آلات الورش Machine tool آلات تدار بالقدرة وتُستخدم في تشكيل الفلزات. كما تقوم بثني الفلز وبتره وثقبه وجلخه وطرقه وكشطه وكبسه لتحويله إلى أي شكلٍ مطلوب. وتسمى أيضًا عُدد الآلات. تضم عمليات عدد الآلات الأكثر تقدمًا استخدام قوى مثل الطاقة الكهربائية أوالكيميائية والحرارة والمغنطيسية والطاقة فوق الصوتية.

تؤدي عدد الورش دورًا مهمًا في تصنيع معظم المنتجات الفلزية، ويستخدمها عمال الورش في عمل أجزاء بعض المنتجات، مثل السيارات وأجهزة الراديووالثلاجات وأجهزة التلفاز. وتصنع الكثير من المنتجات الأخرى، مثل الخط والأثاث والمنسوجات، بوساطة الآلات التي صنعتها عدد الآلات.

يوجد نحو500 نوع من عُدد الآلات يقوم بعضها بعملية واحدة، مثل الجلخ أوالثقب، ويقوم بعضها الآخر والمعروف باسم مراكز التشكيل الآلية بتطبيق مهام متعددة. ويتوافر لدى مراكز التشكيل الآلية أجهزة أوتوماتية لتغيير العدة، وقد تستخدم بعضها أكثر من مائة عدة. وتعمل الكثير من عُدد الآلات أوتوماتيًا بنظام يُسمى التحكم الرقمي.

ويمكن حتى تتصل عُدد الورش ببعضها لتكوين نظام تصنيع مرن. وتقوم جميع عُدة من العُدد في نظام التصنيع المرن بعملية شغل مختلفة للفلز. ويُنقَل الفلز الذي يُجرَى شُغله، ويُسمى بترة الشغل، من عدة إلى أخرى بوساطة الروبوت ومعدات أوتوماتية أخرى. ويمكن لنظام تصنيع مرن واحد حتى يصنع أجزاء متنوعة.

وتتوافر عدد الآلات في مدى واسع من الأحجام، ويعتمد اختيار مشغِّل الآلة للحجم، على حجم أكبر بترة شغل يجري شغلها.

نبذه تاريخية

تطورت أساسيات عمليات عدد الآلات من العمليات التي تجاوز استخدامها في إصلاح العدد اليدوية لبتر وتشكيل الخشب. وقد اخترعت أول عدة من عدد الورش الحديثة في عام 1775م على يدي جون ولكنسون، وهومصنع حديد إنجليزي. وقد اخترع ولكنسون آلة تجويف مكنته من حفر ثقوب دقيقة في الفلز. وقد اختُرِعَت في إنجلترا أيضًا في القرن التاسع عشر الميلادي عدد من عدد الورش الآلية هي المكشطة وآلة التسوية وأول مخرطة ناجحة للقلوظة.

وبدأت صناعة عدد الورش في الولايات المتحدة في حوالى عام 1800م. وقد استُخدِمت عدد الورش أساساً لصناعة البنادق والمدافع للقوات المسلحة. وفي عام 1873م طور س. م. سبِنْسَر من الولايات المتحدة مخرطة كاملة ذاتية الحركة. وبدأت عدد الورش في العشرينيات من القرن العشرين ترتبط معًا في سلسلة لاستخدامها في عمليات الإنتاج الواسع، ووصل عدد الورش في الولايات المتحدة أكثر من الضعف أثناء الحرب العالمية الثانية (1939 ـ 1945م).

وقد أدى التطور الذي وقع في صناعة سفن الفضاء والأنواع الأخرى من الطائرات الحديثة منذ منتصف القرن العشرين إلى عمليات تشغيل آلي متقدمة. وقد أسفر استخدام التحكم الرقمي ومراكز التشغيل الآلي والحواسيب والمعالِجات الدقيقة على حمل سرعة وكفاءة الصناعة.

