فرزکاری غلطکی: فرآیند، کاربردها، مزایا و معایب

آخرین به روزرسانی

مقدمه

فرزکاری غلطکی (فرزکاری ساده) به انگلیسی plain milling روشی است که در آن محور ابزار برش موازی با سطح کار و لبه برنده در پیرامون ابزار برش یا تیغه فرز غلطکی قرار دارد. این طراحی دستیابی به تماس بیشتر بین سطح برش و سطح کار را ممکن می سازد و امکان حذف سریع مواد را فراهم می کند. در حالی که فرزکاری سـاده می تواند مواد را به سرعت حذف کند، در مقایسه با سایر فرآیندهای فرزکاری، پرداخت سطحی خشن تری نیز به همراه دارد.

در این مقاله به تعریف فرزکاری غلطکـی، نحوه کار این فرآیند، کاربردها، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.

فرزکاری غلطکی چیست؟

فرزکاری غلطکـی که به آن فرزکاری سطحی (surface milling) یا فرزکاری تخت (slab milling) نیز گفته می شود، فرآیندی است که برای ماشینکاری با محور چرخشی ابزار موازی با سطح قطعه کار استفاده می شود. در فرزکاری سـاده، قطعه کار به بستر دستگاه ثابت می شود و تیغه چرخان، مواد را از سطح رویی قطعه کار ماشین کاری می کند.

هدف از فرزکاری ساده چیست؟

هدف از فرزکاری سـاده برداشتن مواد برای ایجاد یک سطح صاف موازی با محور ابزار است. فرزکاری غلطکـی با فرزکاری پیشانی (face milling) قابل مقایسه است. با این حال، برای برداشتن حجم زیادی از مواد مناسب تر است. هدف فرزکاری سـاده ایجاد پرداخت سطحی خوب نیست، اگرچه انتخاب ابزار مناسب برای فرزکاری ساده می‌تواند بر کیفیت سطح نهایی تأثیر بگذارد. همچنین این نوع فرزکاری قادر به تولید ویژگی های هندسی پیچیده نیست.

آیا فرزکاری غلطکی و فرزکاری محیطی (peripheral milling) یکی هستند؟

فرزکاری سـاده و فرزکاری محیطی بسیار شبیه هستند، اما یکسان نیستند. در حالی که فرزکاری سـاده نوعی فرزکاری پیرامونی در نظر گرفته می‌شود، لزوما همه فرزکاری های پیرامونی، فرزکاری سـاده نیستند. با این حال، در هر دو حالت، محور ابزار موازی با سطح کار است و برش توسط دندانه های روی محیط ابزار برش انجام می شود، از این رو نام پیرامونی یا محیطی را یدک می کشند.

فرآیند فرزکاری غلطکی چیست؟

اولین مرحله در عملیات فرزکاری غلطکـی انتخاب یک تیغه سبک یا سنگین و نصب آن بر روی دستگاه فرز است. برای برداشتن حجم زیادی از مواد، باید از یک ابزار درشت تر استفاده شود و بالعکس. علاوه بر این، هنگام استفاده از ابزارهای درشت، سرعت بالای میز (table speed) و سرعت کمتر ابزار باید انتخاب شود و بالعکس.

در مرحله بعد، قطعه کار روی میز دستگاه محکم می شود. کار را می توان یا در یک گیره یونیورسال یا روی صفحه با قابلیت تنظیم زاویه نگه داشت. تراز بودن بستر دستگاه باید بررسی شود تا از تراز بودن برش های ایجاد شده اطمینان حاصل گردد. پس از تکمیل این مراحل می توان برش ها را روی قطعه ایجاد کرد.

فرزکاری ساده در تولید چگونه استفاده می شود؟

در تولید، از فرزکاری ساده برای ایجاد یک سطح افقی بزرگ و مسطح استفاده می شود که موازی با محور ابزار برش و موازی با بستر دستگاه است. فرزکاری سـاده به دلیل آنکه سریعترین و موثرترین راه برای حذف مواد برای ایجاد یک سطح صاف است، به این منظور در تولید استفاده می شود.

