ما هو نظام عملية التشغيل الآلي؟ أساسيات قطع المعادن والتحكم في الحركة

في مجال التصنيع الميكانيكي، يُعد نظام عمليات التشغيل الآلي الإطار الأساسي الذي يُتيح إنتاج الأجزاء بدقة عالية. تُفصّل الأقسام التالية مبادئه الأساسية ومنطق تشغيله من خلال سلسلة من الشروحات المنظمة.

1.0ما هو نظام عملية التشغيل الآلي؟

نظام عملية التصنيع، أو ما يُعرف بنظام العمليات، هو نظام قطع يتألف من أدوات آلية متنوعة كالمخارط وآلات التفريز وآلات التجليخ، بالإضافة إلى أدوات القطع والتجهيزات وقطعة العمل. وتتمثل وظيفته الأساسية في تحويل المواد الخام أو القطع الأولية إلى أجزاء ميكانيكية ذات أشكال وأبعاد ومواصفات جودة محددة. ولا يعتمد مدى قدرة نظام العمليات على تلبية متطلبات التصنيع وتحقيق تشكيل السطح المطلوب على المعايير الهندسية ومعايير العملية فحسب، بل يعتمد أيضاً على الخصائص الذاتية لكل مكون وسلوك النظام ككل الناتج عن تفاعل هذه المكونات.

2.0كيف يتم تشكيل الأسطح المشغولة للأجزاء الميكانيكية؟

بغض النظر عن مدى تعقيد الجزء الميكانيكي ظاهرياً، فإن أسطحه تتكون في النهاية من مزيج من أنواع الأسطح الأساسية. وجوهر عملية التصنيع هو توليد الأسطح الوظيفية المطلوبة من خلال أساليب قطع محددة.

2.1أنواع أسطح قطع العمل الشائعة

• طائرات
• الأسطح الأسطوانية
• الأسطح المخروطية
• الأسطح المشكلة (مثل أسطح الخيوط وأسطح أسنان التروس الحلزونية)
• الأسطح الخاصة (مثل الأسطح الكروية والأسطح الحلقية والأسطح الزائدية)

2.2كيف يتم توليد أسطح قطع العمل؟

يمكن تشكيل معظم الأسطح الميكانيكية القياسية عن طريق حركة مولد على طول موجه آخر. يُشار إلى المولد والموجه معًا باسم خطوط التوليد، وهما العنصران الأساسيان اللذان يُحددان السطح. أثناء التشغيل على المخارط التقليدية، وآلات التفريز CNC، والمعدات المماثلة، تُولد الحركات النسبية والمنسقة لقطعة العمل وأداة القطع هذين الخطين، مما يُنتج هندسة السطح المطلوبة.

3.0ما هي عملية توليد الخطوط على سطح قطعة العمل؟ وما هي الطرق المستخدمة لتشكيلها؟

تشير خطوط التوليد مجتمعةً إلى خطي التوليد والتوجيه اللذين يشكلان سطح قطعة العمل. ولإنشاء سطح مُشَكَّل، يجب أولاً إنتاج هذين الخطين باستخدام طرق محددة. حاليًا، يمكن تصنيف تكوين خطوط التوليد بشكل عام إلى أربعة مناهج رئيسية.

طريقة التشكيل: تقوم حافة القطع بنسخها مباشرة جينيراتريكس. ال تتميز طريقة التشكيل بالتلامس الخطي، حيث تكون حافة القطع للأداة على خط تلامس خطي مع سطح قطعة العمل، ويتطابق شكل حافة القطع تمامًا مع أحد خطوط التوليد للسطح. مثال: عند تشكيل سطح منحني على آلة تشكيل، يتوافق شكل حافة القطع للأداة مع خط التوليد لسطح قطعة العمل، ويتم تشكيل خط التوليد مباشرةً بواسطة هندسة الأداة.

