انواع ماشین های فرز
هدف اصلی ما در این مقاله بررسی مزایا و معایب فرآیند ماشین فرز می باشد. ماشین های عمومی فرز به سه گونه افقی، عمودی، یونیورسال دسته بندی می‌شوند. با توجه به ماشین های فرز عمومی، به جهت عملکرد های ویژه، الگوهای مختلفی از دستگاه‌های فرز تولید شده است که ماشین فرز مخصوص گفته می شود. هر ساله الگوهای مختلفی از این دستگاه ها ارائه می شوند که مواردی از این نمونه ها را مورد تحقیق قرار داده ایم.
- ماشین فرز دروازه ای: ماشین فرز دروازه ای اکثراً در تولیدهای صنعتی و سری تراشی استفاده می شود. عملکرد خاص این دستگاه های فرزکاری قطعه های بزرگ است و روی سطح های گوناگون توان کارکرد همزمان مراحل ماشینکاری را دارد. قطعه کار بر روی میز اصلی ثابت شده و در زمان حرکت از دروازه سطح های بالایی یا طرفین آن به وسیله تیغه های فرز ماشینکاری می شوند. با توجه به مدل دستگاه میز یا کلگی امکان چرخش دارند و در برخی از گونه های به خصوصی قابلیت فارسی بر کردن اطلاعات نیز وجود دارد.
- ماشین فرزهای کپی تراش: در ماشین های فرزهای کپی تراش قطعه‌ای به جهت نمونه در نظر گرفته می شود و با کمک مکانیزم های متفاوت حرکت تیغه فرز تنظیم شده و قطعه کار را مطابق قطعه الگو ماشین کاری میکند. لازم است قطعه الگو با بیشترین دقت تولید شود.
به وسیله ای که اشکال قطعه الگو را نظارت میکند کاوشگر یا Probe گفته میشود که با مکانیزم های مکانیکی ،هیدرولیکی، الکتریکی یا اپتیک، ابزار براده برداری را هدایت می کند.
دستگاه های کپی تراش قادرند به جهت الگوبرداری های دو بعدی سه بعدی و یا هر دوی آنها طراحی شده باشند مثلاً پروژه پولک زنی (برش حول یک قطعه برای نیل بظاهر پایانی) یک نمونه برداری دو بعدی شمرده می شود و نمونه برداری سه بعدی قادر است همانند سازی کامل یک قطعه کار باشد.
ابزارهای برش در دستگاه های فرز
این تیغه ها از نظر ماهیت ظاهر و جنس، گونه های مختلفی دارند که در این قسمت به بررسی آن می پردازیم.
ماشینهای فرز از پرکاربردترین وسایلی هستند که در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. دلیل رایج بودن این ماشین این است که اجرای طیف وسیعی از فرایندهای ماشینکاری است. به طور معمول صورت دادن فرآیندهایی مانند شیار تراشی یا چرخ دنده زنی وسایلی متفاوت با روتراشی یا رزوه زنی لازم دارد. ماشینهای فرز انواع متعددی از ابزارها و عملکردهای متفاوتی دارند.
- تیغه فرزهای غلتکی: این نوع تیغه های فرز را میتوان در فرزهای افقی استفاده کرد. (به وسیله میله فرز گیره دو جانبی) و برای ماشینکاری سطحهای تخت مورد استفاده قرار میگیرد. لبه های برشی در پیرامون این وسیله قرار گرفته است و قادرند به شکل ساده، موازی با محور دوران یا پیچ در پیچ باشند. اکثر تیغه های فرزهای غلتکی از دندانه های مارپیچی استفاده می کنند. زیرا در این حالت نفوذ ابزار به قطعه کار آهسته تر بوده و ضربه کمتری وارد میشود. همچنین دندانه‌های مارپیچ قادرند با هدایت براده کیفیت ماشین کاری را بهتر کنند. تیغه های فرزهای غلتکی به جهت فرز کاری سطح های تخت و فرایندهای روتراشی و پرداخت مورد استفاده قرار میگیرند. لبه های مارپیچی قادرند به طرف چپ یا راست باشند و زاویه ای که نسبت به محور عمودی به وجود می آورند برای تیغه های دنده کوچک حدود ۲۰ الی ۵۰ درجه و برای تیغه های دنده بزرگتر ۵۰ تا ۵۵ درجه می باشد.
