فرزکاری چیست؟ نحوه عملکرد، هدف و فرآیند

آخرین به روزرسانی

مقدمه

فرزکاری به انگلیسی (Machining)Milling یک روش ماشینکاری همه منظوره است که از ابزارهای چند لبه و دوار برش که تیغه فرز نامیده می شوند برای حذف براده از قطعه کار استفاده می کند. تکنیکی انعطاف پذیر که می تواند طیف گسترده ای از اشکال، ویژگی ها و پرداخت های سطحی را در مواد متنوع و با استفاده از انواع ماشین آلات تولید کند.

از فرآیند فرزکاری در تولید انبوه، قطعات کوچک یکباره و در فرآیندهای تعمیر استفاده می شود. این روش از فرآیندهای اصلی ماشینکاری محسوب شده و در صنایع مختلفی از جمله تولید، هوافضا، خودرو و قالب سازی مورد تقاضا است. فرزکاری با انعطاف پذیری، دقت و توانایی تولید قطعات قابل تکرار با اشکال و ابعاد پیچیده شناخته می شود.

منظور از قطعات کوچک یکباره، قطعاتی هستند که در تعداد کم و به صورت سفارشی تولید می‌شوند. این قطعات معمولاً برای کاربردهای خاص و منحصر به فرد طراحی می‌شوند و به دلیل پیچیدگی یا کمبود تقاضا، تولید انبوه آنها مقرون به صرفه نیست.

این مقاله به تعریف فرآیند فرزکاری، نحوه عملکرد، کاربردها و فرآیند آن می پردازد.قبل از مطالعه این پست ابتدا فیلمی در مورد فرزکاری فوق سریع ببینید.

فرزکاری در ماشینکاری چه معنایی دارد؟

اصطلاح فرزکاری در ماشینکاری سابقه ای به قدمت کاربرد کنونی آن در فلزکاری ندارد و ریشه در آسیاب کردن غلات برای تولید آرد (به وسیله آسیاب های سنگی) دارد. یک مجموعه آسیاب سنگی از یک سنگ صاف ثابت و یک سنگ دوار در مرکز تشکیل شده است. دانه به سوراخ مرکز سنگ بالایی وارد شده و آرد هنگام چرخش سنگ از محیط آن خارج می شود. این ماشینِ بسیار ابتدایی بخشی از سرمنشا تمام ماشین های چرخشی است و بعدها کاربرد واژه “mill” گسترش یافت و در ابتدای انقلاب صنعتی شامل همه کارخانه ها شد. بعدها کاربرد واژه محدود شد و اکنون اساسا” برای ماشین های ابزار دوار در کار با چوب، فلز، پلاستیک و سنگ به کار می رود.

منشا فرزکاری چیست؟

سرمنشا فرزکاری فلزی به توسعه فرآیندهای فلزکاری در تمدن های باستانی برمی‌گردد. فلزکاران اولیه از ابزارهای دستی مانند اسکنه و سوهان برای شکل دادن و دستکاری فلزات استفاده می کردند. مفهوم برش چرخشی در طول انقلاب صنعتی در قرن هجدهم و نوزدهم به وضوح متبلور شد، زمانی که ماشین‌های فرز مکانیکی اختراع شدند. این ماشین‌های اولیه از برش‌های چرخشی برای حذف فلز از قطعات کار استفاده می‌کردند و نشان‌دهنده ظهور فرزکاری فلزی به عنوان یک فرآیند ماشینکاری مجزا بود.

با گذشت زمان، فناوری فرزکاری پیشرفت کرد و منجر به توسعه ماشین‌های فرز بسیار دقیق و خودکار از جمله ماشین‌های کنترل عددی کامپیوتری (CNC) شد که نقش حیاتی در صنایع فلزکاری و تولید مدرن ایفا می‌کنند.

اصطلاحات دیگر فرزکاری کدامند؟

اصطلاح دیگری که اغلب به جای فرزکاری در ماشینکاری استفاده می شود، ماشینکاری است. ماشینکاری اصطلاحی کلی تر است که شامل فرآیندهای مختلفی برای شکل دادن و حذف مواد از یک قطعه کار می شود و فرزکاری یکی از این فرایندهای خاص است. سایر فرآیندهای ماشینکاری عبارتند از: تراشکاری، سوراخ کاری، سنگ زنی و ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM).