طريقة المسار: حركة طرف الأداة تولد عملية التوليد خط. ال تعتمد طريقة المسار على نقطة تلامس تقريبية، حيث يتم إنتاج خط التوليد بواسطة مسار حركة طرف الأداة. أمثلة:

• تخطيط سطح مستوٍ على آلة تسوية جسرية: تشكل الحركة الخطية للأداة مولدًا مستقيمًا
• تشكيل سطح منحني على ماكينة تفريز CNC: حركة الأداة على طول مسار منحني تُشكّل دليلاً منحنياً

طريقة المماس: غلاف مسارات الأدوات الدوارة يشكل خط. في في طريقة القطع المماسية، تُستخدم أدوات دوارة مثل قواطع التفريز أو عجلات التجليخ. تدور الأداة أثناء تحركها على طول مسار محدد، وتُحيط مسارات حركة حواف القطع بخط توليد السطح. أمثلة:

• عملية طحن الأسطح على ماكينة طحن عمودية: يؤدي الجمع بين دوران أداة القطع وحركة المسار المركزي إلى جعل مسارات نقطة القطع تُحيط بخط التوليد المطلوب.
• طحن سطح أسطواني على آلة طحن أسطوانية خارجية: يؤدي دوران عجلة الطحن مع التغذية المحورية إلى توليد خط الطحن من خلال الحركة المماسية.

طريقة التوليد: الحركة الدورانية تُنتج منحنىً متعرجًا تعتمد طريقة التوليد على توليد حركة قطع بين الأداة وقطعة العمل. تتلامس حافة القطع والسطح المُشكَّل عند نقطة واحدة، وتدور الأداة بالنسبة لقطعة العمل في حركة توليد. يُشكِّل نطاق مواضع حافة القطع مع مرور الوقت خط التوليد. أمثلة:

• عملية تشكيل التروس الأسطوانية على ماكينة تشكيل التروس: يدور كل من أداة التشكيل وقطعة العمل بشكل متزامن في حركة توليدية، ويشكل غلاف حواف القطع لأداة التشكيل منحنى توليدي متداخل لسطح سن الترس
• يُعد تشكيل التروس على آلة تشكيل التروس أيضاً من أساليب التوليد.

4.0ما هي الحركات المطلوبة في تشكيل قطعة العمل؟

للحصول على سطح قطعة عمل يلبي متطلبات التصميم، يجب تطبيق حركات محددة على الأداة وقطعة العمل لتشكيل خطوط التوليد باستخدام الطرق المذكورة أعلاه. يمكن تقسيم هذه الحركات إلى حركات تشكيل السطح وحركات القطع. تُعرَّف حركات تشكيل السطح من منظور هندسي، بينما تُعرَّف حركات القطع من منظور عملي في مجال قطع المعادن.

4.1ما هي الحركة المُشكِّلة للسطح؟

تشير حركة تشكيل السطح إلى الحركة اللازمة لتوليد خطوط التوليد لسطح قطعة العمل. ويعتمد نوعها وعددها على شكل السطح المراد تشكيله، وطريقة التشغيل، وبنية الأداة.

5.0ما هي حركة القطع؟ وكيف يتم تصنيفها؟

في عملية قطع المعادن، تُعرف الحركة النسبية بين أداة القطع وقطعة العمل التي تزيل المادة الزائدة بحركة القطع. وفي عمليات التشغيل الآلي العملية، تتجلى حركات تشكيل الأسطح كحركات قطع. وبناءً على وظيفتها، تُصنف حركات القطع إلى حركة أساسية وحركة تغذية.

6.0ما هي حركة القطع المركبة؟

عندما تحدث الحركة الأساسية وحركة التغذية في وقت واحد، فإن محصلتهما تسمى حركة القطع المركبة.

• يُطلق على الاتجاه اللحظي لحركة نقطة محددة على حافة القطع بالنسبة لقطعة العمل اسم اتجاه القطع المركب.
• تُعرف سرعة هذه النقطة، والتي تُعرف بأنها المجموع الاتجاهي لسرعة الحركة الأساسية وسرعة حركة التغذية، باسم سرعة القطع المركبة (معبر عنها على النحو التالي: ve = vc + vf).

