مع التطور المستمر لتقنيات التصنيع، شهدت عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) تغييرات جذرية. وقد أشار العديد من الخبراء إلى أن هذه التقنية ستصبح في المستقبل أسلوب التصنيع السائد. وتُعد الأداة العنصر الأهم في عملية التصنيع باستخدام الحاسوب، وسنتناول اليوم شرحًا مفصلًا لها.
![]()
مفهوم أداة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
الأداة هي أداة تُستخدم للقطع في التصنيع الميكانيكي. تشمل أدوات القطع العامة أدوات القطع وأدوات الكشط. تُستخدم غالبية السكاكين في الآلات، ولكن توجد أيضًا أدوات يدوية. ولأن الأدوات المستخدمة في التصنيع الميكانيكي تُستخدم أساسًا لقطع المواد المعدنية، يُفهم مصطلح "الأداة" عمومًا على أنه أداة قطع المعادن. أما أدوات القطع المستخدمة لقطع الخشب فتُسمى أدوات النجارة.
تصنيف الأدوات
يمكن تقسيم أدوات القطع إلى خمس فئات وفقًا لشكل سطح قطعة العمل المراد تشكيلها.
أدوات القطع لمعالجة الأسطح الخارجية المختلفة، بما في ذلك أدوات الخراطة، وسكاكين التخطيط، وقواطع الطحن، وأدوات التخريش والبرد للأسطح الخارجية، وما إلى ذلك.
أدوات معالجة الثقوب ، بما في ذلك المثقاب، ومثقاب التوسيع، وقاطع الحفر، وقاطع الطحن، ومخرطة السطح الداخلي، وما إلى ذلك.
أدوات معالجة الخيوط ، بما في ذلك الصنبور، والقالب، ورأس قطع الخيوط ذو الفتح التلقائي، وأداة خراطة الخيوط، وقاطع طحن الخيوط.
أدوات معالجة التروس ، بما في ذلك أداة تشكيل التروس، وأداة تشكيل التروس، وأداة إزالة الشفرة، وأداة معالجة التروس المخروطية، وما إلى ذلك.
أدوات القطع ، بما في ذلك شفرة المنشار الدائرية المُدخلة، والمنشار الشريطي، والمنشار القوسي، وأداة القطع، وقاطع طحن شفرة المنشار، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك، توجد أدوات مركبة .
هيكل الأداة
يتكون هيكل الأدوات المختلفة من جزء تثبيت وجزء عامل. يتم تثبيت جزء التثبيت والجزء العامل من الهيكل العام للأداة على جسم الأداة؛ ويتم تركيب الجزء العامل من الأداة (السن أو الشفرة) على جسم الأداة.
يحتوي جزء التثبيت في الأداة على نوعين من الثقوب والمقابض. تعتمد الأداة ذات الثقوب على الثقب الداخلي الموجود على مغزل أو محور آلة التشغيل، وتنقل عزم الدوران الالتوائي بمساعدة المفتاح المحوري أو المفتاح النهائي، مثل قاطع التفريز الأسطواني وقاطع تفريز وجه الجلبة.
تأتي الأدوات ذات المقابض عادةً بثلاثة أنواع: المقبض المستطيل، والمقبض الأسطواني، والمقبض المخروطي. أدوات الخراطة، وأدوات التسوية، وغيرها، تستخدم عمومًا مقابض مستطيلة. أما المقبض المخروطي، فيتحمل الدفع المحوري بفضل شكله المخروطي، وينقل عزم الدوران بالاحتكاك. بينما يُناسب المقبض الأسطواني عادةً المثاقب اللولبية الصغيرة، وقواطع الطحن، وغيرها من الأدوات، حيث يعتمد القطع على الاحتكاك الناتج عن نقل عزم الدوران. يُصنع ساق العديد من الأدوات ذات المقابض من فولاذ منخفض السبائك، بينما يُصنع الجزء العامل من فولاذ عالي السرعة ملحومًا ببعضه.
![]()
الخصائص الأساسية التي يجب أن تتمتع بها مادة الأداة
1. صلابة عالية
يجب أن تكون صلابة مادة الأداة أعلى من صلابة مادة قطعة العمل المراد تشكيلها، وهي السمة الأساسية التي يجب أن تتمتع بها مادة الأداة.
