ما سأقوم به في هذا المقال هو شرح كيفية بناء آلة CNC بسيطة، وكلمة بسيطة أنك ستكون بحاجة إلى الأدوات الأساسية فقط لبناء الآلة. والأدوات الاساسية هي: عبارة عن القطع الخشبية (خشب مقصوص Sawn Timber)، ودلائل معدنية انزلاقية (drawer sliders)، وثلاث محركات خطوية نوع NEMA 17، ولوحة تحكم (Driver Controller Board) نوع TB6560، وأداة دريمال تريو Dremel Trio وهي التي ستكون أداة القص أو التفريز في الآلة.

الشكل 1: آلة CNC

لقد بدأت قبل سنة تقريباً بمحاولة بناء آلة CNC، ثم حاولت مع الزمن ببناء آلة بأفضل تصميم. وقد أدى ذلك إلى تعقيد الآلة وزيادة التكلفة. لذا عدتُ إلى الطرق البسيطة التي تنتج آلة بسيطة وقليلة التكلفة. والآلة التي صنعتها هنا تبدو صغيرة بعض الشيء لكن تؤدي إلى نتائج جيدة. والفيديو التالي سيعطيك نظرة عن هذه الآلة: 

العربية
الإنجليزية
الفرنسية

معلومات

لوحة تحكم
Controller board
Carte mere

تستطيع إيجادهم وشرائهم على الرابط التالي:

CNC Driver and stepper motor kit

محركات خطوية
Stepper motors
Moteurs pas a pas

دلائل معدنية بمحامل وبمجاري انزلاقية

Drawer Slide

Glissières de tiroirs

تستطيع إيجادهم على الرابط التالي:
Ball Bearing Full Extension Drawer Slide

حاسوب لتشغيل برنامج Linux EMC2 (والحاسب سيحتاج إلى منفذ تسلسلي)

نسخة كاملة من برنامج Linux EMC2

ستجد البرنامج على الرابط التالي فيما إذا أردت تحميله: Linux EMC2

خشب
Wood
Bois

على الرابط التالي: Wood

قضبان مسننة
Threaded Rods
Tiges filetées

على الرابط التالي: Threaded Rods

صواميل

Nuts

بالنسبة لنا نحتاج إلى صامولة طويلة.

على الرابط التالي: Nuts

محامل

Bearings

Roulements

على الرابط التالي: Bearings

أداة قص وتفريز

 لقد استعمل كاتب المقال أداة دريمال تريو، وهي أداة من مجموعة أدوات تقوم بها شركة تجارية، حيث لها موقع على الإنترنيت، فيما لو أراد أحد شرائها عن طريق الموقع.

بالنسبة لي استعملتُ أداة دريمال تريو Dremel trio

بكرات

Pulleys

Poulies

على الرابط التالي: Pulleys

البوليمورف

Polymorph

هي مادة بلاستيكية بشكل حبيبات تنصهر عند درجات حرارة منخفضة (عادة ما توضع في مياه ساخنة حوالي 60 درجة) وبالتالي تستطيع تشكيلها يدوياً لتأخذ الشكل الذي تريده، وعندما تتجمد تصبح قاسية تماماً، وهي قابلة لإعادة الاستعمال، وسترى كيفية تطبيقها في الآلة.

على الرابط التالي: Polymorph

منشار

 A miter Saw

Une scie à onglets

طبعاً لست مضطراً إلى استعمال هذا المنشار بالذات لكن أي منشار يمكنك من الحصول على أبعاد ودقيقة وسطح ناعم سيفي بالغرض.

أداة لحام مادة لاصقة حرارية

A hot glue gun

Un pistolet à colle chaude

مثقب
Drill
Perceuse

براغي ومفك براغي
Screws and Screw driver
Vis et Tournevis

الشكل 3: القاعدة (الإطار) المربعة التي ستتوضع عليها الطاولة

الشكل 4: أجزاء إطار القاعدة

الشكل 5: القطع الخشبية الأربعة 400 ملم و430 ملم

الشكل 6: المحرك الخطوي الخاص بالمحور X مع الطاولة بعد وضعها على الإطار

كما هو معروف فإن أكثر آلات CNC تتكون من ثلاثة محاور، المحور X، المحور Y، والمحور Z.

والمحور الإحداثي X (ضمن هذا المقال أسماه المؤلف بالمحور A لأسباب قد تتعلق بلوحة التحكم) في هذه الآلة عبارة عن طاولة مربعة الشكل تتوضع على دلائل معدنية انزلاقية على كل جانب، بالإضافة إلى قضيب مسنن يتوضع في الوسط وأسفل الطاولة.