عمليات عدد الورش الأساسية

هناك نوعان رئيسيان من العمليات التي تقوم بها الآلة : 1- إزالة الفلز 2ـ تشكيل الفلز. وتضم العمليات الأساسية في إزالة الفلز بتر أوكشط (محو) جزء من بترة الشغل. وفي عملية تشكيل الفلز، تشكل بترة الشغل بدون إزالة أي جزءٍ منها.

إزالة الفلز

يوجد ستة أنواع أساسية من عمليات إزالة الفلز، هي : 1- الخراطة 2- التثقيب الآلي 3- التفريز 4- النشر 5- التسوية والتشكيل وفتح الثقوب 6- عمليات الكشط.

الخراطة

تستخدم أساسًا لبتر الفلز إلى أشكال مستديرة. وآلات الخراطة هي أكثر عدد الورش استعمالاً. وتصنع آلات الخراطة بتر التروس الغُفل وأعمدة الإدارة والعجلات والكثير من البتر الفلزية الأخرى.

والمخرطة هي آلة الخراطة الأساسية. وتثبت بترة الشغل على محور دوّار، وهجرّب عدّة البتر على جانب بترة الشغل. وتتحرك العدة عكس اتجاه دوران بترة الشغل، فتقشر الفلز حتى تصل بترة الشغل للشكل المطلوب.

والمخرطة البريجية ذات عدة أنواع من عدد البتر وهجرب على ماسك العدة الدوار الذي يسمى البريج. ويمكن لهذه المخرطة حتى تؤدي الكثير من عمليات البتر، الواحدة تلوالأخرى.

وبعض آلات الخراطة ذات عدة محاور دوارة وعُدد بتر تعمل كلها في نفس الوقت. وتقوم هذه الآلات المتعددة المحاور بالكثير من العمليات المتنوعة في نفس الوقت على عدد من بتر الشغل. وتحرِّك الآلة جميع بترة من عدة بتر إلى العدة التالية حتى تتم جميع العمليات.

التثقيب الآلي

يضم الثقب والتجويف وتوسيع الثقوب والقلوظة. وفي عمليات الثقب تقتطع ثقوب دائرية حتى قطر سبعة ونصف سنتيمتر في بترة فلزية. أما الثقوب التي تبتر عن طريق مثقاب حلزوني دوار فإنها قد تكون صغيرة بحيث يصل قطرها إلى واحد من الألف من السنتيمتر.

وفي معظم ورش الآلات تُركِّب المثاقب الحلزونية على آلات ضخمة تسمى الثقابات الضغطية. ويضع عامل الآلة بترة الشغل على منضدة تحت المثقاب، ثم يوطئ المثقاب داخل الفلز. وتتمتع لقمة المثقاب بعدة حواف بتر حادة، ويساعد أخدودان لولبيّان أوأكثر في اللقمة على إزالة قشور الفلز من الثقب.

وفي التجويف، تبتر ثقوب دائرية يزيد قطرها عن سبعة سنتيمترات ونصف. ويُستخدم التجويف أيضًا في توسيع وتشطيب وتنعيم الثقوب التي تم تثقيبها من قبل. ولآلات التجويف عدة بتر ذات حافة بتر واحدة حادة. وفي آلات التجويف الصغيرة، تدور العدة مع بقاء بترة الشغل ثابتة. أما في الآلات الضخمة فتكون العدة ثابته في حين تدور بترة الشغل. وتضم عملية توسيع الثقوب تنعيم الثقب من الداخل. أما القلوظة فتضم لولبة القلاووظ داخل الثقب.

لعمل الثقوب العميقة، يستخدم مشغلوالآلات عمليات خاصة حيث تُدفع عدة ذات حافة واحدة أومتعددة الحواف ومركبة في نهاية قضيب داخل بترة الشغل. وتضم هذه العمليات دوران العدة، أوبترة الشغل، أوكليهما. ويُدفع في أثناء العمليات في الثقب سائل لطرد البرادة الناتجة من بترة الشغل أثناء ثقبها.