با گسترش خانواده فناوری‌های پردازش فلز، فرزکاری به یکی از فرآیندهای متعددی در حوزه ماشینکاری و اخیراً ماشینکاری CNC تبدیل شده است.

فرزکاری چگونه عمل می کند؟

یک قطعه خام فولادی سخت شده یا ساخته شده از مواد خاص بر روی یک موقعیت ثابت X-Y قرار می گیرد و می توان موقعیت آن را در جهت Z تنظیم کرد. یک قطعه کار با روش های مختلف روی یک میز کار بسته می شود تا در برابر ابزار برش یا تیغه فرز قرار گیرد. میز طوری تجهیز شده که در جهت های X و Y حرکت کند و توسط پیچ‌های کنترل موقعیت چرخانده شود.

قطعه کار و محور اسپیندل به گونه ای تنظیم می شوند که قطعه کار از کنار تیغه فرز عبور کند و مواد با برشکاری جانبی برداشته می شود. این زمانی اتفاق می افتد که لبه های برش به قطعه کار نفوذ کند و در صفحات X و Y حرکت می کند. برای برش “غرق شونده” یا عمیق(ترجمه plunge cutting) محور Z میز یا اسپیندل تنظیم می شود، که در آن برش مانند یک مته عمل می کند و نوک برش یک سوراخ استوانه ای ایجاد می نماید. این عمل می تواند مرحله مقدماتی برای قرار دادن ابزار برش در عمق لازم برای حرکت در X و Y جهت برش شکاف ها و حفره ها باشد.

کاربردهای پیشرفته‌تر فرزکاری می‌توانند حرکت ۳ محور را برای برش انحناهای ساده و ترکیبی، عموماً تحت مسیر CNC و کنترل سرعت ترکیب کنند. این معمولاً شامل تبادل خودکار ابزار و درجه‌ای از خود کالیبراسیون برای حفظ دقت است.

پیشرفت های بعدی شامل توانایی کج کردن محور اسپیندل تا موقعیت های غیر عمودی، چرخاندن قطعه کار روی میز، و افزایش پیچیدگی در کنترل موقعیت های تیغه فرز و قطعه کار تا 6، 9، 12 محور و حتی بیشتر است.

هدف از فرزکاری در صنعت تولید چیست؟

اولین هدف از به کارگیری فرزکاری در صنعت تولید، حذف مواد از قطعه کار است. فرزکاری به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا مواد خام را به اشکال خاصی تبدیل کنند و قطعاتی با ابعاد و هندسه های مورد نظر ایجاد نمایند. ماشین های فرزکاری می توانند به تلرانس های بسیار فشرده و دقت بالایی دست یابند که در صنایعی مانند هوافضا و ساخت تجهیزات پزشکی که دقت در آنها بسیار حیاتی است، ضروری می باشد. علاوه بر این، فرزکاری می تواند طیف وسیعی از پرداخت های سطحی، از سطوح زبر تا جلا داده شده ارائه دهد که آن را به روشی کاربردی در زمینه هایی با حساسیت بالا تبدیل می کند.

فرآیند فرزکاری امکان ایجاد اشکال، کانتورها(مسیر حرکت ابزار برش به منظور ایجاد یه شکل یا یه سطح خاص-مسیر تیغه فرز یا مسیر فرزکاری) و ویژگی‌های سه بعدی پیچیده‌ای که ممکن است دستیابی به آنها با سایر روش‌های ماشینکاری دشوار یا غیرممکن باشد را ممکن می سازد. به ویژه ماشین های فرز CNC قابلیت تولید قطعات یکسان در تعداد زیاد و با تکرارپذیری بسیار بالا را فراهم می کنند. فرزکاری را می توان در بسیاری از مواد گوناگون از جمله فلزات، پلاستیک و کامپوزیت ها به کار برد.

چه صنایعی از فرزکاری استفاده می کنند؟

فرزکاری به صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود و نقش محوری و اساسی در تولید تقریباً همه طبقات محصولات دارد. به عنوان مثال، در صنعت هوافضا، فرزکاری قطعات ارزشمند، سبک و پیچیده برای هر جنبه از محصولات مهندسی پرواز به طور گسترده انجام می شود. از اجزای بدنه هواپیما گرفته تا کنترل‌ها، از قطعات محرک سطوح پرواز گرفته تا قطعات موتور جت و موشک، فرزکاری چند محوره CNC روش تولید عادی برای اکثر قطعات این حوزه است.

