تحقیق در مورد انواع ماشینهای فرز

بخشی از مقاله

انواع ماشينهاي فرز

1- ماشين فرز زانوئي و ستوني
2- ماشين فرز توليدي (دروازه اي)
3- ماشين فرز مخصوص
اگر چه بعضي از عمليات اصلي فرزکاري به وسيله ماشينهاي فرز زانوئي ستوني انجام گرفته است ولي قابل فهم و درک است که بر اثر توسعه يافتن مهارتها سازندگان ماشينها انواع ماشينهاي فرز مخصوص ديگري را به بازار عرضه نموده، زيرا که براي اجراء کارهاي پيچيده و مهم نياز به ماشينهاي پيچيده تر بوده تا بتوان با آنها با صرف وقت کمتري انجام داد. بنابراين اين اصل بحث ما درباره ماشين فرز زانوئي ستوني تمرکز خواهد يافت.

◄ ماشين فرز زانويي و ستوني:
اين نوع ماشين فرز يک نوع ماشين فرز استاندارد شده است. که بر اساس دو جزء اصلي که قبلاً
طراحي شده نامگذاري مي گردد.

1- ستون که فرم قاب شکلي دارد.
2- زانو که در جلو ستون قرار گرفته که داراي شيارهاي دم چلچله اي براي قرار گرفتن ميز مي باشد.
معمولاً اين ماشينها در دو نوع مختلف ساخته و در بازار کار وجود دارد که عبارتند از:

1- ماشين فرز افقي ساده
در اين ماشينها ميز در جهت طولي حرکت رفت و برگشت داشته و محور اصلي روي کشوئي که در روي ستون به صورت افقي قرار دارد حرکت عرضي مي کند. علاوه بر آن محور که در جلو کشوي عرضي نيز به صورت عمودي قرار دارد مي تواند به سمت ميز ماشين داراي حرکت عمودي بالا و پايين داشته باشد. اين حرمت نيز به وسيله هيدروليک کنترل مي گردد. همچنين اين ماشين نيز با دستگاه کپي مجهز است که براي توليد قطعات نرم دار طراحي شده است دقت آنها زياد و ماشينهاي بسيار حساسي است.

نوع ديگر ماشينهاي فرز با بدنه ثابت که با دستگاههاي کپي مجهز مي باشند که از اين ماشين نيز براي توليد زياد و همچنين قطعات فرم دار استفاده مي گردد. عموماً اين نوع ماشينها را با دستگاههاي هيدورليکي انتقال حرکت مجهز مي نمايند. قطعه کپي (مدل) در سمت راست ميز ماشين کپي قرار گرفته و ميله هدايت که در روي مدل قرار گرفته حرکت از مدل به قطعه مورد تراش منتقل شده و فرزکاري قطعات صورت مي گيرد.

ماشين فرز با بدنه ثابت براي توليد قطعات به صورت انبوه طراحي شده است. ميز ماشين مستقيماً در روي ريل قرار دارد و فقط مي تواند حرکت طولي داشه اشد. محورهاي ماشين که به صورت افقي جاسازي شده مي تواند حرکت عرضي و نيز حرکت عمودي داشته باشد.


2- ماشين فرز عمودي
ماشين فرز عمودي تفاوت کلي با ساير ماشينهاي فرز دارد. اين نوع ماشينها داراي محور عمودي است که تيغ فرز به صورت عمودي در داخل محور اصلي قرار گرفته و محکم مي گردد. البته تيغ فرز را در داخل محور که خود داراي دنباله مخروطي است قرار داده و سپس آنها را در داخل محور اصلي که در داخل دستگاه سر عمودي بوده جاگذاري نموده و محکم مي نمايند.

محور اصلي که تيغ فرز در داخل آن قرار گرفته به وسيله چرخ دستي به سمت پائين و يا بالا حرکت مي کند، که مي توان با اين عمل به کار بار داد. در بعضي از ماشينهاي فرز عمودي بار عمودي ممکن است به صورت خودکار صورت گيرد.
محور ماشين فرز عمودي درست مثل ماشينهاي مته است که در همان سمتي که ميز قرار دارد قرار گرفته است. ابزار برش (تيغ فرز) در داخل محور بسته شده بنابراين در اين نوع ماشينها از محور تيغ فرز استفاده نمي گردد. بلکه به جاي آن از گيره فشنگي



به طور کلي ماشينهاي فرز عمودي مانند ساير ماشينها داراي سرعتهاي مختلف بوده که براي انواع تراش فلزات با انواع تيغ فرزهاي انگشتي و يا تيغ فرزهاي پيشاني تراش استفاده مي گردد.

