دستگاه فرز

 5/5

خوانده شده298

Padashi
1 تیر 1400
مجله فرز cnc
10 دقیقه زمان مطالعه

فرز CNC

مترجم داود شفیعی

مقدمه:

برای کسانی که با صنعت و بویژه تولید آشنا نیستند صرف توضیح دادن اینکه فرز CNC چیست اگر نگوییم هیچ فایده‌ای ندارد، چندان فایده‌ای نخواهد داشت. برای اینکه درک درستی از فرز CNC و کارکرد آن داشته باشید لازم است تا مقدماتی را بدانید، از جمله اینکه ماشین‌کاری یعنی چه؟ ماشین ابزار چیست ؟ دستگاه فرز چیست؟ فرزکاری یعنی چه؟ ، CNC چیست؟ و در انتها ماشین فرز CNC چیست؟

«اگر نتوانید آنچه میدانید را به راحتی برای کسی توضیح دهید خودتان هنوز درست نفهمیده‌اید». آلبرت انیشتین

If you can’t explain it simply, you don’t understand it well enough.

با توجه به هزینه ترجمه تخصصی مطالب هر گونه کپی برداری قطعا از طرق پلیس فتا پیگیری خواهد شد.

ماشینکاری: Machining

یک راه برای اینکه یک قطعه بسازید این است که یک تکه آهن، آلومینیم، برنج، چوب یا هر ماده‌ی جامد و سفت دیگری را برداشته و با حذف کنترل شده‌ی تکه‌هایی از آن به آنچه می‌خواهید برسید. یک پیکرتراش یا مجسمه ساز همین‌گونه عمل می‌کند، یک سنگ خام را با حذف قسمتهایی از آن به شکلی دلخواه تبدیل میکند. چنانچه این فرآیند با دستگاه(ماشین) انجام شود به آن ماشینکاری میگویند. پس «ماشینکاری فرآیند ساخت و تولید قطعات از طریق حذف مواد(براده‌برداری) است».
براده‌برداری عملیات یا فرآیند برداشت یا حذف مواد از یک قطعه با استفاده از ماشین‌های صنعتی است.

در هنگاه برداه برداری معمولا از جریان سریع عوا یا آب صابون برای خنک نگاه داشتن ابزار و قطعه کار استفاده میشود چراکه در غیر ایننصورت ممکن است ابزار کار یا قطعه به دلیل حرارت بالای ایجاد شده در اثز برشکاری و اصطکاک آسیب ببینند.
در دو دهه گذشته شاهد حضور دستگاه‌هایی به طور گسترده در بازار بوده‌ایم به نام «پرینترهای سه‌بعدی». این دستگاهها دقیقا برعکس عملیات ماشنیکاری را انجام مدهند یعنی مواد را به صورت کنترل شده و دقیق به هم چسبانده و به تدریج یک قطعه ایجاد می‌کنند .

در پرینترهای سه بعدی یک خروجی( نازل) معمولا پلاستیک مایع را روی یک میز کار به صورت لایه به لایه قرار داده این مواد بلافاصله پس از خروج سفت شده و با روی هم قرار گرفتن به تدریج یک قطعه دلخواه ایجاد می‌شود. پرینترهای سه بعدی چنان گسترده‌شده‌اند که میتوان از آنها برای ساخت منازل نیز استفاده کرد. به این ترتیب که یک پرینتر غول‌پیکر سیمان را از نازل خود ریخته و به تدریج یک منزل مسکونی را می‌سازد.

پرینتر سه بعدی. فرآیند ساخت قطعه در این دستگاهها برعکس ماشین کاری است. یعنی به جای اینکه با حذف مواد به قطعه دلخواه ساخته شود با اضافه کردن مواد قطعه تو.لید می‌شود.

ماشین ابزار یا ماشین ابزار Machine tool

ماشین ابزرها دستگاهایی هستند که با استفاده و اتصال ابزار به آنها قطعات معمولا فلزی یا سایر مواد سخت را در فرآیند ماشین‌کاری تولید می‌کنند. با کمک ماشین ‌ابزارها میتوان قطعات را با دقت و سرعت بالا تولید کرد. از انواع ماشین ابزارها میتوان از دستگاه تراش (Lathe)، دستگاه فرز، صفحه تراش (Shaper)، دریل (Drill)، دستگاه اسپارک (Die-sink EDM (Electrical discharge machining)) ، دستگاه سنگ زنی (Grinding machine) و دستگاه وایرکات (Wire-cut EDM) نام برد.

ماشین تراش . روش براده‌برداری در این دستگاه برخلاف دستگاه فرز است. در این دستگاه ابزار تابت مانده و قطعه کار با سرعت بالا دور محور افقی دستگاه می‌چرخد. با تماس و ساییده شدن ابزار به قطعه درحال چرخش عملیات برداه‌بردای انجام می‌شود.

