التصنيع بمساعدة الحاسوب

الموسوعة الحرة
نموذج CAD وجزء تم تصنيعه باستخدام آلة CNC

التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)، المعروف أيضًا باسم النمذجة بمساعدة الحاسوب أو التشغيل بمساعدة الحاسوب [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]، هو استخدام البرمجيات للتحكم في أدوات الآلات في تصنيع قطع العمل. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] هذا ليس التعريف الوحيد للتصنيع بمساعدة الحاسوب، ولكنه الأكثر شيوعًا. [ 4 ] وقد يشير أيضًا إلى استخدام الحاسوب للمساعدة في جميع عمليات المصنع ، بما في ذلك التخطيط والإدارة والنقل والتخزين. [ 9 ] [ 10 ] هدفه الأساسي هو إنشاء عملية إنتاج أسرع ومكونات وأدوات بأبعاد أكثر دقة وتناسقًا في المواد، مما يسمح في بعض الحالات باستخدام الكمية المطلوبة فقط من المواد الخام (وبالتالي تقليل الهدر)، مع تقليل استهلاك الطاقة في الوقت نفسه. [ 11 ] يُستخدم التصنيع بمساعدة الحاسوب الآن في المدارس والجامعات. التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) هو عملية لاحقة للتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، وأحيانًا للهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE)، حيث يمكن إدخال النموذج المُنشأ في CAD والمُدقّق في CAE إلى برنامج CAM، الذي يتحكم بدوره في آلة التصنيع. يُستخدم CAM في العديد من المدارس جنبًا إلى جنب مع CAD لإنشاء المجسمات.

ملخص

قرص من الكروم والكوبالت مع تيجان لزراعة الأسنان ، مصنّع باستخدام برنامج WorkNC CAM

تقليديًا، كانت تقنية التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM ) أداة برمجة للتحكم العددي (NC)، حيث يتم إنشاء نماذج ثنائية الأبعاد (2D) أو ثلاثية الأبعاد (3D) للمكونات في برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD ). وكما هو الحال مع التقنيات الأخرى "المصممة بمساعدة الحاسوب"، فإن تقنية CAM لا تُغني عن الحاجة إلى متخصصين ذوي مهارات عالية مثل مهندسي التصنيع ، ومبرمجي التحكم العددي، وفنيي التشغيل . تستفيد تقنية CAM من خبرة المتخصصين الأكثر مهارة في مجال التصنيع من خلال أدوات إنتاجية متقدمة، وفي الوقت نفسه تُنمّي مهارات المتخصصين الجدد من خلال أدوات التصور والمحاكاة والتحسين. [ 12 ]

تقوم أداة التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) عادةً بتحويل النموذج إلى لغة تفهمها الآلة المستهدفة، وعادةً ما تكون لغة G-code . ويمكن تطبيق التحكم الرقمي على أدوات التشغيل الآلي، أو مؤخرًا على طابعات ثلاثية الأبعاد.

تاريخ

كانت التطبيقات التجارية المبكرة لتقنية التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) في شركات كبرى في صناعات السيارات والطيران؛ فعلى سبيل المثال، عمل بيير بيزييه على تطوير تطبيق CAD/CAM المسمى UNISURF في ستينيات القرن الماضي لتصميم هياكل السيارات وأدواتها في شركة رينو . [ 13 ] وفي عام 1950، ابتكر ألكسندر هامر في شركة دي لافال لتوربينات البخار تقنيةً لحفر شفرات التوربينات تدريجيًا من كتلة معدنية صلبة باستخدام مثقاب يتم التحكم فيه بواسطة قارئ بطاقات مثقبة. وحصلت شركة بوينغ على آلات التحكم العددي (NC) لأول مرة في عام 1956، والتي صنعتها شركات مثل كيرني وتريكر ، وسترومبرغ-كارلسون، وتومسون رامو وولدريدج . [ 14 ]