فرزکاری به طور گسترده در ساخت ابزار جراحی و ایمپلنت های پزشکی نیز استفاده می شود. توانایی پردازش طیف گسترده ای از مواد زیست سازگار و به راحتی استریل شده با دقت و تکرار پذیری بالا، در این کاربردهای با ارزش بالا بسیار مهم به شمار می رود. سایر صنایعی که از فرزکاری استفاده می کنند عبارتند از: تولید، نفت و گاز و زیرساخت ها.

انواع ماشین فرز چه هستند؟

ماشین های فرز در انواع مختلفی وجود دارند که هر کدام برای وظایف ماشینکاری قطعات با اندازه های خاص طراحی شده اند. انواع اصلی ماشین های فرز عبارتند از:

فرز عمودی(Vertical Mill)

محور اسپیندل یا کویل به صورت عمودی قرار گرفته است. وظایفی مانند فرزکاری سطح و فرزکاری نهایی یا پرداخت انجام می شود و برای قطعات کوچکتر کاربرد دارد.

فرز افقی(Horizontal Mill)

محور اسپیندل به صورت افقی قرار گرفته است. کارهایی که نیاز به برش در تمام سطح قطعه کار دارند، برای این نوع دستگاه مناسب تر هستند. تکالیف تولید انبوه در حوزه کاری این مدل قرار می گیرند.

فرز یونیورسال(Universal Mill)

دارای یک میز گردان است که می تواند زاویه کارگیری قطعه کار را تغییر دهد. تطبیق پذیری ماشین های فرز یونیورسال به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.

فرز برجکی(Turret Mill)

شباهت هایی با فرز عمودی دارد اما با یک هد ابزار برجک مانند طراحی شده است. چندین ابزار برش با چرخش برجک بلافاصله در دسترس هستند.

فرز تخت(Bed Mill)

نوعی فرز که در آن صفحه کار(میز کار) ثابت است و فقط اسپیندل (محور عمودی) حرکت می کند.این نوع فرز برای ماشینکاری قطعات کار بزرگ و سنگین مناسب است.به دلیل عدم نیاز به حرکت صفحه کار، نیاز به درایوهای محور اضافی در این نوع فرز کاهش می یابد.

فرز زانویی(Knee Mill)

یک اسپیندل عمودی با یک زانوی قابل تنظیم است که امکان تغییر در زاویه اسپیندل را فراهم می کند. این ویژگی دامنه حرکتی بیشتر میز کار در موقعیت عمودی را ممکن می سازد.

فرز کله قوچی(Ram Mill)

فرز کله قوچی نوعی فرز عمودی است که به دلیل شباهت شکل ظاهری آن به سر قوچ، به این نام شناخته می‌شود. این نوع فرز از یک ستون عمودی، یک بازوی افقی و یک سر اسپیندل تشکیل شده است.فرز کله قوچی در بین کاربران فارسی زبان به نام های مختلفی مانند فرز عمودی، فرز ستونی و فرز دروازه ای شناخته می شود. این نوع فرز در کارگاه های صنعتی و کارخانجات مختلف برای ماشینکاری قطعات کار بزرگ و سنگین به طور گسترده استفاده می شود.

فرز صفحه‌ای(Planer Mill)

یک کاتر یا ابزار برش افقی مانند یک رنده عمل می‌کند. میز کار عمود بر محور کاتر حرکت می‌کند و ابزار برش به صورت عمودی تنظیم می‌شود.

فرز CNC یا (CNC Mill)

عملیات فرزکاری را با دقت و اتوماسیون بالا انجام می‌دهد. پیکربندی‌های مختلفی در دسترس است.

فرز دروازه‌ای(Gantry Mill)

ساختاری شبیه به پل دارد که درایو اسپیندل را پشتیبانی می‌کند. ماشینکاری قطعات بزرگ و سنگین با حرکت فقط کاتر آسان‌تر می‌شود.

