بخشی از مقاله
مقدمه اي بر تكنولوژي ماشينكاري
تكنولوژي صنعتي از زمانهاي قديم كه همه چيز به صورت دستي ساخته مي شده آغاز وتا زمان حال كه توليد به روشهاي تمام اتوماتيك انجام مي شود ، ادامه دارد . دراين تحولات ، ماشينهاي ابزار نقش مهمي ايفا كرده اند .
بدون وجود ماشينهاي ابزار هيچ هواپيما ، خودرو ، تلويزيون وكامپيوتري وجود نداشت . بسياري از محصولات ديگر صنعتي ، پزشكي ، تفريحي وخانگي نيز بدون استفاده از ماشينهاي قابل ساخت نيستند . مثلاً اگر ماشينهاي ابزار نبودند ، كشاورزان در عوض تراكتور بايد با استفاده از گاوآهن دست ساز زمينهاي زراعي را شخم مي زدند .
بسختي مي توان محصولي را يافت كه براي توليد آن به صورت مستقيم يا غير مستقيم ، نياز به يك ماشين ابزار وجود نداشته باشد . امروزه هيچ كشوري در جهان ، بدون استفاده از ماشينهاي ابزار پيشرفته قادر نخواهد بود در بازار رقابت اقتصادي موفق باشد .
يك نكته مهم در رابطه با تكنولوژي توليد مدرن وجود دارد كه بايد برآن تاكيد نمود . كارهاي ماهرانه صنعتي ، نظير قالبسازي ، ابزارسازي وماشينكاري دقيق را بايد هم ارزش با تحصيلات دانشگاهي در نظر گرفت . در صنايع مدرن امروزي ، تقريباً از كارهاي عادي وغيرماهرانه خبري نيست .
سير تكامل ماشينهاي ابزار
ماشينهاي ابزار گروهي از ماشينها هستند كه مي توانند همانند خودشان را بسازند يا به عبارت ديگر انواع ماشينهاي ابزار را با آنها توليد كرد . ماشينهاي ابزار در انواع واندازه هاي مختلفي ساخته مي شوند . ماشينهاي ابزار كوچك را مي توان بر روي يك ميز كار نصب كرد ودر مقابل ماشينهاي ابزار سنگين ممكن است تا چندصد تن وزن داشته باشند .
سوالي در مورد پيدايش ماشينهاي ابزار ، شبيه به اين سوال مطرح است كه : ابتدا مرغ به وجود آمده يا تخم مرغ ؟ . يعني مي توان اين سوال را مطرح كرد كه چگونه مي توان يك ماشين ابزار را بدون وجود ماشينهاي ابزار ديگر به وجود آورد ؟
ماشينهاي ابزار اوليه
اولين ماشينهاي ابزار ، يعني ماشينهاي تراش ودرل كماني با دست ساخته شدند وتاريخ پيدايش آنها به 1200 سال قبل از ميلاد باز مي گردد . تا قبل از پايان قرن هفدهم ميلادي ، ماشينهاي تراش تنها قادر به براده برداري موادي مانند چوب ، عاج وفلزات نرم مانند قلع يا مس بودند . تمام اين ماشينها با نيروي ماهيچه اي به حركت درمي آمدند . با ساختن ماشينهاي تراش كه محركه آنها به صورت رفت وبرگشتي بود وتوسط يك تخته ركاب پايي به حركت درمي آمد ، انسان قادرشد ماشينهاي تراش را به صورت پيوسته دريك جهت به
گردش درآورد . ماشينهاي تراش پيشرفته تر به كمك چرخ لنگرهاي بزرگ واز طريق چرخش يك چرخ آبي يا نيروي انسان وحيوان به گردش درمي آمدند . انرژي موجود در چرخ لنگر از طريق يك سيستم تسمه وپولي به چند ماشين تراش انتقال مي يافت . هنگامي كه جيمزوات بر روي اختراع معروف خود ماشين بخار كار مي كرد . به زودي دريافت كه اين موتور نيازمند سيلندرهايي با سطح داخلي دقيق وتراش خورده است . اين ماشين نوعي ماشين تراش مخصوص سوراخ تراشي بود كه چرخ سوراخ تراشي نام گرفت .(شكل1) .
