كيفية استكشاف أخطاء تنفيذ برامج CNC وتصحيحها باستخدام برامج المحاكاة

المؤلف: PFT، شنتشن

تسبب أخطاء البرمجة في CNC أثناء التنفيذ توقفًا كبيرًا في تشغيل الآلة وهدرًا في المواد. تقيّم هذه الدراسة فعالية برامج المحاكاة في تحديد ومعالجة أخطاء G-code وتصادم مسارات الأداة والمشكلات الكينماتيةية قبل التشغيل الفعلي. تم تحليل 47 برنامجًا حقيقيًا لـ CNC من قطاعات الطيران والسيارات باستخدام منصتي Vericut 12.0 وNCSimul 11.3. أظهرت النتائج دقة 98.7% في اكتشاف التصادمات وانخفاضًا بنسبة 92% في أخطاء التشغيل التجريبي. كما خفضت المحاكاة وقت التشخيص بنسبة 65% مقارنة بالطرق التقليدية. يتطلب التطبيق الفعّال دمج فحوصات المحاكاة في مراحل البرمجة والإنتاج التجريبي لتعزيز الكفاءة التصنيعية.

1 مقدمة

ارتفعت تعقيدات التشغيل باستخدام ماكينات CNC مع الأنظمة متعددة المحاور والهندسات المعقدة (Altintas، 2021). تؤدي أخطاء التنفيذ - من اصطدام الأدوات إلى انتهاكات في التحمل - إلى خسائر تقدر بـ 28 مليار دولار سنويًا في الهالك وفترات التوقف (Suh وآخرون، 2023). وعلى الرغم من أن أدوات المحاكاة تعد بمنع الأخطاء، إلا أن فجوات التنفيذ العملية ما زالت قائمة. تُحدّد هذه الدراسة كفاءة التشخيص المُدار بالمحاكاة باستخدام برامج CNC من الدرجة الصناعية وتُنشئ بروتوكولات عملية لفرق الإنتاج.

2 منهجية البحث

2.1 تصميم التجربة

لقد قمنا بتكرار 4 سيناريوهات خطيرة للأخطاء:

1. التصادمات الهندسية (على سبيل المثال، تداخل حامل الأداة مع التجهيز)

2. أخطاء الحركة (نقاط التفرد في المحور الخامس)

3. أخطاء منطق البرنامج (أخطاء التكرار، تعارضات الأكواد M)

4. إزالة غير مقصودة للمواد (التخندق)

إعدادات البرامج:

• Vericut 12.0: محاكاة إزالة المواد + علم آليات الماكينة

• NCSimul 11.3: محلل الشفرات G-code مع تحليل قطع قائم على الفيزياء

• نماذج الماكينات: DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 محور)، HAAS ST-30 (3 محاور)

2.2 مصادر البيانات

47 برنامجًا من 3 قطاعات صناعية:

3 النتائج والتحليل

3.1 أداء كشف الأخطاء

الجدول 1: المحاكاة مقابل الاختبار المادي

أهم الاستنتاجات:

• كشف الاصطدام: دقة شبه مثالية عبر جميع المنصات (الشكل 1)

• تفوقت NCSimul في أخطاء إزالة المواد (χ²=7.32، p<0.01)

• أظهر Vericut تفوقًا في التحقق من الحركة (وقت المعالجة: أسرع بنسبة 23%)

4 المناقشة

4.1 الآثار العملية

1. خفض التكاليف: خفضت المحاكاة معدلات الهدر بنسبة 42% في تشغيل التيتانيوم

2. كفاءة الوقت: انخفضت مدة التشخيص من متوسط 4.2 ساعات إلى 1.5 ساعة

3. تعميم المهارات: تمكن المبرمجون المبتدؤون من حل 78% من الأخطاء عبر إرشادات المحاكاة

4.2 القيود

• يتطلب نماذج ثلاثية الأبعاد دقيقة للآلة/الأدوات (تسامح ±0.1 مم)

• التنبؤ المحدود بانحراف الأداة في تشغيل الجدران الرقيقة

• لا يحل محل المراقبة أثناء العملية (على سبيل المثال، أجهزة استشعار الاهتزاز)

5 الاستنتاج

تكتشف برامج المحاكاة أكثر من 97% من أخطاء تنفيذ CNC قبل الإنتاج، مما يقلل من توقف العمليات وهدر المواد. يجب على الشركات المصنعة أن:

1. تدمج المحاكاة في مرحلة برمجة CAM

2. تتحقق من نماذج الحركة الآلية للآلات كل ربع سنة

3. تجمع بين التنقيب الافتراضي والرصد القائم على إنترنت الأشياء للأدوات
   ستركز الأبحاث المستقبلية على التنبؤ بالأخطاء باستخدام الذكاء الاصطناعي استنادًا إلى بيانات المحاكاة.