دليل المبتدئين في البرمجة باستخدام الحاسب الآلي: كيفية برمجة ماكينة بنظام التحكم الرقمي

هل تريد تغيير كتلة معدنية إلى جزء مفيد؟ هل تريد القيام بذلك بدقة كبيرة؟ هل تريد أن تخبر ماكينة قوية بما يجب فعله بالضبط؟ هذا ما تدور حوله البرمجة باستخدام الحاسب الآلي. إنها اللغة التي تتيح لك التحدث إلى ماكينة بنظام التحكم الرقمي. تم إعداد هذا الدليل لشخص بدأ للتو. سوف تتعلم الخطوات الأولى. سننتقل من فكرة أساسية إلى عنصر منتهي. سنشرح هذا الموضوع الصعب بطريقة بسيطة. هذه هي خطوتك الأولى لإتقان مهارة مفيدة. هذه المهارة مهمة في صنع الأشياء اليوم.

ما هي ماكينة CNC وكيف تعمل؟

أولاً، دعنا نتحدث عن الماكينة نفسها. ماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي هي أداة يتم تشغيلها بواسطة كمبيوتر. يرمز CNC إلى التحكم العددي بالكمبيوتر. يمكنك التفكير فيها وكأنها روبوت ذكي وقوي للغاية. في الطريقة القديمة للقيام بالأشياء، والتي كانت تسمى التصنيع اليدوي، كان على الشخص الذي يتمتع بمهارة كبيرة أن يدير العجلات. وكان عليه أيضًا سحب الرافعات لقطع المواد. كان المشغل يتحكم في كل حركة تقوم بها الماكينة.

كان القيام بذلك يدوياً يحتاج إلى الكثير من المهارة. كان عليك أيضًا الانتباه جيدًا للتفاصيل الصغيرة. كان كل جزء مختلف قليلاً. تغير ماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب كل ذلك. لا تستخدم هذه الماكينة أدوات تحكم يدوية. بدلاً من ذلك، تتبع قائمة من التعليمات من جهاز كمبيوتر. هذه التعليمات، التي تسمى برنامج الماكينة بنظام التحكم الرقمي، تخبر الماكينة أين تتحرك بالضبط. كما أنها تخبرها أيضاً بمدى السرعة التي يجب أن تتحرك بها وما الذي يجب أن تفعله. وهذا يتيح للماكينة القيام بعملها من تلقاء نفسها. يمكنها قطع وتشكيل المعادن أو البلاستيك أو الخشب. وتقوم بذلك بدقة مذهلة. تستخدم هذه الطريقة في صنع الأشياء في العديد من الأماكن التي تصنع المنتجات. على سبيل المثال، تُستخدم في مجال الطيران وصناعة أغلفة الهواتف. يمكن للآلة أن تصنع نفس القطعة ألف مرة، وستكون كل واحدة منها صحيحة تماماً. هذه هي قوة الماكينة التي يتم التحكم فيها بالكمبيوتر.

إذن، ما هي برمجة CNC للمبتدئين؟

الآن لديك فكرة عما تقوم به الماكينة. إذن ما هي البرمجة باستخدام الحاسب الآلي؟ إنها مهمة كتابة التوجيهات لماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب. أنت المبرمج. تقوم بعمل ملف كمبيوتر يحتوي على كود. هذا الملف يشبه مجموعة من المخططات للماكينة. هذا الكود يخبر الماكينة بكل خطوة تحتاج إلى اتخاذها.

إنه يشبه إلى حد كبير برمجة الكمبيوتر. لكنك لا تصنع برنامجًا. أنت تصنع شيئًا حقيقيًا يمكنك حمله. تقرأ الماكينة توجيهاتك. ثم تقوم بمهام القطع والتشكيل. بالنسبة للمبتدئين، قد تبدو فكرة كتابة التعليمات البرمجية صعبة للغاية. ولكن لا داعي للقلق. هذا الدليل الخاص بالماكينات بنظام التحكم الرقمي موجود هنا لمساعدتك في بدء التعلم. يمكن تقسيم مهمة البرمجة إلى خطوات سهلة. تبدأ بفكرة أو رسم بسيط. ثم تستخدم برنامجًا لتحويل تلك الفكرة إلى لغة يمكن للماكينة فهمها. سيوضح لك دليل البرمجة باستخدام الحاسب الآلي هذا كيفية القيام بهذه الخطوات. سوف تتعلم كيفية جعل الماكينة تصنع الشكل الذي تريده بالضبط.

