سوالات متداول - فلز دقیق

ماشینکاری دقیق فرآیندی است برای حذف مواد از قطعه کار در حین نگه داشتن پوشش های با تحمل نزدیک.ماشین دقیق انواع مختلفی دارد، از جمله فرز، تراشکاری و ماشینکاری تخلیه الکتریکی.یک ماشین دقیق امروزه به طور کلی با استفاده از کنترل های عددی کامپیوتری (CNC) کنترل می شود.

تقریباً همه محصولات فلزی از ماشین کاری دقیق استفاده می کنند، مانند بسیاری از مواد دیگر مانند پلاستیک و چوب.این ماشین ها توسط ماشین آلات متخصص و آموزش دیده کار می کنند.برای اینکه ابزار برش کار خود را انجام دهد، باید در جهت های مشخص شده حرکت داده شود تا برش صحیح انجام شود.این حرکت اولیه "سرعت برش" نامیده می شود.قطعه کار همچنین می تواند جابجا شود که به عنوان حرکت ثانویه "خوراک" شناخته می شود.با هم، این حرکات و وضوح ابزار برش به ماشین دقیق اجازه کار می دهد.

ماشین‌کاری دقیق با کیفیت به توانایی پیروی از طرح‌های بسیار خاص ساخته شده توسط برنامه‌های CAD (طراحی به کمک رایانه) یا CAM (تولید به کمک رایانه) مانند اتوکد و توربوکد نیاز دارد.این نرم‌افزار می‌تواند به تولید نمودارها یا طرح‌های پیچیده و سه بعدی مورد نیاز برای تولید ابزار، ماشین یا شی کمک کند.برای اطمینان از حفظ یکپارچگی محصول، این طرح ها باید با جزئیات زیاد رعایت شوند.در حالی که اکثر شرکت‌های ماشین‌کاری دقیق با نوعی برنامه‌های CAD/CAM کار می‌کنند، هنوز هم اغلب با طرح‌هایی که با دست طراحی شده‌اند در مراحل اولیه طراحی کار می‌کنند.

ماشینکاری دقیق بر روی تعدادی از مواد از جمله فولاد، برنز، گرافیت، شیشه و پلاستیک استفاده می شود.بسته به اندازه پروژه و مواد مورد استفاده، از ابزارهای ماشینکاری دقیق مختلفی استفاده خواهد شد.هر ترکیبی از تراش، ماشین های فرز، پرس مته، اره و آسیاب، و حتی رباتیک با سرعت بالا ممکن است استفاده شود.صنعت هوافضا ممکن است از ماشینکاری با سرعت بالا استفاده کند، در حالی که صنعت ابزارسازی چوب ممکن است از فرآیندهای حکاکی و فرزکاری عکس شیمیایی استفاده کند.خروج از یک اجرا، یا یک مقدار خاص از هر آیتم خاص، می تواند به هزاران عدد یا فقط چند عدد باشد.ماشین‌کاری دقیق اغلب به برنامه‌ریزی دستگاه‌های CNC نیاز دارد که به این معنی است که آنها از نظر عددی کامپیوتری کنترل می‌شوند.دستگاه CNC اجازه می دهد تا ابعاد دقیق در طول اجرای یک محصول رعایت شود.

فرزکاری فرآیند ماشینکاری استفاده از برش های چرخشی برای حذف مواد از قطعه کار با پیشبرد (یا تغذیه) برش به داخل قطعه کار در جهت خاصی است.کاتر همچنین ممکن است در زاویه ای نسبت به محور ابزار نگه داشته شود.فرزکاری طیف گسترده ای از عملیات و ماشین آلات مختلف را در مقیاسی از قطعات کوچک جداگانه تا عملیات فرزکاری باند بزرگ و سنگین پوشش می دهد.این یکی از رایج ترین فرآیندهای مورد استفاده برای ماشینکاری قطعات سفارشی با تلورانس های دقیق است.

