I. مبادئ وعوامل التأثير في الطحن المتسلق والطحن التقليدي في ماكينات الطحن ذات التحكم الرقمي
(أ) مبادئ وتأثيرات الطحن المتسلق ذات الصلة
أثناء عملية تشغيل ماكينة الطحن CNC، تُعد عملية الطحن المتسلق طريقة طحن محددة. عندما يكون اتجاه دوران الجزء الذي يتلامس فيه قاطع الطحن مع قطعة العمل هو نفس اتجاه تغذية قطعة العمل، يُطلق عليه عملية الطحن المتسلق. ترتبط طريقة الطحن هذه ارتباطًا وثيقًا بخصائص الهيكل الميكانيكي لماكينة الطحن، وخاصةً الخلوص بين الصامولة والبرغي. في حالة الطحن المتسلق، نظرًا لأن قوة مكون الطحن الأفقي ستتغير وهناك خلوص بين المسمار والصامولة، سيؤدي ذلك إلى تحرك طاولة العمل والبرغي يسارًا ويمينًا. تُعد هذه الحركة الدورية مشكلة مهمة تواجه عملية الطحن المتسلق، مما يجعل حركة طاولة العمل غير مستقرة للغاية. يكون الضرر الذي يلحق بأداة القطع الناتج عن هذه الحركة غير المستقرة واضحًا ومن السهل التسبب في تلف أسنان أداة القطع.
أثناء عملية تشغيل ماكينة الطحن CNC، تُعد عملية الطحن المتسلق طريقة طحن محددة. عندما يكون اتجاه دوران الجزء الذي يتلامس فيه قاطع الطحن مع قطعة العمل هو نفس اتجاه تغذية قطعة العمل، يُطلق عليه عملية الطحن المتسلق. ترتبط طريقة الطحن هذه ارتباطًا وثيقًا بخصائص الهيكل الميكانيكي لماكينة الطحن، وخاصةً الخلوص بين الصامولة والبرغي. في حالة الطحن المتسلق، نظرًا لأن قوة مكون الطحن الأفقي ستتغير وهناك خلوص بين المسمار والصامولة، سيؤدي ذلك إلى تحرك طاولة العمل والبرغي يسارًا ويمينًا. تُعد هذه الحركة الدورية مشكلة مهمة تواجه عملية الطحن المتسلق، مما يجعل حركة طاولة العمل غير مستقرة للغاية. يكون الضرر الذي يلحق بأداة القطع الناتج عن هذه الحركة غير المستقرة واضحًا ومن السهل التسبب في تلف أسنان أداة القطع.
ومع ذلك، تتميز عملية الطحن المتسلق بمزاياها الفريدة. إذ يوجه اتجاه قوة مكون الطحن الرأسي أثناء الطحن المتسلق نحو ضغط قطعة العمل على طاولة العمل. في هذه الحالة، تكون ظاهرة الانزلاق والاحتكاك بين أسنان أداة القطع والسطح المُشَكَّل صغيرة نسبيًا. وهذا أمر بالغ الأهمية لعملية الطحن. أولًا، يُفيد في تقليل تآكل أسنان أداة القطع، مما يعني إمكانية إطالة عمر خدمة أداة القطع، مما يقلل من تكلفة الطحن. ثانيًا، يمكن لهذا الاحتكاك الصغير نسبيًا أن يُقلل من ظاهرة التصلب الناتج عن العمل، والذي سيزيد من صلابة مادة قطعة العمل، وهو ما لا يُساعد في عمليات الطحن اللاحقة. يساعد تقليل التصلب الناتج عن العمل على ضمان جودة الطحن. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن لعملية الطحن المتسلق أيضًا تقليل خشونة السطح، مما يجعل سطح قطعة العمل المُشَكَّلة أكثر نعومة، وهو أمر مفيد جدًا لطحن قطع العمل ذات المتطلبات العالية لجودة السطح.
تجدر الإشارة إلى أن استخدام الطحن المتسلق له بعض القيود. فعندما يمكن ضبط الخلوص بين برغي وصامولة طاولة العمل إلى أقل من 0.03 مم، تتحقق مزايا الطحن المتسلق بشكل أفضل بفضل التحكم الفعال في مشكلة الحركة. بالإضافة إلى ذلك، يُعد الطحن المتسلق خيارًا أفضل عند طحن قطع العمل الرفيعة والطويلة. تتطلب قطع العمل الرفيعة والطويلة ظروف تشغيل أكثر استقرارًا أثناء عملية التشغيل. تساعد قوة المكون الرأسي للطحن المتسلق على تثبيت قطعة العمل وتقليل مشاكل مثل التشوه أثناء عملية التشغيل.
