التاريخ المذهل للمخارط وتطورها الرائع

ما هي المخرطة؟

المخرطة هي أداة ماكينة متعددة الاستخدامات تقوم في المقام الأول بتدوير قطعة عمل حول محور دوران لإجراء عمليات تصنيع مختلفة. وتبقى أداة القطع الرئيسية، وهي عادةً أداة خراطة أحادية النقطة، ثابتة نسبياً أثناء قيامها بتشكيل قطعة العمل الدوارة. وبالإضافة إلى الخراطة، يمكن أن تستوعب المخارط مجموعة واسعة من أدوات القطع والملحقات، بما في ذلك المثاقب، والمثاقب، والصنابير، وقوالب الخيوط، وأدوات التخريش مما يتيح عمليات تصنيع متنوعة.

تستخدم المخارط في الغالب لإنتاج القِطع الأسطوانية بدقة عالية، مثل الأعمدة والمغازل والدبابيس والأكمام. وهي تتفوق في إنشاء الملامح الخارجية والداخلية على الأسطح الدوارة، بما في ذلك الملامح المستقيمة والمدببة والمحددة. نظرًا لتعدد استخداماتها ودورها الأساسي في إنتاج القِطع، غالبًا ما يُشار إلى المخارط باسم "أم أدوات الماكينات" وهي منتشرة في كل مكان في منشآت التصنيع وورش الماكينات ومراكز الإصلاح في مختلف الصناعات.

يعكس تطوّر تكنولوجيا المخرطة، من الإصدارات اليدوية القديمة إلى ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر الحديثة (التحكم العددي بالكمبيوتر)، التطور الأوسع نطاقًا في التصنيع الصناعي. يؤكد هذا التاريخ الثري والتطور المستمر على الأهمية الحاسمة للمخرطة في تشكيل ماضي وحاضر ومستقبل الآلات الدقيقة والإنتاج الصناعي.

النموذج الأولي للمخرطة

ابتكر أجدادنا أول نموذج أولي لأداة الماكينة، وهي المخرطة، منذ ما يقرب من 2000 عام لتسهيل العمل بالأدوات.

خلال القرن الثالث عشر، استمر تطوير الأدوات الآلية وأصبح من الضروري إيجاد طرق بديلة للتشغيل حيث لم يعد تعليقها على شجرة أمراً ممكناً. أدى ذلك إلى ابتكار "المخرطة ذات الدواسة"، والتي استخدمت دواسة القدم لتدوير العمود المرفقي وتحريك الحذافة. وكان هذا بدوره يعمل على تشغيل عمود الدوران مما يؤدي إلى دورانه، وكانت تُعرف أيضًا باسم مخرطة القضيب المرن.

وخلال الفترة نفسها في الصين، نشرت سلالة مينغ الحاكمة كتابًا رائعًا يحمل اسم "تيان غونغ كاي وو"، والذي وثق تقنيات سلالة مينغ والسلالة التي سبقتها، مما يدل على معنى "حكمة القدماء".

وصف الكتاب أيضاً هيكل آلة الطحن، التي استخدمت مبدأً مماثلاً للآلة الأوروبية التي كانت تعمل بالقدم في العصور الوسطى. استخدمت هذه الآلة طريقة الدواسة لتدوير صفيحة معدنية واستخدمت الرمل والماء لتشكيل اليشم.

هيكل آلة الطحن من تيان Gأونج كاي Wu

من تيان Gأونج كاي Wu

وتشبه هذه العملية تقنيات التصنيع الحديثة مثل الثقب، حيث يتم استخدام أداة متخصصة تسمى ستيلارد لإزالة كميات صغيرة من المواد من اليشم الداخلي. ومن اللافت للنظر مستوى المهارة والخبرة التي يمتلكها الحرفيون القدماء.

من تيان Gأونج كاي Wu

ولادة الأدوات الآلية

في عام 1774، ابتكر المخترع البريطاني ويلكنسون أول ماكينة حفر حقيقية في العالم، وهي ماكينة الحفر الأسطوانية.

