انواع عملیات و فرآیندهای ماشینکاری
در فرآیند تولید یک قطعه، انواع عملیاتها و فرآیندهای ماشینکاری برای حذف مواد اضافی به کار گرفته میشود، تا قطعه به شکل مطلوب و طراحی شده تبدیل گردد. عملیاتهای ماشینکاری به طور معمول مکانیکی بوده و به کمک ابزارهایی نظیر متهها، تیغهها، چرخهای سایشی و دیسکهای بار بردارنده انجام میشوند. شافتها و سیلندرها از جمله قطعاتی هستند که ماشینکاری آنها در صنعت بسیار رایج است، اما با این حال قطعاتی که با ریختهگری یا جوشکاری ساخته شدهاند نیز میتوانند تحت فرآیند ماشینکاری تغییر شکل دهند.
تراشکاری و فرزکاری دو فرآیند اصلی ماشینکاری هستند و عملیاتهای دیگر عمدتا مکمل این دو فرآیند میباشند که تجهیزات مرتبط با آنها میتواند بر روی دستگاه تراش و فرز نیز سوار شود. به عنوان مثال، یک مته فرز می تواند با قرار گرفتن در دستگاه فرز عملیات بار برداری را انجام دهد، و یا با قرار گرفتن در یک دستگاه مته زنی، سوراخ کاری کند. در زمان گذشته، در فرآیند تراشکاری تنها قطعه می چرخید و در فرزکاری نیز ابزار با چرخش خود بار برداری میکرد. اما امروزه با ظهور تجهیزات ماشینکاری جدید، یک دستگاه قادر است بسیاری از این عملیاتها را به صورت ترکیبی انجام دهد.
تراشکاری
تراشکاری یک فرآیند ماشینکاری است که توسط دستگاه تراش انجام میشود. در فرآیند تراشکاری، ابزارها با عبور از قطعه چرخان، آن را تراش داده و باربرداری میکنند. ابزارهای برشی بر روی دو محور یا دو راستا حرکت میکنند تا برشهایی با عمق و عرض دقیق ایجاد گردانند. دستگاههای تراش در دو نوع دستی و CNC موجود هستند.
فرآیند تراشکاری میتواند بر روی قسمت خارجی یا داخلی قطعات انجام شود. وقتی روی قسمت داخلی انجام شود، به آن “بورینگ” میگویند – این روش (که بستگی به جهت اسپیندل دارد و میتواند افقی یا عمودی باشد) عمدتا برای ایجاد سوراخکاری و حفر شافتها به کار گرفته میشود. بخش دیگری از فرآیند تراشکاری “پیشانی تراشی” است و زمانی اتفاق میافتد که ابزار برشی روی انتهای قطعه کار و در جهت شعاعی حرکت میکند – این عمل معمولاً در مراحل ابتدایی و انتهایی فرآیند تراشکاری انجام میشود. از پیشانی تراشی برای ایجاد پلهها با صافی سطح مناسب بر روی یک شافت یا قطعه ریختهگری شده استفاده میشود که عمود بر محور چرخشی باشد.
دستگاههای تراش به طور کلی در سه زیرمجموعه دسته بندی میشوند – سری تراشها، دستگاه تراش موتوری و تراشهای مخصوص. تراشهای موتوری نوع رایجتری هستند که عموماً توسط کارگران و ماشینکاران شخصی یا علاقمندان به هنرهای دستی استفاده میشود، اما سری تراشها و تراشهای مخصوص به طور معمول برای کارهایی استفاده میشوند که نیاز به تکرار تولید قطعات باشد. سری تراشها یک نگهدارنده ابزار دارند که امکان انجام چندین عمل برشی متوالی را بدون مداخله از سوی کاربر فراهم میکند.