قسمت هاي‌ مهم اين دونوع ‌دستگاه ‌را كه از متداولترين آنهاست مي توان چنين معرفي كرد:
1- پايه ميز
2- فلكه تنظيم ارتفاع ميز (فلكه حركت عمودي ميز(
3-كشوي حركت عرضي ميز
4- فلكه تنظيم حركت عرضي ميز

5- ميز اصلي ماشين
6- دسته حركت طولي ميز ماشين
7- اهرم حركت اتومات ميز
8- سردستگاه (درفرز افقي ) وكلگي ماشين (در فرز عمودي )كه قابل تنظيم است

9- ضامن كلگي (درفرز افقي ) وفلكه تنظيم حركت عمودي محور (درفرز عمودي )
10- محور كار يا درن (درفرز افقي ) ومحوركار يا گلويي (درفرز عمودي )
11- اهرم تغيير عده دوران
12- اهرم تنظيم مقدار پيشروي
13- محدود كننده هاي حركت اتومات ميز

مخفف computer numerical control مي باشد در ايران اين ماشين ها CNC خالي خوانده ميشوند ولي نام آنها به فارسي ماشين هاي (دستگاه هاي ) کنترل عددي ترجمه مي شود.
نسل اول اين دستگاه ها NC ها بوده اند يعني کامپيوتر را نداشته است و دستگاه طبق منطقي خاص دستورات را درک مي کرده مثلا با استفاده از کارت هاي پانچ شده.



به عنوان مثال در دستگاه تراش براي دستور پيشروي بدين صورت عمل مي شود که قسمت ساپورت دستگاه را بوسيله دسته چرخان به جلو ميبريم در ماشين هاي NC اين کار توسط يک سري دستورات پانچ شده بر روي نوار پانچ صورت مي گرفت در دستگاه هاي CNC امروزين اينکار توسط يک کد صورت مي گيرد.

پس يک دستگاه CNC عملا همان همان دستگاه دستي ساده مي باشد که قابليت فرمان پذيري از طريق کد ها و منطق رياضياتي را دارد در اين دستگاه حضور کاربر (اپراتور) براي کار با دستگاه محدود به ايستادن اين فرد پشت بخش کنترل کننده دستگاه مي باشد و نوشتن برنامه هاي حرکتي آنهم فقط براي يکبار ، ديگر دستگاه اين عمل را بصورت خودکار هر چند بار که بخواهيم تکرار مي نمايدالبته بدون حضور کاربر.
بدنه اين دستگاه تقريبا شبيه دستگاه هاي دستي مي باشند يک CNC فرز عملا همان بدنه سخت افزاري فرز دستي را دارد همينطور براي CNC تراش و CNC سنگ و...

تنها تفاوت اضافه شدن بخش کنترل گر ميباشد (البته اين تفاوت بصورت عام مي باشد ولي به صورت خاص مطمئنا بخش الکترونيکي هم تغيير کرده است)
اما بخش کنترلگر ،اين بخش ،بخش اصلي يک دستگاه CNC مي باشد در صنعت اين بخش با نام کنترلر CONTROLER خوانده مي شود يک دستگاه CNC از هر نوع (تراش،فرز ،سنگ،ابزار تيز کن،تزريق ،پرس ،و...)بيشتربا نوع کنترلرش شناخته شده است مطمئنا آموزشي که به افراد داده ميشود در اصل براساس کنترلر اين دستگا ه ها مي باشد

◄ تفاوت بين مدلهاي مختلف دستگاههاي CNC
کنترلر هاي مختلفي براي دستگاه هاي CNC موجود ميباشد مانند فانوک – هايدن هاين، زيمنس – C39 - 2P22 –C15 – فاگورو ميتسوبيشي و...
زيمنس و هايدن هاين از مارک هايي مي باشند که در ايران فراوان استفاده مي شوند اما تفاوت بين اين مدلها چيست.
منطق در يافت اطلاعات بصورت کد هائي مي باشد که با G شروع مي شوند به عنوان مثال کد G01 حرکت خطي است G02 و G03 حرکت دوراني مي باشند و G90 نوع مختصات را از نظر مطلق بودن يا نسبي بودن مشخص مي نمايد.