- تیغه فرزهای غلتکی پیشانی تراش: این تیغه ها معمولاً به عنوان ماشینکاری سطح های صاف و پله ها در ماشینهای فرز عمودی استفاده می شود. این ابزارها تیغه های پیشانی تراش نیز نامیده می‌شوند که ظاهری مخلوطی دارند و با توجه به لبه های برنده قرارگرفته در محیط خود (مانند تیغه های فرز غلتکی) ساده در سطح پایینی نیز حاوی لبه های برنده هستند. لبه هایی که در پیشانی ابزار قرار دارند باعث میشود این ابزار قسمت های صاف افزونتری در مقایسه با ابزارهایی با لبه های محیطی داشته باشند.
انواع تیغه های فرز
- تیغه های فرز انگشتی: از تیغه های پرطرفدار و گوناگون ابزارهای مورد استفاده در دستگاه های فرز عمودی هستند. تیغه هایی با قطر کم و شکلی همانند مته که قادرند هم در محیط و هم در پیشانی خود لبه های برشی ساده یا مارپیچ داشته باشند. ظریف بودن این ابزار آن را انتخابی بهینه برای فرآیند هایی مثل شیار تراشی، چرخند تراشی، پله تراشی، پیشانی تراشی و … میباشد.
از جهتی هم سایز کوچک این تیغه یکی از عوامل مهم در پایین آوردن مبالغ تولید این ابزار شمرده میشود و موجب تناسب با گونه های مختلف فرایندهای ماشینکاری، جنس های مختلف قطعات و روش های مختلف نگهداری ابزار (غلاف ها) تیغه های مناسبی ارائه شوند. به همین دلیل تیغه‌های فرز انگشتی برای تطبیق دادن با غلاف ها و رابط های مختلف قادرند دنباله های استوانه ای یا مخروطی داشته باشند. - تیغه فرز پولکی یا دیسکی: این نوع تیغه در فرزهای افقی و به جهت به وجود آوردن برش روی قطعات، شیار تراشی، لبه تراشی و… مورد استفاده قرار میگیرند. به جهت به وجود آوردن شیارهای عمیق یا برشکاری قطعات کلفت باید تیغه های برشی طول بیشتری داشته باشند. به همین خاطر تناسب میان قطر به ضخامت این ابزار بیشتر است. برای پایین آوردن مبالغ تیغه فرزهای پولکی با اندازه های بزرگ به شکل دو قسمتی تولید می‌شوند به این شکل که بدنه وسیله از فولاد معمولی و لبه های برشی از فولاد تندبر تولید شده و به هم اتصال پیدا کرده اند.
برای به وجود آوردن شیارهای بزرگ، از تیغه فرزهایی استفاده میشود که هم در دو سمت و هم در روی لبه های جلویی برنده داشته باشند. این در شرایطی است که به جهت برشکاری یا به وجود آوردن شیارهای کوچک ابزار فقط در دو جهت خود لبه‌های برنده دارد و به دلیل ضخامت کمی که دارد دیسک فرز قرار گرفتن لبه ها در ناحیه جلوی ابزار را نخواهد داد. با کمک تیغه‌های فرزهای پولکی فرصت به وجود آمدن شیار تا ضخامت 3/0 میلیمتر نیز امکان پذیر است.
بررسی عملیات فرز کاری
ماشینهای فرز توانایی بالایی در شکل‌گیری در فرایندهای ماشینکاری دارند که متداولترین آنها را مورد بررسی قرار داده ایم.
- کف تراشی: فرزکاری سطحهای بالایی یا پایینی قطعه کار معمولاً کف تراشی نامیده می شود که در هر دو مدل ماشین فرز افقی و عمودی می توان انجام داد.
- پیشانی تراشی: فرزکاری سطح های جانبی قطعه کار پیشانی تراشی نامیده می شود. در ماشین فرزهای عمودی کارکرد پیشانی تراشی به وسیله تیغه های فرز انگشتی یا تیغه های پیشانی تراشی شکل میگیرد.
- بغل تراشی: به کارهایی که همانند پیشانی تراشی است که در ماشین فرزهای افقی قابل انجام است به جهت فعالیت آن از تیغه پولکی مورد استفاده قرار میگیرد.
