[F.Abdelaziz]

بناء آلة تصنيع باستخدام الكومبيوتر CNC الخاصة بك : ميكانيكا - إلكترونيات - برمجة

ما هى آلة التصنيع باستخدام الكومبيوتر CNC ؟
CNC اختصار للكلمات Computer Numeric Control ( التحكم الرقمى بالكومبيوتر) ، وعادة تشير إلى الآلة أو الماكينة التى يتم التحكم فى عملها عن طريق الكومبيوتر . الاستخدام الأكثر شيوعا لآلة CNC ، وهو ما يخصنا ، القدرة على القطع و الحفر والثقب والنقش وغيرها من عمليات التصنيع على المواد المختلفة.
عادة ، يكون لآلة CNC القدرة على تحريك رأس أداة القطع أو رأس الطباعة فى عدد من 2 إلى 6 محاور ، وهذا يعنى أنها يمكن أن تضع هذه الأداة فى نقطة محددة بدقة فى أو على المادة لعمل القطع أو إجراء العملية المطلوبة عند تلك النقطة . عن طريق تحريك الرأس من خلال نقاط متعددة ، يمكن لرأس القطع أن تقطع أو تنحت تصميم ممثل بواسطة تيار بيانات لمواضع النقاط التى يرسلها الكومبيوتر . عن طريق التحكم فى آلة CNC من خلال الكومبيوتر من الممكن للمستخدم أن يصمم المنتج على الشاشة ، ويحولها كود قبل للقراءة بمعرفة آلة CNC ومن ثم إرسال هذه البيانات إلى آلة CNC من أجل أن تنتج نسخة مادية من المنتج الذى تم تصميمه . الغرض من آلة CNC هو توفير هذه القدرة القوية للانتقال من مفهوم التصميم إلى منتج مادى بطريقة غير مكلفة ، ومحكمة ، ومتوافقة مع ألة من النوع الذى يمكن وضعه على سطح المكتب ، مثل تلك المبينة بالشكل التالى :

هذه الآلة توفر دقة تصل إلى واحد من الألف من البوصة 0.001'' لكل خطوة فى كل محور .

وهنا ، سوف نتجول خلال بناء آلة CNC من نوع سطح المكتب بدءا من الصفر .

المواصفات :
الأبعاد الشاملة :

أبعاد مساحة (منطقة) العمل (لإصدار القاعدة المعدنية) :

الدقة :
واحد فى الألف 0.001 من البوصة ( أى 0.0254 من المم ) لكل خطوة بكل محور .

[F.Abdelaziz]

[F.Abdelaziz]

الإمكانيات :
الاستخدامات الممكنة لآلة CNC تكون محدودة فقط بخيالك . فسوف نتناول التصميم الأساسى وسوف نرى فيما بعد توسعة الألة لتلبية الاحتياجات بشكل أكبر .
يمكنك استخدام مجموعة متنوعة من أدوات القطع (تسمى إند ميل end mill ) لتتناسب مع ما يتطلب مشروعك من مواد . يمكنك تغيير وحدة رأس التشغيل للتحويل لعمل حفر وثقيب للوح الدوائر المطبوعة PCB أو الحفر بالليزر أو الطباعة ثلاثية الأبعاد . كما يمكنك تحديث المحرك spindle للعمل مع الأعمال الشاقة .
هذه الآلة مصممة من البداية أن تكون متنوعة ، قابلة للتوسع ، وقابلة للنسخ (التقليد) بمعرفة المستخدم .

القيود :
الهدف من التصميم الحالى لآلة CNC هو توفير آلة CNC دقيقة منخفضة التكاليف وأيضا لتوفير منصة متنوعة تمكن المطور (المبتكر) من البناء على أساسها .
التصميم الحالى له مساحة (منطقة) عمل يحددها التصميم . لذلك ، بدون أى توسيع لمنطقة العمل ، فإن الحد الأساسى لحجم (أبعاد) لمادة الكائن المراد تصنيعه عليها يكون 3 بوصة إرتفاع ، و 7.5 بوصة عرض و 8.5 بوصة طول . هذه الأبعاد تمثل نطاقات من مساحة العمل المسموح به بواسطة التفاوت فى المحور .
لتحقيق الدقة (واحد من الألف من البوصة ) بتكلفة منخفضة يتم استخدام وحدات تشغيل محركات الخطوة بسيطة فى شكل موديولات للعمل فى نظام "الخطوة الكاملة" full-step مع استخدام عامود القيادة المسنن لتوفير 20 لفة لكل بوصة من المشوار ، وذلك يؤدى إلى سرعات انتقال منخفضة للرأس .

