انغمس في تقنية CNC: ميكانيكا التشغيل & تحليل التكلفة

مقدمة سريعة لتكنولوجيا CNC

CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر) التكنولوجيا هي حجر الزاوية في التصنيع الحديث, تمكين دقيقة, عمليات التشغيل الآلي في مختلف الصناعات.

تعتمد حركات تقنية CNC على X, ي, ومحاور Z. يتم وضع الأداة باستخدام محركات السائر أو المؤازرة,

والذي يعمل بناءً على الحركات بناءً على الكود الذي تم الحصول عليه من النموذج ثلاثي الأبعاد الأصلي للجزء الذي تريد إنشاءه - والذي يسمى G-code.

تصف عناصر التحكم الرقمية مدى سرعة تحريك المغزل (الجزء الدوار الذي يدور حامل الأداة), أي اتجاه للتحرك,

الأداة التي يجب استخدامها (إذا كان الجهاز يستخدم أدوات متعددة ويمكنه التبديل بينها), بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل استخدام المبرد.

كيف تعمل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي？

CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر) تعمل الآلات من خلال ترجمة بيانات التصميم من التصميم بمساعدة الكمبيوتر (كندي) الملفات إلى أوامر مشفرة يفهمها جهاز التحكم في الجهاز.

تقوم هذه الأوامر بتوجيه الأدوات الآلية إلى مكان التحرك ومدى سرعته.

ال التصنيع باستخدام الحاسب الآلي عملية: من CAD إلى أجزاء

تتضمن هذه العملية عدة خطوات:

• تصميم: إنشاء مواصفات الجزء باستخدام برنامج CAD.
• تحويل: تحويل التصميم إلى G-code من خلال CAM (التصنيع بمساعدة الحاسوب) برمجة.
• يثبت: تحضير الآلة, إعداد مسارات الأدوات, وتثبيت قطعة العمل في مكانها.
• بالقطع: تنفيذ كود G المبرمج على المادة.
• مرحلة ما بعد المعالجة: اللمسات النهائية مثل إزالة الأزيز ومعالجة الأسطح.

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أماهTerials

1. المعادن في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

تعد المعادن من أكثر المواد المصنعة شيوعًا نظرًا لقوتها, متانة, ومجموعة من الخصائص. إليك تفاصيل المعادن الأكثر استخدامًا:

الألومنيوم

• ملكيات: خفيف الوزن, مقاومة للتآكل, وسهلة الآلة. إنه يوفر توازنًا جيدًا بين القوة والوزن.
• التطبيقات: مكونات الفضاء الجوي, قطع غيار السيارات, المساكن الإلكترونية, والأجهزة الطبية.
• سبائك شعبية: 6061, 7075, و 2024 الألومنيوم.

الفولاذ المقاوم للصدأ

• ملكيات: مقاومة عالية للتآكل, حرارة, وارتداء, مما يجعلها متينة حتى في البيئات القاسية.
• التطبيقات: معدات تجهيز الأغذية, الأدوات الطبية, حاويات كيميائية, وقطع غيار السيارات.
• الدرجات الشعبية: 304, 316, و 17-4 الرقم الهيدروجيني.

التيتانيوم

• ملكيات: نسبة القوة إلى الوزن استثنائية, مقاومة التآكل, ومقاومة درجات الحرارة العالية.
• التطبيقات: مكونات الفضاء الجوي, يزرع الطبية, وقطع غيار السيارات.
• الدرجات الشعبية: درجة 2 (نقية تجاريا) وTi-6Al-4V (سبيكة).

النحاس

• ملكيات: سهلة الاستخدام مع قوة جيدة ومقاومة للتآكل. يتمتع النحاس أيضًا بموصلية كهربائية ممتازة.
• التطبيقات: المكونات الكهربائية, التجهيزات, والأجزاء الزخرفية.
• سبائك شعبية: C360 (تصنيع النحاس مجانا).