- پله تراشی: به وجود آوردن اختلاف ارتفاع بین سطح های قطعه کار را پله تراشی می نامند که در ماشین فرز افقی با مساعدت تیغه های غلتکی و دیسکی و در ماشین فرز عمودی با مساعدت تیغه های انگشتی امکانپذیر است.
- شیار تراشی: شیارها فرورفتگی‌های حالت داری هستند که غالباً به جهت هدایت و وصل کردن قطعات بر روی یکدیگر مورد استفاده قرار میگیرند و قادرند کلفتی و مقاطع متفاوتی داشته باشند. برای به وجود آوردن شیار با مقطع مربعی می توانید تیغه های پولکی را در دستگاه های فرز افقی مورد استفاده قرار دهید.
شیار هایی با ظاهری T مانند فقط با استفاده از فرزهای عمودی و تیغه های انگشتی حالت دار توانایی فرز کاری را دارند.
شیارهایی با ظاهر V شکل با استفاده از تیغه های زاویه دار یک جهته یا دو جهته در هر دو دستگاه افقی و عمودی قابلیت فرز کاری دارند.
هرچند می توان با به وجود آوردن انحراف در کلگی ماشین فرزهای عمودی و استفاده از تیغه های فرزهای انگشتی شیار تراشی کرد. در دستگاه های فرز عمودی به جهت ماشین کاری شیارهای داخلی و خارجی دم چلچله ای قادر است تیغه های فرز انگشتی دم چلچله ای را مورد استفاده قرار داد. ولی در فرزهای افقی با مساعدت ابزارهایی که یک بعد قائم و بعد دیگر مایل باشد فقط قسمت خارجی آن توانایی ماشین کاری دارد.
پارامترهای مهم در فرز کاری
- نرخ پیشروی: چنانچه تیغه فرز بر روی سطح قطعه کار مماس باشد دوران میکند. باربرداری هنگامی انجام میشود که قطعه کار آغاز به جابجایی میکند و تیغه فرز در آن فرو میرود. به مقداری که به ازا هر دور دوران، ابزار به قطعه کار نفوذ کند را دوران می نامند. برگزیدن مقدار نرخ پیشروی به عامل هایی مثل جنس، ابزار، جنس قطعه کار، قطعه تیغه فرز، عمق و پهنای برش، بودن یا نبودن خنک کننده و توان موتور دستگاه بستگی دارد. با بالا رفتن نرخ پیش روی ضربه های ناشی از برخورد لبه های برش با سطح قطعه کار بالاتر میرود. این ضربه‌ها قادرند موجب شکستن تیغه ها یا ناصافی سطح ماشینکاری شوند.
علاوه بر این فرز کاری و پیشروی ابزار لازم است به شکل دنباله‌دار انجام شود و عدم پیوستگی موجب،به وجود آمدن گودی درسطح ماشینکاری شود. - سرعت برش: سرعت نقطه‌ای از ابزار که در برخورد با سطح قطعه کار باشد را سرعت برش می‌نامند.
جهت چرخش ابزار و پیشروی هر قطعه کار:در فرز کاری با توجه به جهت دوران ابزار و جهت حرکت قطعه کار دو استراتژی برای ماشینکاری وجود دارد.
- باربرداری مخالف: در این صورت راستای دوران ابزار و پیشروی قطعه کار مخالف همدیگر هستند و نیروی برشی تلاش میکند قطعه کار را از میز جدا نماید. در آغاز فرآیند مقدار براده ای که جدا میشود کم است و ابزار روی قطعه کار میلغرد. با توجه به اینکه براده برداری مخالف با عرض کم شروع می شود سیاست مناسبی برای ماشینکاری قطعات سخت است. از جهتی هم با در نظر گرفتن نیروی وارد شده تمایلی به بلند کردن قطعه کار دارد که به جهت ماشین کاری قطعات نازک مناسب نیست و موجب تغییر حالت آنها می شود.
- براده برداری موافق: در این صورت راستای دوران ابزار و پیش روی هر قطعه کار هم جهت با همدیگر می باشند. عمق براده برداری در آغاز برخورد ابزار و قطعه کار زیاد است، به طوری که عرض براده ای که جدا میشود زیاد است و در ادامه کمتر میشود. به همین خاطر ضربه های زیادی به وسیله ابزار به قطعه و میز وارد میشود که برای قطعات سخت مناسب نمیباشد.