ما النوعان الرئيسيان لبرمجة CNC؟

هناك طريقتان رئيسيتان يمكنك من خلالهما التحدث إلى ماكينة CNC. الطريقة الأولى هي الأكثر شيوعًا أيضًا. وهي استخدام الكود G. والطريقة الثانية تسمى البرمجة التخاطبية. كل طريقة من طريقتين للبرمجة لها أشياء جيدة وأخرى سيئة. يعرف المبرمج الجيد أيهما يستخدم لكل مهمة.

الكود G هو اللغة الرئيسية لكل ماكينة CNC تقريبًا. وهي قائمة من الأكواد. تبدأ هذه الأكواد بالحرف "G" أو "M". كل كود عبارة عن تعليمات خاصة. على سبيل المثال، يخبر G00 الماكينة بالتحرك بأسرع ما يمكن. يخبر G01 الماكينة بالتحرك في خط مستقيم بالسرعة التي تختارها. عندما تكتب كود G يدويًا، تحصل على تحكم كامل في الماكينة. إنه أمر رائع لصنع أجزاء مفصلة للغاية. ولكن، قد تستغرق كتابة برنامج طويل يدويًا الكثير من الوقت.

البرمجة التحادثية هي خيار أسهل في الاستخدام. وغالباً ما تكون مدمجة مباشرةً في لوحة التحكم لماكينة بنظام التحكم الرقمي. بدلاً من كتابة أسطر من التعليمات البرمجية، يقوم المشغِّل أو المبرمج بالإجابة عن الأسئلة على الشاشة. ستطلب الماكينة الشكل، والحجم، ونوع القطع الذي تريده. ثم تكتب الماكينة برنامج الكود G نيابةً عنك. هذه الطريقة التخاطبية رائعة للمهام التي ليست صعبة للغاية. إنها طريقة رائعة للمبتدئين للتعلم.

لماذا يعتبر نظام الإحداثيات هو الأساس لبرنامج G-Code الخاص بك؟

فكر في إعطاء شخص ما الاتجاهات إلى منزلك. ستستخدم كلمات مثل "يسار" و"يمين" و"أمام" و"خلف". تحتاج ماكينة CNC أيضاً إلى توجيهات. لكنها تستخدم خريطة رياضية تسمى نظام الإحداثيات. هذا النظام يشبه شبكة مرسومة فوق منطقة عمل الماكينة. النظام الأكثر استخداماً هو نظام الإحداثيات الديكارتي. وهو يستخدم المحور X وY وZ. وهذا يساعد الماكينة في العثور على أي بقعة في مساحة ثلاثية الأبعاد.

يخبر كل اتجاه في برمجة ماكينة التحكم الرقمي CNC أداة القطع بالمكان الذي يجب أن تذهب إليه على هذه الشبكة. على سبيل المثال، قد يقول الأمر، "حرّك الأداة إلى الإحداثي X5، Y10." تعرف الماكينة مكان تلك البقعة بالضبط. إذا كنت لا تفهم نظام الإحداثيات جيدًا، فلا يمكنك برمجة ماكينة CNC. يتم وصف كل شكل وثقب وقطع من خلال نقاطه على الشبكة. الحصول على هذا الجزء بشكل صحيح هو الخطوة الأولى لصنع جزء جيد. تحتاج الماكينة إلى خريطة الأشكال هذه لتعمل بشكل صحيح.

كيف يساعد برنامج CAD المبرمج في تصميم جزء ما؟

قبل أن تخبر الماكينة كيف تصنع شيئًا ما، يجب أن يكون لديك خطة. في الماكينات بنظام التحكم الرقمي، تبدأ هذه الخطة برسم على الكمبيوتر. هذا هو المكان الذي تستخدم فيه برنامج CAD. يشير CAD إلى التصميم بمساعدة الحاسوب. وهو نوع من البرامج التي تساعدك على إنشاء نموذج ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد لقطعتك على شاشة الكمبيوتر. يمكنك التفكير في الأمر وكأنه لوحة رسم حديثة جدًا.