البرميل ماكينة الحفر التي اخترعها ويلكنسون كانت تستخدم في البداية لصنع الأسلحة النارية. في عام 1775، استخدم ويلكنسون الأسطوانة التي تم ثقبها بواسطة هذه الآلة لبناء نسخة جديدة من أسطوانة واتنر التي كانت تتسرب منها المياه والتي كانت تفي بالمواصفات المطلوبة لمحرك وات البخاري.

ولاستيعاب ثقب الأسطوانات الأكبر حجمًا، قام ببناء آلة ثقب الأسطوانات التي تعمل بعجلة مائية في نفس العام، مما ساهم بشكل كبير في تقدم المحركات البخارية.

شكّلت ماكينة ويلكنسون لتثقيب الأسطوانات، المصممة لتشكيل الأسطوانات الكبيرة، نقطة تحول في تطور أدوات الماكينات. ومنذ ذلك الحين، تم تشغيل أداة الماكينة بواسطة محرك بخاري من خلال استخدام العمود المرفقي. وقد سهّلت المساعدة المتبادلة بين الأداة الآلية والمحرك البخاري تطورهما المتزامن ودشنت حقبة ديناميكية من الثورة الصناعية.

ولادة النموذج الأولي الحديث للمخرطة الحديثة وتعميمها

من المهم ذكر هنري مودسلاي، المخترع البريطاني المعروف باسم "أبو المخرطة". يمثل مودسلاي بالنسبة للمخرطة ما يمثله جيمس وات بالنسبة للمحرك البخاري.

في عام 1797، ابتكر مودسلاي أول مخرطة لقطع الخيوط في العالم، والتي كانت مزودة بمسمار وقضيب مصقول. يمكن لهذه المخرطة الحديثة، المزودة بعمود أدوات منزلق، أن تنتج خيوطاً ذات مسامير مختلفة.

مخرطة مودسلاي 1797

استمر مودسلاي في تحسين المخرطة وفي عام 1800، أدخل تحسينًا كبيرًا من خلال استبدال إطار القضيب الحديدي المثلث بسرير من الحديد الزهر الصلب وعجلة التباطؤ بأزواج تروس قابلة للتبديل.

وقد سمح هذا الأمر بإنتاج خيوط لولبية متفاوتة المسامير دون الحاجة إلى تغيير المسمار. وقد لعب هذا النموذج الأولي للمخرطة الحديثة، والمعروف باسم مخرطة إطار العِدَّة التي صنعت العصر، دورًا حاسمًا في الثورة الصناعية الإنجليزية.

مخرطة مودسلاي 1800

ولكي نكون دقيقين، لم يخترع مودسلاي المخرطة بل أعاد اختراعها استنادًا إلى أعمال أسلافه وأضاف إمكانية القطع الآلي. ومع ذلك، كانت إعادة اختراع مودسلاي هي التي جعلت المخرطة شائعة على نطاق واسع وأدت إلى ظهور المخرطة كما نعرفها اليوم.

التطور السريع لجميع أنواع الأدوات الآلية

في القرن التاسع عشر، ومع نمو الصناعات المختلفة، ازداد الطلب على أنواع مختلفة من أدوات الماكينات. في عام 1817، ابتكر روبرتس المخرطة الجسرية، وفي عام 1818، اخترع ويتني من الولايات المتحدة أول ماكينة تفريز للأغراض العامة في العالم.

مخرطة روبرتس العملاقة

ولتعزيز المكننة والتشغيل الآلي، في عام 1845، ابتكر فيتش من الولايات المتحدة مخرطة البرج. وفي عام 1848، تم إدخال المخارط الدوارة في الولايات المتحدة، وفي عام 1873، طوَّر سبنسر من الولايات المتحدة مخرطة آلية أحادية المغزل. وسرعان ما تبع ذلك اختراع مخرطة أوتوماتيكية ثلاثية المغزل.

وبحلول أوائل القرن العشرين، أصبحت المخارط المزودة بعلب تروس تعمل بمحرك واحد متاحة.

