ما هي آلة قطع البلازما CNC؟
إن قطع البلازما باستخدام الحاسب الآلي هي عملية يتم فيها قطع المواد الموصلة للكهرباء عن طريق نفث متسارع من البلازما الساخنة. وتشمل المواد النموذجية التي يتم قطعها باستخدام شعلة البلازما الفولاذ والألمنيوم والنحاس والنحاس الأصفر، على الرغم من أنه يمكن قطع معادن موصلة أخرى أيضًا. غالبًا ما يتم استخدام قاطع البلازما باستخدام الحاسب الآلي في ورش التصنيع وإصلاح السيارات وترميمها والبناء الصناعي وعمليات الإنقاذ والتخلص من المعادن. ونظرًا للسرعة العالية والدقة في القطع جنبًا إلى جنب مع التكلفة المنخفضة، فإن قاطع البلازما باستخدام الحاسب الآلي يستخدم على نطاق واسع من تطبيقات الحاسب الآلي الصناعية واسعة النطاق إلى ورش الهواة الصغيرة.
تتضمن عملية القطع بالبلازما باستخدام الحاسب الآلي الأساسية إنشاء قناة كهربائية من الغاز المسخن المؤين كهربائيًا أي البلازما من قاطع البلازما باستخدام الحاسب الآلي نفسه، عبر قطعة العمل المراد قطعها، وبالتالي تكوين دائرة كهربائية مكتملة تعود إلى قاطع البلازما باستخدام الحاسب الآلي عبر مشبك تأريض. يتم إنجاز ذلك عن طريق غاز مضغوط (أكسجين، هواء، خامل وغيرها حسب المادة التي يتم قطعها) يتم نفخه عبر فوهة مركزة بسرعة عالية نحو قطعة العمل. ثم يتم تشكيل قوس كهربائي داخل الغاز، بين قطب كهربائي بالقرب من فوهة الغاز أو مدمج فيها وقطعة العمل نفسها. يعمل القوس الكهربائي على تأين بعض الغاز، وبالتالي إنشاء قناة موصلة كهربائيًا من البلازما. مع انتقال الكهرباء من شعلة القاطع عبر هذه البلازما، فإنها توفر حرارة كافية للذوبان عبر قطعة العمل. في نفس الوقت، ينفخ الكثير من البلازما عالية السرعة والغاز المضغوط المعدن المنصهر الساخن بعيدًا، وبالتالي فصل أي قطع عبر قطعة العمل.
منذ قواطع البلازما CNC إنها تنتج "مخروطًا" ساخنًا للغاية وموضعيًا للغاية للقطع به، وهي مفيدة للغاية في قطع الصفائح المعدنية في الأشكال المنحنية أو الزاوية.
تتطلب قواطع البلازما التناظرية ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر، والتي تتطلب عادةً أكثر من 2 كيلو وات، محول تردد رئيسي ثقيل. تقوم قواطع البلازما العاكسة بتصحيح مصدر التيار الرئيسي إلى تيار مستمر، والذي يتم تغذيته إلى عاكس ترانزستور عالي التردد بين 10 كيلو هرتز إلى حوالي 200 كيلو هرتز. تسمح ترددات التبديل الأعلى بمحول أصغر مما يؤدي إلى الحجم الكلي وتقليل w8.
كانت الترانزستورات المستخدمة في البداية عبارة عن ترانزستورات MOSFET، ولكنها تستخدم الآن بشكل متزايد ترانزستورات IGBT. في ترانزستورات MOSFET المتوازية، إذا تم تنشيط أحد الترانزستورات قبل الأوان، فقد يؤدي ذلك إلى فشل متتالي لربع العاكس. اختراع لاحق، ترانزستورات IGBT، ليست عرضة لهذا النمط من الفشل. يمكن العثور على ترانزستورات IGBT بشكل عام في الآلات ذات التيار العالي حيث لا يمكن توصيل ترانزستورات MOSFET كافية بالتوازي.
يشار إلى طوبولوجيا وضع التبديل باسم محول أمامي غير متصل بترانزستور مزدوج. على الرغم من كونها أخف وزنًا وأكثر قوة، إلا أن بعض قواطع البلازما العاكسة، وخاصة تلك التي لا تحتوي على تصحيح معامل القدرة، لا يمكن تشغيلها من مولد (وهذا يعني أن الشركة المصنعة لوحدة العاكس تحظر القيام بذلك؛ فهو صالح فقط للمولدات المحمولة الصغيرة والخفيفة). ومع ذلك، تحتوي الموديلات الأحدث على دوائر داخلية تسمح للوحدات التي لا تحتوي على تصحيح معامل القدرة بالعمل على مولدات طاقة خفيفة.