التفريز

في هذه العملية تدور عِدّه مستديرة ذات حواف بتر متعددة على بترة الشغل. وتبدوعِدَة البتر في معظم آلات التفريز عجلة ذات أسنان بارزة. وتقوم هذه العدة بعمل أسطح فلزية. ويستخدم مشغلوالآلات عُدد تفريز خاصة لبتر أشكال، مثل الأسطح المشطوفة وأسنان الترس والشقوق. تُصنع بعض آلات التفريز من أجزاء فلزية صغيرة، بحيث يمكن حملها في اليد. وبعض آلات التفريز الأخرى مثل الآلات الخاصة بالتفريز الكنتوري تكون ضخمة لدرجة يمكنها إنتاج قطاعات جناح الطائرة بطول يصل إلى 24م.

النَّشر

عملية التشغيل الآلي لبترة فلزية بعدة بتر ذات أسنان حادة على طول حافة واحدة. ويوجد نوعان من النشر الآلي، النشر البتري والنشر الكنتوري. ويستخدم مشغلوآلات النشر البتري القضبان الفلزية للتقطيع بطول معين. أما النشر الكنتوري فإنه يبتر البتر المسطحة من الفلز إلى الأشكال المطلوبة.

التسوية والتشكيل وفتح الثقوب

تنعم التسوية الأوجه المسطحة للبتر الضخمة من الفلز. ويشبه التنعيم في هذه الحالة تنعيم الخشب بالفارة اليدوية ولكن عدة البتر في هذه الحالة تكون ثابتة ويتحرك الفلز إلى الأمام والخلف تحتها. وفي عملية التشكيل تُسوَّى الأوجه غير المنتظمة وتُبتر فيها الشقوق، وتتحرك عدة البتر إلى الأمام والخلف فوق بترة الشغل الثابتة. وتُغير عملية فتح الثقوب شكل الثقب في البترة الفلزية. عملى سبيل المثال، يتغير شكل الثقوب المستديرة إلى ثقوب مربعة. والمِثقَب قضيب طويل عليه صفوف من الأسنان، وتبتر جميع سنٍ أعمق قليلا ًمن سابقتها. ويُسحب المثقَب أويُدفع خلال الثقب، فتبتر الأسنان الفلز إلى الشكل المطلوب.

وقد حلَّت عملية التفريز بصورة تامة تقريبًا محل التسوية والتشكيل. وتستطيع عدد البتر في آلة التفريز تنعيم الأسطح الفلزية أسرع من آلات التسوية والتشكيل.

عمليات الكشط

تضم عمليات الكشط كلاًّ من التجليخ والصقل وصقل الثقوب. ويُزال الفلز في عملية التجليخ من سطح بترة الشغل بهدف تنعيمه. ولآلة التجليخ عجلة تجليخ تدور بسرعة كبيرة على بترة الشغل. وتصنع هذه العجلة من ورق الصنفرة.

هناك نوعان أساسيان من عمليات التجليخ هما الأسطواني والسطحي. وفي عملية التجليخ الأسطواني تدور بترة الشغل المستديرة على عجلة التجليخ. ويُستخدم نوع من التجليخ الأسطواني يُسمى التجليخ اللامركزي على نطاق واسع في الإنتاج بالجملة. ويتكون التجليخ الأسطواني من عجلتين دوارتين تحتك إحداهما ببترة الشغل وتُديرها في حين تجلخ الأخرى بترة الشغل. وتتحرك بترة الشغل المسطحة في التجليخ السطحي إلى الأمام والخلف على عجلة دوارة. وفي جميع من التجليخ الأسطواني والتجليخ السطحي، تبتر الحواف الحادة لحبيبات المادة الكاشطة المثبتة على عجلة التجليخ رقائق صغيرة من بترة الشغل، منتجة سطحًا ذا نسيج ناعم.