يستخدم المبرمج برنامج CAD لرسم الجزء. يوضح الرسم الشكل والحجم الدقيق. باستخدام هذه الأدوات، يمكنك عمل أشكال مفصلة وصعبة للغاية. تتضمن برامج CAD الشائعة AutoCAD، وSolidWorks، وCATIA، ومنتجات من PTC. هذه الخطوة في صنع النموذج هي الجزء الممتع والإبداعي من برمجة الماكينات بنظام التحكم الرقمي. فهي تتيح لك تصميم الجزء الخاص بك على الكمبيوتر. يمكنك جعله مثاليًا قبل أن تقطع أي مادة حقيقية. بمجرد الانتهاء من النموذج ثلاثي الأبعاد، تصبح جاهزًا للخطوة التالية.

هذا النموذج ثلاثي الأبعاد من برنامج CAD هو المخطط الرئيسي. ستستخدم الماكينة هذه الخطة لصنع الجزء الحقيقي. عندما تحصل على التصميم الصحيح في خطوة CAD، فإنك توفر الكثير من الوقت. كما أنك تمنع الهدر من الحدوث لاحقًا. يمكنك التحقق من كل قياس وكل زاوية هناك على الشاشة مباشرةً. وهذا أسهل بكثير من العثور على خطأ بعد أن تكون الماكينة قد بدأت بالفعل في قطع المادة.

كيف تنتقل من التصميم إلى تعليمات الماكينة باستخدام CAM؟

لديك نموذج ثلاثي الأبعاد رائع في برنامج CAD الخاص بك. ولكن كيف يمكنك تغيير هذا الرسم إلى اتجاهات لماكينة CNC؟ لهذا، تحتاج إلى نوع آخر من البرامج. وهنا تكمن أهمية برنامج CAM. يرمز CAM إلى التصنيع بمساعدة الحاسوب. هذا البرنامج يشبه الجسر. فهو يربط تصميمك بالماكينة الحقيقية.

ينظر برنامج CAM إلى نموذج CAD الخاص بك ويساعدك على تخطيط عملية التصنيع الآلي. أنت تخبر البرنامج بأدوات القطع التي يجب استخدامها. كما تخبره أيضًا بمدى سرعة القطع ومدى عمق القطع. ثم يستخدم البرنامج هذه المعلومات لمعرفة مسارات الأدوات. مسار العِدَّة هو المسار الدقيق الذي ستتبعه أداة القطع لصنع شكل الجزء. يعد استخدام CAM جزءًا مهمًا جدًا من البرمجة الحديثة للماكينات بنظام التحكم الرقمي. يقوم البرنامج بتحويل ملفات CAD إلى كود يمكن للماكينة قراءته.

بعد أن تقوم بإعداد جميع التفاصيل، يقوم برنامج CAM بعمل كود G نيابةً عنك. يكتب جميع أسطر الكود بنفسه، والتي يمكن أن تكون مئات أو آلاف الأسطر. وهذا يوفر قدرًا كبيرًا جدًا من الوقت عند مقارنته بالبرمجة اليدوية. كما أنه يقلل من فرصة ارتكاب خطأ. يمكن لبرامج CAM الشهيرة مثل Mastercam أو وحدة CAM في CATIA التعامل مع المهام الصعبة للغاية. إنها أداة مفيدة جدًا لأي مبرمج ماكينات بنظام التحكم الرقمي.

هل اختيار الأداة جزء مهم من برمجة ماكينة CNC؟

نعم، إنه أمر مهم للغاية. يعد اختيار أدوات القطع المناسبة إحدى أهم خطوات البرمجة. يمكن لبرنامج CAM الخاص بك إنشاء مسارات أدوات مثالية. ولكن إذا استخدمت أداة خاطئة على الماكينة، سينتهي بك الأمر بجزء سيء. وقد يؤدي ذلك إلى كسر الأداة أو تلف الماكينة نفسها. تعتمد الأداة التي تختارها على العديد من الأشياء. وتشمل هذه الأشياء نوع المادة التي تقطعها، والشكل الذي تحتاج إلى صنعه، ومدى السرعة التي تريد أن تعمل بها الماكينة.