مراحل فرآیند فرزکاری در ماشینکاری چیست؟

راه اندازی و کار با فرز شامل مراحلی تخصصی متعددی است که برای دستیابی به نتیجه مطلوب باید به درستی انجام شوند. مراحل فرآیند فرزکاری در ماشینکاری به شرح زیر است:

1. بارگیری قطعات کار

بسته به نوع قطعات و حجم تولید، بارگیری قطعات کار می‌تواند از مهارت کم تا بسیار بالا متغیر باشد. در جایی که قطعات در یک گیره عمومی مانند گیره یا با استفاده از پیچ‌های T بسته می‌شوند، دقت و ظرافت بالایی لازم است. جابجایی یا گیره نامناسب منجر به برش‌های نامتقارن، حرکت قطعات در حین پردازش یا شکستن ابزارهای گران قیمت در حین عملیات ماشینکاری می‌شود.

در زمان‌هایی که به دلیل افزایش حجم تولید، نیاز به استفاده از جیگ فیکسچرهای تخصصی وجود دارد، این ابزارها می‌توانند فرآیند راه‌اندازی را آسان و تکرارپذیر کنند. با این حال، طراحی جیگ فیکسچرهای سفارشی و گیره‌های قطعات، نیازمند مهارت بالایی است.

در موارد خاص، که حجم سرمایه‌گذاری توجیه‌پذیر باشد، می‌توان از راه‌اندازی رباتیک عمومی یا بارگیر اختصاصی تعبیه شده در دستگاه برای بارگیری قطعات استفاده کرد.

2. انتخاب ابزار فرز

انتخاب ابزار فرز می‌تواند یک عملیات تخصصی تلقی شود. در یک ماشین CNC با تعویض ابزار، کاترها باید از نظر عمق مرجع شوند و آفست‌های صحیح اعمال شوند تا ماشین از موقعیت نوک ابزار آگاهی دقیقی داشته باشد. در عملیات CNC، انتخاب ابزارها یا به عنوان بخشی از تولید مسیر ابزار خودکار یا به عنوان انتخاب دستی توسط برنامه نویس انجام می شود. خطا در انتخاب ابزار می تواند نتایج فاجعه باری به دنبال داشته باشد.

3. تنظیم دستگاه

تنظیم دستگاه شامل گیره و انتخاب ابزار به عنوان مراحل اولیه است. پس از آن، باید طیف وسیعی از عملیات‌های حیاتی انجام شود. برای یک قطعه یک‌بار مصرف، باید “موقعیت قطعه کار” به دستگاه “آموزش داده شود”. از طیف وسیعی از روش‌ها و دستگاه‌های ورودی کالیبراسیون فضایی استفاده می‌شود، اما نیاز اصلی مرجع‌دهی مواد در سه وجه (برای موقعیت‌یابی X-Y-Z) و در صورت لزوم “ساعت‌گردانی” قطعه به عنوان صاف روی میز است.عبارت ساعت گردانی زمانی استفاده می‌شود که می‌خواهیم سطح قطعه را برای ماشینکاری صاف کنیم. برای این کار، قطعه را روی میز دستگاه ماشینکاری قرار می‌دهیم و در صورت نیاز، آن را به صورت ساعت‌گرد می‌چرخانیم تا سطح آن صاف شود.

با بارگیری و کالیبراسیون مواد به مرجع فضایی دستگاه، تیغه فرز ها برای طول و آفست قطر تنظیم می‌شوند، مایع خنک‌کننده تامین می شود و محافظ ها یا درب های دستگاه بسته می‌شوند و برش می‌تواند آغاز شود.

4. اجرای فرزکاری

به طور کلی، اکثریت قریب به اتفاق فرزکاری ها بر روی ماشین های CNC با قابلیت های مختلف انجام می شود: از 3 تا 6+ محور (درجات آزادی). فرآیند، چه دستی و چه برنامه ریزی شده، به سطح مشابهی از دقت و توجه در حرکت تیغه فرز نیاز دارد.

اپراتور یا الف) عملیات CNC را رصد می کند در حالی که دستگاه فرآیند برش را اجرا می کند یا ب) محورهای دستگاه را به صورت دستی برای هدایت ابزار برش طبق برنامه هدایت می کند. یک ماشین دستی نیاز به تعامل کامل اپراتور با تمام قطعات در هر مرحله دارد. این شامل نیاز مداوم به توقف عملیات و بررسی ابعاد برای تأیید عملکرد صحیح و برنامه ریزی برش بعدی است.