فرز را می توان با طیف وسیعی از ماشین آلات انجام داد.کلاس اصلی ماشین آلات برای فرز، دستگاه فرز بود (که اغلب به آن آسیاب می گویند).پس از ظهور کنترل عددی کامپیوتری (CNC)، ماشین‌های فرز به مراکز ماشین‌کاری تبدیل شدند: ماشین‌های فرز که با تعویض خودکار ابزار، مجلات یا چرخ فلک‌های ابزار، قابلیت CNC، سیستم‌های خنک‌کننده و محفظه‌ها تقویت می‌شوند.مراکز فرز به طور کلی به عنوان مراکز ماشینکاری عمودی (VMCs) یا مراکز ماشینکاری افقی (HMCs) طبقه بندی می شوند.

ادغام آسیاب در محیط های تراشکاری و بالعکس، با ابزار زنده برای تراشکاری و استفاده گاه و بیگاه از آسیاب برای عملیات تراشکاری آغاز شد.این منجر به کلاس جدیدی از ماشین‌ابزارها، ماشین‌های چندوظیفه‌ای (MTM) شد که برای تسهیل فرزکاری و چرخش در یک پاکت کاری ساخته شده‌اند.

برای مهندسان طراح، تیم‌های تحقیق و توسعه و تولیدکنندگانی که به تامین قطعات وابسته هستند، ماشین‌کاری دقیق CNC امکان ایجاد قطعات پیچیده بدون پردازش اضافی را فراهم می‌کند.در واقع، ماشینکاری دقیق CNC اغلب این امکان را فراهم می کند که قطعات تمام شده روی یک ماشین ساخته شوند.
فرآیند ماشینکاری مواد را حذف می کند و از طیف گسترده ای از ابزارهای برش برای ایجاد طراحی نهایی و اغلب بسیار پیچیده یک قطعه استفاده می کند.سطح دقت با استفاده از کنترل عددی کامپیوتری (CNC) که برای کنترل خودکار ابزارهای ماشینکاری استفاده می شود، افزایش می یابد.

نقش "CNC" در ماشینکاری دقیق
با استفاده از دستورالعمل‌های برنامه‌نویسی کدگذاری‌شده، ماشین‌کاری دقیق CNC اجازه می‌دهد تا یک قطعه کار بدون دخالت دستی توسط اپراتور ماشین، برش داده شود و مطابق مشخصات شکل داده شود.
با در نظر گرفتن یک مدل طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) ارائه شده توسط مشتری، یک ماشین‌کار خبره از نرم‌افزار تولید با کمک کامپیوتر (CAM) برای ایجاد دستورالعمل‌های ماشینکاری قطعه استفاده می‌کند.بر اساس مدل CAD، نرم افزار تعیین می کند که چه مسیرهای ابزار مورد نیاز است و کد برنامه نویسی را تولید می کند که به ماشین می گوید:
■ RPM های صحیح و نرخ خوراک چقدر هستند
■ زمان و مکان حرکت ابزار و/یا قطعه کار
■ عمق برش چقدر است
■ زمان استفاده از مایع خنک کننده
■ هر عامل دیگری مربوط به سرعت، نرخ تغذیه و هماهنگی
سپس یک کنترلر CNC از کد برنامه نویسی برای کنترل، خودکارسازی و نظارت بر حرکات دستگاه استفاده می کند.
امروزه CNC ویژگی داخلی طیف وسیعی از تجهیزات، از ماشین‌های تراش، آسیاب و روتر گرفته تا سیم EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی)، لیزر و ماشین‌های برش پلاسما است.علاوه بر خودکارسازی فرآیند ماشینکاری و افزایش دقت، CNC کارهای دستی را حذف می‌کند و ماشین‌کاران را آزاد می‌سازد تا بر چندین ماشین در حال کار به طور همزمان نظارت کنند.
علاوه بر این، هنگامی که یک مسیر ابزار طراحی شد و یک ماشین برنامه ریزی شد، می تواند یک قطعه را هر چند بار اجرا کند.این دقت و تکرارپذیری بالایی را فراهم می‌کند که به نوبه خود باعث می‌شود فرآیند بسیار مقرون به صرفه و مقیاس‌پذیر باشد.