کاربردهای فرزکاری غلطکی چیست؟

فرزکاری سـاده به دلیل تماس زیاد بین دندانه های تیغه فرز و قطعه کار، برای برداشتن مقدار زیادی از مواد کاربرد دارد. این به کاربردهایی از جمله موارد زیر منجر می شود:

1. شکل دادن (Shaping)
2. ایجاد سطوح تراز
3. ایجاد شیار

جزییات هندسی ابزار فرز غلطکی: کلیدی برای درک عملکرد و انتخاب ابزار مناسب

اهمیت هندسه ابزار

هندسه تیغه فرز غلطکی یکی از عوامل بسیار مهم در تعیین عملکرد و کیفیت عملیات فرزکاری است. پارامترهایی مانند زاویه مارپیچ، تعداد دندانه‌ها و شعاع گوشه‌ها، به طور مستقیم بر کیفیت سطح قطعه کار، نرخ برداشت مواد، عمر ابزار و حتی نیروهای وارده به دستگاه تاثیر می‌گذارند. درک دقیق این پارامترها، به شما کمک می‌کند تا ابزار مناسب را برای هر کاربرد انتخاب کرده و بهترین نتایج را به دست آورید.

زاویه مارپیچ (Helix Angle)

• تعریف: زاویه بین خطی که از مرکز دندانه به نوک آن کشیده می‌شود و صفحه عمود بر محور ابزار است.
• تاثیر بر عملکرد:
  • برداشت براده: زاویه مارپیچ بیشتر، باعث می‌شود براده‌ها به صورت مارپیچی و نرم‌تر از قطعه کار جدا شوند و از ایجاد لرزش و شکستگی براده جلوگیری می‌کند.
  • کیفیت سطح: زاویه مارپیچ مناسب، به بهبود کیفیت سطح قطعه کار کمک می‌کند. زاویه‌های کم برای پرداخت‌کاری و زاویه‌های زیاد برای برداشت حجم بالای مواد مناسب‌تر هستند.
  • نیروهای برش: زاویه مارپیچ بر نیروهای برش و گشتاور وارد بر ابزار تاثیر می‌گذارد. زاویه‌های زیاد، نیروهای محوری بیشتری ایجاد می‌کنند.

تعداد دندانه‌ها (Number of Teeth)

• تاثیر بر عملکرد:
  • نرخ برداشت مواد: تعداد دندانه‌های بیشتر، باعث افزایش نرخ برداشت مواد می‌شود.
  • کیفیت سطح: تعداد دندانه‌های بیشتر، به بهبود کیفیت سطح قطعه کار کمک می‌کند.
  • نیروهای برش: تعداد دندانه‌های بیشتر، باعث کاهش نیروهای برش بر روی هر دندانه می‌شود.

شعاع گوشه‌ها (Corner Radius)

تعریف: شعاع انحنای لبه برنده دندانه.

تاثیر بر عملکرد:

• کیفیت سطح: شعاع گوشه بزرگتر، به کاهش زبری سطح و بهبود کیفیت سطح کمک می‌کند.
• عمر ابزار: شعاع گوشه بزرگتر، باعث افزایش عمر ابزار می‌شود، زیرا تنش‌های موضعی روی لبه برنده کاهش می‌یابد.
• نیروهای برش: شعاع گوشه بزرگتر، باعث کاهش نیروهای برش می‌شود.

جدول مقایسه‌ای تاثیر پارامترهای هندسی

پارامتر	تاثیر بر برداشت مواد	تاثیر بر کیفیت سطح	تاثیر بر عمر ابزار	تاثیر بر نیروها
زاویه مارپیچ	افزایش	بهبود	بهبود	افزایش نیروهای محوری
تعداد دندانه‌ها	افزایش	بهبود	کاهش بر هر دندانه	کاهش
شعاع گوشه‌ها	کاهش	بهبود	افزایش	کاهش

انواع حرکات فرزکاری و کاربرد آن‌ها در فرزکاری غلطکی

در فرآیند فرزکاری، حرکت‌های نسبی بین ابزار برش و قطعه کار نقش بسیار مهمی در شکل‌دهی نهایی قطعه و کیفیت سطح آن ایفا می‌کنند. این حرکات می‌توانند ترکیبی از حرکات خطی و دایره‌ای باشند و هر یک کاربرد خاص خود را دارند. در این بخش، انواع مختلف حرکات فرزکاری و کاربرد آن‌ها در فرزکاری غلطکی را به طور مفصل بررسی می‌کنیم.