فرزکاری Milling (machining)

فرزکاری نوعی ماشینکاری است که در نتیجه آن با کمک ابزارهای برشی[i] که به دستگاه فرز متصل شده و با سرعت به دور محور خود میچرخند عملیات براده‌برداری انجام می‌شود تا به تدریج از یک قطعه‌ی خام، قطعه مورد نظر ساخته شود. به عبارت دیگر فرز کاری نوع خاصی از ماشینکاری است که در آن ابزارهای دوار از روی یک قطعه معمولا ثابت براده‌برداری می‌کنند.

دستگاه فرز Milling machine

ماشین‌های فرزکاری از جمله مهمترین و پرکاربردترین ماشین‌های ابزار در صنعت هستند. یک ماشین فرز دستگاهی است برای براده‌برداری از یک قطعه با ابزارهای برش چرخان . به عبارت دیگر به فرآیند براده‌برداری از یک قطعه با دستگاه فرز، فرز کاری (Cutting Tools) گفته میشود.

با توجه به هزینه ترجمه تخصصی مطالب هر گونه کپی برداری قطعا از طرق پلیس فتا پیگیری خواهد شد.

CNC

در گذشته و قبل از پیدایش کامپیوتر و کنترلرهای کامپیوتری، برای فرزکاری و یا هر عملیات ماشینکاری دیگری صرفا یک راه ب ممکن بود. کسی که قصد تولید قطعه‌ای را داشت و البته می‌بایست مهارت بالایی نیز میداشت پشت میز کار دستگاه قرار می‌گرفت و با در دست گرفتن دستگیره‌های کنترل کننده حرکت میز کار یا بازوهای متحرک، عملیات براده‌برداری را شخصا و با فکر و کمک حواس پنجگانه انجام میداد. واضح است که در این فرآیند دقت پایین و احتمال بروز خطا بالا است.

با پیدایش کامپیوتر و ورود آنها به عرصه صنعت در دهه 60 میلادی اولین ماشین افزارهای CNC (computer numerical control)ساخته شدند. در این دستگاهها کامپیوتر کنترل میز‌کار و سایر محورهای متحرک دستگاه را در اختیار دارد و در نتیجه دقت و سرعت کار بسیار بالا بوده و خطا تقریبا وجود ندارد.

مزایا و معایب ماشین‌های CNC

مزایا:

1- دستگاه CNC برخلاف دستگاههای دستی میتواند 24 ساعته کار کند.

2- اپراتور آن لازم نیست مهارت بالایی داشته باشد. اپراتور یک ماشین دستی (Manually Operated Machine) باید یک استاد کار بسیار با تجربه و ماهر باشد

3- دستگاه CNC قابلیت بروز رسانی دارد

4- یک اپراتور میتواند همزمان چندین دستگاه CNC را اداره کند . برخلاف دستگاههای دستی که اپراتور تنها با یک دستگاه کار می‌کند

5- دقت بسیار بالا بر خلاف دستگاههای دستی

6- سرعت بالا

7- کاهش نیروهای کاری و در نتیجه کم شدن مخارج

7- کاهش هزینه تولید به دلیل کم شدن خطا و سرعت بالا و تعداد اپراتورها

معایب:

1- هزینه اولیه بالا

2- کم شدن هنر و مهارت اپراتورها

3- هزینه بالای اولیه برای خرید دستگاه

دستگاه فرز CNC – CNC Milling Machine

قبل از اینکه به بحث درباره دستگاه فرز CNC بپردازیم باید توجه داشته باشید که هر ماشین ابزاری که به کامپیوتر متصل شده و توسط آن ادره شود یک دستگاه CNC است خواه یک دستگاه برش لیزر CNC باشد، یا یک واتر جت CNC (Waterjet CNC cutting machine) یا یک وایر کات CNC .

با توجه به آنچه تا کنون گفته شده به راحتی می‌توان فهمید که یک دستگاه فرز CNC یک دستگاه فرز است که به کامپیوتر متصل شده و توسط آن کنترل می‌شود.

روش ساخت و تولید قطعه در یک ماشین فرز CNC به این ترتیب است که ابتدا تیم مدلسازی و طراحی با یک نرم‌افزار طراحی سه بعدی قطعه مورد نیاز را در کامپیوتر طراحی و مدلسازی میکنند.

در حال حاظر و در صنعت ایران این نرم‌افزارهای مدلسازی معمولا Solidworks یا CATIA هستند. از این نرم‌افزارها، برای نرم‌افزار رابط بین نرم افزار طراحی و ماشین CNC خروجی گرفته میشود. نرم افزار میانی معمولا Powermill است .

در این نرم افزار به صورت مجازی عملیان برداه‌برداری و ساخت قطعه توسط CNC به شکل سه بعدی انجام می‌شود. چنانچه این عملیات به صورت مجازی درست انجام شده و مورد تایید باشد در انتها نرام‌افزار ماشینکاری یا همان Powermill مدل را به کدههایی قابل درک برای CNC تبدیل میکند که به آن جی کد G-Code گفته می‌شود. این کدها مستقیما توسط کامپیوتر یا از طریق یک فلاش به دستگاه CNC داده شده تا عملیات ساخت قطعه شروع شود.

