ماكينات التحكم الرقمى cnc

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 .

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 والحفظ 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 الحركة 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.

المقارنة بين ماكينات التحكم الرقمى وماكينات 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 ، فماكينة الفريزة CNC . ففى الشكل المقابل يوجد أربع محركات من نوع تيار مستمر  1- محرك واحد للحركة الطولية لمنضدة الماكينة  2- محرك واحد لتحريك المنضدة الى الدخل أو الخارج بعيداً عن الماكينة 3- محرك واحد لتحريك المنضدة راسياً الى أعلى أو أسفل 4- محرك واحد لادارة عامود السكاكين "ادوات القطع" يمثل المحرك الأساسى وكل هذه المحركات يتحكم فيها الكمبيوتر 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 ويمكن أن نلخص المقارنة بين فريزة تقليدية وماكينة ال CNC

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 0 
- فريزة (CNC) من نوع (MH500W) بنظام تحكم MAHO 232

- مخرطة (CNC) من نوع (EMCO TURN 242) بنظام تحكم EMCOTRONIC TM 02 

- فريزة (CNC) من نوع (MANFORD MCV810) بنظام تحكم FUNC 0-mc

المزايا والعيوب الأقتصادية لماكينات التحكم الرقمى بالحاسب (CNC)
توجد عدة أسباب أدت الى الأنتشار الواسع لاستخدام ماكينات التحكم الرقمى بالكمبيوتر (CNC) فى الصناعة 0 
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 0 
ونجد أيضاً أن حجم الأنتاج فى هذه الحالات بالآلاف ولكن صعب أن يكون حجم أكثر من ذلك 0 

- 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 البرنامج0 
5- زيادة دقة التصنيع والتقليل من الأخطاء التى يقع فيها العاملون 0 
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 الصيانه0

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 تكلفتها0 
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 الأبعاد0 
المحاور الأساسية (X,Y,Z)
لمعظم ماكينات التشغيل (CNC) أثنان أو أكثر من المجارى الأنزلاقية الأساسية ، وهى تعامدة مع بعضها من ناحية الاتجاه للحركات الأنزلاقية للمجارى0 
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 0 
أتجاهات المحاور الأساسيه (X,Y,Z) فى فرايز ال CNC 

قياس الأبعاد فى أتجاه المحاور الأساسية:-
من الخيارات الموجودة أمام المبرمج اما أن يستخدم النظام المطلق (Absolute System) أو نظام الأضافة (السلسلة) (Incremental System) ، وذلك لتحديد موضع أداة القطع فى أتجاهات المحاور الأساسية 0 
النظام المطلق (Absolute System) يعنى موضع أداه القطع ينتسب صفر البرمجة الى صفر قطعة الشغله0 
وكما سنرى فى الشكل القادم يوضح لنا النظام المطلق لاختيار وليكن نقطة x30y30 
والنظام المطلق له كود وسنتكلم عن الأكواد فى المحاضرات التالية ويكون كود فى الفرايز G90 

اما نظام الأبعاد بالاضافة فيعنى أن موضع أداة القطع ينسب دائماً لآخر موضع زود به البرنامج لتديد موقع أداة القطع 0 اذا أردنا استخدام نظام الأبعاد بالاضافة فى حالة مخارط ال CNC لا تحتاج الى G90 أو G91  بل تستخدم المحورU بدلاً عن محورX ، والمحورW بدلاً عنZ للدلالة على أن نظام الأبعاد المستخدم فى حالة يكون بنظام الاضافة0  المحاور الأضافية : (Additional Axis Movement) من المعتاد وجود حركات خطية اضافية فى فرايز ومخارط ال CNC  وتكون غالباً موازية فى الأتجاه للمحاور الأساسية(X,Y,Z) كما توجد حركات دورانية 0  بالنسبة للفرايز التى تتمتع بطاولة دوارة حول محور من المحاور الأساسية فان محاور الدوران تحدد بالحروف  A اذا كان دوران الطاولة حول محور X B اذا كان دوران الطاولة حول محور Y  C اذا كان دوران الطاولة حول محور Z  فمثلا فرايز ال MAHOمن النوع CNC432لديها محور دورانى (أى حول المحور الرأسى Y) أما المخارط فمن الممكن أن تكون لها حركة فى محور رئيسى فى شكل حركة خطية للبرج حامل أقلام المخرطة فى أتجاه مستعرض مواز للمحورX ، بجانب الحركة الاضافية فى اتجاه نفس المحورX الخاصة بسرج المخرطة (Saddle)