يُستخدم في الصقل عجينة كاشطة أومادة أخرى لإزالة الفلز. وينتج من عملية التجليخ سطح شديد النعومة، عندما يتعين فقط إزالة كمية قليلة من الفلز. وتتكون آلة الصقل من لوح فلزي مغطى بمادة كاشطة. ويضمن الصقل الحد الأقصى من الدقة عند تشطيب الثقوب وصولاً بها إلى الأبعاد الدقيقة. وفي هذه العملية، توضع عجينة كاشطة على أجزاء أسطوانية تسمى الرؤوس حيث تدخل في الثقوب. وتدور الرؤوس أثناء تحركها إلى أعلى وأسفل.

تشكيل الفلز

تضم عمليات تشكيل الفلزات الطرق والضغط والثني والقص. وهناك أربعة أنواع رئيسية من آلات التشكيل : 1- آلات الحدادة 2- المكابس 3 - مكابس الثني 4- المقصات.

آلات الحدادة تشكل الفلز بطرقه وضغطه. وتطرق بعض هذه الآلات الفلز الساخن حتى يتحول إلى أي شكل مطلوب، بينما تضغط آلات أخرى الفلز الساخن في نطقب تحت ضغط هائل. ويتدفق الفلز إلى جميع جزء من النطقب ليأخذ الشكل المراد. وتنتج آلة الطرق أجزاء فلزية شديدة المتانة والتحمل.

المكابس تطبع صفيحة الفلز بشكل معين، ثم تستخدم نطقبًا لضغط هذه البترة، التي تُسمى الغفل، وتحولها إلى الشكل النهائي. وتقوم مكابس التخريم بعمل الثقوب في الصفائح الفلزية.

مكابس الثني تثني صفائح الفلز لعمل منتجات. وتضم المنتجات المشكلة بهذه العملية الأغطية الفلزية وأسقف السيارات وصفحات الكبائن والثلاجات.

المقصات تبتر ألواح الفلز الضخمة، كما تقوم ببتر صفحات الورق. ويقوم مشغلوالآلات بعد ذلك بتشكيل الفلز إلى أجزاء نهائية بالشكل والحجم المطلوبين.

عمليات عدد الورش المتقدمة

تبتر عدد الورش المتقدمة الفلزات شديدة الصلادة إلى أشكال معقدة. وتَستخدم الآلات الطاقة الكهربائية أوالكيميائية، أوالحرارة، أوالمغنطيسية، أوأية أنواع أخرى من القوى. وتستخدم عدد الورش الآلية المتقدمة أساسًا لعمل قوالب الفولاذ الضخمة لصناعة أجزاء السيارات والأجزاء الأخرى. وتضم عمليات عدد الورش المتقدمة: 1- التشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي 2- التشغيل الآلي الكهروكيميائي 3- التشغيل الآلي الكيميائي 4- التشكيل ذوالطاقة العالية.

التشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي

تُستَخدم هذه الطريقة في ثقب الفلزات شديدة الصلادة، بما في ذلك سبائك الفولاذ التي لا يمكن بترها بالطرق التقليدية. وتُنتج هذه الطريقة ثقوبًا ناعمًة ودقيقة، وبعضها ذوأشكال شديدة التعقيد. وهذه الطريقة هي من أكثر طرق التشغيل المتقدم استخدامًا.

تتكون كيفية التشكيل الآلي الكهربائي من قطب كهربائي. ويُصنع القطب الكهربائي في معظم الأحوال من الجرافيت، وهومُوَصِّل للكهرباء، وذودرجة انصهار عالية. ويشكل القطب الكهربائي في صورة الثقب المراد عمله. ويغمر القطب الكهربائي وبترة الشغل في الكتروليت وهوسائل موصل للكهرباء. ويوجه عندئذ تيار كهربائي ليمر بين القطب الكهربائي وبترة الشغل، فيحدث تفريغًا لشرارات كهربائية. ويكون لهذا التفريغ شكل القطب الكهربائي. وبذا تحفر الشرارات ثقبًا بنفس الشكل في بترة الشغل.