(ب) مبادئ وتأثيرات الطحن التقليدي ذات الصلة
الطحن التقليدي هو عكس الطحن المتسلق. عندما يختلف اتجاه دوران الجزء الذي تلامس فيه قاطعة الطحن مع قطعة العمل عن اتجاه تغذية قطعة العمل، يُطلق عليه الطحن التقليدي. أثناء الطحن التقليدي، يكون اتجاه قوة مكون الطحن الرأسي هو رفع قطعة العمل، مما يؤدي إلى زيادة مسافة الانزلاق بين أسنان أداة القطع والسطح المُشَكَّل وزيادة الاحتكاك. سيؤدي هذا الاحتكاك الكبير نسبيًا إلى سلسلة من المشاكل، مثل زيادة تآكل أداة القطع وزيادة ظاهرة تصلب السطح المُشَكَّل. سيزيد تصلب السطح المُشَكَّل من صلابة السطح، ويقلل من متانة المادة، وقد يؤثر على دقة وجودة سطح عمليات التصنيع اللاحقة.
الطحن التقليدي هو عكس الطحن المتسلق. عندما يختلف اتجاه دوران الجزء الذي تلامس فيه قاطعة الطحن مع قطعة العمل عن اتجاه تغذية قطعة العمل، يُطلق عليه الطحن التقليدي. أثناء الطحن التقليدي، يكون اتجاه قوة مكون الطحن الرأسي هو رفع قطعة العمل، مما يؤدي إلى زيادة مسافة الانزلاق بين أسنان أداة القطع والسطح المُشَكَّل وزيادة الاحتكاك. سيؤدي هذا الاحتكاك الكبير نسبيًا إلى سلسلة من المشاكل، مثل زيادة تآكل أداة القطع وزيادة ظاهرة تصلب السطح المُشَكَّل. سيزيد تصلب السطح المُشَكَّل من صلابة السطح، ويقلل من متانة المادة، وقد يؤثر على دقة وجودة سطح عمليات التصنيع اللاحقة.
ومع ذلك، فإن الطحن التقليدي له أيضًا مزاياه الخاصة. يكون اتجاه قوة مكون الطحن الأفقي أثناء الطحن التقليدي معاكسًا لاتجاه حركة تغذية قطعة العمل. تساعد هذه الخاصية على تثبيت المسمار والصامولة بإحكام. في هذه الحالة، تكون حركة طاولة العمل مستقرة نسبيًا. عند طحن قطع العمل ذات الصلابة غير المتساوية مثل المسبوكات والمطروقات، حيث قد تكون هناك جلود صلبة على السطح ومواقف معقدة أخرى، يمكن أن يقلل استقرار الطحن التقليدي من تآكل أسنان أداة القطع. لأنه عند تشغيل مثل هذه القطع، تحتاج أداة القطع إلى تحمل قوى قطع كبيرة نسبيًا وظروف قطع معقدة. إذا كانت حركة طاولة العمل غير مستقرة، فستؤدي إلى تفاقم الضرر الذي يلحق بأداة القطع، ويمكن للطحن التقليدي تخفيف هذا الوضع إلى حد ما.
II. تحليل مفصل لخصائص الطحن المتسلق والطحن التقليدي في ماكينات الطحن ذات التحكم الرقمي (CNC)
(أ) تحليل متعمق لخصائص الطحن المتسلق
- التغيرات في سمك القطع وعملية القطع
أثناء الطحن المتسلق، يُظهر سمك القطع لكل سن من أدوات القطع نمطًا يتزايد تدريجيًا من صغير إلى كبير. عندما تلامس سن أداة القطع قطعة العمل، يكون سمك القطع صفرًا. هذا يعني أن سن أداة القطع ينزلق على سطح القطع الذي تركته السن السابقة لأداة القطع في المرحلة الأولية. فقط عندما ينزلق سن أداة القطع مسافة معينة على سطح القطع هذا ويصل سمك القطع إلى قيمة معينة، يبدأ سن أداة القطع في القطع حقًا. تختلف هذه الطريقة لتغيير سمك القطع بشكل كبير عن طريقة الطحن التقليدي. في ظل نفس ظروف القطع، يكون لطريقة البدء الفريدة هذه للقطع تأثير مهم على تآكل أداة القطع. نظرًا لأن سن أداة القطع لديه عملية انزلاق قبل بدء القطع، فإن التأثير على حافة القطع لأداة القطع صغير نسبيًا، وهو أمر مفيد لحماية أداة القطع. - مسار القطع وتآكل الأداة