نحاس

• ملكيات: الموصلية الكهربائية والحرارية ممتازة, مما يجعلها مثالية للمكونات الإلكترونية.
• التطبيقات: موصلات كهربائية, بالوعة الحرارة, ومشعات.
• سبائك شعبية: C110 (النحاس النقي) و C182 (النحاس الكروم).

إنكونيل

• ملكيات: سبيكة فائقة معروفة بقدرتها على تحمل درجات الحرارة القصوى ومستويات الضغط العالية دون أن تتشوه أو تتآكل.
• التطبيقات: مكونات الطيران والتوربينات الغازية, التطبيقات البحرية, والمبادلات الحرارية.
• الدرجات الشعبية: إنكونيل 718 و إنكونيل 625.

2. البلاستيك في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

غالبًا ما يتم اختيار المواد البلاستيكية للتصنيع باستخدام الحاسب الآلي عندما تكون خفيفة الوزن, هناك حاجة إلى المقاومة الكيميائية أو العزل الكهربائي. وتشمل المواد البلاستيكية شائعة الاستخدام:

ABS (أكريلونتريل بوتادين ستايرين)

• ملكيات: قوي, قاسٍ, ومقاومة للتأثير. ABS سهل التصنيع ويستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات.
• التطبيقات: مكونات السيارات, المنتجات الاستهلاكية, والمساكن الإلكترونية.

بوم (بولي أوكسي ميثيلين أو أسيتال)

• ملكيات: صلابة عالية, احتكاك منخفض, واستقرار الأبعاد ممتازة.
• التطبيقات: التروس, محامل, والأجزاء الدقيقة التي تتطلب احتكاكًا منخفضًا.

نايلون

• ملكيات: قوة ومرونة عالية مع مقاومة تآكل ممتازة.
• التطبيقات: الأجزاء الميكانيكية مثل التروس, محامل, والبطانات.

نظرة خاطفة (بولي إيثر إيثر كيتون)

• ملكيات: قوة ميكانيكية عالية, المقاومة الكيميائية, والاستقرار الحراري, مما يجعلها واحدة من أكثر المواد البلاستيكية متانة.
• التطبيقات: الفضاء الجوي, طبي, ومكونات السيارات, وكذلك أجزاء العزل الكهربائي.

بتف (بولي تترافلوروإيثيلين أو تفلون)

• ملكيات: احتكاك منخفض, المقاومة الكيميائية, ومقاومة درجات الحرارة العالية.
• التطبيقات: الأختام, الحشيات, والطلاءات غير اللاصقة.

البولي ايثيلين عالي الكثافة (البولي ايثيلين عالي الكثافة)

• ملكيات: متين, خفيفة الوزن, ومقاومة للغاية للتأثير والرطوبة.
• التطبيقات: الدبابات, الأنابيب, وألواح التقطيع.

3. المواد المركبة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

يتم استخدام المواد المركبة بشكل متزايد في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي نظرًا لنسبة القوة إلى الوزن العالية, مقاومة التآكل, والمتانة. وتشمل بعض المواد المركبة الشعبية:

البوليمرات المقواة بألياف الكربون (ألياف الكربون)

• ملكيات: قوي للغاية, خفيفة الوزن, ومقاومة للتآكل. غالبًا ما تُستخدم ألياف الكربون في التطبيقات التي يكون فيها كل من القوة وتقليل الوزن أمرًا بالغ الأهمية.
• التطبيقات: مكونات الفضاء الجوي, المعدات الرياضية, وقطع غيار السيارات.

البوليمرات المقواة بالألياف الزجاجية (GFRP)

• ملكيات: قوة وصلابة عالية مع مقاومة ممتازة للتآكل.
• التطبيقات: شفرات توربينات الرياح, قطع غيار السيارات, ومواد البناء.