2. قوة ومتانة كافيتين
يجب أن تتحمل مادة الجزء القاطع من الأداة قوة قطع وصدمات كبيرة أثناء القطع. وتعكس قوة الانحناء ومقاومة الصدمات قدرة مادة الأداة على مقاومة الكسر الهش وكسر الحواف.
3. مقاومة عالية للتآكل والحرارة
تشير مقاومة مواد الأدوات للتآكل إلى قدرتها على مقاومة التآكل. فكلما زادت صلابة مادة الأداة، تحسنت مقاومتها للتآكل؛ وكلما زادت صلابتها عند درجات الحرارة العالية، تحسنت مقاومتها للحرارة، كما تزداد مقاومتها للتشوه اللدن عند درجات الحرارة العالية، وبالتالي تزداد مقاومتها للتآكل.
4. موصلية حرارية جيدة
تعني الموصلية الحرارية العالية موصلية حرارية جيدة، ويتم نقل السعة الحرارية المتولدة أثناء القطع بسهولة، مما يقلل من درجة حرارة الجزء المراد قطعه ويقلل من تآكل الأداة.
5. التكنولوجيا الجيدة والاقتصاد
لتسهيل عملية التصنيع، يجب أن تتمتع مادة الأداة بقابلية تشغيل جيدة، بما في ذلك التشكيل، واللحام، والقطع، والمعالجة الحرارية، والطحن، وما إلى ذلك. ويُعدّ الجانب الاقتصادي أحد المؤشرات المهمة لتقييم وتشجيع استخدام مواد الأدوات الجديدة.
6. مقاومة الترابط
منع جزيئات مادة قطعة العمل والأداة من التشكل تحت تأثير درجة الحرارة العالية والضغط العالي.
7. الثبات الكيميائي
وهذا يعني أن مادة الأداة لا تتفاعل كيميائياً بسهولة مع الوسط المحيط بها عند درجة حرارة عالية.
طلاء الأدوات
تُغطى الآن حشوات القطع القابلة للفهرسة المصنوعة من سبائك الألومنيوم بطبقات صلبة أو مركبة من كربيد التيتانيوم، ونيتريد التيتانيوم، والألومينا، وذلك باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار. ويمكن استخدام طريقة الترسيب الفيزيائي للبخار، التي يجري تطويرها حاليًا، ليس فقط لأدوات سبائك الألومنيوم، بل أيضًا لأدوات الفولاذ عالي السرعة مثل المثاقب، وقواطع التشكيل، والصنابير، وقواطع التفريز. وباعتبارها حاجزًا يمنع الانتشار الكيميائي وتوصيل الحرارة، فإن الطبقة الصلبة تُبطئ من معدل تآكل الأداة أثناء القطع، ويزيد عمر الشفرة المطلية من مرة إلى ثلاث مرات مقارنةً بالشفرة غير المطلية.
![]()
يتم اختيار الأدوات في بيئة التفاعل بين الإنسان والآلة في برمجة التحكم العددي. يجب اختيار الأداة والمقبض بشكل صحيح وفقًا لقدرة آلة التشغيل، وأداء مادة قطعة العمل، وإجراءات المعالجة، وكمية القطع، وغيرها من العوامل ذات الصلة.
المبدأ العام لاختيار الأدوات: سهولة التركيب والتعديل، والصلابة الجيدة، والمتانة العالية، والدقة. مع مراعاة متطلبات التشغيل، يُنصح باختيار مقبض أداة أقصر لتحسين صلابة عملية التشغيل. عند اختيار الأداة، يجب أن يتناسب حجمها مع حجم سطح قطعة العمل المراد تشكيلها.
1. غالبًا ما تُستخدم قاطعة الطحن الطرفية لمعالجة المحيط الخارجي للأجزاء المستوية.
2. عند طحن الطائرة، يجب اختيار قاطع طحن بشفرة من الكربيد.
3. عند معالجة الأسطح المحدبة والأخاديد، اختر قاطع طحن نهائي من الفولاذ عالي السرعة.
4. عند معالجة السطح الخام أو خشونة الثقب، يمكنك اختيار قاطع طحن الذرة بشفرة من الكربيد الملبد.
5. لمعالجة بعض الأسطح الرأسية ومحيط الشطف المتغير، غالبًا ما يتم استخدام قاطع الطحن ذو النهاية الكروية، وقاطع الطحن الحلقي، وقاطع الطحن المخروطي، وقاطع الطحن القرصي.