درجات الحرية وعلاقتها بعدد المحاور : اذا نظرنا الى أى جسم موجود فى الفراغ فاننا نجده يتمتع بست درجات من الحرية (six degrees of freedom) ونعنى بذلك أن هذا الجسم يمكن له بالحركة الخطية فى أتجاه أى ثلاثة محاور (متعامدة على بعضها كما فى المحاور الكارتيزية ) ، وفى نفس الوقت يمكنه الدوران حول أى من هذه المحاور الثلاثة وبالتالى يكون مجموع الكلى لامكانية هذه الحركات  هى ست تحركات ، ويوجد علاقة لتحديد الموضع ويكون المبدأ الاول لتحديد الموضع هو تخفيض هذه الست درجات من الحرية الى الصفر ، وهذا الموضع مرتبط بأدوات التثبيت فى ماكينات ال CNC  اتجاهات الحركة (قاعدة اليد اليمنى) : تستخدم قاعدة اليد اليمنى لتسمية المحاور الأساسية(X,Y,Z) طبقاً لنظام المحاور الكارتيزية وتحديد اتجاهاتها الموجبة ، وأيضاً تستخدم لتحديد اتجاهات الدوران الموجبة حول هذه المحاور الأساسية 0  فاننا نضع أصابع اليد اليمنى بحيث يكون الابهام (Thumb)، السبابة (Forefinger)والأصبع الوسطى(Middle Finger) متعامدة مع بعضها ، مع ترك بقية الأصابع مغلقة على راحة اليد 0  فيكون الابهام فى هذه الحالة هو محور X، السبابة هو محورY ، والوسطى هو محورZ  تطبيق قاعدة اليد اليمنى على ماكينات الCNC : لبرمجة أى ماكينة يكون من الضرورى انشاء نظام احداثيات قياسى يكون مرجع لكل التحركات أداة القطع بالنسبة لقطعة الشغلة ، ويمكن تصنيف ماكينات الCNC على أساس عدد المحاور التى يتحكم فيها رقمياً من بين المحاور الكارتيزية الثلاث (X,Y,Z): وأن تكون هنالك اتجاهات أخرى للحركة لا يتم التحكم فيها رقمياً

تطبيق قاعدة اليد اليمنى على المخارط الCNC : 
ان المخارط هى ماكينات ذات محورين فقط 0 وطالما أن محور عمود الدوران (دوران قطعة الشغلة فى هذه الحالة ) هو محور أفقى فاننا نعتبر أنه هو محورZ وبتطبيق قاعدة اليد اليمنى من جهة غراب الذنب (Tailstock)والنظر ناحية غراب الرأس(Head stock) نحصل الآتى :
1 - المحورين هما "X" "Z" 
2 - أن الاتجاه الموجب لمحور "X" يعتمد على موضع أداة القطع هل هو جهة الواجهة للماكينة حيث يقف العامل للتشغيل الماكينة أوهو من الجهة الخلفية للماكينة 0 أما المحور "Z" فان الاتجاه الموجب لحركة أداة القطع هو اتجاه الأداة مبتعدة عن غراب الرأس والذى هو (الاتجاه الموجب) عادة ناحية اليمين بالنسبة للعامل الواقف أمام الماكينة

أنواع الحركة فى ماكينات ال CNC : يمكن تقسيم ماكينات التحكم الرقمى (CNC) الى ثلاث مجموعات على أساس نوع التحكم فى الحركة النسبية بين أداة القطع وقطعة الشغلة وذلك كما يلى : 1- ماكينات تحكم موضعى (POSITIONAL)أى تحكم نقطة الى نقطة(Point - to - point) 2- ماكينات تحكم فى مسار خطى (Linear Path) 3- ماكينات تحكم فى مسار مستمر "كنتورى"(Continuous Path) 1- تحكم الموضعى : ان الهدف من نظام تحكم الماكينة فى هذا النوع من التحكم هو تحريك أداة القطع الى موقع محدد سلفاً ، دون أن تكون هنالك أهمية للسرعة أو المسار الذى تتبعه أداة القطع أداة القطع للوصول الى هذا الموقع وبمجرد وصول  أداة القطع الطلوب تبدأ عملية الشغيل فى ذلك الموقع ، ولا يتم أى تشغيل الا بعد انتهاء الحركة المطلوبة 0  2- التحكم فى مسار خطى (Linear Path) تتميز هذه النظم بالقدرة على تحريك أداة القطاع فى أتجاه مواز لأى من المحاور الأساسية بسرعة متحكم فيها تكون مناسبة للتشغيل ، والما كينات من هذا النوع هى أيضاً لها القدرة على التحكم الموضعى مثال هذا النوع فرايز التحكم القمىربالحاسب والتى يمكن استخدامها لماكينات التثقيب  3-التحكم فى مسار مستمر (continuous path) هذا النوعمن أنواع التحكم هو أكثر الانواع الثلاثة تعقيداً وأكثرها مرونة وأكبرها تكلفة ، وهو يحوى فى داخلة على مقدرات كل من نظام التحكم الموضعى0  ففى هذا النظام يمكن الحصول على حركة فى خط المستقيم أو فى مستوى مسطح باى زاوية ، وكذلك مسارات دائرية أو مخروطية أو أى منحنى يمكن تعريفة بعلاقة رياضية محددة