اين ماشين توسط مخترع انگليسي جان ويلكينسون در سال 1774 كامل شد وبا نيروي يك چرخ آبي به گردش درمي آمد . اين ماشين قادر بود سوراخهاي تا قطر را با دقت (برابر با ضخامت يك سكه كوچك ، كه درآن زمان دقت خوبي محسوب مي شد ) تراش دهد . اين ماشين همانند ديگر ماشينهاي فلزتراش درآن دوره ، قابليت تنظيم وكنترل ابزار برشي نداشت . بنابراين پس ازهر بار تراشكاري لازم بود يك مكانيك (اولين ماشينكارهاي آن دوران) ، بعداز باز كردن ابزار برشي ، آن را در موقعيت جديد ببندد ، در حدود سال 1800 ميلادي . اولين
ماشين تراش كه قادر بود پيچهاي دقيق را بتراشد ، توسط هنري مادسلي كه يك استادكار ابزارساز بود طراحي وساخته شد . همان طور كه در( شكل 2) ديده مي شود ، يك پيچ دست ساز توسط چرخدنده هايي به محور كارگير ماشين وصل شده وتواماً ابزار برشي را نيز در طول قطعه كار به حركت درمي آورد . او همچنين يك سيستم كشويي برروي ابزارگير ماشين در نظر گرفته بود كه به وسيله آن مي توانست موقعيت ابزار را پس از هر بار تراشيدن قطعه كار ، به دقت تنظيم كند . ماشين تراش مادسلي ، پدربزرگ تمام ماشينهاي براده برداري مدرن امروز محسوب مي گردد .
با نگاهي به گذشته مي توان دريافت كه انقلاب صنعتي ، بدون دستيابي به يك منبع انرژي ارزان يعني ماشين بخار ، هرگز اتفاق نمي افتاد . تاقبل از ظهور ماشين بخار ، لازم بود كارگاههاي صنعتي را در كنار يك منبع انرژي آبي احداث كنند وشايد در اين مكانها نيروي انساني ومواداوليه كافي وجود نداشت . با دستيابي واحدهاي صنعتي به انرژي ارزان ، اين امكان فراهم شد كه كارخانه ها را در مكانهاي مناسبي كه هم نيروي انساني كافي وجود داشت وهم فروش كالاهاي توليد شده نيز بدون استفاده از ماشينهاي ابزار ممكن نبود ، زيرا براي ساخت سيلندرهاي ماشينهاي بخار لازم بود ، داخل تراشي قطعات فلزي با دقت مناسب انجام شود .
ساخت ماشين فرز ، پيشرفت مهم ديگري در زمينه توسعه ماشينهاي ابزار محسوب مي شود . ماشين فرز در اصل از تغيير درطرح اوليه ماشين تراش به وجود آمد . درسال 1820 ، الاي ميتني كه يك مخترع وتوليدكننده امريكايي بود ، براي توليد انبوه تفنگ يك ماشين مخصوص را طراحي كرد . ماشين فرز ويتني (شكل 3) قادر بود قطعات قابل تعويض تفنگ را توليد كند . تاقبل از آن زمان ، قطعات تفنگ به صورت دستي ساخته مي شدند ودربسياري موارد ، قطعه يك تفنگ رانمي توانستند در تفنگ مشابه ديگر نصب كنند . ماشين فرزويتني مجهز به سيستم پيشروي مكانيزه بود ، ولي يك عيب داشت . دراين ماشين امكان بالا وپايين بردن ميز كار وجود نداشت وبنابراين براي بالا بردن قطعه كار پس از هربار براده برداري لازم بود در زير قطعه كاريك لايي با ضخامت خاص قرار داده شود . البته چون دركارگاه ويتني ، اين ماشينهاي فرز به صورت سري كاري قطعات را براده برداري مي كردند ، اين عيب چندان مهم نبود ، هرچند كه خيلي زود اين قابليت نيز در ماشينهاي فرز ايجاد گرديد .
البته ويتني مشكل ديگري نيز داشت . ايده هاي اودر كارخانه هاي اسلحه سازي متعددي كه قطعات تفنگ مي ساختند ، به كار گرفته شد . ولي با توجه به اين كه درآن زمان استانداردهاي اندازه گيري هنوز تدوين نشده بود ، قطعات ساخته شده توسط يك كارخانه ، در تفنگهاي ساخته شده توسط كارخانه ديگر قابل استفاده نبود . اين مشكل تا اواسط دهه 1860 ادامه داشت . دراين زمان در ايالات متحده يك استاندارد براي سيستمهاي اندازه گيري تدوين گرديد .
