُّم الرقمي المُبرمَج عملية تصنيعٍ مناسبةٍ لمجموعةٍ واسعةٍ من الصناعات، مثل: صناعة السيارات، والفضاء، والبناء، والزراعة، وهي قادرةٌ على إنتاج مجموعةٍ من المنتجات، مثل: إطارات السيارات، والمعدات الجراحية، ومحركات الطائرات، والمُسننات.

تشتمل العملية على العديد من عمليات التشغيل الآلي التي يتمُّ التحكُّم فيها بواسطة الحاسب، وتتضمن عمليات ميكانيكية، وكيميائية، وكهربائية، وحرارية، والتي تزيل جزءاً من المادة الخام لإنتاج المُنتج المُصمّم، وأكثر العمليات الميكانيكية للتحكُّم الرقمي المُبرمج انتشاراً التثقيب، والتفريز، والخراطة:

1- التثقيب المُبرمَج CNC Drilling

هو عملية تصنيع تستخدم مثقباً وريشة قطعٍ أسطوانية تدور لإنتاج عدة ثقوبٍ أسطوانيةٍ في الخامة باتجاهٍ شاقولي بقطر ثقبٍ يساوي قطر ريشة التثقيب المُستخدمة في عملية الحفر، ويمكن أيضاً إجراء عمليات الحفر المائل من خلال استخدام تجهيزاتٍ خاصة.

2- التفريز المُبرمَج CNC Milling

التفريز المُبرمَج عبارةٌ عن عملية تصنيعٍ تستخدم أدوات قطع دوارة لإزالة المواد من الخامة، وتشمل العمليات التشغيلية لعملية التفريز التسوية السطحية، وحفر التجاويف، وحفر السطوح، والتجاويف التي تحتوي على سطوحٍ مائلة، والحفر المحيطي لسطح الخامة الجانبي، وحفر التجاويف العميقة في الخامة.

3- الخراطة المُبرمَجة Turning CNC

هي عملية تصنيع تستخدم أدوات القطع أحادية النقطة لإزالة المواد من خامة تدور، وتقوم الآلة بتغذية أداة القطع بحركةٍ خطيةٍ على طول سطح الخامة الدوارة لإزالة المواد من محيط الخامة حتى يتمّ الوصول إلى القطر المطلوب، وعادةً ما تكون آلة مخرطة CNC يتمُّ بهذه الطريقة إنتاج أجزاءٍ أسطوانيةٍ بأشكالٍ محفورةٍ خارجيةٍ وداخلية، مثل: المخاريط Tapers، والشرار Thread. تشمل الإمكانيات التشغيلية لعملية الخراطة المُبرمجة: التثقيب، الخراطة الخارجية، الخراطة الداخلية، قطع الشرار. يعمل التفريز المُبرمج بشكلٍ أفضل مع القطع ذات الأشكال المُعقدة لكن يكون استعمال المخارط المُبرمَجة أفضل في تصنيع الأجزاء الأسطوانية بشكلٍ أسرع وأكثر دقة. ^[1]

ما هي أنظمة التشغيل المُستخدمة في عملية التحكُّم الرقمي المُبرمَج؟

أثناء عملية التصنيع CNC يتمُّ التحكم في موقع أداة القطع من خلال نظام الحلقة المفتوحة أو الحلقة المغلقة:

1- نظام الحلقة المفتوحة

تكون الإشارة باتجاهٍ واحدٍ بين المُتحكِّم وبين المحرك.

2- نظام الحلقة المغلقة

يكون المُتحكِّم قادراً على استقبال ردود الفعل Feedback من المحرك مما يجعل تصحيح الخطأ ممكناً، وبالتالي تصحيح عدم انتظام السرعة والموضع، وعادةً ما يتمُّ توجيه الحركة عبر محاور X,Y,Z بينما تدور أداة القطع حول محورها، ويتمُّ تأمين الحركة عبر محركات سيرفو أو محركات خطوية.

تحصل المحركات على معلومات السرعة والحركة من تعليمات الـ G-code. إذا كانت السرعات والعزوم قليلةً يمكن استخدام عملية التشغيل بنظام التحكُّم ذو الحلقة المفتوحة، ولكن في السرعات والعزوم العالية، مثل: حفر المعادن القاسية يجب استعمال عملية التشغيل بنظام التحكُّم ذات الحلقة المغلقة لضمان السرعة، والاستمرارية، والدقة المطلوبة. ^[3]