تاريخيًا، كان يُنظر إلى برامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) على أنها تعاني من عدة عيوب تتطلب مستوى عالٍ من التدخل من قبل فنيي تشغيل آلات CNC المهرة . كانت برامج CAM تُخرج شفرة برمجية لأقل الآلات قدرة، حيث تُضاف كل وحدة تحكم في آلة التشغيل إلى مجموعة G-code القياسية لزيادة المرونة. في بعض الحالات، مثل إعداد برنامج CAM بشكل غير صحيح أو استخدام أدوات معينة، كانت آلة CNC تتطلب تعديلًا يدويًا قبل أن يعمل البرنامج بشكل صحيح. لم تكن أي من هذه المشكلات عصية على الحل بالنسبة للمهندسين ذوي الخبرة أو مشغلي الآلات المهرة في عمليات النماذج الأولية أو الإنتاج بكميات صغيرة؛ فـ G-code لغة بسيطة. أما في ورش الإنتاج الكبيرة أو عالية الدقة، فتُواجه مجموعة مختلفة من المشكلات حيث يتعين على فني تشغيل آلات CNC ذي الخبرة كتابة البرامج يدويًا وتشغيل برنامج CAM في آن واحد.

يتطلب دمج برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) مع مكونات أخرى في بيئة إدارة دورة حياة المنتج (PLM) لأنظمة CAD/CAM/CAE تبادلًا فعالًا لبيانات CAD . في السابق، كان من الضروري إجبار مُشغّل برنامج CAD على تصدير البيانات بأحد تنسيقات البيانات الشائعة، مثل IGES أو STL أو Parasolid ، المدعومة من قبل مجموعة واسعة من البرامج. أما مخرجات برنامج CAM، فعادةً ما تكون ملفًا نصيًا بسيطًا يحتوي على أوامر G-code/M-code، قد يصل طولها إلى آلاف الأوامر، ثم تُنقل إلى آلة التشغيل باستخدام برنامج التحكم الرقمي المباشر (DNC)، أو في وحدات التحكم الحديثة باستخدام جهاز تخزين USB .

لم تكن برامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)، ولا تزال، قادرة على التفكير المنطقي الذي يتمتع به فنيو التشغيل الآلي. فهي لا تستطيع تحسين مسارات الأدوات بالقدر المطلوب للإنتاج الضخم . يختار المستخدمون نوع الأداة وعملية التشغيل الآلي والمسارات المراد استخدامها. ورغم أن المهندس قد يمتلك معرفة عملية ببرمجة G-code، إلا أن مشاكل التحسين البسيطة والتآكل تتراكم بمرور الوقت. غالبًا ما تُصنع المنتجات التي تتطلب التشغيل الآلي بكميات كبيرة في البداية عن طريق الصب أو أي طريقة أخرى غير آلية. وهذا يُتيح كتابة G-code يدويًا، بشكل مختصر، وبكفاءة عالية، وهو ما لا يمكن إنتاجه في برنامج CAM.

في الولايات المتحدة على الأقل، هناك نقص في عدد الفنيين الشباب المهرة القادرين على العمل في مجالات التصنيع المتقدمة، لا سيما الإنتاج عالي الدقة والإنتاج الضخم. [ 15 ] [ 16 ] ومع ازدياد تعقيد برامج وآلات التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)، تتطور المهارات المطلوبة من الفني أو مشغل الآلة لتقترب من مهارات مبرمج الحاسوب والمهندس، بدلاً من الاستغناء عن فنيي آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) في سوق العمل.

مجالات الاهتمام النموذجية
  • التصنيع عالي السرعة، بما في ذلك تبسيط مسارات الأدوات
  • التصنيع متعدد الوظائف
  • التصنيع بخمسة محاور
  • التعرف على الميزات والتشغيل الآلي
  • أتمتة عمليات التصنيع
  • سهولة الاستخدام

التغلب على أوجه القصور التاريخية

بمرور الوقت، تتلاشى أوجه القصور التاريخية لأنظمة إدارة المحتوى بمساعدة الحاسوب (CAM)، سواء من قِبل مزودي الحلول المتخصصة أو مزودي الحلول المتطورة. ويحدث هذا بشكل أساسي في ثلاثة مجالات:

  1. سهولة الاستخدام
  2. تعقيد التصنيع
  3. التكامل مع إدارة دورة حياة المنتج والمؤسسة الموسعة [ 17 ]
سهولة الاستخدام
بالنسبة للمستخدم الذي بدأ للتو كمستخدم CAM، فإن الإمكانيات الجاهزة التي توفر معالجات العمليات والقوالب والمكتبات ومجموعات أدوات الآلات والتشغيل الآلي القائم على الميزات وواجهات المستخدم القابلة للتخصيص الخاصة بوظائف العمل تبني ثقة المستخدم وتسرع منحنى التعلم.
يتم تعزيز ثقة المستخدم بشكل أكبر من خلال التصور ثلاثي الأبعاد عبر التكامل الوثيق مع بيئة التصميم بمساعدة الحاسوب ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك عمليات المحاكاة والتحسينات لتجنب الأخطاء.
تعقيد التصنيع
تزداد بيئة التصنيع تعقيدًا يومًا بعد يوم. وتتشابه حاجة مهندس التصنيع ومبرمج التحكم العددي وفني التشغيل إلى أدوات التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) وإدارة دورة حياة المنتج (PLM) مع حاجة طيار أنظمة الطائرات الحديثة إلى مساعدة الحاسوب . فلا يمكن استخدام الآلات الحديثة بكفاءة دون هذه المساعدة.
تدعم أنظمة التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) الحديثة مجموعة كاملة من أدوات الآلات، بما في ذلك: الخراطة ، والتصنيع بخمسة محاور ، والقطع بنفث الماء ، والقطع بالليزر / البلازما ، والقطع الكهربائي السلكي . يستطيع مستخدمو أنظمة CAM اليوم إنشاء مسارات أدوات انسيابية بسهولة، وتحسين ميل محاور الأدوات لزيادة معدلات التغذية، وإطالة عمر الأدوات، وتحسين جودة السطح، وتحديد عمق القطع الأمثل. إضافةً إلى برمجة عمليات القطع، يمكن لبرامج CAM الحديثة أيضًا تشغيل عمليات أخرى غير القطع، مثل فحص أدوات الآلات .
التكامل مع نظام إدارة دورة حياة المنتج (PLM) ونظام إدارة دورة حياة المؤسسة الموسع (LM) لدمج التصنيع مع عمليات المؤسسة بدءًا من المفهوم وحتى الدعم الميداني للمنتج النهائي.
لضمان سهولة الاستخدام بما يتناسب مع أهداف المستخدم، تتميز حلول التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) الحديثة بقابلية التوسع من نظام CAM مستقل إلى مجموعة حلول ثلاثية الأبعاد متكاملة بالكامل باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). صُممت هذه الحلول لتلبية جميع احتياجات العاملين في مجال التصنيع، بما في ذلك تخطيط الأجزاء، وتوثيق عمليات الإنتاج، وإدارة الموارد، وإدارة البيانات وتبادلها. ولمنع هذه الحلول من الوصول إلى معلومات تفصيلية خاصة بكل أداة، يتم استخدام نظام إدارة أدوات مخصص.

عملية التشغيل الآلي

تتقدم معظم عمليات التصنيع عبر مراحل عديدة، [ 18 ] يتم تنفيذ كل منها بواسطة مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات الأساسية والمتطورة، اعتمادًا على تصميم الجزء والمواد والبرامج المتاحة.