موادی که ماشین کاری می شوند
برخی از فلزاتی که معمولا ماشین کاری می شوند عبارتند از آلومینیوم، برنج، برنز، مس، فولاد، تیتانیوم و روی.علاوه بر این، چوب، فوم، فایبرگلاس و پلاستیک هایی مانند پلی پروپیلن نیز می توانند ماشین کاری شوند.
در واقع، تقریباً هر ماده ای را می توان با ماشینکاری دقیق CNC استفاده کرد - البته بسته به کاربرد و الزامات آن.

برخی از مزایای ماشینکاری CNC دقیق
برای بسیاری از قطعات و اجزای کوچکی که در طیف وسیعی از محصولات تولیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، ماشین‌کاری دقیق CNC اغلب روش ساخت انتخابی است.
همانطور که تقریباً در مورد تمام روش‌های برش و ماشینکاری صادق است، مواد مختلف رفتار متفاوتی دارند و اندازه و شکل یک جزء نیز تأثیر زیادی بر فرآیند دارد.با این حال، به طور کلی فرآیند ماشینکاری CNC دقیق مزایایی نسبت به سایر روش‌های ماشینکاری دارد.
این به این دلیل است که ماشینکاری CNC قادر به ارائه موارد زیر است:
■ درجه بالایی از پیچیدگی قطعه
■ تلرانس های تنگ، معمولاً از 0.0002 ± اینچ (0.00508 ± میلی متر) تا 0.0005 ± اینچ (0.0127 ± میلی متر)
■ سطوح فوق العاده صاف، از جمله پرداخت های سفارشی
■ قابلیت تکرار، حتی در حجم های بالا
در حالی که یک ماشین‌کار ماهر می‌تواند از یک ماشین تراش دستی برای ساخت یک قطعه با کیفیت در مقادیر 10 یا 100 استفاده کند، وقتی به 1000 قطعه نیاز دارید چه اتفاقی می‌افتد؟10000 قطعه؟100000 یا یک میلیون قطعه؟
با ماشینکاری CNC دقیق، می توانید مقیاس پذیری و سرعت مورد نیاز برای این نوع تولید با حجم بالا را بدست آورید.علاوه بر این، تکرارپذیری بالای ماشینکاری CNC دقیق به شما قطعاتی می دهد که از ابتدا تا انتها یکسان هستند، مهم نیست که چند قطعه تولید می کنید.

چند روش بسیار تخصصی برای ماشینکاری CNC وجود دارد، از جمله سیم EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی)، ماشینکاری افزودنی و چاپ لیزری سه بعدی.به عنوان مثال، سیم EDM از مواد رسانا - معمولاً فلزات - و تخلیه الکتریکی برای فرسایش قطعه کار به شکل‌های پیچیده استفاده می‌کند.
با این حال، در اینجا ما بر روی فرآیندهای آسیاب و تراشکاری تمرکز خواهیم کرد - دو روش کاهشی که به طور گسترده در دسترس هستند و اغلب برای ماشینکاری CNC دقیق استفاده می شوند.