التشكيل الآلي الكهروكيميائي

تستخدم الكهرباء لإنتاج تفاعل كيميائي يفتت الفلزات من بترة الشغل. وتندفع الكهرباء في هذه الطريقة من بترة الشغل ذات الشحنة الكهربائية الموجبة إلى عدة بتر ذات شحنة كهربائية سالبة. ويُضَخ محلول الإلكتروليت بين بترة الشغل وعدة البتر، ويوصل التيار الكهربائي بينهما. ويسبب ذلك تفاعلاً كهروكيميائيًا يفتِّت الفلز من بترة الشغل، وتأخذ بترة الشغل المشطبة شكل وجه عدة البتر.

التشغيل الآلي الكيميائي

تغطى بترة الشغل في هذه العملية بقناع ذي مقاومة كيميائية. ويحتوي القناع على ثقوب بنفس شكل الثقوب المراد صنعها في بترة الشغل. ثم تغمس بترة الشغل في محلول كيميائي قوي، يذيب الفلز من أجزاء بترة الشغل التي لم تُغطَّ بالقناع.

التشكيل ذوالطاقة العالية

يقوم هذا الأسلوب على نقل الضغط عبر سائل، وهوفي العادة الماء، لدفع لوح الفلز في انحناءات النطقب. ويُولد الضغط، في معظم الأحوال، بتفجير مادة متفجرة في السائل أوبتفريغ شرارة كهربائية فيه. ويستخدم أسلوب التشكيل بالطاقة العالية بصورة رئيسية لعمل الأجزاء الفلزية الضخمة، ذات الأشكال غير المعتادة، مثل هوائي الرادار الصحني الشكل.

عمليات التشغيل الآلي المتقدمة الأخرى

يوجه مشغلوالآلات، في عملية البتر بالليزر، الشعاع المتولد الرقيق من الضوء المركز المتولد من جهاز يُسمى جهاز الليزر على البترة المشغلة. وعندما يوجه شعاع الليزر على مساحة صغيرة للغاية، ينتج عنها درجات حرارة تزيد عن 5,500°م. ويستخدم مشغلوالآلات أشعة الليزر لعمل تجاويف أوثقوب صغيرة ودقيقة. ويتم ذلك بصهر الفلز وأي مادة أخرى.

وفي عملية التشكيل المغنطيسي يولَّد مجال كهرومغنطيسي عند مرور تيار كهربائي خلال ملف. وعندما يحيط الملف ببترة الشغل، تشكل القوة الكهرومغنطيسية بترة الشغل بدفع الفلز فيه. وإذا وُضِع الملف داخل بترة الشغل فإن هذه القوة تدفع الفلز إلى الخارج.

تستخدم طريقة البتر بنافورة الماء، وهي نافورة رقيقة للغاية من الماء تحت ضغط عالٍ، لبتر الفلزات. ويُخلَط مع الماء المستخدم أحيانًا حبيبات دقيقة من مادة كاشطة لزيادة معدل البتر.

ويستخدم مشغلوالآلات في بتر ورش البلازما تيارًا ساخنًا من غاز مؤيًَّن لعمل ثقوب في الفلزات عالية الصلادة، ويسمى هذا التيار البلازما. وترش البلازما بسرعة عالية من جهاز يُسمى شعلة البلازما على بترة الشغل. وهناك عملية مماثلة تُسمى التشغيل الآلي بشعاع الإلكترون وفيها يتم بتر الثقوب في بترة الشغل عن طريق تيار من الإلكترونات يتحرك بسرعة عالية.

وتوجد عملية أخرى تُسمى التشغيل الآلي فوق الصوتي تستخدم لبتر فلزات عالية الصلادة. وتهتز عدة البتر للقاطع الفوق الصوتي حوالى 20,000 مرة في الثانية. وتغمر بترة الشغل في سائل كاشط، وينحت الاحتكاك المولَّد من العدة المهتزة فوق المادة الكاشطة، الفلز بالشكل المطلوب.