4. السيراميك في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

وإن كان أقل شيوعا, يتم استخدام السيراميك لصلابته الاستثنائية, مقاومة الحرارة, ومقاومة التآكل. غالبًا ما يتم اختيار هذه المواد للتطبيقات المتخصصة:

الألومينا (أكسيد الألومنيوم)

• ملكيات: صعبة للغاية ومقاومة للارتداء, حرارة, والتآكل.
• التطبيقات: أدوات القطع, العوازل الكهربائية, والأجهزة الطبية.

زركونيا (ثاني أكسيد الزركونيوم)

• ملكيات: صلابة ممتازة, العزل الحراري, وارتداء المقاومة.
• التطبيقات: زراعة الأسنان, أدوات القطع, والمكونات ذات درجات الحرارة المرتفعة.

كم تكلفة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي?

تتأثر تكاليف التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بمجموعة متنوعة من العوامل, بما في ذلك اختيار المواد, تعقيد التصميم, وقت المعالجة, اختيار أداة الآلة, حجم الإنتاج, تكاليف العمالة, التكاليف غير المباشرة, والخردة وإعادة العمل.

تكاليف المواد

يؤثر نوع المواد وتكلفتها بشكل كبير على نفقات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.

سبائك عالية الأداء, مثل التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ, عادة ما تكون أكثر تكلفة من المواد البلاستيكية أو المعادن الناعمة.

بالإضافة إلى ذلك, تؤثر إمكانية تصنيع المواد على التكاليف, نظرًا لأن المواد الأكثر صعوبة في التصنيع قد تتطلب المزيد من الوقت والموارد.

تعقيد التصميم

يؤثر تعقيد تصميم الأجزاء بشكل مباشر على تكاليف التصنيع. هندسات معقدة, متطلبات التسامح الصارمة,

وقد تتطلب ميزات التصميم الخاصة تقنيات تصنيع متقدمة وأدوات متخصصة, وبالتالي زيادة التكاليف.

وقت التصنيع

وقت التصنيع, والذي يتضمن وقت القطع الفعلي ووقت الإعداد لتغييرات الأداة وتكويناتها, يساهم في التكلفة.

تؤدي أوقات المعالجة الأطول إلى ارتفاع التكاليف. يمكن أن يؤدي تحسين عملية التصنيع وتعزيز كفاءة الإنتاج إلى تقليل التكاليف.

أدوات الآلة

يؤثر اختيار وإدارة الأدوات الآلية بشكل كبير على التكاليف. تكلفة أدوات القطع, عمرهم, ويؤثر تكرار الاستبدال على نفقات التشغيل الإجمالية.

يعد اختيار الأداة المناسبة وصيانتها أمرًا بالغ الأهمية للتحكم في التكلفة.

الحجم وحجم الدفعة

يمكن أن يؤدي الإنتاج بكميات كبيرة إلى خفض تكاليف الوحدة, حيث أن تكاليف الإعداد الثابتة موزعة على أجزاء أكثر.

قد يؤدي إنتاج دفعة صغيرة إلى ارتفاع تكاليف كل جزء بسبب التأثير الأكبر نسبيًا لوقت الإعداد.

تكاليف العمالة

تشكل أجور المشغلين والمهندسين المهرة جزءًا من تكاليف التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. قد تؤدي العمليات كثيفة العمالة أو الأجزاء ذات المتطلبات المعقدة إلى تكبد تكاليف عمالة إضافية.

التكاليف غير المباشرة

التكاليف غير المباشرة المرتبطة بالتصنيع باستخدام الحاسب الآلي, مثل مصاريف المرافق, المرافق, والتكاليف الإدارية, تؤثر أيضا على التكلفة الإجمالية.

الخردة وإعادة العمل

يمكن لعمليات مراقبة الجودة والتفتيش الفعالة أن تقلل من معدلات الخردة وإعادة العمل, مما يؤدي إلى توفير التكاليف.

كيفية تقليل/حفظ تكاليف التصنيع باستخدام الحاسب الآلي？

يتضمن خفض التكاليف في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تحسين الجوانب المختلفة بدءًا من التصميم وحتى التنفيذ.