[F.Abdelaziz]

إطار (جسم) الهيكل (الشاسيه) :
التصميم الحالى ينطبق لآلة CNC المصنعة بقاعدة من الخشب أو المعدن . كلا النظامين له خصائص أداء متطابقة والاختلافات لا تؤثر على على مواصفات أو تشغيل الأجزاء الأخرى من الآلة . يتم اختيار القاعدة الخشب أو المعدن بواسطة القائم بالبناء والذى قد يتم اختياره بناء على التفضيل ومستوى المهارة والراحة الذى قد يكون فى مادة أفضل من مادة أخرى . القاعدة الخشبية قد تكون أقل تكلفة ولكن فرق تكلفتها يعتبر جزء ضئيل من التكلفة الإجمالية للمشروع ، لذلك سوف نستخدم المعدن فى بناء قاعدة آلة CNC .

الحديد الصلب والألمونيوم :
سواء اخترت قطاعات مربعة مفرغة (علب) من الحديد الصلب أو الألمونيوم بأبعاد واحد بوصة مربعة ( واحد بوصة X واحد بوصة) من أجل بناء إطار frame القاعدة base ، فإن أبعاد الأجزاء والأداء يكون متطابقا . سمك جدار القطاع ليس مهما فى أبعاد الآلة طالما أن الحيز داخل القطاع يكون كافيا للصامولة المستخدمة فى ربط أركان (زوايا) الإطار معا . مهما كان سمك الحديد أو الألمونيوم المتاح ، فإن الآلة سوف تعمل بشكل جيد . تستخدم بنطة معادن جيدة للتثقيب ، ويفضل وضع نقط إرشادية ( تعليم بالزمبة) .
يجب الإمساك بقضبان الشاسيه معا بزرجينة ( كلابة) ( فى حالة عدم وجود زرجينة يمكن ربطهم معا بإحكام باستخدام شريط لاصق) وذلك لتثقيبها معا كأزواج فى نفس الوقت (التفاصيل لاحقا) .

ملحوظة :
يجب استخدام مثقاب ثابت (على منضدة أو تزجة) فى هذه العملية للتأكد من أن الثقوب متعامدة على القضبان وبمحاذاة (استقامة) تامة . إذا استخدمت مثقاب يدوى يجب الحذر بحيث يكون الثقب عموديا على القضبان .

[F.Abdelaziz]

ملاحظات هامة لإنشاء الأجزاء الخاصة بك :
فيما يلى مجموعة من الرسومات من أجل أجزاء ماكينة CNC ، اقطع واثقب المواد التى اخترتها وفقا للتوجيهات ، اكتب لافتة باسم كل جزء وضعها بجوار بعضها البعض تجهيزا للتجميع فى وقت لاحق .
عندما يكون هناك "زوج" من الأجزاء ، يجب تثبيتهما معا بإحكام بزرجينة أو بشريط لاصق وثقب الزوج "معا" . وهذا أمر أساسى لمحاذاة القضبان rods والحوامل bearing وهو أمر حاسم للعمل السلس لماكينة CNC .

ملاحظات على دقة القطع والثقب :
ماكينة CNC هى آلة دقيقة وتتطلب دقة بمستوى مرتفع فى أعمال التصنيع لبناءها . فى حين يتم السماح بكمية معينة من "التسامح أو التفاوت " tolerance فى التصميم ، يكون مطلوب الدقة الحاسمة من أجل :
1- الأوضاع النسبية للقضبان والحوامل .
2- الأوضاع النسبية لقضبان وحوامل المحاور كل بالنسبة للآخر .

القضبان rods و الحوامل bearings :
القضبان rods يجب أن تكون متوازية تماما فى حدود 0.01 بوصة عند كل من النهايتين .
هذا يعنى أن المسافة من الحافة الخارجية لأحد القضبان والقضيب الآخر يجب أن تكون متطابقة عند كلا طرفى مشوارها فى حدود 0.01 من البوصة . أى فرق أكبر من ذلك سوف يسبب خروج الجزء المتحرك من على القضبان rails .