بالمقارنة مع الطحن التقليدي، يكون المسار الذي تسلكه أسنان أداة القطع على قطعة العمل أثناء الطحن المتسلق أقصر. وذلك لأن طريقة القطع في الطحن المتسلق تجعل مسار التلامس بين أداة القطع وقطعة العمل أكثر مباشرة. في ظل هذه الظروف، وفي ظل نفس ظروف القطع، يكون تآكل أداة القطع عند استخدام الطحن المتسلق صغيرًا نسبيًا. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الطحن المتسلق غير مناسب لجميع قطع العمل. نظرًا لأن أسنان أداة القطع تبدأ في القطع من سطح قطعة العمل في كل مرة، إذا كان هناك جلد صلب على سطح قطعة العمل، مثل بعض قطع العمل بعد الصب أو التشكيل بدون معالجة، فإن الطحن المتسلق غير مناسب. نظرًا لأن صلابة الجلد الصلب عالية نسبيًا، فسيكون لها تأثير كبير نسبيًا على أسنان أداة القطع، وتسريع تآكل أداة القطع، وقد تؤدي حتى إلى إتلاف أداة القطع. - تشوه القطع واستهلاك الطاقة
يتميز متوسط سُمك القطع أثناء عملية الطحن المتسلق بكبر حجمه، مما يجعل تشوه القطع صغيرًا نسبيًا. ويعني هذا التشوه الصغير أن توزيع الإجهاد والانفعال على مادة قطعة العمل أثناء عملية القطع يكون أكثر انتظامًا، مما يقلل من مشاكل التشغيل الناتجة عن تركيز الإجهاد الموضعي. في الوقت نفسه، مقارنةً بالطحن التقليدي، يكون استهلاك الطاقة في عملية الطحن المتسلق أقل. ويعود ذلك إلى أن توزيع قوة القطع بين أداة القطع وقطعة العمل أثناء عملية الطحن المتسلق يكون أكثر منطقية، مما يقلل من خسائر الطاقة غير الضرورية ويحسن كفاءة التشغيل. في بيئات الإنتاج أو التشغيل واسعة النطاق التي تتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة، تكتسب هذه الخاصية أهمية اقتصادية كبيرة.
(ب) تحليل متعمق لخصائص الطحن التقليدي
- استقرار حركة طاولة العمل
أثناء الطحن التقليدي، ونظرًا لأن اتجاه قوة القطع الأفقية التي يمارسها قاطع الطحن على قطعة العمل يكون معاكسًا لاتجاه حركة تغذية قطعة العمل، يمكن للبرغي وصامولة طاولة العمل دائمًا إبقاء أحد جانبي الخيط على اتصال وثيق. تضمن هذه الخاصية الاستقرار النسبي لحركة طاولة العمل. أثناء عملية التصنيع، تُعد الحركة المستقرة لطاولة العمل أحد العوامل الرئيسية التي تضمن دقة التصنيع. بالمقارنة مع الطحن المتسلق، أثناء الطحن المتسلق، نظرًا لأن اتجاه قوة الطحن الأفقي هو نفسه اتجاه حركة تغذية قطعة العمل، عندما تكون القوة التي تمارسها أسنان أداة القطع على قطعة العمل كبيرة نسبيًا، بسبب وجود الخلوص بين المسمار وصامولة طاولة العمل، ستتحرك طاولة العمل لأعلى ولأسفل. لا تؤدي هذه الحركة إلى تعطيل استقرار عملية القطع فحسب، بل تؤثر على جودة تصنيع قطعة العمل، وقد تؤدي أيضًا إلى إتلاف أداة القطع بشكل خطير. لذلك، في بعض سيناريوهات التشغيل ذات المتطلبات العالية لدقة التشغيل والمتطلبات الصارمة لحماية الأدوات، فإن ميزة الاستقرار التي تتمتع بها عملية الطحن التقليدية تجعلها خيارًا أكثر ملاءمة. - جودة السطح المُشَغَّل
أثناء الطحن التقليدي، يكون الاحتكاك بين أسنان أداة القطع وقطعة العمل كبيرًا نسبيًا، وهي سمة بارزة للطحن التقليدي. سيؤدي الاحتكاك الكبير نسبيًا إلى زيادة حدة ظاهرة تصلب السطح المُشَكَّل. سيزيد تصلب السطح المُشَكَّل من صلابته، ويقلل من متانة المادة، وقد يؤثر على دقة وجودة سطح عمليات التصنيع اللاحقة. على سبيل المثال، في بعض عمليات تصنيع قطع العمل التي تتطلب طحنًا لاحقًا أو تجميعًا عالي الدقة، قد يتطلب السطح الصلب البارد بعد الطحن التقليدي عمليات معالجة إضافية لإزالة الطبقة الصلبة الباردة لتلبية متطلبات التصنيع. ومع ذلك، في بعض الحالات الخاصة، مثل وجود متطلب معين لصلابة سطح قطعة العمل أو عدم حساسية عملية التصنيع اللاحقة للطبقة الصلبة الباردة السطحية، يمكن أيضًا الاستفادة من سمة الطحن التقليدي هذه.