فيما يلي الاستراتيجيات الأساسية للمساعدة في إدارة تكاليف التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وتقليلها بشكل فعال:

• تحسين التصميم لتقليل التعقيد: خلال مرحلة التصميم, تجنب ميزات مثل الجدران الرقيقة, تجاويف عميقة, وزوايا حادة 90 درجة, والتي يمكن أن تزيد من صعوبة التصنيع والتكاليف.
• حدد المواد المناسبة: اختر المواد بناءً على المتطلبات الوظيفية للجزء, تجنب الإفراط في المواصفات, واختر المواد الأسهل في التصنيع والأقل تكلفة.
• الحد من عمق التجاويف والخيوط: تصميم بعمق تجويف محدود لتقليل وقت المعالجة وتكاليفها. أيضًا, حافظ على أطوال الخيوط في حدها الأدنى لتجنب الحاجة إلى أدوات متخصصة وتكاليف إضافية.
• زيادة سماكة الجدار: يمكن للجدران السميكة تحسين استقرار المعالجة وتقليل التكاليف. للأجزاء المعدنية, الحد الأدنى المقترح لسمك الجدار أكبر من 0.8 مم, وللبلاستيك, إنه أكثر من 1.5 مم.
• استخدم أحجام الأدوات القياسية: تصميم الأجزاء المتوافقة مع أحجام أدوات CNC القياسية لتقليل عمليات تغيير الأدوات ووقت المعالجة.
• تجنب التسامح المفرط: ما لم يكن ذلك ضروريا للغاية, تجنب تحديد التفاوتات الصارمة, والتي يمكن أن تزيد من تعقيد الآلات والتكاليف.
• الاستفادة من إنتاج الدفعة: يمكن لكميات الطلب الأكبر توزيع التكاليف الثابتة على أجزاء أكثر, خفض التكلفة لكل وحدة.
• تقليل التشطيب السطحي: المعالجات السطحية غير الضرورية يمكن أن تزيد من التكلفة, لذلك ينبغي تحديدها بناءً على الاحتياجات الفعلية للجزء.
• الاستثمار في الأتمتة والابتكار التكنولوجي: إن الإنفاق على الأتمتة الآلية وتقنيات CNC الحديثة يمكن أن يعزز الكفاءة, تقليل تكاليف العمالة, وتحسين جودة الإنتاج.
• تحسين معلمات التصنيع: من خلال ضبط المعلمات مثل سرعة القطع, معدل التغذية, وسرعة المغزل, يمكنك الحفاظ على الجودة مع تقليل استهلاك الطاقة والتكاليف.

أنواع ماكينات CNC

CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر) الآلات تأتي في مجموعة متنوعة من الأنواع, تم تصميم كل منها لوظائف محددة في التصنيع. فيما يلي الأنواع الرئيسية:

1. الطحن باستخدام الحاسب الآلي آلات: يستخدم لإزالة المواد من قطعة العمل باستخدام أدوات القطع الدوارة. يمكنهم إنتاج أشكال معقدة وأجزاء عالية الدقة بمحاور متعددة (ما يصل الى 5 محاور).
2. مخارط CNC: متخصصون في إنتاج الأجزاء الأسطوانية عن طريق تدوير قطعة العمل بينما تقوم أداة القطع الثابتة بإزالة المواد. إنها مثالية لصياغة مكونات متناظرة مثل الأعمدة والتجهيزات.
3. قواطع البلازما CNC: استخدم البلازما (غاز مؤين ذو درجة حرارة عالية) لقطع المعادن مثل الفولاذ, الألومنيوم, والنحاس. يتم استخدامها عادةً في محلات التصنيع لقطع الصفائح المعدنية.
4. قواطع الليزر باستخدام الحاسب الآلي: استخدم شعاع الليزر المركز لقطع أو نقش المواد بدقة عالية. إنها مثالية للتصميمات المعقدة وغالبًا ما تستخدم في صناعات مثل الطيران والإلكترونيات.
5. أجهزة التوجيه باستخدام الحاسب الآلي: مصممة للقطع, نحت, ومواد النقش مثل الخشب, البلاستيك, والمعادن الناعمة. وهي تستخدم عادة في الخزائن, صنع التوقيع, والنمذجة المعمارية.
6. المطاحن باستخدام الحاسب الآلي: استخدم العجلات الكاشطة لإنهاء الأسطح أو تحقيق تشطيب جيد. تعتبر هذه الآلات ضرورية لتحقيق أجزاء عالية التحمل في صناعات مثل السيارات والفضاء.
7. آلات التفريغ الكهربائي CNC (موسيقى الرقص الإلكترونية): الاستفادة من التفريغات الكهربائية أو الشرر لتشكيل المعادن عن طريق تآكل المواد من قطعة العمل. إنها مثالية لإنشاء تجاويف أو أشكال معقدة في المواد الصلبة مثل الفولاذ.
8. قواطع CNC المائية: استخدم الماء عالي الضغط (غالبًا ما يتم مزجه مع المواد الكاشطة) لقطع المواد. تستخدم نفاثات الماء لقطع المواد المختلفة, بما في ذلك المعادن, البلاستيك, والحجر, دون توليد الحرارة.

مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مقابل. سي ان سي عادي

لقد أحدثت آلات CNC ثورة في التصنيع, وهناك فئات متميزة مثل مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وآلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي العادية.
بينما يقدم كلاهما الدقة, الأتمتة, والكفاءة, أنها تخدم أغراض ووظائف مختلفة في عملية التصنيع.
دعونا نحلل الاختلافات الرئيسية بين مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وآلة CNC العادية.

1. التعريف والوظيفة

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو مركز متقدم, آلة متعددة الوظائف مصممة لمجموعة متنوعة من العمليات مثل الطحن, حفر, التنصت, ومملة, كل ذلك في إعداد واحد.
  إنها آلية للغاية ومجهزة بمجلة أدوات لتغييرات الأدوات التلقائية, مما يجعلها مثالية للأجزاء المعقدة وعمليات التصنيع متعددة الخطوات.
• ماكينة CNC عادية: يشير عادةً إلى معدات CNC الأساسية مثل مخارط أو مطاحن CNC التي تركز على مهام محددة (على سبيل المثال, تحول, طحن).
  هذه الأجهزة عمومًا محدودة الوظائف, قادرة على تنفيذ عملية واحدة أو عمليتين فقط في وقت واحد, مع عدد أقل من الميزات الآلية.

2. قدرة الأداة وقابلية التغيير

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: يأتي مع أداة تغيير تلقائية (أتك) يسمح بتبديل أدوات متعددة أثناء العمليات دون تدخل يدوي.
  تتيح هذه الميزة للجهاز أداء مجموعة واسعة من المهام في إعداد واحد, تقليل وقت التوقف عن العمل بشكل كبير وزيادة كفاءة الإنتاج.
• ماكينة CNC عادية: تتطلب معظم آلات CNC العادية تغييرات يدوية في الأدوات, وخاصة النماذج المنخفضة.
  في حين أنها توفر الآلات الدقيقة, يحد عدم وجود ATC من تعدد الاستخدامات ويتطلب مشاركة المشغل بشكل متكرر, تباطؤ العمليات متعددة الخطوات.

3. تعقيد الشغل

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: مثالية لقطع العمل المعقدة للغاية والتي تتطلب عمليات تصنيع متعددة.
  يمكن لهذه الآلات التعامل مع الأشكال الهندسية المعقدة, الأسطح الزاوية, والتجاويف العميقة, مما يجعلها ضرورية لصناعات مثل الطيران, السيارات, وتصنيع الأجهزة الطبية.
• ماكينة CNC عادية: مناسب بشكل أفضل للأجزاء والعمليات الأبسط التي لا تتطلب خطوات تصنيع متعددة.
  هذه الآلات فعالة في المهام الأقل تعقيدًا مثل الدوران, طحن بسيط, أو القطع.

