Exploring the Different Types of Machining Operations

التصنيع الآلي هي فكرة بسيطة. إنها عملية أخذ قطعة من المادة، مثل كتلة من المعدن أو البلاستيك، وقطع أجزاء منها لإنشاء الشكل المطلوب. فكر في نحات لديه كتلة من الرخام. يقوم النحات بتقطيع كل ما لا يبدو وكأنه تمثال. الآلات تشبه ذلك إلى حد كبير، ولكن مع مزيد من القوة والدقة المذهلة. هذا الدليل مخصص لأي شخص تساءل يومًا عن كيفية صنع الأشياء. سوف نستكشف الأنواع المختلفة من الآلات، من الطرق التقليدية إلى العمليات عالية التقنية.

‏إذًا، ما هي عملية التصنيع بالقطع في الأساس؟

في جوهرها، تعتبر الآلات عملية تصنيع تشكل الأجزاء عن طريق القطع. لكي نكون أكثر تحديدًا، تعتبر الآلات عملية تصنيع طرحية. وهذا يعني أننا نبدأ بمواد أكثر مما نحتاج إليه ونطرح، أو نزيل، الزيادة. تعمل عملية التشغيل الآلي على إزالة المواد من قطعة العمل لتحقيق الشكل والحجم والتشطيب النهائي. هذه العملية التي يتم فيها إزالة المواد هي عكس التصنيع الإضافي، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث تتم إضافة المواد طبقة تلو الأخرى.

تقف عملية إزالة المواد الأساسية هذه وراء العديد من الأشياء التي نستخدمها كل يوم. من كتلة المحرك في سيارتك إلى البراغي الصغيرة في هاتفك الذكي، من المحتمل أن تكون عملية التشغيل الآلي متضمنة. الهدف دائمًا هو إنشاء جزء ذي هندسة محددة ودرجة عالية من الدقة. إن الحاجة إلى الدقة هي السبب وراء أهمية عملية التشغيل الآلي هذه في الصناعات التحويلية الحديثة. تدور عملية التشغيل الآلي بأكملها حول التحكم والدقة.

ما هي عملية التشغيل التقليدية؟

عندما يفكر معظم الناس في الآلات، فإنهم عادةً ما يتصورون عملية تشغيل آلية تقليدية. المفهوم بسيط: أداة قطع حادة تتلامس فعليًا مع قطعة العمل لقص المواد. تعتمد هذه الطريقة للتشغيل الآلي التقليدي على أداة قطع قوية وصلبة يمكنها قطع قطعة عمل أكثر ليونة. أداة الآلة نفسها هي قطعة المعدات الأكبر التي تحمل قطعة العمل وتحرك أداة القطع.

يمكن إجراء هذا النوع من عملية التشغيل الآلي يدويًا، ولكنه غالبًا ما يتم بواسطة آلات قوية. تولد عملية التشغيل الآلي التقليدية الكثير من الحرارة وتخلق رقائق، وهي قطع صغيرة من المواد التي تم قطعها. يكمن جمال عملية التشغيل الآلي هذه في مباشرتها. يمكنك رؤية أداة القطع تقوم بعملها، وتقوم بنحت الجزء أمام عينيك مباشرةً. هذه عملية تشغيل آلية شائعة جدًا لسبب ما؛ إنها فعالة ومفهومة جيدًا.

ما هي الأنواع المختلفة لعمليات الطحن باستخدام الطاحونة؟

إحدى الآلات الأكثر شيوعًا التي ستراها هي المطحنة. المطحنة هي قوة عمل حقيقية. تستخدم آلة الطحن  أداة قطع دوارة لإزالة المواد من قطعة العمل. المطحنة متعددة الاستخدامات بشكل لا يصدق. غالبًا ما تكون المطحنة الحديثة آلة CNC. التفريز باستخدام الحاسب الآلي الرقمي يستخدم جهاز كمبيوتر للتحكم في حركة المطحنة وقطعة العمل، مما يسمح بدقة مذهلة. تنتج هذه العملية التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر أجزاء بأشكال متطابقة مرارًا وتكرارًا. يعرف مشغل المطحنة الجيد تمامًا كيفية إعداد المهمة.