أمثلة على حركة القطع المركبة:

• الخراطة الخارجية على مخرطة تقليدية: ينتج عن الجمع بين دوران قطعة العمل (الحركة الأساسية، vc) والتغذية الطولية للأداة (حركة التغذية، vf) مسار حلزوني للنقطة المختارة على حافة القطع.
• الطحن الأسطواني الخارجي: يعمل دوران عجلة الطحن والحركة المحورية لقطعة العمل معًا

7.0ما هي الحركات المساعدة؟

إلى جانب حركات القطع، تتطلب أدوات الآلات حركات مساعدة لضبط المواضع النسبية للأداة وقطعة العمل أو لتنفيذ عمليات داعمة. لا تشارك هذه الحركات بشكل مباشر في إزالة المواد، ولكنها ضرورية لضمان عمليات تشغيل سلسة وفعالة.

أمثلة شائعة للحركات المساعدة:

• الاقتراب السريع للأداة وسحبها على مخارط CNC
• انكماش المغزل على المحور الشعاعي آلات الحفر
• حركة فهرسة رأس التقسيم المستخدم مع آلة التفريز

8.0الأسئلة الشائعة

س1: ما هي المكونات الأساسية لنظام عملية التشغيل الآلي؟

أ: يتكون نظام عملية التشغيل الآلي من أربعة عناصر رئيسية، هي أدوات التشغيل مثل المخارط وآلات التفريز وآلات التجليخ، بالإضافة إلى أدوات القطع والتجهيزات وقطعة العمل. تعمل هذه المكونات كنظام متكامل لإتمام عملية القطع من المواد الخام إلى الأجزاء النهائية المؤهلة.

س2: ما هو الفرق الرئيسي بين الحركة الأساسية وحركة التغذية؟

أ: الحركة الأساسية هي الحركة الرئيسية المسؤولة عن إزالة المعدن. تتميز بأعلى سرعة قطع، وأكبر استهلاك للطاقة، وتوجد كحركة واحدة في أي عملية قطع. أما حركة التغذية فهي حركة مساعدة تعمل بالتنسيق مع الحركة الأساسية لتحقيق قطع مستمر أو متقطع. تستهلك طاقة أقل بكثير، وقد تتكون من حركة تغذية واحدة، أو عدة حركات، أو حتى لا تتكون من أي حركة تغذية، وذلك حسب عملية التشغيل.

س3: لماذا يتم تعريف سرعة القطع المركبة على أنها المجموع الاتجاهي لسرعات الحركة الأساسية وسرعة التغذية؟

أ: تحدث الحركة الأساسية وحركة التغذية في آنٍ واحد كحركتين نسبيتين بين الأداة وقطعة العمل. وبما أن السرعة كمية متجهة، فيجب مراعاة كل من المقدار والاتجاه. لذلك، تُعبّر سرعة القطع المركبة عن المجموع الاتجاهي لسرعة الحركة الأساسية وسرعة حركة التغذية.

س4: ما هو التطبيق الأكثر شيوعًا لطريقة التوليد؟

أ: يُعدّ تشغيل التروس الأسطوانية على آلة التشكيل الحلزوني التطبيق الأكثر شيوعًا. فمن خلال الحركة المولدة، أي الدوران المتزامن، بين أداة التشكيل الحلزوني وقطعة العمل، يشكّل غلاف حواف القطع لأداة التشكيل الحلزوني الشكل الحلزوني لسطح سن الترس. كما يُعدّ تشغيل التروس على آلة تشكيل التروس من أساليب التوليد.

س5: إذا لم تشارك الحركات المساعدة في إزالة المواد، فلماذا لا تزال مهمة؟

أ: تُعنى الحركات المساعدة بضبط المواضع النسبية للأداة وقطعة العمل، وإتمام عمليات مثل التثبيت والتحديد والترتيب. وهي توفر دعماً أساسياً لضمان تشغيل متواصل وفعال. فبدون الحركات المساعدة، لا يمكن لآلة التشغيل إتمام دورة تشغيل عادية.

 

مرجع

https://bharatforge.eu/artikel/what-is-machining-procedure-significance-and-applications/?lang=en
https://admati.com/the-importance-of-machining-types-of-equipment-and-machining-methods/
https://www.nutech.de/en/services/machining/