ثالثًا. استراتيجيات اختيار الطحن المتسلق والطحن التقليدي في التشغيل الفعلي
في عمليات تشغيل ماكينات الطحن CNC، يتطلب اختيار الطحن المتسلق أو الطحن التقليدي مراعاة عدة عوامل شاملة. أولًا، يجب مراعاة خصائص مادة قطعة العمل. إذا كانت صلابة مادة قطعة العمل عالية نسبيًا وسطحها خشنًا، مثل بعض المسبوكات والمطروقات، فقد يكون الطحن التقليدي خيارًا أفضل لأنه يقلل من تآكل أداة القطع إلى حد ما ويضمن استقرار عملية التشغيل. ومع ذلك، إذا كانت صلابة مادة قطعة العمل موحدة ومتطلبات جودة السطح عالية، كما هو الحال في تشغيل بعض الأجزاء الميكانيكية الدقيقة، فإن الطحن المتسلق يتميز بمزايا إضافية، حيث يمكنه تقليل خشونة السطح بشكل فعال وتحسين جودته.
في عمليات تشغيل ماكينات الطحن CNC، يتطلب اختيار الطحن المتسلق أو الطحن التقليدي مراعاة عدة عوامل شاملة. أولًا، يجب مراعاة خصائص مادة قطعة العمل. إذا كانت صلابة مادة قطعة العمل عالية نسبيًا وسطحها خشنًا، مثل بعض المسبوكات والمطروقات، فقد يكون الطحن التقليدي خيارًا أفضل لأنه يقلل من تآكل أداة القطع إلى حد ما ويضمن استقرار عملية التشغيل. ومع ذلك، إذا كانت صلابة مادة قطعة العمل موحدة ومتطلبات جودة السطح عالية، كما هو الحال في تشغيل بعض الأجزاء الميكانيكية الدقيقة، فإن الطحن المتسلق يتميز بمزايا إضافية، حيث يمكنه تقليل خشونة السطح بشكل فعال وتحسين جودته.
شكل وحجم قطعة العمل من الاعتبارات المهمة أيضًا. بالنسبة لقطع العمل الرفيعة والطويلة، تساعد عملية الطحن المتسلق على تقليل تشوه قطعة العمل أثناء عملية التشغيل، لأن القوة الرأسية المكونة لعملية الطحن المتسلق تضغط قطعة العمل بشكل أفضل على طاولة العمل. بالنسبة لبعض قطع العمل ذات الأشكال المعقدة والأحجام الكبيرة، من الضروري مراعاة ثبات حركة طاولة العمل وتآكل أداة القطع بشكل شامل. إذا كانت متطلبات ثبات حركة طاولة العمل أثناء عملية التشغيل عالية نسبيًا، فقد يكون الطحن التقليدي خيارًا أكثر ملاءمة؛ إذا تم إيلاء المزيد من الاهتمام لتقليل تآكل أداة القطع وتحسين كفاءة التشغيل، وفي ظل ظروف تلبي متطلبات التشغيل، يمكن النظر في عملية الطحن المتسلق.
بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الأداء الميكانيكي لآلة الطحن نفسها على اختيار الطحن المتسلق والطحن التقليدي. إذا أمكن ضبط الخلوص بين المسمار والصامولة في آلة الطحن بدقة إلى قيمة صغيرة نسبيًا، مثل أقل من 0.03 مم، فيمكن عندئذٍ تحقيق مزايا الطحن المتسلق بشكل أفضل. ومع ذلك، إذا كانت الدقة الميكانيكية لآلة الطحن محدودة ولا يمكن التحكم في مشكلة الخلوص بفعالية، فقد يكون الطحن التقليدي خيارًا أكثر أمانًا لتجنب مشاكل جودة التشغيل وتلف الأدوات الناتجة عن حركة طاولة العمل. باختصار، في تشغيل آلة الطحن CNC، يجب اختيار طريقة الطحن المناسبة للطحن المتسلق أو الطحن التقليدي بشكل معقول وفقًا لمتطلبات التشغيل المحددة وظروف المعدات لتحقيق أفضل تأثير تشغيل.