5. خشن تراشی

خشن تراشی شامل برش های عمیق و سریع است که بخش زیادی ازمواد اضافی را بدون توجه به دقت ابعادی حذف می کند. این روند تا زمانی ادامه می یابد که برش در فاصله مطمئنی از سطوح “نهایی” مورد نظر که باید از قطعه کار تراشیده شوند، به اتمام برسد.

6. اجرای نیمه پرداخت

نیمه پرداخت مرحله‌ای بین خشن‌تراشی و پرداخت نهایی است. در این مرحله، از برش‌های کم‌عمق‌تر و سرعت‌های تغذیه پایین‌تر استفاده می‌شود تا دقت کار افزایش یابد.

هدف از نیمه پرداخت

• ایجاد سطحی صاف‌تر و دقیق‌تر نسبت به خشن‌تراشی
• آماده کردن سطح برای پرداخت نهایی
• کاهش زمان و هزینه پرداخت نهایی

7. پرداخت نهایی

براده برداری های نهایی معمولاً ظریف و با سرعت های پایین انجام می شوند تا یک سطح صاف و دقیق ایجاد شود.

8.برداشتن قطعه کار

پس از اتمام ماشینکاری، برای برداشتن قطعه کار، باید گیره‌هایی که آن را نگه می‌دارند رها کرده و آن را به صورت دستی یا با استفاده از ربات خارج کنید. بعد از خارج کردن قطعه کار در این مرحله، معمولاً دستگاه تمیز می‌شود تا برای استفاده بعدی آماده شود.در طول فرآیند فرزکاری، از مایع خنک کننده و روان کننده برای خنک کردن ابزار و قطعه کار، کاهش اصطکاک و افزایش عمر ابزار استفاده می شود.

9.بازرسی کیفیت

بازرسی کیفیت مرحله‌ای مهم در فرآیند فرزکاری است که برای اطمینان از کیفیت و دقت قطعات تولیدی انجام می‌شود. در این مرحله، از روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری ابعاد، بررسی کیفیت سطح و عیوب احتمالی قطعات استفاده می‌شود.

روش‌های بازرسی کیفیت:

• بازرسی دستی: در این روش، از ابزارهای دستی مانند کولیس، میکرومتر و خط‌کش برای اندازه‌گیری ابعاد قطعات استفاده می‌شود.
• بازرسی با تجهیزات پیشرفته: در این روش، از دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق مانند CMM (دستگاه اندازه‌گیری مختصات) و اسکنرهای لیزری برای اندازه‌گیری ابعاد و بررسی کیفیت سطح قطعات استفاده می‌شود.
• بازرسی خودکار: در این روش، از سیستم‌های خودکار برای بازرسی قطعات به صورت 100% استفاده می‌شود. این روش برای تولید انبوه قطعات با دقت بالا کاربرد دارد.

10.عملیات پس پردازش

پس از اتمام ماشینکاری CNC، عملیات پس از پردازش برای تکمیل قطعات انجام می‌شود. این عملیات می‌تواند شامل پلیسه‌گیری، بسته‌بندی، عملیات حرارتی، پوشش سطحی، عملیات شیمیایی سطحی و آبکاری باشد. نوع عملیات پس از پردازش به نوع قطعه، کاربرد آن و خواص مورد نیاز آن بستگی دارد.

چه موادی برای فرزکاری مناسب هستند؟

فرزکاری یک فرآیند ماشینکاری همه کاره است که می تواند بر روی طیف گسترده ای از مواد از جمله فلزات، پلاستیک ها و کامپوزیت ها اعمال شود. مناسب بودن یک ماده برای فرزکاری به عوامل مختلفی مانند ماشین کاری، سختی و شکل خاص عملیات فرزکاری بستگی دارد. در اینجا جدولی از مواد مناسب برای فرزکاری آورده شده است:

دسته بندی	مواد
فلزات	آلومینیوم، فولاد (کربنی، ضد زنگ، ابزار)، برنج، مس، تیتانیوم، آلیاژهای نیکل
پلاستیک‌ها	اکریلیک (PMMA)، پلی کربنات (PC)، نایلون، پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، دلرین (POM)
کامپوزیت‌ها	کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف کربن، فایبرگلاس (GRP)، کولار
چوب	چوب سخت، چوب نرم، تخته‌های مصنوعی (نئوپان، MDF)
سرامیک‌ها و سرمت‌ها	آلومینا، زیرکونیا، نیترید سیلیکون
سایر	گرافیت، شیشه

• دسته بندی: مواد بر اساس ویژگی‌های مشترک به دسته‌های مختلف تقسیم شده‌اند.
• مواد: در هر دسته، لیستی از مواد رایجی که برای فرزکاری مناسب هستند، آورده شده است.

دو روش اصلی فرزکاری کدامند؟

دو روش اصلی فرزکاری عبارتند از:

1. فرزکاری هم‌جهت یا همراه (Climb Milling)

• در این روش، جهت چرخش ابزار برش مخالف جهت حرکت قطعه کار است، در نتیجه ابزار برش و قطعه کار در یک جهت حرکت می‌کنند.
• این روش برای قطعات مستحکم‌ و مقاطع نازک که نیاز به تلرانس‌های دقیق دارند مناسب‌تر است.
• مزایای فرزکاری هم‌جهت: افزایش عمر ابزار، حرارت کمتر، کنترل براده بهتر، کیفیت سطح بهتر، کاهش خیز قطعه کار

2. فرزکاری معکوس یا مخالف (Conventional Milling)

• در این روش، جهت چرخش ابزار برش هم‌جهت با جهت حرکت قطعه کار است، در نتیجه ابزار برش و قطعه کار در جهت مخالف حرکت می‌کنند.
• این روش بیشتر برای مواد با شکل‌پذیری بالا مناسب است و سرعت ماشینکاری بیشتری دارد.
• نتایج فرزکاری معکوس: افزایش سایش ابزار، ایجاد سطح ناهموارتر، افزایش خیز قطعه کار، کاهش دقت

نکات:

• خیز قطعه کار: به میزان تغییر شکل قطعه کار تحت تأثیر نیروهای ماشینکاری گفته می‌شود.
• انتخاب روش فرزکاری به جنس قطعه کار، قابلیت‌های دستگاه، نوع ابزار برش و کیفیت مورد نیاز بستگی دارد.

زمان لازم برای فرزکاری چقدر است؟

زمان لازم برای فرزکاری به عوامل مختلفی بستگی دارد و نمی توان یک زمان کلی برای آن تعیین کرد. تنوع کاربردهای فرزکاری بسیار زیاد است و هر کدام زمان خاص خود را دارند.

با این حال، برای اکثر قطعات تک یا با حجم کم، فرزکاری یکی از سریع‌ترین روش‌های تولید است.

روش‌های جایگزین فرزکاری مانند چاپ سه‌بعدی یا ساخت، ممکن است سریع‌تر باشند، اما کیفیت مواد یا دقت آنها به اندازه فرزکاری نخواهد بود.

عوامل موثر بر زمان فرزکاری:

• نوع و جنس قطعه کار
• پیچیدگی هندسه قطعه کار
• ابعاد قطعه کار
• نوع و جنس ابزار برش
• سرعت فرزکاری
• عمق برش
• ميزان براده برداری
• دقت مورد نیاز
• نوع دستگاه فرز
• مهارت اپراتور

به طور کلی، فرزکاری یک فرآیند سریع و کارآمد برای تولید قطعات با دقت بالا است.

با انتخاب مناسب ابزار و روش فرزکاری، می توان زمان تولید را به حداقل رساند.

دقت فرزکاری چقدر است؟

دقت یک دستگاه فرز بسته به طراحی ماشین، کیفیت قطعات (به خصوص کیفیت ریل‌های حرکتی) و اپراتور، می‌تواند بسیار متفاوت باشد.