وتستطيع أن تختصر العمل على المحور X بالخطوات التالية:

1.    أولاً ستقوم بقص قطعتين خشبيتين بطول 400 ملم، وقطعتين بطول 430 ملم (الشكل 5).

2.    ستقوم بحفر ثقبين في القطعتين ذوات الطول 400 ملم، الشكل 4، أحد الثقبين سيكون عمقه حتى نصف سماكة القطعة الخشبية كي يتوضع فيه المحمل الأول، والثقب الثاني في القطعة المقابلة سيكون نافذاّ، أيضاً سيتوضع فيه المحمل الثاني ويمر بكلا الثقبين القضيب المسنن. كما هو موضح في الشكل 3.

3.    قم بتركيب المحامل في الثقوب السابقة وثبتها بواسطة المادة اللاصقة الحرارية.

4.    ركب الصامولة الطويلة على القضيب المسنن وركب القضيب داخل المحامل.

5.    الآن ستقوم بتجميع القطع الخشبية الأربعة لتشكيل الإطار السفلي (لقد استخدمتُ براغي بطول 1.5 إنش).

6.    قم بتركيب الدلائل الانزلاقية على القطع الخشبية الطويلة (ذات 430 ملم).

7.    قم بقص الطاولة والتي هي عبارة عن صفيحة خشبية من خشب MDf (خشب رقائقي متوسط الكثافة)، وهي ستلعب دور المحور A، ثم أوصل الطاولة مع الدلائل الانزلاقية.

8.    قم الآن بقص قطعتين خشبيتين صغيرتين والتي ستستخدم لتثبيت الصامولة الطويلة ومنعها من الحركة (الشكل 4). هذه القطع ستركّب على الطاولة من الأسفل. والصامولة ستكون صلة الوصل بين القضيب المسنن والطاولة، فعند تدوير القضيب المسنن ستتحرك الطاولة للإمام والخلف لأنها مثبتة بالصامولة.

9.    حالما تنتهي من الخطوات السابقة، ستقوم بتثبيت المحور A مع القاعدة (المحور Aهو نفسه المحور X، وقد يكون سبب تسمية المحور X بـ A متعلقاً بلوحة التحكم).

10. عند هذه النقطة ستكون قادراً على توصيل المحرك الخطوي، لكن أفضّل أن تنتظر حتى تقوم بتنفيذ جميع المحاور.

الفيديو الموجود على الرابط التالي يشرح لك كيفية بناء المحور A: 

الشكل 7: الدلائل الانزلاقية مركبة على القطعة ذات الطول 500 ملم والقضيب المسنن على القطعتين 400 ملم

الشكل 8: القطع الخشبية المثبتة للصواميل

الشكل 9: ركّب قطع خشبية في زوايا المجموعة لتقويتها

الشكل 10: ركّب قطعتين خشبيتين في أسفل القطع ذات الطول 300 لتدعيمها

أولاً سنحتاج إلى قص بعض القطع الخشبية بالأبعاد التالية:

2 × 400mm - 1 × 500mm - 4 × 300mm

·      القطعتين ذواتا الطول 400 ملم، ستحفر فيهما ثقبين على بعد 100 ملم من القمة من أجل تركيب المحامل (كما هو الحال في المحور A).

·      قم بتركيب الدلائل الانزلاقية على القطعة ذات الطول 500 ملم.

·      بعد ذلك ستقوم بتثبيت القطعتين ذواتا الطول 400 ملم مع القطعة ذات الطول 500 ملم بواسطة البراغي.

·      قم بتثبيت قطعتين ذواتا الطول 300 ملم على أحد جانبي الدلائل الإنزلاقية، والقطعتين الثانيتين على الجانب الآخر.

·      ركّب القضيب المسنن مع صامولتين. ضع القليل من المادة اللاصقة الحرارية على جوانب المحامل لتثبيت القضيب المسنن.

·      قم بقص أربع قطع خشبية بحيث ستركّب فوق وأسفل الصواميل، وتركّب بنفس الوقت على القطع الخشبية ذوات الأطوال 300 ملم والمركّبة أساساً على الدلائل الإنزلاقية. ثم ثبت الصواميل بهذه القطع بواسطة المادة اللاصقة الحرارية (الشكل 8).

·      قم بقص قطعتين خشبيتين إضافيتين لتوصيل القسم السفلي من القطع الخشبية ذات الطول 300 ملم. (الشكل 10). 