4. محاور الحركة

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: يتضمن عادةً قدرات متعددة المحاور, مثل 3 محاور, 4-محور, أو حتى تصنيع 5 محاور.
  وهذا يسمح بحركة أكثر مرونة وديناميكية, تمكين إنتاج الأجزاء المعقدة دون الحاجة إلى تغيير موضع قطعة العمل عدة مرات.
• ماكينة CNC عادية: تعمل بشكل عام على محاور أقل, مثل محورين أو 3 محاور.
  في حين لا تزال دقيقة, تكون هذه الآلات أكثر محدودية عندما يتعلق الأمر بإنشاء أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة أو ميزات متعددة.

5. الأتمتة والكفاءة

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: مؤتمتة للغاية مع الحد الأدنى من مدخلات المشغل, قادرة على تشغيل دورات الإنتاج المستمرة.
  يؤدي تكامل ATC والمحاور المتعددة إلى زيادة كفاءة عمليات التشغيل بشكل كبير.
• ماكينة CNC عادية: يتطلب المزيد من التدخل اليدوي, خاصة عندما يتعلق الأمر بتغييرات الأداة أو التبديل بين عمليات التشغيل الآلي.
  في حين أنها فعالة لمهام محددة, الأتمتة والإنتاجية الإجمالية أقل مقارنة بمراكز التصنيع.

6. التطبيقات

• مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: يستخدم على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب أجزاء معقدة ذات دقة عالية, مثل الفضاء الجوي, السيارات, والتصنيع عالي التقنية.
  توفر القدرة على إجراء عمليات متعددة في إعداد واحد الوقت وتقليل الأخطاء.
• ماكينة CNC عادية: مناسبة للصناعات التي تتطلب أبسط, أجزاء أقل تعقيدا, مثل المكونات الميكانيكية العامة, التجهيزات الأساسية, و مهاوي.
  تعتبر هذه الآلات مناسبة تمامًا لورش العمل الصغيرة أو المهام التي لا يبرر فيها مستوى التعقيد استخدام مركز تصنيع آلي.

العوامل المؤثرة على سعر ماكينة CNC

• تكنولوجيا
• تكاليف المواد
• تكاليف الإنتاج
• إعدادات
• العلامة التجارية وضمان الجودة
• خدمة ما بعد البيع

الدليل الكامل لأسعار ماكينات CNC – في كل نطاق سعري

يمكن أن تختلف تكلفة آلة CNC بشكل كبير, تتراوح من بضع مئات من الدولارات إلى عدة عشرات أو حتى مئات الآلاف من الدولارات.

يتأثر هذا النطاق السعري الكبير بعوامل مختلفة, بما في ذلك نوع آلة CNC, حجمها وصلابتها, قدرات القوة وعزم الدوران, عدد المحاور, وميزات إضافية.

 

ماكينة سي ان سي	سعر
جهاز التوجيه CNC على مستوى الهوايات	$200 - $3000
جهاز التوجيه CNC الاحترافي	$3ك – 10 آلاف دولار
جهاز التوجيه CNC الصناعي	$40ك – 200 ألف دولار
إنتاج جهاز التوجيه باستخدام الحاسب الآلي	$200ك – 400 ألف دولار
مطحنة CNC على مستوى الهوايات	$2ك – 7 ك
مطحنة CNC احترافية	$7ك – 50 ألف دولار
مطحنة صناعية ذات 3 محاور	$60ك – 100 ألف دولار
مطحنة صناعية ذات 5 محاور	$200ك – 500 ألف دولار
مطحنة الإنتاج (مركز التصنيع العمودي)	> $500ك
مخرطة CNC على مستوى الهوايات	$2ك – 12 ألف دولار
مخرطة CNC احترافية ذات محورين	$15ك – 50 ألف دولار
مخرطة CNC الصناعية ذات المحورين	$60ك – 100 ألف دولار
إنتاج مخرطة CNC (مركز التصنيع الأفقي مع 7-13 محاور)	> $500ك