يُعدّ التصنيع الطرحي أحد أكثر أنواع التصنيع الدقيق شيوعًا واستخدامًا. ففي هذا النوع من التصنيع، على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد، يبدأ العمل بكتلة صلبة أو هيكل من مادة ما، ثم تُقطع باستخدام آلة حتى الوصول إلى الشكل المطلوب. ويُشابه هذا الأسلوب ما يفعله النحاتون، إلا أننا في التصنيع الطرحي نستبدل عملية النحت بآلة أو ذراع روبوتية.
تحول CNC و CNC الطحن تُعدّ آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) من أكثر أشكال التصنيع شيوعًا في التصنيع الطرحي. ورغم شيوع استخدامها بشكل متبادل، إلا أنها في الواقع مختلفة، ولكل منها نقاط قوة وضعف واستخدامات خاصة. في السطور التالية، نأمل أن نقدم معلومات أساسية تمهيدية حول استخدام آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) لمساعدتك في مشروعك القادم.
ما هو CNC Turning؟
تُعرف عملية الخراطة باستخدام الحاسوب (CNC) بتثبيت قضيب من المادة في ظرف، وتدويره بسرعة محددة، بينما تتحرك أداة الخراطة على طول المحور لتشكيل الشكل المطلوب من المادة. تتميز هذه العملية بخصائص مختلفة، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحركة التي تدور فيها قطعة العمل أثناء قطع الأداة. في هذه العملية تحديدًا، تبقى أداة القطع ثابتة في موضعها أثناء دورانها وتحركها على طول المحاور الأخرى.
تُجرى عملية الخراطة باستخدام الحاسوب (CNC) على آلة تُسمى المخرطة أو مركز الخراطة. وبما أن المادة تدور على محور دوران، فإن الخراطة باستخدام الحاسوب تُستخدم لإنتاج الأجزاء الأسطوانية أو الأنبوبية. إذا كنت ترغب في إنتاج عمود بسيط، أو قاعدة مزخرفة لطاولة، أو وصلة معقدة لهندسة الطيران، فإن الخراطة هي الطريقة المُفضلة في أغلب الأحيان.
عملية الخراطة CNC
لبدء عملية الخراطة، يُستخدم قضيب معدني دائري. يُثبّت هذا القضيب على محور دوران المخرطة. يُعدّ محور الدوران المكوّن الرئيسي، إذ يُوفّر الحركة الدورانية المطلوبة.
أولاً، يتم تشغيل المغزل، وتدور قطعة العمل بسرعة آلاف الدورات في الدقيقة. ثم يتم تقريب أداة مثبتة على برج إلى سطح قطعة العمل. تتحرك الأداة، أثناء قطع المغزل، بشكل خطي موازٍ للأسطوانة، وتسحب الرايش من قطعة العمل.
بما أن الأداة تكون في حالة قطع مستمرة، فإن العملية سريعة للغاية ويمكن الحصول على قطع نظيفة جداً. ولهذا السبب تحديداً، تُعرف عمليات الخراطة باستخدام الحاسوب (CNC) بكفاءتها العالية وجودة أسطحها الممتازة.
أنواع عمليات الخراطة باستخدام الحاسوب
يمكن استخدام مصطلح "الخراطة" لوصف جميع عمليات مخرطة CNC، ولكن اعتمادًا على الأداة ونمط حركة الآلة، يمكن القيام ببعض الأشياء.
- التسوية: تُستخدم هذه العملية لتمكين الأداة من إزالة حافة قطعة العمل وإنشاء سطح عمودي على محور الدوران. عادةً ما يكون هذا السطح ضروريًا لإجراء عمليات لاحقة على جزء ذي أبعاد معروفة.
- الخراطة الخارجية: تتحرك الأداة على طول قطعة العمل لتقليل قطرها والحصول على الشكل الأسطواني الرئيسي.
- التثقيب: للحصول على قياسات محددة للقطر الداخلي، تتحرك أداة محورياً عبر قطعة العمل لتوسيع ثقب تم حفره مسبقاً.