هناك آلاف الأنواع المختلفة من أدوات القطع. هناك مثاقب لعمل الثقوب. وهناك طواحين طرفية لقطع الأخاديد والجيوب. وهناك أدوات خاصة لصنع أشكال خاصة. كل أداة مصنوعة للقيام بعمل معين. وبصفتك المبرمج، عليك أن تخبر الماكينة بالأداة التي يجب استخدامها لكل خطوة من خطوات المهمة. في برنامج الماكينة بنظام التحكم الرقمي، يخبر الرمز "T" متبوعًا برقم الماكينة للحصول على أداة معينة.

الاختيار الصحيح مهم جداً. على سبيل المثال، تختلف الأداة التي قد تستخدمها لقطع البلاستيك اللين اختلافًا كبيرًا عن الأداة التي قد تستخدمها لقطع الفولاذ الصلب. المبرمج الجيد يعرف كيف تعمل الأدوات المختلفة. ويعرف أيضًا كيفية استخدامها بأفضل طريقة. سوف تتعلم ذلك مع الممارسة، وهي مهارة أساسية يجب أن تتقنها عندما تتعلم البرمجة باستخدام الحاسب الآلي. فبدون اختيار الأداة الصحيح، حتى أفضل ماكينات الماكينات بنظام التحكم الرقمي لا يمكنها القيام بعملها بشكل جيد.

كيف يمكنك محاكاة برنامجك لتجنب الأخطاء؟

لنفترض أنك قضيت ساعات في كتابة برنامج لجزء صعب. تضع البرنامج في ماكينة ماكينة CNC باهظة الثمن وتضغط على زر "بدء التشغيل". وفجأة، تسمع صوت ارتطام عالٍ جدًا. لقد اصطدمت الأداة بالجزء أو الجهاز الذي يحمله. هذا خطأ مكلف للغاية. الخبر السار هو أن هناك طريقة لمنع حدوث ذلك. تسمى المحاكاة.

يحتوي أحدث برامج CAM على أداة محاكاة. تتيح لك هذه الأداة مشاهدة فيديو لماكينة CNC الخاصة بك. ستقوم بتشغيل البرنامج على شاشة حاسوبك. يمكنك رؤية الأداة تتحرك. يمكنك رؤيتها وهي تقطع المادة وتصنع الشكل النهائي. توضح لك هذه المحاكاة ما ستقوم به الماكينة بالضبط. يمكنك رؤية كل شيء قبل تشغيل الماكينة الحقيقية. إنه فحص أمان مهم للغاية في عملية البرمجة.

أثناء مشاهدة المحاكاة، يمكنك البحث عن أي مشاكل. هل تصطدم الأداة بأي شيء ليس من المفترض أن تصطدم به؟ هل الشكل النهائي صحيح؟ هل سرعات القطع سريعة جدًا؟ يمكنك العثور على هذه الأخطاء وإصلاحها على الكمبيوتر، الأمر الذي لا يكلف شيئًا. قد يكلف إصلاحها على الماكينة الحقيقية الكثير من المال. يجب عليك دائمًا محاكاة برنامجك. إنها خطوة سهلة ستوفر عليك الكثير من الوقت والمال والقلق.

ما هي المعالجة اللاحقة ولماذا هي الخطوة الأخيرة؟

لقد صنعت مسارات أدواتك في برنامج CAM. لقد قمت أيضًا بإجراء محاكاة جيدة. أنت جاهز تقريبًا لإرسال برنامجك إلى ماكينة التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب. ولكن هناك خطوة برمجية أخيرة مهمة للغاية. تسمى هذه الخطوة المعالجة اللاحقة. تتكلم ماكينات الماكينات بنظام التحكم الرقمي المختلفة ووحدات التحكم الخاصة بها أنواعًا مختلفة قليلاً من الكود G. الكود الذي يعمل بشكل رائع على ماكينة ما قد لا يعمل على الإطلاق على ماكينة أخرى.

المعالج اللاحق هو أداة صغيرة داخل برنامج CAM الخاص بك. وتتمثل مهمتها في تغيير معلومات مسار الأدوات العامة إلى نوع الكود G الخاص الذي تفهمه ماكينتك. عند استخدامك لبرنامج CAM لإنشاء الكود البرمجي فإنك ستختار معالج ما بعد المعالجة المصمم لطراز ماكينتك بنظام التحكم الرقمي الخاص بك. على سبيل المثال، تحتاج ماكينة Haas إلى معالج لاحق مختلف عن ماكينة مزودة بوحدة تحكم Fanuc.