درسال 1875 ، ماشينهاي ابزار ساخته شده نظير ماشينهاي تراش ، فرز ودرل (شكل 3-1) قادربودند با دقت حدود يك هزارم اينچ براده برداري كنند . درآن زمان آمريكا بخوبي درمسير تبديل به بزرگترين كشور صنعتي دنيا گام برمي داشت .
منابع انرژي
همگام با پيشرفت ماشينهاي ابزار ، انواع منابع انرژي ارزان نيز توسعه يافتند . دستيابي به منابع انرژي بهتر ، ابتدا به كندي صورت مي گرفت . بيشترين پيشرفت دراين زمينه طي 150 سال اخير به دست آمده است . منابع انرژي مورد استفاده در ماشينهاي ابزار از ابتدا تا امروز به شرح زير بوده است :
• انرژي دست . ماشينهاي تراش ودرل كماني كه با نيروي دست به گردش درمي آمدند . با عقب وجلو بردن دست ، جهت گردش محور ماشين به صورت پيوسته دريك جهت انجام شود ،
• انرژي حيوانات . فلكه هاي بزرگي كه در ماشينهاي ابزار اوليه (مورد استفاده درتوليد لوله هاي قديمي ) براي گردش محورماشين به كار مي رفت ، احتياج به نيروي بيشتري نسبت به نيروي انساني داشتند ،
• انرژي آب . با توجه به كمبود آب در فصول خشك سال ، اين انرژي در گذشته زياد قابل اعتماد نبوده است ،
• انرژي بخار . اين انرژي اولين منبع انرژي قابل اعتماد محسوب مي شود . با استفاده از ماشينهاي بخار كه در مركز تأمين نيروي كارخانجات نصب مي شدند ، محورهاي محركه مركزي به گردش درآمده وگردش اين محورها با استفاده از سيستم پولي وتسمه به ماشينهايي كه درزير اين محورها نصب شده بودند ، انتقال مي يافت ،
• انرژي الكتريكي مركزي . به تدريج موتورهاي الكتريكي بزرگ جايگزين ماشينهاي بخار شدند كه نيروي آنها از طريق محورهاي محركه مركزي به ماشينهاي مختلف منتقل مي شد و
• انرژي الكتريكي مستقل . در ماشينهاي ابزار امروزي از موتورهاي الكتريكي مستقل در هر ماشين استفاده مي شود ومحور محركه مركزي در كارخانجات حذف شده است .
مـاشـيـنـهاي تـراش
يك ماشين تراش براين اساس كار مي كند كه قطعه كار در برابر لبه برشي يك ابزار مي چرخد وابزار از قطعه كار برداه برمي دارد ( شكل 4) . ماشين تراش يكي از قديمي ترين واساسي ترين ماشينهاي ابزار محسوب مي شود . ابزار برشي در ماشين تراش قابل كنترل است ومي توان آن را در جهت طولي بر روي بستر ماشين ودر جهت عرضي توسط سوپرت عرضي ويا تحت زاويه خاص به حركت درآورد (شكل5) .
اندازه يك ماشين تراش
اندازه يك ماشين تراش براساس قطر كارگير وطول بستر ماشين تعيين مي گردد (شكل 5-1) . قطر كارگير عبارت است از حداكثر قطر قطعه كار كه مي تواند بر روي بستر ماشين (سطوح تكيه گاهي تخت يا v- شكل كه سوپرت طولي وديگر اجزاء متحرك ماشين برروي آن قرار گرفته اند واين سطوح راهنماي حركتي دقيقي براي اين اجزاء هستند ) بچرخد . طول بستر يك ماشين تراش ، به صورت كلي واز ابتدا تا انتهاي آن در نظر گرفته مي شود .
طول بستر يك ماشين تراش را نبايد با طول كارگير (حداكثر طول قطعه كار كه بين مرغك وسه نظام قرار مي گيرد) اشتباه گرفت . طول كارگير عبارت است از طول بستر ماشين منهاي طولهايي كه توسط مجموعه مرغك وسه نظام اشغال مي شود . به اندازه B از شكل 6 ر.ك .