التشطيب الأولي
تبدأ هذه العملية عادةً بمادة خام، تُعرف باسم البليت ، أو قطعة مصبوبة خشنة، حيث تقوم آلة CNC بتقطيعها تقريبًا إلى شكل النموذج النهائي، متجاهلةً التفاصيل الدقيقة. في عملية التفريز، غالبًا ما تبدو النتيجة كالمدرجات أو الدرجات، لأن العملية تتضمن عدة مراحل على طول القطعة أثناء إزالة المادة. وهذا يُحقق أقصى استفادة من قدرة الآلة على قطع المادة أفقيًا. من الاستراتيجيات الشائعة: التفريز المتعرج، والتفريز غير المتماثل، والتفريز الخشن الغاطس، والتفريز الخشن المتبقي، والتفريز الحلقي (التفريز التكيفي). الهدف في هذه المرحلة هو إزالة أكبر قدر من المادة في أقل وقت ممكن، دون الاهتمام كثيرًا بالدقة البُعدية الإجمالية. عند التفريز الخشن للقطعة، تُترك كمية صغيرة من المادة الزائدة عمدًا لإزالتها في عمليات التشطيب اللاحقة.
تشطيبات جزئية
تبدأ هذه العملية بجزء خشن يُقارب النموذج بشكل غير منتظم، ثم يُقطع ضمن مسافة إزاحة ثابتة من النموذج. يجب أن تترك عملية التشطيب الجزئي كمية صغيرة من المادة (تُسمى التموج) لتمكين الأداة من القطع بدقة، ولكن ليس بكمية قليلة جدًا بحيث تنحرف الأداة والمادة بعيدًا عن أسطح القطع. [ 19 ] من الاستراتيجيات الشائعة: تمريرات المسح ، وتمريرات خط الماء، وتمريرات التداخل المستمر، والطحن الدقيق .
التشطيب
تتضمن عملية التشطيب تمريرات خفيفة متعددة على سطح المادة بخطوات دقيقة لإنتاج القطعة النهائية. عند تشطيب قطعة ما، تكون المسافة بين التمريرات ضئيلة للغاية لمنع انحراف الأداة وارتداد المادة. ولتقليل الحمل الجانبي على الأداة، يتم تقليل تلامسها مع السطح، بينما تُزاد معدلات التغذية وسرعات دوران المغزل عمومًا للحفاظ على سرعة السطح المستهدفة. يُشار غالبًا إلى حمل الرقائق الخفيف عند معدلات تغذية وسرعة دوران عالية باسم التشغيل عالي السرعة، والذي يوفر أوقات تشغيل سريعة مع نتائج عالية الجودة. [ 20 ] ينتج عن هذه التمريرات الخفيفة قطعة دقيقة للغاية، ذات سطح نهائي متجانس وعالي الجودة . بالإضافة إلى تعديل السرعات ومعدلات التغذية، غالبًا ما يمتلك فنيو التشغيل قواطع طرفية خاصة بالتشطيب، لا تُستخدم أبدًا كقواطع طرفية للتشطيب الخشن. ويتم ذلك لحماية القاطع الطرفي من تكوّن الرقائق والعيوب في سطح القطع، والتي قد تترك خطوطًا وبقعًا على القطعة النهائية.
الطحن المحيطي
في تطبيقات الطحن على الأجهزة المزودة بطاولة دوارة و/أو محاور رأس دوارة، يمكن إجراء عملية تشطيب منفصلة تُسمى التشكيل المحيطي. فبدلاً من التدرج في التخفيض التدريجي للحصول على سطح تقريبي، يتم تدوير قطعة العمل أو الأداة لجعل أسطح القطع للأداة مماسية لملامح الجزء المثالي. ينتج عن ذلك سطح نهائي ممتاز بدقة أبعاد عالية. تُستخدم هذه العملية عادةً لتصنيع الأشكال العضوية المعقدة مثل شفرات التوربينات والمراوح، والتي يستحيل تصنيعها باستخدام آلات ثلاثية المحاور فقط نظرًا لمنحنياتها المعقدة وتداخل أشكالها الهندسية. [ 21 ]