دستگاههای تراش CNC، سر دستگاه و دستگاه مرغک ماشینهای تراش سنتی را با محورهای اسپیندل اضافی ترکیب میکنند تا ماشینکاری قطعاتی که تقارن چرخشی دارند را تسهیل سازند. منحنیهای پیچیده در ساختار قطعات، در حالی که ابزار برش در مسیرهای جداگانهای حرکت میکند، میتوانند با چرخش قطعه کار روی یک قوس مشخص ایجاد شوند. این روش به عنوان ماشینکاری ۵ محوری شناخته میشود.
سوراخ کاری – بورینگ – برقوکاری
سوراخکاری با استفاده از متهها، سوراخ های استوانهای شکل را در قطعات ایجاد میگرداند. به دلیل آنکه بسیاری از سوراخها در قطعات برای قرارگیری پیچها یا پینها در فرآیند مونتاژ هستند، میتوان سوراخکاری را یکی از مهمترین فرایندهای ماشینکاری دانست. عدم سوراخکاری درست قطعه، میتواند کل فرآیند ماشینکاری را تحت الشعاع خود قرار دهد وحتی منجر به ضایعات شدن قطعه گردد. اغلب از یک دستگاه دریل برای سوراخکاری استفاده میشود. اما متههای مربوطه میتوانند در دستگاههای تراش و فرز نیز قرار گرفته و فرآیند سوراخکاری را پیش ببرند. در اکثر عملیاتهای تولید، سوراخکاری مرحله اولیهای است، که به منظور ایجاد سوراخ نهایی برای قلاویزها، رزوهها یا سوراخ مته مرغک در قطعه ایجاد میگردد.
متههای سوراخکاری معمولاً سوراخهای بزرگتر از اندازه نامی خود را برش میدهند و به دلیل انعطاف پذیری مته و تمایل آن برای پیشروی در مسیر با کمترین مقاومت، لزوما سوراخها ایجاد شده توسط آنها، مستقیم یا دایرهای شکل نیستند. به همین دلیل، سوراخکاری اولیه معمولاً با اندازهی کمتر از اندازه مشخص شده ایجاد میشود و پس از آن، عملیات ماشینکاری دیگری صورت میگیرد که سوراخ را به ابعاد نهایی خود برساند.
متهها دارای مسیرهای مارپیچی شکل هستند که از ساقه مته شروع شده و به هنگام پیشروی مته در قطعه، تراشهها یا پلیسهها را از سوراخ خارج می کند. در فرآیند سوراخکاری برای هر نوع متریال، سرعت و قدرت ورودی مشخصی برای مته پیشنهاد شده است.
دریل یا سوراخ کاری و بورینگ غالباً با هم اشتباه میشوند. بورینگ برای بهینه کردن ابعاد و افزایش دقت یک سوراخ حفاری شده، استفاده میشود. دستگاههای بورینگ بسته به اندازه کاری در سایزهای مختلفی ارائه شدهاند. دستگاه بورینگ عمودی برای ماشینکاریهای قطعات بسیار بزرگ و سنگین استفاده میشود که در آن قطعه کار می چرخد و ابزار برش ثابت است. دستگاههای بورینگ افقی نیز قطعه کار را ثابت نگه میدارند و ابزار باربرداری میچرخد. بورینگ میتواند با دستگاه تراش نیز انجام شود. ابزار بورینگ معمولاً تنها از یک نقطه اتکاء برای ماشینکاری لبه سوراخ استفاده میکند، و به ابزار اجازه می دهد به صورت مقیدتری نسبت به مته دریل سوراخ کاری کند. سوراخ های مرکزی در قطعات ریخته گری معمولاً با بورینگ زده میشوند.
برای نهایی کردن سوراخ ها، از برقوکاری ماشینی و دستی استفاده میشود که معمولاً صافی سطحی بهتری را نسبت به بورینگ زدن تنها ایجاد میکنند. برقوهای استاندارد معمولا در اندازه ۶۴۱ اینچ در دسترس هستند و شیارهای آنها به دو شکل صاف یا هلیکال میباشد، و به کمک آنها تنها ۰۰۴/۰ تا ۰۰۸/۰ اینچ از لبه سوراخ باربرداری میشود. برقوکاری با همان ماشینهایی که با آن بورینگ زده میشود انجام میگیرد. از دستگاه دریل نیز میتوان برای این فرآیند بهره جست.