دقت موقعیت‌یابی برای بسیاری از دستگاه‌های فرز استاندارد، می‌تواند از چند هزارم اینچ (0.001 اینچ یا 0.0254 میلی‌متر) تا چند ده هزارم اینچ (0.0001 اینچ یا 0.00254 میلی‌متر) متغیر باشد. تکرارپذیری، توانایی دستگاه برای بازگشت مداوم به یک موقعیت خاص است. میزان تکرارپذیری بین دستگاه های مختلف متفاوت است، اما به طور کلی برای تجهیزات با نگهداری مناسب 0.001 اینچ در نظر گرفته می‌شود.

عموماً تلرانس های تا چند هزارم اینچ قابل دستیابی هستند، با این حال، دستگاه‌های پیشرفته و تکنیک‌های کاربری بهتر می‌توانند به تلرانس‌های دقیق‌تر دست یابند. تمام سیستم‌های انتقال حرکت پیچ محورها (چه دستی و چه CNC) تا حدی درگیر هیسترزیس(hysteresis) یا لقی حرکتی هستند، بنابراین جهت حرکت باید قبل از شروع برش در نظر گرفته شود تا هرگونه لقی جبران گردد.

آیا دستگاه فرز دقیق است؟

بله. دستگاه های فرز معمولاً با تلرانس‌های دقیقی ساخته می‌شوند و سیستم‌های موقعیت‌یابی خطی و چرخشی آن‌ها هیسترزیس کمی دارند، بنابراین جزو دقیق‌ترین ابزارها به حساب می‌آیند. با این حال نحوه کار و نگهداری آن‌ها می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر دقت و تکرارپذیری داشته باشد. یک دستگاه با نگهداری نادرست یا کاربری نامناسب، دقت و تکرارپذیری بسیار پایینی خواهد داشت.

نکات ایمنی در فرزکاری

نکات ایمنی توصیه شده برای استفاده از دستگاه فرز در زیر ذکر شده است:

• همیشه از تجهیزات حفاظت فردی مناسب استفاده کنید: عینک ایمنی، محافظ گوش و در صورت لزوم ماسک گرد و غبار یا دستگاه تنفس مصنوعی.
• قبل از کار با دستگاه، آن را از نظر هرگونه آسیب قابل مشاهده، قطعات شل یا علائم سایش بررسی کنید.
• اطمینان حاصل کنید که تمام ویژگی های ایمنی، مانند گاردها و دکمه های توقف اضطراری، کار می کنند.
• هرگز گاردها و چفت‌ها را غیرفعال نکنید.
• بدانید که دکمه های توقف اضطراری در کجا قرار دارند.
• محل کار را تمیز، روشن و منظم نگه دارید.
• قطعه کار را به طور مناسب محکم کنید تا از حرکت آن در حین ماشینکاری جلوگیری شود.
• سرعت برش و نرخ تغذیه صحیح را برای مواد و ابزار تنظیم کنید.
• قبل از تعویض ابزارها دستگاه را خاموش کنید و صبر کنید تا کاملاً متوقف شود.
• دست ها، موها و سایر قسمت های بدن و لباس را از قسمت های چرخان یا متحرک دستگاه دور نگه دارید.
• اطمینان حاصل کنید که اپراتورها به خوبی آموزش دیده اند و درک خوبی از عملکرد دستگاه فرز، رویه های ایمنی و خطرات احتمالی دارند.
• برای حفظ دستگاه در شرایط کاری خوب، به طور کامل برنامه های تعمیر و نگهداری را رعایت کنید.

نکات مهم:

• ایمنی از همه چیز مهمتر است! از نادیده گرفتن نکات ایمنی به خاطر افزایش سرعت، صرفه جویی در هزینه یا هر دلیل دیگری پرهیز کنید.
• همیشه در کنار دستگاه فرز، جعبه کمک های اولیه و تجهیزات اطفای حریق داشته باشید.

مزایای فرزکاری

• فرآیندی انعطاف پذیر است که می تواند برای تولید طیف گسترده ای از اشکال و اندازه ها استفاده شود.
• می توان از آن برای ماشینکاری انواع مواد مختلف استفاده کرد.
• فرآیندی دقیق است که می تواند قطعات با تلرانس های دقیق تولید کند.
• می توان از آن برای تولید قطعات با سطوح صاف و پرداخت شده استفاده کرد.
• فرآیندی نسبتاً سریع و کارآمد است.