تتأكد هذه الخطوة من تشغيل برنامج G-code دون أي مشاكل على جهازك. تعمل خطوة ما بعد المعالجة على إنشاء الملف النصي النهائي الذي يحتوي على كل كود G. يمكنك بعد ذلك حفظ هذا الملف على محرك أقراص USB أو إرساله عبر شبكة إلى ماكينة CNC الخاصة بك. إذا تخطيت هذه الخطوة، فقد لا تفهم ماكينتك الأوامر. قد يؤدي ذلك إلى حدوث أخطاء، أو قد لا تقوم الماكينة بتشغيل البرنامج على الإطلاق. هذا هو الرابط الرئيسي الذي يجعل التصميم والتصنيع يعملان معًا بسلاسة.

كيف يمكنك أن تتقن نظام إحداثيات العمل على جهازك؟

لدى الماكينة نظام خرائط خاص بها يسمى "إحداثيات الماكينة". لكنك لن تستخدمه أبدًا تقريبًا. بدلاً من ذلك، ستقوم بإعداد نظام إحداثيات العمل (WCS). يتيح لك نظام إحداثيات العمل (WCS) اختيار "نقطة صفر" سهلة الاستخدام على كتلة المواد الخاصة بك. عادةً ما تكون هذه النقطة زاوية أو مركز الجزء. يعد إعداد ذلك بالطريقة الصحيحة أحد أهم الوظائف لمشغل الماكينة.

يستخدم برنامج الكود G الذي كتبته نقطة الصفر هذه كنقطة بداية. عندما يقول الكود الخاص بك "G01 X1.0"، فهذا يعني في الحقيقة "تحرك بوصة واحدة بعيدًا عن نقطة الصفر التي قمت بتعيينها." لضبط WCS، يستخدم المشغل مسبارًا خاصًا أو أداة باليد للمس جوانب المادة. وهذا يخبر الماكينة بمكان وجود الجزء في منطقة عملها. تقوم الماكينة بعد ذلك بحفظ هذه البقعة كإزاحة عمل، والتي عادةً ما تكون G54.

ما أهمية ذلك؟ يتيح لك وضع المواد الخاصة بك في أي مكان تقريبًا على طاولة الماكينة مع الاستمرار في تشغيل نفس البرنامج. ستعرف الماكينة دائمًا مكان "صفر" الجزء الخاص بك. بالنسبة للمبتدئين، يعد تعلم كيفية ضبط نظام إحداثيات العمل مهارة أساسية وضرورية. فهو يربط عمل برمجة الكمبيوتر بنظام التحكم الرقمي الخاص بك بالماكينة بنظام التحكم الرقمي بالماكينة الحقيقية. ويضمن أن يحدث القطع الأول في المكان الصحيح تمامًا.

Key Takeaways to Remember

• تتعلق البرمجة باستخدام الحاسب الآلي الرقمي (CNC) بإعطاء توجيهات للماكينة. إنها تخبر الماكينة كيف تتحرك لقطع وصنع جزء ما.
• ابدأ بتصميم في برنامج CAD. هذا هو المكان الذي تقوم فيه بعمل نموذج ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد للعنصر الذي تريد إنشاءه.
• استخدم برنامج CAM لصنع مسارات الأدوات والكود G. يقوم برنامج CAM بتغيير تصميمك إلى لغة يمكن للماكينة قراءتها.
• هناك طريقتان رئيسيتان للبرمجة. يمكنك كتابة كود G يدويًا للتحكم الكامل، أو استخدام البرمجة التخاطبية للمهام السهلة.
• نظام الإحداثيات مثل الخريطة. تستخدم الماكينة نقاط X وY وZ لمعرفة المكان الذي يجب أن تذهب إليه.
• تحقق دائماً من برنامجك بالمحاكاة أولاً. هذا الفحص على الكمبيوتر يوقف الأخطاء المكلفة والأعطال على الجهاز الحقيقي.
• تقوم المعالجة اللاحقة بإعداد الكود لجهازك. تتأكد هذه الخطوة الأخيرة من أن جهازك المحدد يفهم كل أمر.