فرزکاری
در فرزکاری از ابزار برشی چرخان برای باربرداری قطعات استفاده میشود، در حالی که به طور مرسوم در عملیات تراشکاری، ابزار باربرداری، چرخشی ندارد. ماشینهای فرز سنتی میزها و بسترهای قابل حرکتی هستند که قطعات کار روی آنها نصب میشوند. در این ماشینها، ابزارهای برشی در حالی که میچرخند، در موقعیت خود ثابت بوده و میز قطعه را حرکت داده تا با جای گیری در موقعیت مناسب، بتوان باربرداریهای مورد نظر را انجام داد. در برخی دیگر از ماشینهای فرز برای دستیابی به درجه آزادی بیشتر، میز و ابزارهای برشی هر دو قابل حرکت هستند.
عملیاتهای فرزکاری با توجه به شیوه باربرداری تیغه، به سه دسته فرزکاری اسلب، فرزکاری عمودی و فرزکاری انگشتی تقسیم میگردد. در فرزکاری اسلب راستای محوری تیغه موازی با صفحه تراش میباشد و لبههای پیرامونی تیغه در برخورد با قطعه باربرداری میکنند. در فرزکاری عمودی، تیغه عمود بر صفحه تراش بوده و پیشانی تیغه سطح مورد نظر را برش میدهد. فرزکاری انگشتی نیز مشابه با فرز عمودی بوده با این تفاوت که ابزار برش متهای میباشد که با حرکت بر روی صفحه شکل مدنظر را در قطعه ایجاد میگرداند.
برخی از عملیاتی که یک ماشین فرز قادر به انجام آنهاست، شامل برنامهریزی، برش، بریدن، حفر کردن، سینک ذوزنقهای و غیره میباشد، که باعث میشود ماشین فرز یکی از تجهیزات انعطافپذیر و پرکاربرد در یک کارگاه ماشینکاری باشد.
چهار نوع ماشین فرز وجود دارد که عبارتند از،
- ماشینهای دستی فرز
- ماشینهای ساده فرز
- ماشینهای یونیورسال فرز
- ماشینهای یونیورسال فرز همهکاره
این ماشینها دارای کاترهای افقی یا کاترهای نصب شده در محور عمودی هستند. همانطور که انتظار میرود، ماشین فرز یونیورسال امکان استفاده همزمان از ابزارهای برشی عمودی و افقی را فراهم میکند، که آن را به یکی از پیچیدهترین و انعطافپذیرترین ماشینهای فرز موجود تبدیل کرده است.
همانند تراشکاریها، ماشینهای فرز نیز قادر به انجام عملیاتهای سری و متوالی بر روی یک قطعه بدون دخالت اپراتور هستند و اغلب به نام فرز عمودی یا افقی نامیده میشوند. این ماشینها به طور معمول بر پایه CNC عمل میکنند.
سنگ زنی
سنگزنی برای ایجاد سطوحی با کیفیت بالا و صافی سطح مناسب به کار گرفته میشود. دستگاههای سنگ زنی سطحی، محصول را به روی یک میز قرار داده و چرخ سنگزنی را به صورت تکرار شونده از آن عبور میدهند. عمق بریدگی چرخ معمولاً در محدوده ۰۰۰۲۵/۰ تا ۰۰۱/۰ اینچ است. دستگاههای سنگزنی استوانهای، قطعه کار را روی سه نظام میگذارند و همزمان با چرخش قطعه، چرخ سنگزنی چرخان را با آن درگیر میکنند. برای تولید قطعات کوچک به صورت انبوه از سنگزنی غلتکی استفاده میشود. سطوح سنگزده شده در این روش به جز فرم ظاهری دقیقا مشابه یکدیگر نخواهند شد. سنگزنی دوگانه دیسکی نیز روشی دیگر است که صفحه را یک یا چندین بار بین دو چرخ سنگزنی با چرخش متضاد عبور میدهد. سطوح سنگ زده شده نقطه شروعی برای سایر عملیاتهای پرداختکاری نظیر لپینگ، هونینگ یا سایر روشهای میکروپرداختکاری میباشد.