البرمجيات: كبار الموردين

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مورمان، دبليو إتش؛ بيندل، أ. (2002). "ترميمات خزفية بالكامل، مصممة ومصنعة بمساعدة الحاسوب في العيادة". عيادات طب الأسنان في أمريكا الشمالية . 46 (2): 405-26 ، viii. doi : 10.1016/S0011-8532(01)00007-6 . PMID 12014040 . 
  2. ↑ "طريقة وجهاز للتصنيع بمساعدة الحاسوب" . 16 سبتمبر 1997.
  3. ↑ يونغ، لونغ تي؛ موي، بيتر ك. (2008). "مضاعفات زراعة الأسنان الجراحية الموجهة بالتصميم/التصنيع بمساعدة الحاسوب (NobelGuide™): تقييم النتائج السريرية المبكرة". طب زراعة الأسنان السريري والبحوث ذات الصلة . 10 (3): 123-127 . doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 . 
  4. 1 2 الكونغرس الأمريكي ، مكتب تقييم التكنولوجيا (1984). أتمتة التصنيع المحوسبة . دار نشر ديان. ص 48. ISBN  978-1-4289-2364-5.
  5. ↑ هوسكينغ، ديان ماري؛ أندرسون، نيل (1992)، التغيير التنظيمي والابتكار ، تايلور وفرانسيس، ص 240، ISBN  978-0-415-06314-2
  6. ↑ داينتيث، جون (2004). قاموس الحوسبة ( الطبعة الخامسة). مطبعة جامعة أكسفورد. ص 102. ISBN   978-0-19-860877-6.
  7. ↑ كريث، فرانك (1998). دليل سي آر سي للهندسة الميكانيكية . مطبعة سي آر سي. ص 15-1. ISBN  978-0-8493-9418-8.
  8. ↑ ماثيوز، كليفورد (2005). كتاب بيانات مهندس الطيران ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 229. ISBN   978-0-7506-5125-7.
  9. ^ بيشلر، فرانز؛ مورينو دياز، روبرتو (1992). نظرية النظم بمساعدة الكمبيوتر . سبرينغر. ص. 602. ردمك  978-3-540-55354-0.
  10. ↑ بوثرويد، جيفري؛ نايت، وينستون أنتوني (2006). أساسيات التشغيل الآلي وأدوات الآلات ( الطبعة الثالثة). مطبعة سي آر سي. ص 401. ISBN   978-1-57444-659-3.
  11. ↑ جامعة غودوين (2023-11-03). "أهمية التصنيع بمساعدة الحاسوب" . جامعة غودوين . تاريخ الاسترجاع: 15 أبريل 2026 .
  12. ↑ جامعة غودوين (2023-11-03). "أهمية التصنيع بمساعدة الحاسوب" . جامعة غودوين . تاريخ الاسترجاع: 2025-08-15 .
  13. ↑ دوكين، تور. "تاريخ التصميم بمساعدة الحاسوب" . مشروع ساغا. مؤرشف من الأصل في 2 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 17 مايو 2012 .
  14. ↑ ساندرز، نورمان. "استخدام أول محتمل لتقنية التصنيع بمساعدة الحاسوب/التصميم بمساعدة الحاسوب" . بوابة هال التابعة لمعهد أبحاث علوم الحاسوب والتحكم الآلي (Inria) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أكتوبر 2023 .
  15. ↑ رايت، جوشوا. "معضلة المهن الماهرة في أمريكا: نقص وشيك مع تقدم الفئة الأكثر طلباً من العمال في السن" . فوربس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أبريل 2023 .
  16. ↑ هاجرتي، جيمس ر. (10 يونيو 2013). "مطلوب موظفون. بكثرة" . صحيفة وول ستريت جورنال . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0099-9660 . تاريخ الاسترجاع: 2 يونيو 2018 . 
  17. ↑ جوبي (2010-01-01). أساسيات الهندسة المدنية . بيرسون للتعليم الهند. ISBN 9788131729885.
  18. ↑ استراتيجيات مسار أدوات التصنيع بمساعدة الحاسوب . كتاب طبخ التحكم الرقمي بالحاسوب. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يناير 2012.
  19. ↑ أغراوال، راجنيش كومار؛ براتيهار، دي كيه؛ روي تشودري، أ. (يونيو 2006). "تحسين تشغيل الأسطح الحرة ذات الشكل المتموج باستخدام خوارزمية جينية". المجلة الدولية لأدوات وآلات التصنيع . 46 ( 7-8 ): 811-819 . doi : 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028 .
  20. ↑ باسكو، رافال (1999). "التصنيع عالي السرعة (HSM) - الطريقة الفعالة للقطع الحديث" (ملف PDF) . ورشة العمل الدولية لأنظمة وتقنيات CA. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 نوفمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 يونيو 2018 .
  21. ^ جوميز، جيفرسون دي أوليفيرا. ألميدا جونيور، أديلسون ريبيرو دي؛ سيلفا، أليكس ساندرو دي أروجو؛ سوزا، جيلهيرم أوليفيرا دي؛ نونيس ، أكسون ماتشادو (سبتمبر 2010). "تقييم السلوك الديناميكي HSC خماسي المحاور عند طحن شفرات TiAl6V4" . مجلة الجمعية البرازيلية للعلوم الميكانيكية والهندسة . 32 (3): 208-217 . دوى : 10.1590 / S1678-58782010000300003 .

للمزيد من القراءة

  • يونغ، لونغ تي؛ موي، بيتر ك. (سبتمبر 2008). "مضاعفات زراعة الأسنان الجراحية الموجهة بالتصميم/التصنيع بمساعدة الحاسوب (NobelGuide™): تقييم النتائج السريرية المبكرة". طب زراعة الأسنان السريري والبحوث ذات الصلة . 10 (3): 123-127 . doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 . 
  • https://patents.google.com/patent/US5933353A/en
  • أمين، إس جي؛ أحمد، إم إتش إم؛ يوسف، إتش إيه (ديسمبر 1995). "التصميم بمساعدة الحاسوب لأبواق صوتية للتصنيع بالموجات فوق الصوتية باستخدام تحليل العناصر المحدودة". مجلة تكنولوجيا معالجة المواد . 55 ( 3-4 ): 254-260 . doi : 10.1016/0924-0136(95)02015-2 .