هناك العديد من أنواع عمليات الطحن. يمكننا التحدث عن النوعين الرئيسيين من الطحن: الطحن الوجهي والطحن المحيطي. يستخدم الطحن الوجهي وجه أداة القطع لإنشاء أسطح مستوية. يستخدم الطحن المحيطي جانب أداة القطع، مثل مطحنة النهاية، لقطع الفتحات والخطوط الكنتورية. تبدو مطحنة النهاية وكأنها لقمة حفر ولكنها مصممة للقطع الجانبي. يمكن أن تكون المطحنة آلة يدوية بسيطة أو آلة CNC معقدة متعددة المحاور. نظرًا لأنه يمكنها فعل الكثير، فإن المطحنة هي عملية تشغيل آلية متعددة الاستخدامات. كل متجر لديه مطحنة؛ هذا مهم. المطحنة هي جزء أساسي من أي عملية تشغيل آلية. توضح عمليات الطحن المختلفة مدى قدرة المطحنة على التكيف.

كيف تشكل عملية الخراطة الأجزاء؟

عملية تشغيل آلية أساسية أخرى هي الخراطة. إذا كانت المطحنة تستخدم أداة دوارة وجزء (ثابت في الغالب)، فإن الخراطة هي العكس. في عملية الخراطة، تدور قطعة العمل بسرعة عالية بينما يتم تحريك أداة قطع ثابتة على طول جانبها. تخيل وضع قطعة من الخشب على عجلة فخار وتثبيت إزميل عليها أثناء دورانها. هذه هي الفكرة الأساسية. تتم عملية التشغيل الآلي هذه على آلة تسمى المخرطة.

تستخدم الخراطة لإنشاء أجزاء مستديرة أو أسطوانية. فكر في أشياء مثل الأعمدة والدبابيس ومضارب البيسبول. هذه عملية تشغيل آلية فعالة جدًا لصنع هذه الأنواع من الأشكال بدقة كبيرة. يقوم الميكانيكيون المهرة بإجراء عمليات مثل قطع الخيوط لبرغي أو إنشاء شكل أملس مدبب على المخرطة. إنه نوع كلاسيكي من عمليات التشغيل الآلي التي لا تزال ضرورية اليوم، سواء على المخارط اليدوية أو على آلة CNC.

ماذا عن العمليات الشائعة الأخرى مثل الحفر؟

بالإضافة إلى الطحن والخراطة، هناك عمليات أخرى شائعة جدًا. يستخدم الحفر لقمة حفر دوارة لإنشاء ثقب دائري في قطعة العمل. ولكن في عالم التشغيل الآلي الدقيق، غالبًا ما نحتاج إلى أكثر من مجرد ثقب بسيط. هذا هو المكان الذي تأتي فيه عمليات أخرى مثل التجويف والتوسيع. يعمل التجويف على توسيع ثقب موجود بدقة أكبر. التوسيع هو عملية تشغيل آلية دقيقة تستخدم لتكبير الثقب قليلاً إلى حجم دقيق جدًا ومنحه تشطيبًا ناعمًا. يعتبر هذا عملية تشطيب.

عملية تشغيل آلية أخرى مثيرة للاهتمام هي التخريش. التخريش هو عملية تشغيل آلية تخلق نسيجًا منقوشًا على السطح، عادةً للإمساك به. فكر في مقبض أداة معدنية أو مقبض تحكم. غالبًا ما يتم صنع هذا النمط المتقاطع من خلال التخريش. غالبًا ما تستخدم عمليات التشغيل الآلي المختلفة هذه معًا. قد يتم طحن جزء لتشكيله، ثم حفره، ثم توسيعه لتحقيق دقة عالية. في بعض الأحيان تكون هناك حاجة إلى عملية تشطيب ثانوية للحصول على الجزء المناسب تمامًا. تعتبر عملية التشغيل الآلي الدقيقة هذه أساسية للأجزاء التي تحتاج إلى التوافق معًا بشكل مثالي.