کدهاي عنوان شده کدهاي عمومي مي باشند و در کدهاي خاص با توجه به نوع کنترلر شايد شماره کد فرق تمايد به عنوان مثال G20 در زيمنس منظور انتخاب سيستم اندازه گيري متريک مي باشد ولي اين در هايدن هاين کد G70 اين کار را امجام ميدهد پس همانطور که گفته شد آموزش کدها بايد با توجه به نوع کنترلر صورت گيرد خدا را شکر که استاد بنده در دانشگاه کد نويسي را تحت زيمنس و مدل هاي بالاي اين مارک به ما ياد داد.

ولي واقعا بايد در دانشگاه چه چيزي را از اين دستگاهها بايد اموخت
• اصول اوليه از بدنه دستگاه و فرمت آنها
• اصول اوليه اي از کدها به عنوان مثال کدها چگونه عمل مي نمايند ساده ترين مثال باز هم کد G01 مي باشد
مثلا در خط فرمان دستگاه تراش تايپ مي شود( ( G01 X20 Z-30 F10 S100 M7 دستگاه ابزار را به اين نقطه ،با سرعت 10 با هر واخد از پيش تعيين شده با سرعت اسپيندل هزار و...مي برد

• آشنائي اوليه با منطق ها مثلا بايد انتخاب شود که سيستم اندازه گيري مطلق باشد يا نسبي و يا حتي قطبي متريک باشد يا نه کدهاي جانبي براي مشخص کردن سرعت و غيره

• چگونه زير گروه کاري انتخاب مي شود مثلا برنامه اي نوشته شود که دستگاه بايد به نقاط مختلف برود و بعد از انجام عمليات در ان محل يک عمل با يک گروه عمل خاص را تکرار کند مثلا براي اين کار يک زير برنامه نوشته ميشود که بايد هربار دستگاه در ان موقعيت آنها را انجام دهد • معرفي M کدها که کارهاي جانبي مانند روشن کردن پمپ ماده خنک کننده و..

• حل چند مثال از قطعات مختلف در تراش و فرزو حتي الامکان در يک دستگاه ديگر نظير سنگ يا پرس،مثال ها بايد به گونه اي باشد که کاربر به سادگي درکي از نحوه انجام کار بدست بياورد.
ماشين كاري با روش تخليه الكتريكي (Electrical Discharge Machining) يكي از روش هاي توليد مخصوص است كه كاربرد وسيعي يافته است. در اين روش براي براده برداري هيچگونه تماس مستقيمي بين قطعه كار و الكترود بر قرار نمي‌شود و در نتيجه نيروي فيزيكي نخواهيم داشت. آهنگ جداشدن فلز يا براده برداري به رسانايي الكتريكي قطعه كار بستگي دارد نه سختي آن

◄ اساس روش کار:
اين روش براي ماشين كاري كليه مواد هادي جريان به كار مي رود با هر مقدار سختي كه داشته باشند و از چهار بخش تشكيل مي شود:
1- الكترود
2- قطعه كار
3- سيال دي الكتريك
4- منبع تامين جريان

هدف از استفاده از دي الكتريك (آب يا نفت سفيد) كاهش دما در منطقه ماشينكاري و انتقال ذرات ماشين كاري شده از منطقه ماشين كاري مي‌باشد تا جرقه ها مناسب زده شوند و اصطلاحا پديده آرك (Arc) اتفاق نيافتد.
چنانچه بين دو الكترود (قطعه كار و الكترود) اختلاف پتانسيلي اعمال شود در اثر برخورد شديد الكترون ها به دي الكتريك بين دو الكترود مولكولهاي دي الكتريك يونيزه مي شوند و كانالي از يون بين دو الكترود به وجود مي آيد كه به آن كانال پلاسما گويند.(پلاسما حالت چهارم ماده است). و در اثر بر خورد شديد يونها به قطعه كار باربرداري صورت مي گيرد.

با زدن جرقه از يك سو و پيشروي ابزار به سمت قطعه كار از سوي ديگر (به صورت ارتعاش رفت و برگشتي با فركانس بالا) به مرور زمان شكل ابزار در قطعه كار براده برداري مي شود. هر جرقه درجه حراتي بين 8000 تا 12000 درجه سانتيگراد توليد مي كند . اندازه چاله اي كه هر جرقه از قطعه بار برمي دارد به ميزان انرژي جرقه بستگي دارد كه مهمترين عامل موثر منبع تامين جريان است عمق چاله به وجود آمده از چندين ميكرون تا 1 ميليمتر متفاوت است.


◄ فرآيند EDM شش مرحله دارد:
1-الکترود به قطعه کار نزديک شده. هر دو بار دار ميشوند (معمولا قطعه کار مثبت و الکترود منفي)
2-چون سطح الکترود و قطعه کار هر دو در اشل ميکروني داراي پستي و بلندي مي باشند بنابراين بين دو نقطه که نزديکترين فاصله را نسبت به جاهاي ديگر با هم دارند جرقه الکتروني شکل مي گيرد.
3- کانال پلاسما شکل مي گيرد.