التحكم الرقمي في عدد الورش الآلية

التحكم الرقمي هونظام التشغيل الأوتوماتي لعدد الورش الآلية. تُعطَى التعليمات في بعض النظم بوساطة شريط تحكم. ويحتوي هذا الشريط المصنوع من الورق أوالبلاستيك على تعليمات في صورة شفرة رقمية. وتمثل الأرقام على الشريط على شكل ثقوب أوبقع مغنطيسية. ويغذى الشريط في الآلة التي تحتوي على وحدة تحكّم تقرأ الشفرة. وتولِّد هذه العملية إشارات كهربائية تتوافق مع الشفرة. وتتحكم الإشارات المتولدة في اتجاه وسرعة الآلة أثناء تحركها عبر بترة الشغل.

وقد حلت الحواسيب في بعض أنظمة التشغيل الآلي الأخرى محل أشرطة التحكم. ويوجد في النظام المعروف باسم التحكم الرقمي بالحاسوب عدد من عدد الورش، تُوجَّه كلٌّ منها بالحاسوب الخاص بها. وفي النظام المسمى التحكم الرقمي المباشر، يتحكم حاسوب واحد في أكثر من 100 نوع من عدد الورش في وقت واحد.

وينطوي نظام تشغيل أوتوماتيكي عالي الكفاءة يُسمى التحكم الانضباطي على استخدام المعالج الدقيق، وهوجهاز إلكتروني صغير يؤدي عمل الحاسوب الكبير. وينظم المعالج الدقيق بعض المتغيرات في عملية التشغيل الآلي، مثل سرعة المحور التي تساعد في حمل كفاءة العملية. ويتلقى ـ أيضًا ـ معلومات من أجهزة استشعار تقيس القوة، ودرجة الحرارة، والمتغيرات الأخرى. ويستخدم المعالج الدقيق هذه المعلومات لتشغيل النظام على مستوى مأمون للأداة ولبترة الشغل.

المصادر

الموسوعة المعهدية الكاملة

أنظر أيضا

• Four slide machine
• Tool bit
• Tool wear
• Clanking Replicator
• Multimachine - an open source machine tool
• James Fox (engineer)
• Machinist calculator

مراجع

ببليوگرافيا

الدراسة الأساسية

• Moltrecht, Karl Hans (1981), Machine Shop Practice (2 vols) (2nd ed.), New York: Industrial Press, LCCN 79-091236, ISBN 978-0831111267 .

دراسة متقدمة

• نطقب:Hounshell1984
• Moore, Wayne R. (1970), Foundations of Mechanical Accuracy (1st ed.), Bridgeport, CT, USA: Moore Special Tool Co., LCCN 73-127307 .
• Noble, David F. (1984), Forces of production: a social history of industrial automation, New York: Knopf, LCCN 83-048867, ISBN 978-0-394-51262-4 .
• Roe, Joseph Wickham (1916), English and American Tool Builders, New Haven, Connecticut, USA: Yale University Press, LCCN 16-011753 . Reprinted by McGraw-Hill, New York and London, 1926 (LCCN 27-024075); and by Lindsay Publications, Inc., Bradley, IL, USA (ISBN 978-0-917914-73-7). Also available online via Google Book Search.
• Rolt, L.T.C. (1965), A Short History of Machine Tools, Cambridge, Massachusetts, USA: MIT Press, LCCN 65-12439 . Co-edition published as Rolt, L.T.C. (1965), Tools for the Job: a Short History of Machine Tools, London: B. T. Batsford, LCCN 65-080822 .
• Woodbury, Robert S. (1972), Studies in the History of Machine Tools, Cambridge, Massachusetts, USA, and London, England: MIT Press, LCCN 72-006354, ISBN 978-0-262-73033-4 . Collection of previously published monographs bound as one volume.

وصلات خارجية

• National Institute for Metalworking Skills Standards download page
• U.S. Department of Labor Bureau of Labor Statistics Occupational Outlook Handbook
• American Precision Museum—A museum that preserves historically important machine tools and helps to educate on the history of machine tools