ما الذي يجعل عملية التصنيع غير التقليدية مختلفة جدًا؟

الآن، دعنا ننتقل إلى الجانب عالي التقنية من المتجر. حتى الآن، تحدثنا عن عملية التشغيل الآلي التقليدية، حيث تقوم أداة قطع مادية بقص المواد. ولكن ماذا لو كانت المادة صلبة جدًا بحيث لا يمكن قطعها؟ أو ماذا لو كان الشكل رقيقًا جدًا أو معقدًا جدًا؟ هذا هو المكان الذي تأتي فيه عملية التشغيل الآلي غير التقليدية. لا تستخدم هذه الطرق الحديثة أداة قطع حادة بالمعنى التقليدي. بدلاً من ذلك، تستخدم الآلات أشكالًا مختلفة من الطاقة لإزالة المواد.

عالم التشغيل الآلي التقليدي وغير التقليدي رائع. الفرق الأكبر هو عدم وجود اتصال مباشر. يمكن لعملية التشغيل الآلي غير التقليدية استخدام الكهرباء أو الضوء أو الصوت أو حتى المواد الكيميائية لتشكيل جزء. تعتمد العملية المستخدمة بشكل كامل على المهمة. يفتح هذا النوع من الآلات إمكانيات مستحيلة باستخدام مطحنة أو مخرطة قياسية. تعتبر عملية التشغيل الآلي التي تستخدم الطاقة هذه مثالية للمواد الغريبة والأشكال المعقدة التي تتطلب دقة عالية.

هل يمكنك شرح عملية التفريغ الكهربائي (EDM)؟

أحد الأنواع المفضلة لدي من الآلات غير التقليدية هو آلات التفريغ. يُعرف أيضًا باسم آلات التفريغ الكهربائي أو آلات الشرارة. الاسم الكامل هو آلات التفريغ الكهربائي (EDM). تتضمن هذه العملية استخدام شرارة كهربائية يتم التحكم فيها لتآكل المواد أو إذابتها. تخيل سلكين، أحدهما هو الأداة (تسمى قطب كهربائي) والآخر هو قطعة العمل. عندما تقربهم جدًا دون لمسهم، يمكن أن تقفز شرارة بينهما. تستخدم EDM الآلاف من هذه الشرارات الصغيرة في الثانية لتبخير المادة ببطء ودقة.

غالبًا ما تستخدم العملية بأكملها في زيت خاص يساعد على طرد القطع الصغيرة من المواد التي تمت إزالتها. لا يوجد اتصال مادي، مما يعني عدم وجود قوى قطع. وهذا يجعل آلات التفريغ مثالية لتشغيل المعادن الصلبة جدًا مثل التيتانيوم أو إنشاء أشكال رقيقة الجدران وحساسة جدًا والتي قد تنكسر تحت أداة قطع عادية. تعتبر عملية التشغيل الآلي هذه بمثابة تغيير لقواعد اللعبة في صناعة الأدوات والقوالب. آلات التفريغ هي عملية تشغيل آلية رائعة.

ما هي عمليات التشغيل غير التقليدية الأخرى؟

إلى جانب EDM، هناك العديد من الطرق غير التقليدية المذهلة الأخرى. يمكننا تجميعها في بضع فئات. إحداها هي آلات الحزمة. يتضمن ذلك آلات حزمة الليزر، التي تستخدم حزمة ضوئية قوية ومركزة لإذابة المواد أو تبخيرها. تستخدم آلات حزمة الإلكترون تيارًا عالي السرعة من الإلكترونات في الفراغ، وتستخدم آلات حزمة الأيونات ذرات مشحونة للعمل فائق الدقة.