يقوم بعض مصنعي قواطع البلازما CNC ببناء طاولات قطع CNC، وبعضهم لديهم القاطع مدمجًا في الطاولة. تسمح طاولات CNC لجهاز الكمبيوتر بالتحكم في رأس الشعلة لإنتاج قطع حادة ونظيفة. تتمتع معدات البلازما CNC الحديثة بالقدرة على قطع المواد السميكة متعدد المحاور، مما يتيح فرصًا لدرزات اللحام المعقدة التي لا يمكن تحقيقها بخلاف ذلك. بالنسبة للمواد الأرق، يتم استبدال قطع البلازما CNC تدريجيًا بالقطع بالليزر، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرات القطع بالليزر المتفوقة.
لقد تم استخدام قواطع البلازما ذات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. حيث تقوم البرامج بمعالجة المعلومات الموجودة على مجاري الهواء وإنشاء أنماط مسطحة ليتم قطعها على طاولة القطع بواسطة الشعلة البلازمية. وقد أدت هذه التكنولوجيا إلى زيادة الإنتاجية بشكل هائل داخل الصناعة منذ طرحها في أوائل الثمانينيات.
ما هي استخدامات آلة قطع البلازما CNC؟
تُعدّ قاطعة البلازما أداة شائعة الاستخدام لقطع المعادن في العديد من التطبيقات. وتُعتبر قاطعة البلازما اليدوية أداةً ممتازةً لقطع الصفائح المعدنية، والألواح، والأشرطة، والمسامير، والأنابيب، وغيرها بسرعة. كما تُشكّل مشاعل البلازما اليدوية أداةً رائعةً للتجويف، سواءً لتجويف وصلات اللحام أو إزالة اللحامات المعيبة. تُستخدم قاطعة البلازما اليدوية عادةً لقطع الأشكال الصغيرة من الصفائح، إلا أنه من غير الممكن تحقيق دقة أو جودة حواف كافية في العديد من عمليات تصنيع المعادن. لذلك، تُعدّ قاطعة البلازما CNC ضرورية.
قاطعة البلازما CNC هي آلة تحمل شعلة بلازما، ويمكنها تحريكها في مسار محدد يوجهه جهاز كمبيوتر. يشير مصطلح "CNC" إلى "التحكم العددي بالحاسوب"، مما يعني أن جهاز الكمبيوتر يُستخدم لتوجيه حركة الآلة باستخدام الرموز الرقمية في برنامج معين.
تُستخدم قواطع البلازما ذات التحكم الرقمي أيضًا في العديد من الورش لإنشاء أعمال معدنية زخرفية. على سبيل المثال، اللافتات التجارية والسكنية، والفنون الجدارية، وعلامات العناوين، والفنون الخاصة بالحدائق الخارجية.
قاطع البلازما CNC مقابل قاطع البلازما المحمول باليد
تستخدم قواطع البلازما ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر عادةً نوعًا مختلفًا من نظام البلازما عن تطبيقات القطع اليدوية، وهو نظام مصمم خصيصًا للقطع "الميكانيكي" بدلاً من القطع اليدوي. تستخدم قواطع البلازما ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر شعلة ذات أسطوانة مستقيمة يمكن حملها بواسطة آلة، ولديها نوع من الواجهة التي يمكن التحكم فيها تلقائيًا بواسطة التحكم الرقمي بالكمبيوتر. هناك بعض الآلات ذات المستوى المبتدئ التي يمكنها حمل شعلة مصممة للقطع اليدوي، مثل آلات PlasmaCAM. لكن أي آلة مصممة للتصنيع أو التجهيز الجاد ستستخدم شعلة ميكانيكية ونظام بلازما.