فرزکاری در مقابل تراشکاری
فرزکاری یک فرآیند ماشینکاری است که از یک ابزار برش استوانه ای و چرخشی برای حذف مواد و ایجاد اشکال استفاده می کند.تجهیزات فرز که به عنوان آسیاب یا مرکز ماشینکاری شناخته می شوند، جهانی از هندسه های پیچیده قطعات را بر روی برخی از بزرگترین اجسام ماشینکاری شده فلزی انجام می دهند.
یکی از ویژگی های مهم فرز این است که قطعه کار در حالی که ابزار برش می چرخد ​​ثابت می ماند.به عبارت دیگر، در یک آسیاب، ابزار برش دوار در اطراف قطعه کار حرکت می کند که در جای خود روی یک تخت ثابت می ماند.
تراشکاری فرآیند برش یا شکل دادن به یک قطعه کار بر روی تجهیزاتی به نام تراش است.به طور معمول، ماشین تراش قطعه کار را روی یک محور عمودی یا افقی می چرخاند در حالی که یک ابزار برش ثابت (که ممکن است در حال چرخش باشد یا نباشد) در امتداد محور برنامه ریزی شده حرکت می کند.
ابزار نمی تواند به طور فیزیکی قسمت را دور بزند.ماده می چرخد ​​و به ابزار اجازه می دهد تا عملیات برنامه ریزی شده را انجام دهد.(زیرمجموعه‌ای از ماشین‌های تراش وجود دارد که در آن ابزارها به دور سیمی می‌چرخند، اما در اینجا پوشش داده نشده است.)
در تراشکاری، بر خلاف آسیاب، قطعه کار می چرخد.قطعه قطعه روی دوک ماشین تراش می چرخد ​​و ابزار برش با قطعه کار تماس پیدا می کند.

ماشینکاری دستی در مقابل CNC
در حالی که هم آسیاب ها و هم ماشین های تراش در مدل های دستی موجود هستند، ماشین های CNC برای اهداف ساخت قطعات کوچک مناسب تر هستند - ارائه مقیاس پذیری و تکرارپذیری برای کاربردهایی که نیاز به تولید حجم بالایی از قطعات با تحمل سخت دارند.
تجهیزات CNC دقیق علاوه بر ارائه ماشین‌های دو محوره ساده که در آن ابزار در محورهای X و Z حرکت می‌کند، شامل مدل‌های چند محوره می‌شود که قطعه کار نیز می‌تواند حرکت کند.این بر خلاف ماشین تراش است که در آن قطعه کار به چرخش محدود می شود و ابزارها برای ایجاد هندسه مورد نظر حرکت می کنند.
این پیکربندی‌های چند محوره امکان تولید هندسه‌های پیچیده‌تر را در یک عملیات واحد بدون نیاز به کار اضافی توسط اپراتور ماشین فراهم می‌کنند.این نه تنها تولید قطعات پیچیده را آسان تر می کند، بلکه احتمال خطای اپراتور را نیز کاهش می دهد یا از بین می برد.
علاوه بر این، استفاده از مایع خنک‌کننده فشار بالا با ماشین‌کاری دقیق CNC باعث می‌شود که تراشه‌ها وارد کار نشوند، حتی در هنگام استفاده از دستگاهی با دوک عمودی.

آسیاب های CNC
ماشین های فرز مختلف از نظر اندازه، پیکربندی محور، نرخ تغذیه، سرعت برش، جهت تغذیه آسیاب و سایر مشخصات متفاوت هستند.
با این حال، به طور کلی، آسیاب های CNC همه از یک دوک چرخان برای برش مواد ناخواسته استفاده می کنند.آنها برای برش فلزات سخت مانند فولاد و تیتانیوم استفاده می شوند اما می توانند با موادی مانند پلاستیک و آلومینیوم نیز استفاده شوند.
آسیاب های CNC برای تکرارپذیری ساخته شده اند و می توانند برای همه چیز از نمونه سازی تا تولید با حجم بالا استفاده شوند.آسیاب های CNC با دقت بالا اغلب برای کارهای تحملی محکم مانند قالب ها و قالب های ریز آسیاب استفاده می شود.
در حالی که فرز CNC می تواند چرخش سریع را به ارمغان بیاورد، تکمیل به صورت آسیاب شده قطعاتی با علائم قابل مشاهده ابزار ایجاد می کند.همچنین ممکن است قطعاتی با لبه‌ها و سوراخ‌های تیز تولید کند، بنابراین اگر لبه‌ها و سوراخ‌ها برای آن ویژگی‌ها غیرقابل قبول باشند، ممکن است فرآیندهای اضافی مورد نیاز باشد.
البته، ابزارهای برش‌زدایی که در این ترتیب برنامه‌ریزی شده‌اند، سوراخ‌زدایی می‌کنند، اگرچه معمولاً حداکثر 90 درصد نیاز نهایی را به دست می‌آورند، و برخی ویژگی‌ها را برای پرداخت نهایی دستی باقی می‌گذارند.
در مورد پرداخت سطح، ابزارهایی وجود دارند که نه تنها سطح قابل قبولی را ارائه می دهند، بلکه یک روکش آینه مانند در بخش هایی از محصول کار ایجاد می کنند.