مجموعة أخرى هي آلات النفث. تستخدم آلات النفث المائي تيارًا عالي الضغط جدًا من الماء للقطع. إنها عملية تشغيل آلية باردة، لذا فهي رائعة لتشغيل المواد الأكثر ليونة مثل البلاستيك أو الخشب دون تلف الحرارة. بالنسبة للمواد الصلبة، يمكننا استخدام آلات النفث الكاشطة. تستخدم آلات النفث الكاشطة نفثًا من الغاز ممزوجًا بجزيئات كاشطة صغيرة لتفجير المواد. ثم هناك آلات قوس البلازما، التي تستخدم نفثًا من الغاز المتأين شديد التسخين. تستخدم آلات قوس البلازما تيارًا عالي السرعة من البلازما لقطع المعادن السميكة بسرعة.

أخيرًا، لدينا عمليات تستخدم الصوت أو المواد الكيميائية. تستخدم آلات الموجات فوق الصوتية اهتزازات عالية التردد لتقطيع المواد الصلبة والهشة مثل الزجاج أو السيراميك. تستخدم آلات المعالجة الكيميائية مواد كيميائية قوية لنقش المواد. تعتبر عملية المعالجة الكيميائية هذه رائعة لإزالة كميات صغيرة من المواد على مساحة كبيرة. هناك طريقة ذات صلة وهي آلات المعالجة الكهروكيميائية، والتي تشبه تشغيل عملية طلاء عكسية لإذابة المواد. هناك المزيد من الطرق المتخصصة، مثل آلات المعالجة بمساعدة المجال المغناطيسي. لكل نوع من عمليات التشغيل الآلي استخدامه الخاص.

كيف تختار النوع المناسب من التشغيل الميكانيكي لوظيفة ما؟

مع وجود العديد من الخيارات، كيف تختار النوع المناسب من الآلات؟ الأمر يتعلق ببعض الأسئلة الرئيسية. أولاً، ما هي المادة؟ ستستبعد أنواع المواد التي تعمل بها بعض الطرق وتفضل طرقًا أخرى. ثانيًا، ما هو الشكل النهائي؟ قد تكون الأشكال البسيطة مناسبة لعملية تشغيل آلية تقليدية، ولكن المنحنيات المعقدة قد تحتاج إلى جهاز CNC خماسي المحاور أو عملية تشغيل آلية غير تقليدية.

ثالثًا، ما هو مستوى الدقة المطلوب؟ بالنسبة للأجزاء العامة، تكون المطحنة القياسية جيدة. بالنسبة للأجزاء التي تحتاج إلى التوافق تمامًا، قد تحتاج إلى طريقة تشغيل آلية دقيقة مثل EDM أو عملية تشطيب خاصة. أخيرًا، عليك التفكير في التكلفة والسرعة. تعتبر كفاءة عملية التشغيل الآلي دائمًا عاملاً. بعض العمليات سريعة جدًا ولكنها أقل دقة، بينما البعض الآخر بطيء ولكنه دقيق بشكل لا يصدق. يعد اختيار عملية التشغيل الآلي المستخدمة الصحيحة بمثابة موازنة بين متطلبات الجزء والميزانية.

‏لماذا تعتبر أداة القطع نجمة العرض في أي عملية تشغيل؟

في أي عملية تشغيل آلية تقليدية، تعتبر أداة القطع هي كل شيء. يمكنك الحصول على أفضل آلة CNC وأكثرها تكلفة في العالم، ولكن باستخدام أداة قطع باهتة أو غير صحيحة، ستصنع أجزاء سيئة. تؤثر المادة والطلاء والهندسة والحدة لأداة القطع بشكل مباشر على جودة التشطيب ودقة الجزء والسرعة الإجمالية لعملية التشغيل الآلي.

حتى في الطرق غير التقليدية، فإن "الأداة" لا تقل أهمية. في EDM، يعتبر القطب الكهربائي هو الأداة. في القطع بالليزر، تعتبر الحزمة الضوئية المركزة هي الأداة. الأداة المستخدمة في أي عملية تشغيل آلية هي العنصر الرئيسي الذي يتفاعل مع قطعة العمل. إن الاهتمام بأداة القطع هو أحد أهم الدروس التي تعلمتها. إنه الجزء من عملية التشغيل الآلي الذي يقوم بالعمل الفعلي، ويستحق كل التقدير. تبدأ عملية التشغيل الآلي الجيدة دائمًا بأداة قطع جيدة.