بالمثل ، يجب "مركزة" ثقوب الحوامل فى إطار الحامل على نفس البعد بالضبط مثل المسافة بين مراكز القضبان . تسمح المواصفات القياسية للحوامل بتفاوت 0.01 من البوصة عند تركبها فى ثقوب 7/16 من البوصة ، ولكن الدقة فى تركيب المحاور على مراكز مطابقة تماما للقضبان مطلوبة لضمان التشغيل السلس للمحور .
كما ذكرنا أعلاه ، ثقب زوج الأجزاء المتطابقة هو وسيلة بسيطة وفعالة لضمان موائمة الثقوب بين القطع . ومع ذلك ، لأن التشغيل السلس لكل عربة يتطلب وجوب أن تكون الأعمدة متوازية ، ومحازية بدقة للحوامل ، فمن الأهمية بمكان أن يتم أخذ الحذر عند ثقب ثقوب تركيب القضيب وثقوب تركيب الحوامل فى مواقع محددة بدقة على الرسومات .

استخدام زاوية قائمة لضمان تعامد الحامل مع قضبان المحور .

[F.Abdelaziz]

مكان (موضع) المحاور وعلاقاتها ببعضها البعض :
الشرط (الطلب) الثانى الأكثر أهمية من أجل الدقة هو أن يتم محاذاة المحاور على زوايا قائمة تماما على بعضها البعض . إذا لم يتم المحاذاة ، فإن العمل الذى اقوم به آلة CNC سوف يكون غير دقيق وغير محاذى . العمق (الأرتفاع) Z قد يزيد أو ينقص على طول منضدة المحور X مع عدم وجود حركة للمحور Z إذا كانت القنطرة gantry (يقع فيه المحور Y ويحمل المحورZ) ومنضدة المحور X غير متعامدة تماما على بعضها البعض . فتجد أن العمل الذى ينبغى أن يكون فى شكل مربع أو مستطيل يتم إنتاجه فى شكل متوازى أضلاع إذا لم يتم محاذاة المحور Y على 90 درجة تماما على المحور X .
يتم تحقيق هذه الدرجة من المحاذاة عن طريق الاهتمام الكبير واستخدام أداة الزاوية القائمة فى كل خطوة لضمان الاحتفاظ بالزايا القائمة عندما يكون مطلوب ذلك .
قبل تشديد الرباط على أى من صواميل أو مسامير الشاسيه تحقق من "المحاذاة" و "التعامد" . وطالما أن أبعاد الثقوب بإطار الشاسيه المعدنى وبالدعامة المتقاطعة السفلية تكون دقيقة ، فإنه ينبغى المحافظة على التعامد بواسطة الدعامة المتقاطعة .
لضمان أن يكون المحور Y متعامدا على طاولة المحور X ، يتم التحقق من المحاذاة أولا ثم يتم الأمساك (بزرجينة) بإحكام ركائز رفع القنطرة فى مكانها عند الحواف الخرجية للإطار كما هو مبين بالشكل التالى :

عند هذه النقطة ، وبمجرد التأكد من تعامد القنطرة ، استخدم فتحات التركيب التى تقع فى الجزء السفلى من ركائز رفع القنطرة كدليل للتثقيب خلال الإطار المعدنى ، مع أخذ الحذر لكى يكون الثقب متعامد على المعدن .
يتم ربط ركائز رفع القنطرة بالإطار المعدنى باستخدام 8 مسامير 3/4'' ، وربطها بدون تشديد الرباط الآن .
يتم قياس التعامد مرة أخرى بين عربة المحور Y بالقنطرة وطاولة المحور X ، والضبط إذا لزم الأمر ، ثم تشديد رباط المسامير .
تحقق مرة أخرى من التعامد للتأكد من أن تشديد الرباط لم يسحب قنطرة المحور Y خارج المحاذاة . وبمجرد تشديد رباط جميع المسامير ، مع الاحتفاظ بالقنطرة متعامدة ، عندئذ الآن فقط يجب أن تزيل الماسك (الزرجينة) .
ضمان أن جميع المحاور متعامدة على بعضها البعض يكون له أهمية خاصة من أجل الأعمال التى تحتاج إلى دقة عالية مثل حفر لوح الدوائر المطبوعة PCB بطريقة العزل بين المسارات . لمثل هذه العمليات أدنى اختلال (عدم استقامة أو عدم محاذاة) يمكن أن يجعل هذه العملية غير فعالة . هذا يمكن أن يسبب حفر بعمق غير متساوى فى أرجاء اللوحة ، مما يؤدى إلى سماكات مختلفة للمسارات ، وقد لا تتلائم المكونات مع أماكن تركيبها عند محاولة تجميع المنتج النهائى .