- عملية التخريز: تتضمن هذه الوظيفة تحريك أداة الآلة وقطعها من خلال الأجزاء الخارجية أو الداخلية لقطعة العمل بمعدلات تغذية محددة يتم حسابها بناءً على سرعة دوران المغزل لقطع خيوط البرغي في قطعة العمل.
- التخديد: في هذه القطعة، تقوم آلة التشغيل بإزالة جزء من جانب قطعة العمل عن طريق قطعها شعاعيًا مما ينتج عنه قناة أو أخدود.
- التخريش: أداة خاصة لا تزيل المواد ولكنها تضغط على نمط سطحي (عادة ما يكون بعض المعينات أو التصاميم ذات الخطوط المستقيمة) في قطعة العمل لغرض إنشاء قبضة أفضل على سطح قطعة العمل.
المواد المتوافقة مع الخراطة باستخدام الحاسب الآلي
تُتيح تقنية الخراطة باستخدام الحاسوب (CNC) معالجة أنواع عديدة من المواد. وتعتمد هذه التقنية على استخدام جسم دوّار مزود بأداة قطع صلبة. ويمكن معالجة المواد البلاستيكية اللينة والسبائك الفائقة المقسّاة باستخدام هذه التقنية.
تشمل المعادن التي يمكن استخدامها: الألومنيوم (6061، 7075)، والنحاس الأصفر، والفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ المقاوم للصدأ (303، 304، 316)، والتيتانيوم، والمغنيسيوم.
تشمل المواد البلاستيكية التي يمكن استخدامها ما يلي: ABS، والنايلون، والبولي كربونات، وPEEK، وPTFE (التفلون)، والأكريليك.
عادةً ما تحدد المادة المختارة سرعة القطع ونوع الأداة المستخدمة. عند استخدام الألومنيوم اللين، تكون عملية الخراطة أسرع، وتقلّ نسبة تآكل الأداة. وهذا يختلف عن خراطة الفولاذ المقاوم للصدأ المعالج حرارياً.
مزايا وعيوب عملية التحويل
الفوائد:
- سرعة:بالنسبة للأجزاء الأسطوانية، فإن الخراطة أسرع بكثير من الطحن لأن عملية القطع المستمرة تزيل المواد بسرعة.
- صقل الأسطح:تتيح عملية الدوران المستمر الحصول على تشطيبات ناعمة وعالية الجودة بشكل استثنائي دون وجود علامات الأدوات المرئية التي غالباً ما تتركها عملية الطحن.
- فعاله من حيث التكلفه:بالنسبة للأجزاء الدائرية، فإن المخارط بشكل عام أرخص في التشغيل والإعداد من آلات الطحن المعقدة.
- دقة:ممتاز لتحقيق دقة عالية في الأقطار والمركزية.
السلبيات:
- القيود الهندسية:أنت مقيد إلى حد كبير بالأجزاء المتناظرة دورانياً. لا يمكنك بسهولة تدوير صندوق مربع أو شكل عضوي معقد يفتقر إلى محور مركزي.
- تآكل الأدوات:يمكن أن يؤدي التلامس المستمر إلى تراكم الحرارة، مما يتطلب استراتيجيات تبريد قوية وربما تآكلًا أسرع للأدوات على المواد الصلبة.
ما هو الطحن باستخدام الحاسب الآلي؟
عندما أقوم بعملية التشكيل باستخدام آلة CNC، فإنني أقوم بعكس عملية الخراطة. فبدلاً من دوران قطعة العمل، تصبح ثابتة، وتتحرك أداة القطع عليها بحركة ذهابًا وإيابًا لإزالة المادة.
في مجال التصنيع، تُعدّ آلات التفريز ركيزة أساسية. فهي قادرة على تشكيل أي سطح مستوٍ، بالإضافة إلى إنشاء تجاويف مشقوقة، وثقوب، وخطوط ثلاثية الأبعاد متعرجة بتفاصيل دقيقة. فبينما تقوم بتحويل قطع العمل إلى أسطوانة، تعمل آلة التفريز على تشكيل مكعب، وأي شكل آخر غير دائري. كما يمكنها تصنيع الأقواس، والهياكل، وأي شكل غير تقليدي.
يُعد عدد المحاور التي يمكن أن تتحرك عليها آلات التفريز أيضًا جزءًا مهمًا من تصنيفها.