مقطع الفيديو الموجود على الرابط التالي يشرح بشكل سريع مكوّنات المحور Y:

الشكل 11: أداة التشغيل دريمال تريو

الشكل 12: القطع الخشبية الإضافية

الشكل 13: القطعتين الخشبيتين الصغيرتين العلوية والسفلية

يتلخص بناء المحور Z بالخطوات التالية:

·      يتم تركيب الدلائل الانزلاقية على القطع الخشبية ذوات الأطوال 300 ملم والتي تم قصها سابقاً للمحور Y.

·      ستحتاج إلى قص قطعة خشبية صغيرة كي توضع بين القطعتين ذواتا الطول 300 ملم في القسم العلوي لتكون قمة المحور Z، ويجب أن تقوم بحفر ثقب نافذ ضمن هذه القطعة. كما هو موضح في الشكل 13.

·      أيضاً ستحتاج إلى قطعة خشبية لكي تضيفها إلى اسفل القطعتين

·      ملم لتكون قاعدة المحور Z، كما ستقوم بحفرها للنصف لكي يتوضع فيها المحمل. موضحة في الشكل 13 ايضاً.

·      الآن قم بإضافة القضيب المسنن خلال الثقبين اللذين قمت بحفرهما واللذان ستركّب محمل في كل واحد منهما، من المهم أن تكون الدلائل الانزلاقية والقضيب المسنن على نفس المستوى.

·     قم بقياس وقص لوح من الخشب الرقائقي متوسط الكثافة MDF من أجل تثبيت أداة التشغيل (دريمال تريو) عليه، بعد تثبيت أداة التشغيل باللوح الخشبي قم بتثبيت اللوح الخشبي بالدلائل الانزلاقية.

·     بالنسبة لي فقد استعملت المادة البلاستيكية بوليمورف في تثبيت أداة التشغيل كما هو موضح في الشكل 11 ولكن لك الحرية في اختيار أي طريقة للتثبيت. (مادة البوليمورف عند بحثك عنها في الإنترنيت ستجد أنها تأتي على شكل حبيبات وعند وضع هذه الحبيبات في مياه دافئة بدرجة حرارة 60 درجة مئوية تذوب وتستطيع تشكيلها باليد، وهذا ما فعله مؤلف المقال).

·      ستحتاج الآن إلى قطعة خشبية لتثبت على الدلائل الانزلاقية في الأعلى (الشكل 12)، كما ستحتاج إلى قطعتين لحصر الصامولة. كما هو موضح في الشكل 12 أيضاً.

·      أوصل المحورين Z وY إلى القاعدة الأساسية، بحيث قد تحتاج إلى بعض القطع الخشبية الأخرى لجعل المحور Y افقي تماماً، والمحور Z شاقولي تماماً.

مقطع الفيديو الموجود على الرابط التالي يوضح كيفية العمل على المحور Z.

الشكل 13: لوحة التحكم ومزود الطاعة

الشكل 14: المحرك الخطوي للمحور X مع البكرات والسير

الشكل 15: المحرك الخطوي الخاص بالمحور Z 

الآن ستقوم بتثبيت المحركات في أماكنها في الآلة، وبالنسبة لي فقد استعملتُ مادة البوليمورف في تثبيت المحركات. كما أنك ستقوم بتركيب البكرات في أماكنها على القضيب المسنن ومحاور المحركات، وقد استعملتُ المادة اللاصقة الحرارية لفعل ذلك. بعد تركيب المحركات ستربط المحركات مع الآلة بواسطة الأسلاك، لكن تأكد أن لا تتعارض توزيع الأسلاك مع الأجزاء المتحركة.

مقطع الفيديو الموجود على الرابط التالي يشرح الأجزاء الإلكترونية:

المحرك الخطوي: نوع من أنواع المحركات الكهربائية، يستعمل في الصناعة الروبوتية، ويدور بزاوية محددة حسب نبضة الطاقة القادمة إليه، تأتي هذه النبضات من مشغل خطوي stepper driver.

إن عدد الدرجات في الخطوة الواحدة للمحرك الخطوي يمكن أن يكون صغيرة إلى 0.72 درجة في الخطوة الواحدة أو كبيراً ويصل إلى 90 درجة في الخطوة. في المحركات العامة التي تستخدم في تطبيقات متعددة الأغراض يتراوح عدد الدرجات في الخطوة بين 15 و30 درجة.