[F.Abdelaziz]

أولا : بناء هيكل الشاسيه (الجسم) الأساسى (القاعدة) :

الرسومات الهندسية :

المواد :
· أجناب القاعدة المعدنية : 4 قطع بطول 18 بوصة ( 18 * 2.54 = 45.72CM) ، بمقطع مجوف واحد بوصة مربعة (2.54CM) .
· العرض الأمامى والخلفى للقاعدة المعدنية : 2 قطعة بطول 10 بوصة (10 * 2.54 = 25.4CM) ، بمقطع واحد بوصة مربعة .
· مسامير أركان الشاسيه : عدد 4 مقاس ربع بوصة بطول 2.5'' .
· صواميل أركان الشاسيه : عدد 4 مقاس ربع بوصة .
· مسامير لتثبيت الدعامة الخلفية
يتكون شاسيه القاعدة من 6 قطع من أنابيب الألمونيوم المربع بمقطع واحد بوصة، والتى تشكل سياج (أطار) شاسيه القاعدة .
هذه القطع يمكن أن يتم "قطعها" و "ثقبها" فى شكل "أزواج" للمساعدة فى "دقة المحاذاة أو الاستقامة " من القضيب rail إلى القضيب ( الذى ينزلق عليهما منضدة المحور X) .

الأمر الأكثر أهمية فى بناء هذه القضبان هو :
· المحاذاة بين الثقوب التى سوف يرتكز عليها أعمدة إنزلاق المحور "X" وعامود القيادة المسنن
والموجودة بالعرض الأمامة والعرض الخلفى للهيكل .
· والثقوب الموجودة فى نهايات أجناب قضبان الهيكل والتى سوف تستخدم فى ربط (باستخدام المسامير والصواميل) الأركان (الزوايا) الأربعة لهيكل الشاسيه معا ومع "الدعامة" العرضية .

بيان طريقة ثقب القضبان 10 بوصة ( العرض الأمامى والعرض الخلفى) معا :

[F.Abdelaziz]

بيان طريقة ثقب القضبان 10 بوصة ( العرض الأمامى والعرض الخلفى) معا :
يتم مسك القضبان معا بإحكام باستخدام زرجينة أو كلابة أو شريط لاصق ، وبعناية ، قس وحدد مكان الثقوب 7/16 من البوصة والخاصة بتركيب القضبان rods ، واثقب من خلال القضبان فى عملية واحدة ، مع العناية الفائقة أن يكون الثقب عموديا . تأكد من أن الثقوب تكون فى نقطة المركز تماما لوجة القضيب . عندما يتم الثقب ، استخدم الفرجار للتأكد من أن المسافة بين الحافة الداخلية للثقب والحافة الخارجية للقضيب تكون مساوية تماما لكلا الثقبين . وهذا سوف يضمن أن منضدة المحور X مستوية .
إفصل القضبان عن بعضهم البعض للتجهيز لتجميع الشاسيه كما هو مبين بالشكل التالى :

بعد القطع والتثقيب ، يتم تجميع هيكل الشاسيه ، وربط القضبان معا من خلال الأركان كما هو مبين بالأشكال أدناه .
لا تنسى الدعامة العرضية والورد الإضافية للمسامير التى لا تمر خلال الدعامة العرضية .
تحقق من أن الهيكل مربع (متعامد) كما ذكر أعلاه . وبمجرد التحقق يتم ربط مسامير الركن بشدة ، وإعادة فحص التعامد ، والانتهاء من ذلك .

ثانيا : قطع وتجهيز أعمدة Rods الانزلاق ومسامير (قلاووظ) Screws القيادة :