أجزاء قاطع البلازما CNC
إن CNC عبارة عن وحدة تحكم فعلية مصممة لأدوات الآلات، مع لوحة واجهة خاصة ووحدة تحكم مصممة خصيصًا، مثل وحدة التحكم Fanuc أو Allen-Bradley أو Seimens. أو قد تكون بسيطة مثل جهاز كمبيوتر محمول يعمل بنظام Windows يعمل ببرنامج حزمة خاص ويتعامل مع محركات الآلة من خلال منفذ LAN. تستخدم العديد من الآلات المبتدئة، وأجهزة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وحتى بعض الآلات ذات الوحدات الدقيقة، جهاز كمبيوتر محمولًا أو كمبيوتر شخصيًا كوحدة تحكم.
لقطع المكونات من اللوحة، يتم التحكم في حركة الشعلة بواسطة CNC. يصف برنامج المنطقة، في بعض الأحيان مجرد ملف كمبيوتر يحتوي على "رموز M" و "رموز G"، محيط النصف ومرة واحدة لإظهار الشعلة قيد التشغيل وإيقافها. يتم إنشاء برامج المنطقة في بعض الأحيان بواسطة جزء من الحزمة يشار إليه باسم "معالج لاحق"، والذي يمكنه أخذ الرياضيات البحتة من ملف CAD وترجمتها إلى رموز M ورموز G التي يمكن لـ CNC تصفحها.
تحتاج آلة قطع البلازما CNC أيضًا إلى نظام قيادة يتكون من مكبرات قيادة ومحركات ومشفرات وكابلات. سيكون هناك محركان على الأقل، أحدهما للمحور الإحداثي والآخر للمحور الإحداثي. يوجد جهاز إلكتروني للقيادة لكل محرك، يأخذ إشارة منخفضة الطاقة من CNC ويحولها إلى إشارة عالية الطاقة لتحريك المحرك. يشتمل كل محور على آلية تغذية مرتدة، وأحيانًا جهاز تشفير، ينشئ إشارة رقمية تشير إلى الطريقة التي يتم بها أسر المحور. تنقل الكابلات الطاقة من الجهاز الإلكتروني إلى المحرك، وتحمل إشارات الموضع من جهاز التشفير إلى CNC.
تقرأ وحدة التحكم الرقمي (CNC) البرنامج النصفي ثم تُرسل إشارات إلى نظام محرك الماكينة الذي يُحرك الشعلة في الاتجاه المطلوب بالسرعة المُبرمجة. تقرأ وحدة التحكم الرقمي (CNC) بيانات التغذية الراجعة من المُشفّر وتُجري تصحيحات على إشارات المحرك تبعًا لذلك للحفاظ على حركة الشعلة على المسار المُبرمج. تعمل جميع الأنظمة الفيزيائية داخل وحدة التحكم الرقمي (CNC) ونظام المحرك وتتواصل بسرعة فائقة، حيث يتم قياس بيانات الموضع وتغييرها كل بضعة أجزاء من الثانية. هذا يسمح لحركة الماكينة بأن تكون سلسة ودقيقة بما يكفي لتوفير قطع البلازما ذات حواف ناعمة ومستقيمة ومتناسقة، وأبعاد نصفية دقيقة.
يمكن أن يحتوي نظام البلازما CNC على نوع من "نظام الإدخال/الإخراج"، وهو نظام كهربائي يتعامل مع المدخلات والمخرجات. غالبًا ما يكون هذا هو الحال مع قيام CNC بتنشيط البلازما في الوقت المناسب، عن طريق تشغيل الإخراج الذي يغلق مرحلًا، على سبيل المثال. يستخدم CNC المدخلات للإمساك بمجرد بدء قوس البلازما، والاستعداد للتحرك. هذه هي المدخلات والمخرجات الأساسية المطلوبة، ولكن من الواضح أنه غالبًا ما يكون هناك المزيد.
غالبًا ما تكون العديد من الأنظمة الفرعية والخيارات البديلة إضافية، مثل أنظمة إدارة جهد القوس h8، وأنظمة شطبة البلازما، وأنظمة إدارة البلازما المتكاملة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن أساسيات قاطعة البلازما CNC الموضحة في الأعلى ستكون مشتركة بين أي أو كل هذه الآلات، من الأفضل إلى الأكثر تعقيدًا.
في السنوات الأخيرة، كان هناك المزيد من التطوير. تقليديًا، كانت طاولات القطع الخاصة بالآلات أفقية، ولكن الآن أصبحت آلات القطع بالبلازما ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر متوفرة، مما يوفر مساحة أصغر ومرونة متزايدة وسلامة مثالية وتشغيلًا أسرع.