صفحه تراشی
صفحه تراشی، برای تراشکاری صفحات تخت و بسیار بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد. قطعه بر روی بستر تراش حرکت میکند تا در موقعیت مربوطه، ابزارهای برش عملیات باربرداری را بر روی قطعه اعمال کنند. دستگاههای صفحه تراشی با نام پلنر شناخته میشوند و مشابه دستگاه شیپر هستند با این تفاوت که در شیپر قطعه کار ثابت بوده و حرکتی ندارد.
خانکشی
خانکشی برای ایجاد سوراخهای مربعی، جای خار، سوراخهای هزارخاریها و سایر موارد استفاده میشود. خانکش شامل تعداد زیادی دندان است که بهطور متوالی تقریباً مانند یک سوهان مرتب شدهاند، اما هر دندان کمی بزرگتر از دندان قبلی است. با کشیدن یا فشار دادن خانکش از طریق یک سوراخی که از پیش ایجاد شده (یا از کنار یک سطح)، یک سری برش در مسیر ایجاد میشود، که به صورت تدریجی عمیقتر میشود. خانکشی فشاری اغلب با استفاده از دستگاه های پرس عمودی انجام میشود. خانکشی کششی نیز اغلب توسط ماشینهای عمودی یا افقی مجهز به سیستم هیدرولیکی صورت میپذیرد.
اره و برشکاری
تقطیع فلزات به طور عمومی با استفاده از دستگاههای برش انجام میشود و به منظور کوتاه کردن میلهها، اجسام اکسترود شده و سایر قطعات طویل صورت میگیرد. اره نواریهای افقی و عمودی با عبور مستمر دندانههای تیز و سخت خود از قطعه آن را برش میدهند. سرعت اره با توجه به متریال متفاوت است، به طوری که برخی آلیاژهایی که استحکام یا ضریب هدایت حرارتی آنها بالا میباشد، نیاز به سرعت برش آرام تری در مقایسه با مواد نرمتری مثل آلومینیوم دارند. چرخهای ساینده و ارههای مدور نیز از دیگر دستگاههای کاربردی در برشکاری میباشند.
تخلیه الکتریکی یا فرآیند الکترو شیمیایی
تخلیه الکتریکی یا فرآیند الکتروشیمایی، اشکال غیر مکانیکی حذف متریال و شکل دهی قطعه میباشند، که از جرقه های فرسایشی یا مواد شیمیایی برای این کار استفاده میکنند. ماشینکاری تخلیه الکتریکی را به کمک جرقهای (اسپارک) که از طریق یک سیال دی الکتریک از یک الکترود ایجاد میشود، به سطح قطعه کار که رسانا میباشد، منتقل میکند. ویژگیهای بسیار ظریفی را در شکلدهی قطعه به کمک این روش میتوان پدید آورد. نرخ تخلیه و برداشت متریال بر خلاف سایر روشهای ماشینکاری عموماً تحت تأثیر سختی نیست، بلکه تحت تأثیر خواص حرارتی و هدایت فلز میباشد. ماشینکاری الکتروشیمیایی نیز چیزی شبیه به فرآیند آبکاری معکوس است و حفرههای بدون سوراخ با سطح بالایی تولید میکند. این یک فرآیند ماشینکاری سرد است و هیچ تنش حرارتی به قطعه کار وارد نمیکند.