1. حرکت خطی (Linear Motion):
   • حرکت پیشروی (Feed Motion): این حرکت، حرکت خطی ابزار در جهت عمود بر محور چرخش آن است. این حرکت باعث برداشت براده و شکل‌دهی سطح قطعه می‌شود.
   • حرکت تغذیه (Feed Rate): سرعت حرکت خطی ابزار را نشان می‌دهد و بر نرخ برداشت مواد، کیفیت سطح و عمر ابزار تأثیر می‌گذارد.
   • کاربرد در فرزکاری غلطکی: حرکت پیشروی در فرزکاری غلطکی برای ایجاد سطوح صاف و موازی با محور ابزار استفاده می‌شود. با تغییر سرعت تغذیه می‌توان نرخ برداشت مواد را کنترل کرد.
2. حرکت دایره‌ای (Circular Motion):
   • حرکت چرخشی ابزار (Spindle Rotation): ابزار برش حول محور خود با سرعت مشخصی می‌چرخد. این حرکت باعث ایجاد نیروی برشی و جدا شدن براده از قطعه کار می‌شود.
   • حرکت دورانی میز (Table Rotation): در برخی موارد، میز دستگاه فرز به دور محوری می‌چرخد تا بتوان سطوح منحنی یا اشکال پیچیده‌تری را ایجاد کرد.
   • کاربرد در فرزکاری غلطکی: حرکت چرخشی ابزار در فرزکاری غلطکی برای ایجاد سطوح صاف و موازی استفاده می‌شود. با تغییر سرعت چرخش ابزار می‌توان نرخ برداشت مواد را کنترل کرد.

ترکیبات حرکتی در فرزکاری غلطکی

در اکثر عملیات‌های فرزکاری غلطکی، ترکیبی از حرکات خطی و دایره‌ای برای شکل‌دهی قطعه استفاده می‌شود. برخی از ترکیبات رایج عبارتند از:

• فرزکاری موازی (Parallel Milling): در این روش، ابزار برش با حرکت خطی موازی با سطح قطعه کار حرکت می‌کند. این روش برای ایجاد سطوح صاف و موازی بسیار مناسب است.
• فرزکاری زاویه‌ای (Angular Milling): در این روش، ابزار برش با زاویه‌ای نسبت به سطح قطعه کار حرکت می‌کند. این روش برای ایجاد شیارها، پخ‌ها و سطوح شیب‌دار استفاده می‌شود.
• فرزکاری شعاعی (Radial Milling): در این روش، ابزار برش با حرکت شعاعی به دور مرکز قطعه کار حرکت می‌کند. این روش برای ایجاد سطوح دایره‌ای و منحنی استفاده می‌شود.

عوامل موثر بر انتخاب نوع حرکت

انتخاب نوع حرکت در فرزکاری غلطکی به عوامل زیر بستگی دارد:

• شکل هندسی قطعه کار: برای ایجاد سطوح مختلف، ترکیبات مختلفی از حرکات خطی و دایره‌ای مورد نیاز است.
• دقت ابعادی مورد نیاز: برای دستیابی به دقت ابعادی بالا، باید از پارامترهای حرکت دقیق و کنترل شده استفاده کرد.
• کیفیت سطح مورد نیاز: برای ایجاد سطوح با کیفیت بالا، باید از سرعت‌های برش و تغذیه مناسب استفاده کرد.
• نوع ابزار برش: هندسه ابزار برش نیز بر نوع حرکت مورد نیاز تأثیر می‌گذارد.

انواع تیغه فرزهای غلطکی کدامند؟

تیغه فرزهای غلطکی دو نوع هستند که به عنوان تیغه های سبک و سنگین شناخته می شوند.

تیغه های فرز ساده برای کار سنگین (Heavy-Duty Plain Milling Cutters)

تیغه های سنگین، دندانه های کمتر و زاویه مارپیچ (هلیکال) بزرگتری نسبت به تیغه های سبک دارند. زاویه مارپیچ تیغه های سنگین بین 25 تا 45 درجه است. تعداد کمتر دندانه ها، به این تیغه ها امکان حذف مقدار بیشتری از مواد می دهد. از این تیغه ها برای شکل دهی اولیه به جای عملیات پرداخت نهایی استفاده می شود.