أدوات ماكينات سبنسر

في عام 1900، استخدمت شركة نورتون الأمريكية الصنفرة والكوراندوم لإنتاج عجلة طحن كبيرة وعريضة، بالإضافة إلى مطحنة قوية ومتينة. وكان ذلك بمثابة خطوة كبيرة إلى الأمام في تطوير المطاحن ورفع تكنولوجيا تصنيع الآلات إلى مستوى جديد من الدقة.

كانت الثورة الصناعية فترة من النمو والتطور الهائل. خلال هذا الوقت، كانت الأدوات الآلية تتطور وتتحسن باستمرار لزيادة كفاءة الصناعة والإنتاج. وقد لعب مخترعو هذه الأدوات الآلية دورًا حاسمًا في تشكيل العالم.

مع ظهور فولاذ الأدوات عالي السرعة والاستخدام الواسع النطاق للمحركات الكهربائية، خضعت أدوات الماكينات لترقية أخرى صنعت حقبة، حيث انتقلت من الطاقة البخارية إلى الطاقة الكهربائية. وهذا يدل على التقدم الملحوظ الذي أحرزته البشرية على مدى مئات السنين، حيث انتقلت من الطاقة البشرية إلى الطاقة المائية إلى الطاقة البخارية وأخيرًا إلى الطاقة الكهربائية.

1910، مخرطة بريطانية قديمة 1910

بعد الحرب العالمية الأولى، تسارعت وتيرة تطوير العديد من المخارط الأوتوماتيكية عالية الكفاءة والمخارط المتخصصة بسرعة بسبب متطلبات صناعات الذخائر والسيارات والآلات الأخرى.

في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين، ولتعزيز إنتاجية قطع العمل ذات الدفعات الصغيرة، تم إدخال المخارط المجهزة بأجهزة التنميط الهيدروليكية. وفي الوقت نفسه، تم أيضًا تطوير مخارط متعددة الأدوات.

أداة الماكينة الكهربائية بعد الحرب العالمية الثانية

في منتصف الخمسينيات، تم تطوير المخارط التي يتم التحكم في برمجتها والمزودة ببطاقات مثقوبة وألواح مزلاج وأقراص. بدأ استخدام تكنولوجيا التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب في المخارط في الستينيات، وبحلول السبعينيات، تم دمج المعالجات الدقيقة مباشرةً في ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب، مما أدى إلى زيادة انتشارها وتطورها السريع ماكينة CNC الأدوات، والتي استمرت في التطور حتى يومنا هذا.

في وقت مبكر أدوات ماكينات CNC

تطور المخارط الصينية: من المخارط الحزامية إلى المخارط خماسية المحاور

ولأسباب تاريخية، فاتت الصين الثورات الصناعية الثلاث الأولى. بدأ التطور الحقيقي للمخارط الصينية بعد تأسيس جمهورية الصين الشعبية. في بداية الصين الجديدة، كانت صناعة تصنيع المعدات، بما في ذلك أدوات الماكينات، غير موجودة تقريبًا.

من خلال الجهود الدؤوبة التي بذلها العمال، تم إنتاج أول دفعة من الأدوات الآلية في الصين بنجاح في ظل ظروف صعبة من الفقر ونقص الموارد.

في عام 1949، تم أخيرًا تصنيع أول مخرطة في الصين الجديدة، وهي مخرطة ذات حزام بطول ستة أقدام، في مصنع شنيانغ رقم 1 لأدوات الماكينات.

يقوم العاملون في الصورة بتشغيل مخرطة الحزام

أدى وصول هذه الدفعة من الأدوات الآلية وما تلاها من إنتاج ضخم إلى دعم التصنيع في البلاد بشكل كبير وأدى إلى العديد من روائع الإنتاج اللاحقة.

ورشة التصنيع بمصنع شنيانغ رقم 1 لأدوات الماكينات

خلال فترة "الخطة الخمسية الأولى"، قامت الحكومة بتجديد بعض مصانع إصلاح الآلات وإنشاء مؤسسات جديدة، وحددت 18 مؤسسة إنتاج رئيسية أصبحت تعرف باسم "الثمانية عشر أرهات" في صناعة الأدوات الآلية. وبدعم تقني من الاتحاد السوفيتي، طورت هذه "مصانع أرهات الثمانية عشر" باستمرار أدوات ماكينات جديدة.