- الطحن ثلاثي المحاور: يمكن للأداة أن تتحرك على ثلاثة محاور في الاتجاه X (يسارًا أو يمينًا)، والاتجاه Y (أمامًا أو خلفًا)، والاتجاه Z (أعلى أو أسفل). يُعد هذا النوع من الطحن قياسيًا للأجزاء الأقل تعقيدًا.
- الطحن خماسي المحاور: تحتوي الماكينة، بالإضافة إلى المحاور الثلاثة المذكورة سابقًا ومحورين آخرين في الاتجاهين X وY، على محور دوران أو آلية إمالة، إما على أداة القطع أو على طاولة الماكينة. يتيح هذا التصميم لأداة القطع الاقتراب من القطعة من أي اتجاه تقريبًا، وهو ما يفسر إمكانية تصنيع أشكال هندسية معقدة كشفرات التوربينات والغرسات الطبية المعقدة.
عملية الطحن باستخدام الحاسب الآلي
في عملية التفريز باستخدام الحاسوب (CNC)، تبدأ العملية بقطعة من المواد الخام، تُسمى "القطعة الخام"، تُثبّت على طاولة الماكينة بواسطة ملزمة، كما هو موضح في الصورة على اليمين أعلاه. في ماكينة التفريز الأساسية ثلاثية المحاور، تُثبّت المادة بإحكام في مكانها، كما هو الحال في المخرطة.
بعد ذلك، يتم تدوير قاطع أسطواني، يشبه المثقاب عمليًا ولكنه قادر على القطع الجانبي، بسرعة عالية في مغزل الآلة. ثم يقوم حاسوب التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) بتوجيه المغزل إلى مجموعة من الإحداثيات. أثناء دوران الأداة، تضغط لأسفل على المادة، ثم تقص جزءًا منها.
تختلف هذه العملية أيضًا لكونها متقطعة. فالأداة مصممة بحواف قطع متعددة، وكل حافة من حوافها قادرة على القطع، ولكن يجب أن تخرج من القطعة لإفساح المجال للمغزل للتمركز عليها. أما في المخرطة، فتكون العملية قطعًا متواصلًا، وهو أمر مستحيل مع هذه الأداة.
أنواع عمليات الطحن باستخدام الحاسب الآلي
كما هو الحال مع الخراطة، فإن عملية الطحن تصف أيضاً عدداً من العمليات المحددة التي يمكن إجراؤها لتوفير ميزات محددة لجزء ما.
- عملية التفريز السطحي: تُستخدم فيها قواطع تفريز ذات قطر كبير تدور حول محور عمودي على سطح قطعة العمل. والغرض الأساسي منها هو تسوية السطح العلوي للقطعة للحصول على سطح أملس.
- طحن الألواح: في هذا النوع من الطحن، يكون القاطع موازياً لقطعة العمل. ويُستخدم هذا النوع لإزالة كميات كبيرة من المواد بسرعة.
- الطحن الزاوي: تقوم الأداة بعمل شطفات أو أخاديد أو وصلات متداخلة بزاوية معينة بالنسبة لقطعة العمل.
- التشكيل بالطحن: يستخدم قاطعًا خاصًا يكون نسخة موجبة من الشكل المطلوب (على سبيل المثال نصف قطر منحني موجب) لقطع أشكال مختلفة في تمريرة واحدة.
- الطحن المتداخل: يتم تركيب قاطعين أو أكثر على نفس المحور، لتشغيل سطحين متوازيين في وقت واحد.
- الطحن الجماعي: يشبه هذا الطحن الطحن المتداخل، ولكن مع وجود قواطع متعددة تقوم بالعديد من العمليات المختلفة في نفس الوقت.
المواد المتوافقة مع الطحن باستخدام الحاسب الآلي
تتشابه المواد التي يمكن استخدامها في آلات التفريز والمخارط إلى حد كبير. وبما أن قطع العمل ثابتة، فإن تفريز الأجسام الكبيرة أو الضخمة أو الثقيلة التي يصعب تدويرها على المخرطة يكون أكثر أمانًا وسهولة.