به عنوان مثال ، به اندازه هاي يك ماشين تراش مدرن (325mm×1800mm) 13˝ ×6 ́توجه كنيد :
حداكثر قطركارگير تا روي بستر (325mm)13˝،
حداكثر قطر كارگير تا روي سوپرت عرضي (218mm)83/4˝ ،
طول بستر ماشين (1800mm)72˝ و
طول كارگير مؤثر (1240mm)50˝
قسمتهاي اصلي ماشين تراش
وظيفه اصلي هر ماشين تراش ، صرف نظر از ميزان پيچيدگي آن ، به گردش درآوردن قطعه كار دربرابر لبه برشي يك ابزار مي باشد . هر قطعه اي از ماشين تراش (شكل7) را مي توان جزو يكي از مجموعه هاي زير به حساب آورد :
• مجموعه محركه ماشين ابزار ،
• مجموعه نگهدارنده وگردش قطعه كارو
• مجموعه نگهدارنده ، محركه وهدايت ابزاربرشي .
سيستم محركه يك ماشين تراش
درماشينهاي تراش ، قدرت موتور توسط يك گيربكس يا با استفاده از تسمه به مكانيزم محركه ماشين منتقل مي شود .
سرعت گردش اسپيندل به روشهاي زير قابل تغيير است :
• جابه جايي چرخدنده ها در گيربكس (شكل 8) ،
• تنظيم پوليهاي تنظيم شونده به يك وضعيت جديد (شكل 9) ،
• جابه جا كردن تسمه بر روي پوليهاي مختلف (امروزه بندرت استفاده مي شود ) و
• كنترل سرعت به صورت هيدروليكي .
در بعضي ماشينهاي تراش ، سرعتهاي گردشي پايين با قدرت بيشتر را مي توان با درگير كردن يك گيربكس كاهنده اضافي به دست آورد(شكل 10) . براي جلوگيري از آسيب رسيدن به سيستم محركه ماشين تراش ، هيچوقت گيربكس كاهنده را در حالي كه اسپيندل ماشين در حال گردش است ، درگيرنكنيد .
مهار قطعه كار وبه گردش درآوردن آن
مجموعه سه نظام ، يك اسپيندل مركزي دارد كه تجهيزات نگهدارنده قطعه كار بر روي آن نصب مي شوند (شكل 11) . اسپيندل توسط بلبرينگهاي قوي ياتاقان بندي شده واز طريق تسمه يا چرخدنده يا تركيبي از اينها به گردش درمي آيد . اسپيندل توخالي است ودهانه جلويي آن به صورت مخروط مورس سنگ زده شده است تا بتوان ابزارها وتجهيزات نگهدارنده دنباله مخروطي را در داخل آن نصب كرد . (شكل 12) . با توجه به سوراخ سرتاسري داخل اسپيندل مي توان ميلگردهاي بلند را نيز تراشكاري كرد بدون آنكه دنباله ميلگرد رها باشد وايجاد خطر كند . همچنين از طريق اين سوراخ سرتاسري مي توان ابزارهاي دنباله مخروطي را كه درون اسپيندل قرار گرفته اند ، آزاد كرد .
انتهاي جلويي اسپيندل ممكن است به صورت رزوه شده ويا به صورت مخروطي كوتاه يا بلند ساخته شود تا سه نظام يا ديگر تجهيزات نگهدارنده قطعه كاررا بتوان به آن متصل كرد (شكل13). درماشينهاي تراش مدرن بندرت از اسپيندل رزوه دار استفاده مي شود . تجهيزات نگهدارنده را برروي قسمت رزوه شده اسپيندل مي پيچند تا محكم شود .
اسپيندل با دنباله مخروطي كوتاه با استفاده از بادامك قفل مي شود . قسمت فرورفته پشت سه نظام كه ديواره اي مخروطي دارد ، بر روي دنباله مخروطي اسپيندل ، بدون لقي قرار مي گيرد . يك سري پين قفل كن در پشت سه نظام قرار دارد كه داخل سوراخهاي دنبالة اسپيندل جاي مي گيرد . با سفت كردن بادامكهايي كه پيرامون اسپيندل نصب شده اند مي توان سه نظام را بر روي اسپيندل قفل نمود (شكل 13B) .