6. في معالجة الأسطح ذات الشكل الحر، ولأن سرعة القطع في نهاية أداة رأس الكرة تساوي صفرًا، فمن أجل ضمان دقة المعالجة، تكون المسافة بين خطوط القطع كثيفة جدًا بشكل عام، لذلك غالبًا ما يتم استخدام رأس الكرة في تشطيب السطح.
7- إن أداة الرأس المسطح في جودة معالجة السطح وكفاءة القطع أفضل من سكين الرأس الكروي، لذلك، طالما أن شرط ضمان القطع، سواء كان ذلك تشغيل سطح خشن أو تشطيب، يجب تفضيل اختيار سكين الرأس المسطح.
٨. في مركز التشغيل الآلي، تُثبّت أدوات متنوعة في مكتبة الأدوات، ويتم اختيار الأدوات وتغييرها في أي وقت وفقًا للإجراءات المتبعة. لذا، يجب استخدام مقبض الأداة القياسي لضمان تركيب الأداة القياسية لعمليات الحفر والتجويف والتوسيع والتفريز وغيرها بسرعة ودقة على مغزل الماكينة أو مكتبة الأدوات. ينبغي تقليل عدد الأدوات قدر الإمكان؛ وبعد تركيب الأداة، يجب أن تُنجز جميع عمليات المعالجة التي يمكنها تنفيذها؛ ويجب استخدام أدوات التشطيب الخشن بشكل منفصل، حتى لو كانت بنفس مواصفات الحجم؛ ويُفضل إجراء عملية التفريز قبل الحفر؛ ويتم تشطيب السطح أولًا، ثم تشطيب المحيط ثنائي الأبعاد. وحيثما أمكن، ينبغي استخدام وظيفة تغيير الأدوات التلقائي في ماكينات CNC قدر الإمكان لتحسين كفاءة الإنتاج.
المشاكل التي تواجه معالجة الألومنيوم وحلولها
المشاكل التي تواجه معالجة الألومنيوم وحلولها عند معالجة الألومنيوم النقي، سهولة التصاق السكين بالتحليل والحلول:
1. مادة الألومنيوم ناعمة الملمس وسهلة الالتصاق في درجات الحرارة العالية؛
2. الألومنيوم ليس مقاومًا لدرجات الحرارة العالية، ويسهل فتحه؛
3. فيما يتعلق بسائل القطع المستخدم في المعالجة: أداء جيد في تزييت الزيت؛ أداء جيد في التبريد القابل للذوبان في الماء؛ تكلفة قطع جافة عالية؛
4. عند معالجة الألومنيوم النقي، يجب اختيار قاطع الطحن المخصص لمعالجة الألومنيوم: زاوية أمامية موجبة، حافة قطع حادة، فتحة تفريغ رقائق كبيرة، زاوية حلزونية 45 درجة أو 55 درجة؛
5. مادة قطعة العمل وأداة CNC لها تقارب أكبر.
6. معالجة المواد اللينة باستخدام أداة أمامية خشنة.
التوصية: إذا كانت حالة أدوات الماكينة سيئة إلى جيدة، وكانت المتطلبات منخفضة إلى عالية، فيُرجى استخدام الفولاذ عالي السرعة، والكربيد المصقول المطلي، والماس متعدد البلورات، والماس أحادي البلورة.
7. يمكن تجنب السرعة المنخفضة باستخدام سائل التبريد، ويمكن تحسين الأداء باستخدام رذاذ الزيت عند السرعات العالية، وسبائك الألومنيوم مناسبة لذلك.
التوجهات المستقبلية لتطوير الأداة
نظراً لارتفاع درجات الحرارة والضغط والسرعة، وعمل الأجزاء في وسط سائل أكّال، وتزايد استخدام مواد يصعب معالجتها، فإن مستوى أتمتة عمليات القطع ومتطلبات دقة المعالجة في ازدياد مستمر. ولمواكبة هذا الوضع، سيتجه تطوير الأدوات نحو تطوير وتطبيق مواد جديدة لها؛ ومواصلة تطوير تقنية طلاء الترسيب البخاري، وترسيب طبقة ذات صلابة أعلى على مصفوفة ذات متانة وقوة عاليتين، وذلك لحل التناقض بين صلابة وقوة مادة الأداة؛ ومواصلة تطوير بنية الأدوات القابلة للفهرسة؛ وتحسين دقة تصنيع الأداة، وتقليل التفاوت في جودة المنتج، وتحسين استخدام الأداة. كيف تختار أداة تشغيل سبائك الألومنيوم CNC؟