تیغه های فرز ساده برای کار سبک (Light-Duty Plain Milling Cutters)

تیغه های سبک برای ماشینکاری با شدت کمتر استفاده می شوند، دندانه های بیشتر و زاویه مارپیچی کمتر از 25 درجه دارند و در عملیات پرداخت نهایی زمانی که برداشت مواد کمتر و کیفیت سطحی بالاتری مدنظر است استفاده می شوند.

چگونه یک تیغه فرز غلطکی انتخاب کنیم؟

انتخاب بین یک تیغه سبک یا یک تیغه سنگین به نوع برش بستگی دارد. اگر هدف از برش، برداشتن مقدار زیادی از مواد است و پرداخت سطحی در اولویت نیست، از تیغه سنگین استفاده کنید. این نوع تیغه دندانه های کمتری دارد که درشتی آن را بیشتر می کند. این ویژگی امکان کار با سرعت پیشروی میز بالا (table feed rate) و سرعت محور اصلی (spindle speed) کمتر را فراهم می کند. اگر برش با هدف برداشتن مقدار کمی از مواد و رسیدن به یک پرداخت سطحی ظریف است، یک تیغه سبک با دندانه های بیشتر انتخاب کنید که با سرعت محور اصلی بالاتر و سرعت پیشروی میز پایین کار می کند.

آیا انتخاب تیغه فرز غلطکی مناسب مهم است؟

بله، انتخاب تیغه فرز غلطکی مناسب مهم است. برخی از ابزارها ممکن است بتوانند بیش از یک کار را انجام دهند، اما معمولاً یک ابزار خاص همیشه موثرتر است. برای شروع، جنس ابزار مهم است. ابزارهایی از فولادهای تندبر (HSS) ممکن است برای برش فولاد ضعیف باشند. استفاده از ابزار با نوک کاربید سمانته، کارایی را افزایش و سایش ابزار را کاهش می دهد. ابزارهایی با تعداد دندانه بیشتر برای نرخ های پیشروی کندتر و حذف کلی مواد کمتر مناسب هستند.

چه موادی برای فرزکاری غلطکـی مناسب هستند؟

طیف وسیعی از مواد وجود دارد که قابل فرزکاری سـاده هستند که بیشتر شامل فلزات می شوند. مواد مناسب می توانند شامل موارد فهرست زیر باشند:مس، آلومینیوم، فولاد، تیتانیوم، نایلون، استال، PVC، HDPE، فیبر کربن

مزایای فرزکاری غلطکـی چیست؟

استفاده از فرزکاری غلطکـی نسبت به سایر عملیات ها دارای مزایای متعددی است، که عبارتند از:

1. فرآیند کارآمد برای حذف مقدار زیادی از مواد
2. تیغه های سبک، کیفیت سطح نهایی بالایی ارائه می دهند
3. کارآمدترین روش برای ایجاد یک سطح تراز
4. ابزارهای استاندارد هزینه های ابزارسازی را کاهش می دهند

معایب فرزکاری سـاده چیست؟

فرزکاری سـاده معایبی دارد که باید به آنها توجه داشت:

1. عدم توانایی در ایجاد اشکال هندسی پیچیده
2. کیفیت سطح خشن تر نسبت به فرزکاری پیشانی
3. نیاز به دستگاه فرز افقی

مشکلات رایج در فرزکاری سـاده چیست؟

برخی از مشکلاتی که ممکن است در حین فرزکاری غلطکی به وجود آیند عبارتند از:

1. لرزش: لرزش می تواند باعث ناهمواری سطح و کاهش عمر ابزار شود. لرزش می تواند به دلیل عدم تعادل ابزار، سرعت برش بیش از حد یا عدم استحکام کافی قطعه کار باشد.
2. ایجاد پلیسه: پلیسه ها لبه های تیز فلزی هستند که در اثر برش ایجاد می شوند. پلیسه ها می توانند خطرناک باشند و باید با ابزار مناسب مانند سوهان یا فرز انگشتی برداشته شوند.
3. سوختگی فلز: اگر سرعت برش یا سرعت پیشروی خیلی زیاد باشد، ممکن است فلز ذوب شده و به ابزار بچسبد. این امر می تواند باعث خرابی ابزار و سطح نهایی نامناسب شود.
4. کیفیت سطح ضعیف: انتخاب ابزار نامناسب یا تنظیمات نامناسب دستگاه می تواند منجر به کیفیت سطح ضعیف شود.