برروي دنباله اسپيندلهاي با مخروط بلند ، يك خار طولي نصب شده است . اين دماغه مخروطي وخار روي آن در داخل حفرة پشت سه نظام كه معكوس شكل آنها را دارد ، بدون لقي جاي مي گيرد .
براي نصب كردن يك وسيله نگهدارنده قطعه كار بر روي اسپيندل خاردار (مثلاً يك سه نظام يا صفحه نظام) ، بايد اسپيندل را آنقدر چرخاند تا خار طولي آن در بالا قرار گيرد (شكل 13C) . سپس بايد جاي خار داخل سوراخ پشت سه نظام را برروي خار طولي لغزاند تا جايي كه لبة انتهاي اسپيندل ماشين درگير شوند . در اين وضعيت با چرخاندن حلقه رزوه شده مي توان سه نظام را به اسپيندل محكم كرد .
توجه : قبل از نصب كردن هر گونه تجهيزات نگهدارنده روي اسپيندل بايد تمام قسمتهاي اسپيندل را بخوبي تميز كرد .
قطعات مختلف را مي توان توسط تجهيزاتي مانند سه نظام ، صفحه نظام و كولت برروي ماشين تراش بست .
همچنين مي توان قطعه كار را بين دوميله مرغك نيز مهار كرد . درباره اين تجهيزات در قسمتهاي مختلف همين فصل توضيح بيشتر ارائه خواهد شد .
يك طرف از قطعه كار به مجموعه سه نظام بسته مي شود . طرف ديگر قطعه كار را نيز معمولاً به مجموعه مرغك تكيه مي دهند (شكل 14) . مجموعه مرغك را مي توان برروي كشوييهاي بستر ماشين تراش جابه جا كرده وبراي قطعات با طولهاي مختلف تنظيم كرد .
مجموعه مرغك را مي توان براي نصب ميله مرغك ثابت يا متحرك ويا ابزارهاي سوراخكاري نظير مته ، برقو يا قلاويز استفاده كرد . مجموعه مرغك را مي توان كمي در جهت عرضي جابه جا كرده وقطعات مخروطي طويل با زاويه كم را تراشكاري نمود .
مجموعه مرغك را پس از جابه جا كردن برروي بستر ماشين تراش ، مي توان با سفت كردن مهره ويا اهرم قفل كن بر روي بستر محكم نمود . علاوه بر جابه جا كردن كل مجموعه مرغك ، مي توان ميله مرغك يا مته را با چرخاندن فلكه مرغك به عقب وجلو حركت داد . پس از قرارگيري ميله مرغك در نقطه مورد نظر مي توان با اهرم مربوطه آن را در جاي خود قفل كرد .
نگهداشتن وهدايت كردن ابزار برشي در ماشين تراش
بستر طولي ، پايه يك ماشين تراش است (شكل 15) . اغلب قطعات ومجموعه هاي ماشين برروي بستر قرار مي گيرند . روي قسمت فوقاني بستر ، سطوح راهنما وتكيه گاهي بستر بدقت ماشينكاري شده اند . اين سطوح به صورت دوريل موازي با هم ساخته مي شوند . ريل V- شكل براي ايجاد هم محوري دقيق مجموعه مرغك وسه نظام وهمچنين هدايت دقيق حركت سوپرت طولي درنظر گرفته شده است (شكل 16) .
سوپرت طولي براي كنترل وهدايت دقيق ابزار برشي نسبت به قطعه كار مورد استفاده قرارمي گيرد واز قطعات مختلف ساخته شده است .
• زين يا پايه زيرين سوپرت طولي كه بر روي بستر ماشين قرار گرفته ومي لغزد ،
• جعبه سوپرت ، كه درآن مكانيزم محركه طولي وعرضي سوپرتها قرار دارد . حركت سوپرتهاي طولي و عرضي به دوصورت دستي ومكانيزه امكان پذير است ،
• سوپرت عرضي ، كه براي حركت عرضي ابزار برشي (حركت به طرف اپراتور يا در جهت دورشدن ازاو) در راستاي عمود بربستر ماشين مورد استفاده قرار مي گيرد
• سوپرت مركب كه امكان حركت زاويه اي ابزار برشي را فراهم مي آورد و
• پايه ابزارگير كه براي نصب ابزارهاي برشي به كار مي رود .