انواع آسیاب CNC
دو نوع اصلی ماشین‌های فرز به‌عنوان مراکز ماشین‌کاری عمودی و مراکز ماشین‌کاری افقی شناخته می‌شوند که تفاوت اصلی در جهت گیری دوک ماشین است.
مرکز ماشینکاری عمودی آسیابی است که در آن محور دوک در جهت محور Z قرار دارد.این ماشین های عمودی را می توان بیشتر به دو نوع تقسیم کرد:
آسیاب تخت، که در آن دوک به موازات محور خود حرکت می کند در حالی که میز عمود بر محور دوک حرکت می کند.
■آسیاب های برجکی که در آنها دوک ثابت است و میز به گونه ای جابجا می شود که در حین عمل برش همیشه بر محور دوک عمود و موازی باشد.
در مرکز ماشینکاری افقی، محور دوک آسیاب در جهت محور Y قرار دارد.ساختار افقی به این معنی است که این آسیاب ها تمایل دارند فضای بیشتری را در کف ماشین سازی اشغال کنند.آنها همچنین به طور کلی از نظر وزن سنگین تر و قوی تر از ماشین های عمودی هستند.
آسیاب افقی اغلب زمانی استفاده می شود که سطح بهتری مورد نیاز باشد.دلیل آن این است که جهت گیری دوک به این معنی است که تراشه های برش به طور طبیعی از بین می روند و به راحتی جدا می شوند.(به عنوان یک مزیت اضافی، حذف کارآمد تراشه به افزایش عمر ابزار کمک می کند.)
به طور کلی، مراکز ماشینکاری عمودی رایج تر هستند، زیرا می توانند به اندازه مراکز ماشینکاری افقی قدرتمند باشند و می توانند قطعات بسیار کوچک را اداره کنند.علاوه بر این، مراکز عمودی دارای ردپای کوچکتری نسبت به مراکز ماشینکاری افقی هستند.

آسیاب CNC چند محوره
مراکز آسیاب CNC دقیق با چندین محور در دسترس هستند.آسیاب 3 محوره از محورهای X، Y و Z برای کارهای مختلف استفاده می کند.با یک آسیاب 4 محوره، دستگاه می تواند بر روی یک محور عمودی و افقی بچرخد و قطعه کار را حرکت دهد تا امکان ماشینکاری مداوم تر را فراهم کند.
یک آسیاب 5 محوره دارای سه محور سنتی و دو محور چرخشی اضافی است که امکان چرخش قطعه کار را در حین حرکت سر دوک در اطراف آن فراهم می کند.این کار باعث می شود که پنج طرف قطعه کار بدون برداشتن قطعه کار و تنظیم مجدد دستگاه، ماشین کاری شوند.

ماشین تراش CNC
یک ماشین تراش - که مرکز تراش نیز نامیده می شود - دارای یک یا چند دوک و محورهای X و Z است.از این دستگاه برای چرخاندن یک قطعه کار بر روی محور خود برای انجام عملیات برش و شکل دهی مختلف، استفاده از طیف وسیعی از ابزارها بر روی قطعه کار استفاده می شود.
تراش های CNC که به آنها تراش ابزار زنده نیز گفته می شود، برای ایجاد قطعات استوانه ای یا کروی متقارن ایده آل هستند.مانند آسیاب‌های CNC، تراش‌های CNC می‌توانند عملیات کوچک‌تری مانند نمونه‌سازی را انجام دهند، اما همچنین می‌توانند برای تکرارپذیری بالا تنظیم شوند و از تولید با حجم بالا پشتیبانی کنند.
تراش‌های CNC را می‌توان برای تولید نسبتاً بدون هندز نیز راه‌اندازی کرد که باعث می‌شود در صنایع خودروسازی، الکترونیک، هوافضا، رباتیک و تجهیزات پزشکی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند.