فهرست‌ها ، دسته بندی‌ها و انواع متفاوتی برای ماشین‌های CNC ارائه شده است. از نوع حرکت محور ابزار آنها که افقی یا عمودی است گرفته تا ابعاد آنها و یا بر اساس تعداد محورهای آنها و غیره

انواع دستگاه فرز CNC بر اساس تعداد محورها

هر چه تعداد محورهای عملیاتی یک CNC بیشتر باشد امکان تولید قطعات پیچیده‌تر نیز بیشتر می‌شود. یک فرز 5 محوره میتواند قطعاتی را براده‌برداری و تولید کند که برای فرز 3 محوره ممکن نیست.

دستگاه فرز CNC سه محوره 3-AXIS CNC Milling Machin

بیشترین فرزهای CNC موجود در صنعت فرزهای سه محوره هستند . در این فرزها معمولا میز کار که قطعه روی آن بسته می‌شود ثابت است و اسپیندل که ابزار برش به آن بسته میشود در سه جهت راست-چپ (محور X) و عقب-جلو (محورY) و بالا و پایین حرکت کرده و براده‌برداری میکند

cnc spindle اسپیندل موتوری است که امکان اتصال انواع ابزارهای برش به آن وجود دارد و با چرخش سریع ابزار برش امکان براده‌برداری را فراهم می‌کند.

این فرز مناسب برای سوراخ کاری‌های عمیق ، حفر شیارهای افقی و عمودی و به طور کلی ساخت و تولید قطعات مکانیکی است. باید توجه داشت که اگر در یک فرز CNC ابزار برش ثابت بماند و میز کار به همراه قطعه متصل به آن در سه جهت حرکت کنند این فرز نیز همچنان یک فرز سه محوره است.

دستگاه فرز CNC پنج محوره 5-AXIS CNC Milling Machine

همانند فرزهای سه محوره هستند علاوه بر اینکه میز کار یا ابزار برش همزمان میتواند به حول محور X ، Y و یا Z بچرخد. از این دستگاهها در صنایع اتوموبیل سازی ، هواپیما سازی، کشتی سازی، صنایع فضایی و غیره برای ساخت قطعات پیجیده مانند پره‌های توربین، بدنه ماشین و … استفاده میشود.

با توجه به هزینه ترجمه تخصصی مطالب هر گونه کپی برداری قطعا از طرق پلیس فتا پیگیری خواهد شد.

انواع دستگاه فرز CNC بر مبنای اندازه

بر اساس مقاله ویکیپدیا در مورد سایزهای مختلف CNC میتوان آنها را به هفت گروه تقسیم کرد 1-میکرو(بسیار کوچک)، 2-مینی( خیلی کوچک)، 3-دسکتاپ(رومیزی) (Desktop or Benchtop)، 4-متوسط ( که معمولا بر روی زمین قرار میگیرند)، 5-بزرگ 6- خیلی بزرگ 7- غول پیکر.

اما در عمل بزرگی دستگاه فرز CNC را میز کار آن مشخص میکند و بزرگی میز کار CNC رابطه مستقیم دارد با اندازه قطعه‌ای که نیاز به براده برداری دارد.

هرچه میز کار بزرگتر باشد قطعه بزرگتری را میتوان تولید کرد و قیمت دستگاه CNC نیز بیشتر خواهد بود برای مثال شرکتی که جواهرات تولید میکند چنانچه قصد خرید CNC داشته باشد نهایتا به یک CNC رومیزی نیاز دارد اما یک شرکت خودرو سازی به سایزهای کوچک و بزرگ CNC نیاز خواهد داشت و یک شرکت کشتی سازی به سایزهای غول پیکر CNC . اما آنچه بشیتر از همه در بازار فروش CNC موجود است CNC رومیزی(دسکتاپ) و سایزهای متوسط و نسبتا بزرگ است.

دستگاه فرز CNC کوچک و رومیزی

دستگاههای فرز رومیزی یا CNC Routers همانطور که از نامشان مشخص است کوچک بوده به راحتی قابل هستند، ارزان بوده و روی میز کار شما قرار میگیرند و حتی می‌توانید در منزل یکی از آنها را داشته باشید. ابعاد میز قطعه گیر آنها معمولا از 10 سانتیمتر در 10 سانتیمتر شروع شده و حداکثر تا یک متر در یک متر می‌رسد. از آنها برای نمونه سازی، ساخت قطعات هنری، تراش جواهرات، ساخت پلاک ، تابلو، ماکت‌های ساختمانی و صنعتی، منبت کاری، حکاکی، برشکاری و غیره استفاده میشود. قیمت این دستگاهها را چند فاکتور مشخص میکند. 1- ابعاد میز کار آنها 2 – نوع و کیفیت موتور و سرعت و قدرت اسپیندل 3-دقت دستگاه در ساخت قطعه

قیمت این فرزهای CNC رومیزی از 250 دلار شروع میشوند و تا هزار دلار بالا میروند.