4- در اثر تمرکز بالاي کانال پلاسما چاله اي از قطعه کار ذوب مي شود.
5- فشار کانال پلاسما بسيار بالا است .با قطع شدن جرقه و در پي آن قطع شدن کانال پلاسما چون مذاب در آن دما و فشار نمي تواند دوام داشته باشد به يکباره با حالت انفجاري به اطراف پراکنده مي شود.
6-دي الکتريک با شستشوي خود ذرات پراکنده شده را جمع آوري مي‌کند.

◄ صافي سطح و سرعت ماشيکاري:
صافي سطح به ابعاد جرقه توليدي بستگي دارد. هر چه جرقه قوي تر باشد سطح خشن تر ولي سرعت ماشين کاري خيلي بيشتر خواهد بود. با اين روش به صافي Ra 0.10 مي توان رسيد، سطحي که مثل آينه عمل مي کند. صافي سطح هاي استاندارد معادل Ra 0.8/1 (N5 - N6) مي باشد. بسته به انرژي جرقه سرعت بار برداري از 1 تا چند صد ميليمتر مکعب بر دقيقه مي‌باشد.

اضافه مي شود که جرقه حداقل بايد 5 سانتيمتر زير دي الکتريک زده شود تا خطر اشتعال را در پي نداشته باشد چون انرژي جرقه بسيار بالا است.
از دستگاه هاي متداول مي توان به اسپارک و وايرکات اشاره کرد .
كارايي اين سيستم با آهنگ براده‌برداري بر حسب ميليمتر مكعب يا اينچ مكعب بر دقيقه سنجيده مي‌شود و توسط سيستمهاي كنترل عددي كنترل مي‌شود.
الكترود اين فرايند معمولا از جنس مس(در اسپارك) و مسس يا تنگستن (در واير كات) مي‌باشد.

يك نمونه از ماشين اسپارك
ماشين‌كاري با جت آب و ذرات ساينده
اگرچه سال‌هاست كه از استفاده از تكنولوژي جت مواد ساينده و جت آب مي‌گذرد و ليكن اخيراً اين دو فرآيند در زمينه بازار ماشين ابزار جايگاه مناسبي پيدا كرده است. اين موضوع مهم و قابل توجه است و تعدادي از نوآوران قديمي با استفاده از جايگزيني و تكميل فرآيندهاي معمولي ماشين‌كاري خود با استفاده از اين دو فرآيند (ماشين‌كاري با جت‌آب و جت مواد ساينده) سود فراواني برده‌اند.

اخيراً بر طبق گزارش Frost و Sullivan كه يك شركت بازاريابي كار مي‌كنند، اعلام نموده‌اند كه abrasive waterjet به نحو چشمگيري رشد و گسترش قابل ملاحظه‌اي پيدا كرده است. رشد 1/9 درصد در فاصله سال‌هاي 2002-1997 براي بازار واترجت و جت مواد آينده پيش‌بيني مي‌شود.
هم واترجت و هم ليزر قادرند فلزات و ديگر مواد را برش دهند. وليكن دستگاه‌هاي واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌هاي ليزر مي‌باشند و عملاً دستگاه‌هاي واترجت برتر از ماشين‌هاي برش معمولي مي‌باشند.

چرا تعداد زيادي از مردم به خريد دستگاه‌هاي واترجت روي آورده‌اند، زيرا: چون مي‌توانند سريع برنامه‌ريزي كرده و در مدت كوتاهي پول‌دار شده و سود زيادي عايدشان شود. همچنين مي‌توانند سريعاً دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را چك كنند آنها از ابزار دستگاه خيلي تعريف مي‌كنند. چونكه ابزار، هم در ماشينكاري اوليه و هم در ماشينكاري ثانويه (نهايي) يكي است و نيازي به تغيير ابزار نمي‌شود.