يدور المحرك الخطوي بعكس محرك السيرفو 360 درجة ويمكن جعله يدور بشكل دائم مثل محرك التيار المستمر DC (ولكن سرعة دورانه الأعظمية أقل من سرعة محرك التيار المستمر) تؤمن المحركات الخطوية عزماً كبيراً عند سرعات دوران منخفضة ملما يجعل هذه المحركات مفيدة جداً في التحكم بالموضع بدقة عالية وسرعات منخفضة. تستخدم محركات الخطوة في الطابعات للتحكم بتغذية الطابعة بالورق، كما تستخدم في التيليسكوبات التي تُلاحق النجوم. تستخدم المحركات الخطوية أيضاً في الراسمات (Plotters) وفي تطبيقات أخرى عديدة منها تحديد الموضع أو الدوران إلى موضع باستخدام الحساسات.

هناك نوعين رئيسيين من المحركات الخطوية، معروفة بـ ثنائي القطب bipolar وأحادي القطب unipolar.

وهذان المفهومان يدلان على الجزء الداخلي للمحرك، فكل نوع منهما لديه بطاقة تحكم مختلفة.

ماذا يعني NEMA: يشير هذا الرمز إلى حجم إطار المحرك (كما هي موصوفة في جمعية المنتجين الكهربائية الوطنية الأمريكية US National Electrical Manufacturers Association). وهذا الرمز يصف وجه المحرك وليس طوله، فمثلاً NEMA23 يعني أن أبعاد وجه المحرك هي 2.3 × 2.3 إنش. كما أن الحجم الكبير للمحرك لا يعني أن له عزم أعلى.

ولمزيد من المعلومات عن برمجة المحركات الخطوية يرجى زيارة موقع اصنعها على الرابطين التاليين:

المحركات الخطوية

الشكل 16: برنامج Google SketchUp

الشكل 17: تصدير ملف الرسم بلاحقة DXF ثم تحويلها إلى رموز G-code

فيما يلي سأعرض لكم ما هي البرامج التي ستستعملها مع الآلة حتى تعمل بشكل صحيح:

·      البرامج التي تنتج ملف DXF ورموز الـ G-code تعمل على كافة أنظمة التشغيل ويندوز ولينوكس وماكنتوش.

·      البرنامج المستعمل في تشغيل المحركات الخطوية هو برنامج EMC2، يعمل على نظام لينكس.

·      ستحتاج إلى قراءة الدليل المرفق مع برنامج EMC2، لتعرف كيفية تنصيب البرنامج.

·      برنامج EMC2 يقوم بقراءة رموز الـ G-code والتي تستعمل في التحكم بالآلة. ولإنتاج رموز G-code يجب أن تقوم أولاً برسم ما تريد أن يقوم الآلة بإنتاجه، وهذا يتم على برنامج الرسم الهندسي Google SketchUp أو برنامج الرسم الهندسي AutoCad 123.

·      يجب أن يكون برنامج الرسم الهندسي قادراً على تصدير الملف المرسوم بلاحقة DXF، والإصدارات السابقة من برنامج Google SketchUp لم تكن قادرة على تصدير ملف الرسم بلاحقة DXF أما الإصدارات الجديدة فهي قادرة على ذلك، وبكل الأحوال إن لم يستطيع برنامج Google SketchUp لم يكن قادراً على تصدير الملف بلاحقة DXF فقم بتنصيب البلوغن (شريط أدوات مساعد) الذي يمكّن البرنامج من التصدير بلاحقة DXF وهو على الرابط: plugin

·      بعد أن تنتهي من رسم الشكل المطلوب على برنامج الرسم الهندسي بالأبعاد الصحيحة، قم بتصديرها بلاحقة DXF

·      بعد تصدير الرسمة بلاحقة DXF ستقوم بتحويلها إلى رموز G-code وهذا يتم عن طريق برنامج dxf2gcode الموجود على الرابط التالي: "dxf2gcode"

·      كل ما ستقوم بفعله هو فتح ملف DXF عن طريق برنامج dxf2gcode، ثم تصدير الرسمة كرموز الـ G-code. والملف الناتج تستطيع الآن فتحه في برنامج EMC2.

الشكل 18: آلة CNC جاهزة

بتلك الخطوات السابقة تستطيع أن تقول أن آلة CNC أصبحت جاهزة، ويجب أن تعرف أنه ستواجهك مشاكل عند التشغيل وقد تحتاج إلى بعض التعديلات، ولا أدّعي أن الآلة من النوع الممتاز، لكن حاولتُ الاختصار قدر الإمكان من الأدوات المطلوبة. وهذه الآلة تعتبر خطوة لتصميم آلات أكثر تطوراً. وهي بسيطة جداً كما تلاحظ من خطوات بناءها.