- المعادن: الفولاذ وسبائكه، وفولاذ الأدوات، والألومنيوم، والنحاس الأصفر، والنحاس، والتيتانيوم، والإنكونيل.
- المواد البلاستيكية: ديلرين، نايلون، بولي إيثيلين عالي الكثافة، بولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي، وبولي فينيل كلوريد.
- المواد المركبة: ألياف الكربون والألياف الزجاجية، على الرغم من أنها مواد كاشطة، ومن المحتمل أن تحتاج إلى أدوات خاصة.
مزايا وعيوب الطحن
الفوائد:
التنوع: القدرة على ابتكار أي شكل.
قدرة متعددة الوظائف: يمكن لجهاز واحد القيام بمجموعة واسعة من المهام المختلفة. الحفر، والتثقيب، والتنصيب.
قابلية التوسع: يمكن إنشاء الكثير من النسخ المكررة والتحول بسهولة إلى إنشاء شيء جديد.
السلبيات:
التكلفة: تشغيلها وشراؤها مكلفان، وخاصة الآلات ذات الخمسة محاور. كما أن برمجتها أغلى من المخارط.
النفايات: غالباً ما تنتج المصانع كميات كبيرة من النفايات المادية باهظة الثمن على شكل خردة.
علامات الأدوات: يمكن أن تكون القطع ملحوظة للغاية، وقد تكون هناك حاجة إلى عمليات إضافية لتنعيم السطح.
الاختلافات الرئيسية: الخراطة باستخدام الحاسوب مقابل التفريز باستخدام الحاسوب
كلاهما شكلان من أشكال التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) الطرحي، ولكن ثمة فروق بين الخراطة والتفريز. معرفة هذه الفروق يمكن أن تساعد في تحسين كفاءة خط الإنتاج.
1.حركة
الفرق الرئيسي هو أي جزء من آلة الطحن يتحرك.
- عملية الدوران تعني أن الجزء يدور بينما تبقى آلة التشغيل ثابتة.
- عملية الطحن تعني أن القطعة تبقى ثابتة وتقوم الآلة بتدوير الأداة.
هذا الاختلاف وحده كافٍ لتغيير إنتاج المتجر.
2. الأدوات
تستخدم عملية الخراطة أدوات قطع أحادية النقطة. تذكر أن طرف أداة واحدة حادة فقط هي التي تلامس المادة. بهذه الطريقة يمكن الحصول على قطع سلسة ومتواصلة.
تستخدم عمليات التفريز أدوات قطع متعددة النقاط، مثل قواطع الطحن الطرفية وقواطع الطحن السطحية، حيث تتميز كلتاهما بحواف قطع على طول قناة الأداة. بهذه الطريقة يمكن إزالة كميات كبيرة من المواد غير الأسطوانية.
3. أشكال الأجزاء
تُستخدم عملية الخراطة فقط للقطع التي تتمتع بتناظر دوراني، مثل الأسطوانات والأنابيب والكرات. إذا كان للقطعتين مقطعان عرضيان متطابقان بغض النظر عن موقعهما على محور الدوران، فإنهما جاهزتان للخراطة.
أما عملية التشكيل بالطحن فهي عكس ذلك. وتشمل هذه العملية الكتل ثلاثية الأبعاد والصفائح والأشكال غير المتماثلة المعقدة الأخرى. إذا كان للجزء العديد من الميزات ثنائية الأبعاد مثل الأسطح المستوية والقطع المتنوعة، فمن المرجح أنه مناسب للتشكيل بالطحن.
4. تشكيل الرقائق
ينتج عن عملية الخراطة رقائق معدنية متصلة وطويلة ومتشابكة. ويعود ذلك إلى استمرار استخدام أداة الخراطة. غالباً ما تلتف هذه الرقائق حول الأداة، وهو ما يُعرف بظاهرة "تعشيش الطيور".
- عملية الطحن: تنتج رقائق قصيرة ومكسورة بسبب عملية القطع المتقطعة. يسهل إخراج هذه الرقائق من منطقة القطع.