سرعت ساخت قطعات بسيار بالا و خارج از تصور مي‌باشد. اين روش باعث ايجاد اثرات حرارتي روي قطعه نمي‌شود. آنها مي‌توانند هزينه خريد دستگاه را در مدت كوتاهي تامين نمايند. شما قبلاً عبارات واترجت و جت مواد ساينده را شنيده‌ايد، اين مهم است كه بدانيد جهت مواد ساينده همان واترجت نمي‌باشد، اگرچه خيلي به هم شبيه هستند. تكنولوژي جت‌آب به حدود 20 سال پيش برمي‌گردد و جت مواد ساينده حدوداً 10 سال بعد به وجود آمد. اساس هر دو روش

مبتني بر افزايش فشار آب تا حد خيلي زياد و خروج آب از يك روزنه كوچك به خارج مي‌باشد. سيستم واترجت از يك باريكه آب استفاده مي‌كند كه از دهانه (orifice) خارج مي‌شود و مي‌تواند مواد نرمي از قبيل پارچه و مقوا را برش دهد و ليكن نمي‌تواند مواد سخت‌تري را برش‌كاري كند. آب در دهانه ورودي از 20 تا 55 هزار پوند بر اينچ مربع تحت فشار قرار مي‌گيرد، سپس از دهانه (jewel) كه قطر آن به طور نمونه 015/0-010/0 اينچ مي‌باشد. با فشار خارج مي‌شود و در

سيستم جت مواد ساينده، مواد ساينده به جت‌آب افزوده شده تا بتواند مواد سخت‌تر را نيز برش دهد. سرعت خيلي زياد جت آب باعث ايجاد خلاء شده و مواد ساينده را به داخل نازل مكش مي‌كند. اغلب مردم زماني كه منظورشان جت ساينده است، به غلط اصطلاح واترجت را به كار مي‌برند. يك مجموعه كامل نازل واترجت حدود 500 تا 1000 دلار مي‌باشد در صورتي كه نازل جت سازنده حدود 800 تا 2000 دلار هزينه در بر دارد. هزينه عملياتي جت مواد ساينده به خاطر سايش تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب و همچنين به خاطر مصرف مواد ساينده نسبت به واترجت خيلي زياد است.



تنها محدوديت جت‌آب نازل‌هاي آن مي‌باشد و jewel داراي سوراخ بسيار ريزي بوده كه آب با فشار از آن به بيرون پاشيده مي‌شود. Jewel ممكن است ترك برداشته و يا در اثر رسوب در آن مسدود شدن دهانه ياقوتي نازل در اثر ورود مواد زائد و گرد و كثافت در دهانه ورودي آب (inlet water) مي‌باشد و مي‌توان براحتي و با استفاده از يك فيلتراسيون مناسب از بروز چنين مواردي جلوگيري نمود. رسوبات در اثر مواد معدني موجود در آب نيز ممكن است پديد آيد. Jewelها

را مي‌توان در مدت كوتاهي حدود 2 تا 10 دقيقه تعويض نمود. همچنين قيمت بالايي نداشته و حدود 5 تا 50 دلار مي‌باشد، البته نازل‌هاي الماسه نيز وجود دارند وليكن قيمت آنها حدود 200 دلار مي‌باشد و همچنين ساخت آنها نيز مشكل‌تر از نازل‌هاي ياقوتي مي‌باشد. ابعاد و شكل هندسي دهانه نازل در نحوه عملكرد آن تاثير بسيار مهمي داشته و در مورد نازل‌هاي الماسي تامين اين دقت و تلرانس كمي مشكل و هزينه‌بر مي‌باشد.



محدوديت‌هاي موجود در مورد نازل‌هاي مربوط به جت مواد ساينده :
نازل‌هاي جت مواد ساينده علاوه بر طرح ساده‌اي كه دارند گاه‌گاهي ايجاد مشكلاتي نيز مي‌كنند. طرح‌هاي گوناگوني ساخته شده‌اند ولي همگي در بروز يكسري مشكلات مشترك هستند.

تيوپ مخلوط‌كننده يك قطعه و مجموعه گران‌قيمت بوده و به علت سايش در اثر مواد ساينده داراي عمر كوتاهي نيز مي‌باشد. همانطوري كه گفته شد، جت مواد ساينده قادر است هر چيزي را برش دهد و اين توانايي بالايي فرسايش و در نتيچه آن برش مسير عبور و تيوپ مخلوط‌كننده را نيز تحت تاثير قرار مي‌دهد و همين مسئله در افزايش قيمت نهايي قطعه توليدي تاثير مي‌گذارد.

از ديگر مشكلات موجود در مورد دستگاه‌هاي جت مواد ساينده اين است كه تيوپ مخلوط‌كننده به هميشه بلكه گاه‌گاهي مسدود مي‌شود. معمولاً علت اين امر در اثر مواد زايد و كثيف (dirt) و همچنين دانه‌هاي مواد ساينده كه از اندازه استاندارد بزرگ‌تر باشند نيز حاصل مي‌شود.