توان مورد نياز براي به حركت درآوردن مكانيزم محركه سوپرتها از طريق مكانيزم پيشروي كه در قسمت پايين مجموعه سه نظام قرار دارد ، تأمين مي گردد (شكل 17) . قسمتي از توان گردشي الكتروموتور ماشين ، از طريق يك گيربكس واسطه به مجموعه گيربكس تعويض سريع (گيربكس محركه پيشروي ابزار) انتقال مي يابد . اين گيربكس ، ميزان حركت ابزار برشي را در هر دوره گردش سه نظام تنظيم مي كند (شكل 18) . دراين گيربكس ، چرخدنده هايي براي پيشروي ابزار روبه عقب نيز وجود دارد . مجموعه گيربكس تعويض سريع بين مجموعه سه نظام وپيچ گام ماشين تراش واقع شده است . دراين مجموعه چرخدنده هاي مختلف با نسبت دندانه هاي مختلف تعبيه شده كه علاوه بر پيشروي اتوماتيك ابزار بر طبق گامهاي مختلف رزوه پيچهاي استاندارد نيز به وجود آمده است ، بدون اينكه نياز به تعويض چرخدنده هاي يدكي باشد . كنترل سرعت پيشروي طولي وعرضي ابزار به طور اتوماتيك نيز توسط همين گيربكس انجام مي شود .
برروي بدنه گيربكس تعويض سريع يك پلاك نصب شده كه برروي آن جدول تنظيم اهرمها براي ايجاد سرعت پيشروي مناسب ابزار برشي درج شده است (شكل 19) . ارقام درشت مربوط به گام رزوه هاي اينچي ،متريك هستند ، در حالي كه ارقام ريزتر كه در زير ارقام درشت ثبت شده اند ، مربوط بسرعت پيشروي ابزار به هنگام روتراشي ساده يا پيشاني تراشي قطعه كار مي باشد . اين ارقام معمولاً برحسب ميلي متر يا اينچ درهر دور گردش سه نظام درج مي شوند .
پيچ گام ، يا پيچ اصلي ماشين تراش ، توان گردشي را از طريق يك سري چرخدنده واسطه ويك سيستم كلاچ به جعبه سوپرت انتقال مي دهد (شكل 20) . برروي صفحة جلوي جعبه سوپرت ، اهرمهاي انتخابگر براي انتقال حركت به سوپرت طولي يا سوپرت عرضي نصب شده است (شكل 21) . هنگامي كه اهرم انتخابگر در وضعيت وسط قرار داشته باشد ، مي توان بادرگير كردن نيم مهره هاي رزوه تراشي ، ابزاربرشي را براي تراشيدن رزوه پيچها به كار برد . بدين ترتيب امكان حركت ابزاربرشي مطابق با رزوه هاي استاندارد فراهم مي شود . اهرم مربوط به درگير كردن نيم مهره ها فقط به هنگام رزوه تراشي بايد فعال شود وهنگامي كه لازم باشد ابزاربرشي براي روتراشي
ساده يا پيشاني تراشي به صورت اتوماتيك حركت كند ، نبايد درگير باشد .
اصول عمومي تنه ماشين تراش
تنه ماشينهاي ابزار بايد :
- ازنظرتنش خمشي وپيچشي پايدار باشد ، تا نيروي استاتيكي وديناميكي وارد بر تنه را با اطمينان تحمل كند ،
- داراي ظرفيت استهلاك ارتعاشي خوبي باشد تا ارتعاشات حاصل از دوران اجزاء روي قطعه كار اصلاً تأثير نداشته ويا اثري جزئي داشته باشد ،
- استحكام سايشي مناسب داشته باشد ، يعني ساييدگي روي راهنماي تنه كمتر از ساييدگي روي راهنماي قطعات متحرك ( كشوييها ، ميزها) باشد ، زيرا قطعات اخير را به راحتي مي توان تعويض ، تعمير وتنظيم كرد ،
- تنه طوري طراحي شده باشد كه تميزكاري ماشين از براده بدون اشكال انجام گيرد