نحوه کار تراش CNC
با یک ماشین تراش CNC، یک نوار خالی از مواد موجود در چاک دوک تراش بارگذاری می شود.این چاک قطعه کار را در حالی که دوک می چرخد ​​در جای خود نگه می دارد.هنگامی که دوک به سرعت مورد نیاز رسید، یک ابزار برش ثابت با قطعه کار تماس می گیرد تا مواد را جدا کرده و به هندسه صحیح دست یابد.
یک ماشین تراش CNC می تواند چندین عملیات مانند سوراخ کاری، رزوه کاری، سوراخ کردن، تراشکاری، روکشی و تراش مخروطی را انجام دهد.عملیات های مختلف نیاز به تغییر ابزار دارند و می توانند هزینه و زمان راه اندازی را افزایش دهند.
هنگامی که تمام عملیات ماشینکاری مورد نیاز تکمیل شد، در صورت نیاز، قطعه از انبار برای پردازش بیشتر بریده می شود.سپس ماشین تراش CNC برای تکرار عملیات آماده است و معمولاً در این بین زمان نصب اضافی کمی یا بدون نیاز است.
تراش‌های CNC همچنین می‌توانند انواع فیدرهای خودکار را در خود جای دهند که میزان جابجایی دستی مواد خام را کاهش می‌دهد و مزایایی مانند موارد زیر را ارائه می‌کند:
■ زمان و تلاش مورد نیاز اپراتور دستگاه را کاهش دهید
■ برای کاهش ارتعاشات که می تواند بر دقت تأثیر منفی بگذارد، از بارستوک حمایت کنید
■ به ماشین ابزار اجازه دهید تا با سرعت اسپیندل بهینه کار کند
■ زمان تغییر را به حداقل برسانید
■ کاهش ضایعات مواد

انواع تراش CNC
انواع مختلفی از ماشین تراش وجود دارد، اما رایج ترین آنها تراش CNC 2 محوره و ماشین تراش اتوماتیک به سبک چینی است.
اکثر ماشین های تراش CNC چین از یک یا دو دوک اصلی به اضافه یک یا دو دوک پشتی (یا ثانویه) استفاده می کنند که انتقال چرخشی مسئول اولی است.دوک اصلی عملیات ماشینکاری اولیه را با کمک یک بوش راهنما انجام می دهد.
علاوه بر این، برخی از ماشین های تراش به سبک چینی مجهز به سر ابزار دوم هستند که به عنوان آسیاب CNC عمل می کند.
با یک ماشین تراش اتوماتیک به سبک CNC چین، مواد موجود از طریق یک دوک سر کشویی به یک بوش راهنما وارد می شود.این به ابزار اجازه می‌دهد تا مواد را نزدیک‌تر به نقطه‌ای که مواد پشتیبانی می‌شوند برش دهد، و ماشین چین را به‌ویژه برای قطعات باریک و بلند و برای ریزماشین‌کاری مفید می‌کند.
مراکز تراش CNC چند محوره و ماشین های تراش به سبک چینی می توانند چندین عملیات ماشینکاری را با استفاده از یک دستگاه انجام دهند.این آنها را به گزینه ای مقرون به صرفه برای هندسه های پیچیده تبدیل می کند که در غیر این صورت نیاز به چندین ماشین یا تغییر ابزار با استفاده از تجهیزاتی مانند آسیاب سنتی CNC دارند.