اختيار العملية الصحيحة لمشروعك
إن اختيار ماكينة التفريز أو الخراطة باستخدام الحاسوب ليس دائمًا قرارًا ثنائيًا بسيطًا. فمعظم الماكينات الحديثة هي مراكز "تفريز-خراطة" تجمع بين الوظيفتين. فهي قادرة على تدوير القطعة لإجراء عمليات الخراطة، بينما تستخدم حوامل أدوات متحركة لتفريز الأسطح المستوية أو حفر الثقوب الجانبية.
ومع ذلك، إذا كان عليك اتخاذ قرار بشأن عملية أساسية، فيجب عليك مراعاة العوامل التالية:
شكل الجزء
انظر إلى التصميم. هل هو دائري أو مستدير؟ هل شكله يشبه البرغي أو المسمار أو المكبس؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فابدأ بالخراطة. أما إذا كان الجزء مربعًا أو مستطيلًا أو ذا أشكال غير متماثلة كالأقواس أو المشعبات أو الأغطية المصممة خصيصًا، فابدأ بالتفريز.
حجم الإنتاج
عند إنتاج كميات كبيرة من القطع الأسطوانية، تُعدّ عملية الخراطة أسرع وأقل تكلفة. وتُعتبر المخرطة السويسرية نوعًا من مراكز الخراطة التي تُنتج آلاف القطع الدقيقة في الساعة، وهي متخصصة للغاية. أما عملية التفريز، فتميل إلى أن تكون أبطأ حتى عند إنتاج كميات كبيرة، إلا أنها ضرورية للأشكال الهندسية الأكثر تعقيدًا.
الموارد المالية
تُعدّ ماكينات التفريز ثلاثية أو رباعية أو خماسية المحاور، من حيث الإعداد والبرمجة، أغلى من مراكز الخراطة. إذا صممت القطعة بحيث يُفضل خراطتها بدلاً من تفريزها، فمن المرجح أن توفر في تكاليف الإنتاج.
الخاتمة
إنّ امتلاك هذه المعرفة حول التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) يُمكّنك من التصميم بكفاءة أعلى. يمكنك تخصيص أجزائك وفقًا لعملية التصنيع المحددة التي ستُستخدم، مما يُقلل من الإنتاج غير الضروري، ويُحسّن سرعة الإنتاج، ويُخفض التكاليف. كما أنّ معرفة الفرق بين دقة دوران المخرطة وقدرة التشكيل العامة لآلة التفريز تُتيح لك اختيار أداة التصنيع المناسبة لمهمتك.
إذا كنت لا تزال غير متأكد من العملية الأمثل لنموذجك الأولي، فلا تتردد وابدأ العمل. تواصل مع فريقنا الخبير للحصول على إرشادات حول التصميم القابل للتصنيع، أو اطلب عرض سعر بإرسال ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD).
الأسئلة الشائعة
Q: هل يوجد خراطة باستخدام تقنية الاستيفاء في المطحنة؟
ج: نعم، هناك طريقة تسمى الخراطة بالاستكمال، حيث يمكن للمطحنة أن تحاكي المخرطة، وإن كان ذلك بوتيرة أبطأ بكثير، وبدقة أقل.
Q: هل تكلفة الخراطة باستخدام الحاسوب أقل؟
ج: عموماً، لا. بالنسبة لمعظم الأجزاء المناسبة (الأسطوانية) ضمن ميزانية محددة، يُعدّ الخراطة أكثر كفاءة وأقل تكلفة. أما التفريز فيُستخدم للأجزاء التي لا يمكن خراطتها.
Q: ما هي آلة الخراطة والطحن؟
أ: مركز تشغيل هجين قادر على إجراء عمليات الخراطة والتفريز في عملية إعداد واحدة. تدور قطعة العمل للخراطة، كما تحتوي الآلة على أدوات دوارة لتوفير ميزات الحفر أو التفريز دون الحاجة إلى نقل قطعة العمل إلى آلة أخرى.
Q: أي عملية تعطي أفضل نتيجة نهائية؟
ج: تتميز عملية الخراطة بجودة تشطيب أفضل للأجزاء الأسطوانية لأن القطع يكون مستمراً. أما عملية التفريز فتترك آثاراً للأداة حيث يكون القاطع في حالة دوران مستمر.