على سبيل المثال، بعد أن أنتج مصنع شنيانغ رقم 1 لأدوات الماكينات أول مخرطة في الصين الجديدة في عام 1949، انتقل إلى تطوير أول مخرطة أفقية صينية C620-1 في عام 1955 وبدأ الإنتاج بكميات كبيرة.

وفي نفس العام، بدأ مصنع داليان لأدوات الماكينات في إنتاج ماكينة جديدة، وهي مجرفة عامة، ونجح مصنع شنغهاي لأدوات الماكينات في إنتاج طاحونة أسطوانية جديدة على سبيل التجربة. في عام 1956، أنتج مصنع جائير للماكينات ماكينة تسوية ومكبس احتكاك حلزوني على نطاق واسع (كان المصنع قد طوّر في السابق أول ماكينة تسوية كبيرة في الصين وأول ماكينة تسوية كبيرة مكبس ميكانيكي في عامي 1953 و1955 على التوالي).

في صيف عام 1958، تم أخيرًا تطوير أول ماكينة تفريز بنظام التحكم الرقمي في الصين الجديدة - ماكينة X53K1. وقد تم إنشاؤها بالاشتراك بين جامعة تسينغهوا ومصنع بكين الأول لأدوات الماكينات وكانت أيضًا أول ماكينة بنظام التحكم الرقمي في آسيا.

وُلدت أخيرًا أول ماكينة تفريز بنظام التحكم الرقمي (CNC) الصينية الجديدة-X53K1

مثّل التطوير الناجح لماكينة X53K1 قفزة كبيرة إلى الأمام في تاريخ صناعة الماكينات في الصين وأشار إلى التحول من العمل اليدوي إلى التصنيع الآلي القائم على التكنولوجيا. ومع ذلك، وبسبب الحصار التكنولوجي الأجنبي والقيود المحلية، لم تتقدم تكنولوجيا التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب في الصين بشكل كبير لمدة 30 عامًا تقريبًا.

بعد تطبيق الإصلاحات والانفتاح، شهدت الصين انتعاشًا في تطوير صناعة ماكينات التصنيع بعد تنفيذ الإصلاحات، وأصبحت أنواع ونماذج ماكينات التصنيع متنوعة بشكل متزايد. وحتى الآن، تم تطوير مجموعة كبيرة من المخارط بما في ذلك المخارط العمودية والأفقية ومتعددة المحاور والسيارة بنظام التحكم الرقمي والخراطة ومركب الخراطة والطحن وغيرها.

في عام 2012، طوّرت شركة شنيانغ لأدوات الماكينات Shenyang Machine Tool Company بشكل مستقل وصممت أول "i5 نظام CNC" مع قدرات ذكاء الشبكة وطرحها بنجاح في السوق. وكان هذا إيذانًا بنهاية اعتماد الصين على الواردات لأنظمة ماكينات التحكم الرقمي عالية الجودة.

واليوم، أصبحت الصين أكبر سوق للأدوات الآلية في العالم لثماني سنوات متتالية وهي الدولة الوحيدة في العالم التي تنتج جميع فئات الأدوات الآلية.

أدى التطور المتزايد لمخارط التحكم الرقمي إلى جعلها الاتجاه السائد في الصناعة. ومع ذلك، لا يزال من المتوقع أن تظل المخارط التقليدية موجودة لفترة معينة من الزمن، حيث إنها أكثر فعالية من حيث التكلفة وموفرة للوقت للطلبات صغيرة الحجم.

سيستغرق التحول نحو التحول الذكي لبدائل الماكينات "للسيطرة على العالم" وقتًا طويلاً نسبيًا. ومع ذلك، فإن التخلص التدريجي النهائي من المخارط التقليدية من السوق أمر لا مفر منه.