تصنيف ماكينات التحكم الرقمى بالحاسب حسب عدد محاور التحكم فى مسار المستمر :
يتم تصنيف ماكينات ال CNC ويتم فقط على أساس نوع التحكم المستمر وكانت الماكينات التى لها تحكم مستمرفى محورين وتعرف ب 2D أى ثنائية الأبعاد ، واذا كان ذلك التحكم المستمر فى ثلاثة محاور عرفت ب 3D أى ثلاثة أبعاد ، أما اذا كانت الماكينة ذات تحكم مستمر فى محورين أما المحور الثالث فمتحكم فى تغذيته لبلوغ موقع محدد أى له تحكم فى مسار خطى فيعرف فى هذه الحالة ب 2.5D

إضافة تسمية توضيحية

نقاط الصفر لمخارط وفرايز الCNC :
ان الغرض من وجود نظام الأبعاد فى ماكينات ال(CNC) وهو توفير وسيلة يستطيع عن طريقها المبرمج من تحديد موضع أداة القطع بالنسبة لقطعة الشغلة .
واحد هذه الخيارات يعتمد على نوع صفر احداثيات الماكينة ، هل هو نوع الصفر الثابت(Fixed Zero) أم هو نوع الصفر المتحرك(Floating Zero).
نقاط الصفر لفرايز ال CNC
أ‌- نقطة صفر الماكينة (Machine Zero Point) (M)
هى النقطة الموجودة على منضدة الماكينة بحيث أنه اذا وضعت المنضدة عند هذه النقطة بالنسبة للمحورين"X""Z" فان محور عمود الماكينة اذا كان راسى سيكون مباشر فوق النقطة واذا كان أفقى فان المحور "Y"–وهو متعامد على محور الماكينة فى هذه الحالة – يمر بمركز أداة القطع . نقطة الصفر للماكينة تمثل النقطة(X0,Y0,Z0) فى نظام محاور الماكينة . 
ب - نقطة الصفر لقطعة الشغل (W)(Workpaic Zero ) :
هى النقطة التى يختارها المبرمج على قطعة الشغل حسب ما يكون ملائماً لعملية البرمجة لتكون مركزاً لاحداثيات قطعة الشغل .
ج- نقطة الأسناد (المرجع)(Referance Point )(R):-
هى النقطة التى تحدد أبعد مسافة ممكنة لتحريك المنضدة للماكينة فى الاتجاه الموجبلمحاور المنضدة حيث أن صفر الماكينةفى الاصل منسوب الى هذه النقطة
نقاط صفر ال CNC


ازاحة الصفرالبرمجة لينطبق على صفرقطعة الشغلة (W) بالنسبة للمحورين X , Z باستخدلم محدد الحواف


ازاحة صفر البرمجة لينطبق صفر قطعة الشغلة بالنسبة لمحورأداة القطع Y أو Z حسب النظام المستخدم




نقاط صفر ماكينة الفريزة 




نقاط الصفر لمخارط ال CNC :
توجد ثلاثة تعريفات هامة لنقاط الصفر المستخدمة فى برمجة الماكينات الخراطة CNC 


نقطة صفر الماكينة (Machine Zero Point) (M)
هى النقطة الموجودة على محور دوران العامود الرئيسى للمخرطة من جهة الوجه وهى تمثل نقطة الأصل لنظام محاور المخرطة (X0,Z0) 
نقطة المرجع لتثبيت قلم المخرطة (Tool Mount Reference Point) (N) :
هى النقطة الموجودة على محور فتحة التثبيت على وجه برج العدة وبها يحدد نظام التحكم موقع أداة القطع بالنسبة لصفر المحاور 

نقطة صفر قطعة الشغلة (WorkPiece Zero Point) (w) :
هى النقطة الموجودة على محور قطعة الشغل (وهو نفسه محور دوران العامود الرئيسى للمخرطة ) من نهايتها فى جهة الوجه . 

نقطة راس أداة القطع (P) منسوبة الى صفر قطعة الشغلة (W) كصفر للبرمجة