آیا فرزکاری غلطکی برای مبتدیان مناسب است؟

بله، فرزکاری غلطکی را می توان توسط مبتدیان انجام داد زیرا در مقایسه با سایر عملیات فرزکاری، فرآیندی نسبتاً ساده با تعداد محدودی از متغیرها است. عملیات فرزکاری نیاز به انتخاب ابزار مناسب، تنظیمات اولیه دستگاه و محاسبه سرعت پیشروی و سرعت محور اصلی دارد. این فرآیند ساده تر از فرزکاری شیار، پخ زنی یا فرزکاری همزمان دو طرف (straddle milling) است.

آیا فرزکاری سـاده خطرناک است؟

بله، فرزکاری سـاده در صورت عدم استفاده صحیح می تواند خطرناک باشد. خطرات اصلی فرزکاری غلطکی شامل موارد زیر است:

• گیر کردن: گیر کردن لباس یا مو در ابزار برش می تواند منجر به جراحت جدی شود.
• پرش براده: براده های فلزی که با سرعت زیاد از ابزار جدا می شوند می توانند به چشم یا پوست آسیب برسانند.
• آتش سوزی: اگر ابزار و مواد بیش از حد گرم شوند، ممکن است آتش سوزی رخ دهد.

با این حال، با استفاده از حفاظ های دستگاه، تجهیزات حفاظت فردی (PPE) و آموزش مناسب، می توان تمام این خطرات را به حداقل رساند.

آیا فرزکاری غلطکی گران است؟

خیر، فرزکاری غلطکی در مقایسه با سایر روش های فرزکاری گران نیست. این به این دلیل است که فرزکاری سـاده فقط از ابزارهای استاندارد استفاده می کند: تیغه های سنگین و تیغه های سبک. سادگی انتخاب ابزار، هزینه عملیات فرزکاری غلطکی را پایین نگه می دارد.

تفاوت بین فرزکاری غلطکی و فرزکاری پیشانی (face milling) چیست؟

در فرزکاری سـاده ، محور چرخشی ابزار موازی با سطح رویی قطعه کار است. در حالی که در فرزکاری پیشانی، محور چرخشی ابزار عمود بر سطح قطعه کار است. این امر منجر به یک تفاوت اصلی می شود، و آن این است که در فرزکاری غلطکی لبه برش بیشتری با سطح مواد در تماس است. این امر باعث می شود فرزکاری سـاده در حذف حجم زیادی از مواد موثرتر باشد. از آنجایی که فرزکاری پیشانی در هر بار مقدار کمتری از مواد را برمی دارد، برای ایجاد سطوح با کیفیت نهایی بهتر مناسب تر است.

جدول واژگان تخصصی

واژه انگلیسی	معادل فارسی	توضیح
Plain Milling	فرزکاری ساده	روشی برای ماشینکاری با محور ابزار موازی با سطح کار
Peripheral Milling	فرزکاری پیرامونی	نوعی فرزکاری که در آن برش توسط دندانه های روی محیط ابزار انجام می شود
Slab Milling	فرزکاری تخت	نوعی فرزکاری ساده برای ایجاد یک سطح صاف و افقی
Face Milling	فرزکاری پیشانی	نوعی فرزکاری که در آن محور ابزار عمود بر سطح کار است
Heavy-Duty Plain Milling Cutter	تیغه فرزکاری ساده برای کار سنگین	تیغه فرز با دندانه های کمتر و زاویه مارپیچ بیشتر برای حذف حجم زیادی از مواد
Light-Duty Plain Milling Cutter	تیغه فرزکاری ساده برای کار سبک	تیغه فرز با دندانه های بیشتر و زاویه مارپیچ کمتر برای

خلاصه

این مقاله فرزکاری غلطکی را معرفی کرد، آن را شرح داد و به فرآیند و کاربردهای مختلف آن پرداخت.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

waykenrm.com/blogs/what-is-plain-milling

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.