معایب فرزکاری

• می تواند فرآیندی پر سر و صدا باشد.
• می تواند فرآیندی کثیف باشد.
• می تواند فرآیندی خطرناک باشد.
• نیاز به تجهیزات و ابزارهای تخصصی دارد.
• می تواند فرآیندی پرهزینه باشد.

آیا فرزکاری گران است؟

به عوامل مختلفی بستگی دارد. هزینه های نسبی فرزکـاری و سایر روش‌های تولید، بسته به طیف وسیعی از فاکتورها، می‌تواند بسیار متفاوت باشد.

• تولید قطعه منحصربه‌فرد: فرزکاری عموماً یک روش تولیدی کم‌هزینه است. برای هندسه‌های ساده، تولید دستی توسط یک صنعتگر ماهر امکان‌پذیر است، اما به مراتب کندتر و پرهزینه‌تر خواهد بود. برای قطعات بزرگتر با تلرانس‌های نه چندان بالا، ریخته‌گری ماسه‌ای و سپس استفاده از فرزکـاری برای ماشینکاری نهایی سطوحی که نیاز به دقت بالاتری دارند، می‌تواند مقرون به صرفه باشد.
• تولید سری با تیراژ محدود (ده‌ها تا چند صد قطعه): فرزکاری می‌تواند نسبت به پلاستیک‌های قالب‌گیری شده یا قطعات فلزی دایکاست همچنان اقتصادی باشد.
• تولید سری با تیراژ بالا (هزاران قطعه): روش‌های دیگر بسیار رقابتی می‌شوند و فرزکاری تمام قطعه دیگر مقرون به صرفه نیست. این روش‌ها می‌تواند شامل روش‌های تولیدی اولیه، با دقت کمتر – مانند ریخته‌گری ماسه‌ای یا ریخته‌گری دقیق – باشد که پس از آن عملیات فرزکـاری برای افزایش دقت سطوح مورد نیاز انجام می‌شود. به عنوان مثال، این روند در قطعات بزرگ فولادی و آلومینیومی مورد استفاده در صنایع خودروسازی متداول است.
• برای تولید با حجم بسیار بالا: دایکاست و قالب‌گیری تزریقی پلاستیک روش‌های اصلی کاهش هزینه هستند و در این سطح از تولید، فرزکاری عموماً رقابت‌پذیر نیست.

آیا عملیات فرزکاری کاربرد گسترده‌ای دارد؟

بله. فرزکاری یکی از مهم‌ترین روش‌های تولیدی در صنایع مختلف به شمار می‌رود و در تمام بخش‌های تولیدی، از تجهیزات پزشکی تا کالاهای مصرفی، از تولید قطعات تکی تا تولید انبوه کاربرد دارد. فرزکـاری همچنین در ساخت قالب‌ها و ابزارهایی که برای تولید با حجم بالا (که در آن فرزکاری مقرون به صرفه نیست) استفاده می‌شود، نقشی حیاتی دارد.

فرزکـاری در تمامی محیط‌های تولیدی یک فرآیند محوری برای تأمین حجم بالا، دقت، تکرارپذیری، نمونه‌سازی، ابزارسازی، و سفارشی‌سازی/تعمیر به حساب می‌آید.

کاربردهای فرزکاری

فرزکاری در طیف گسترده ای از صنایع از جمله موارد زیر استفاده می شود:

• تولید: برای تولید قطعات برای ماشین آلات، تجهیزات، وسایل نقلیه و غیره.
• هوافضا: برای تولید قطعات برای هواپیما، موشک ها و ماهواره ها.
• خودرو: برای تولید قطعات برای اتومبیل، کامیون و موتورسیکلت.
• قالب سازی: برای تولید قالب برای پلاستیک، فلز و سایر مواد.
• پزشکی: برای تولید ابزارهای جراحی و ایمپلنت ها.

تفاوت بین فرزکاری و برش‌کاری در ماشینکاری

فرزکاری و برش‌کاری: مفهوم کلی

به طور کلی، همه عملیات فرزکاری نوعی برش‌کاری محسوب می‌شوند. در این فرآیند، یک ابزار برش چرخان براده‌ها را از قطعه کار جدا می‌کند و شکل مورد نظر را از آن استخراج می‌کند. از طرف دیگر، عملیات برش‌کاری به صورت مستقل معمولاً شامل حرکات خطی ابزار برشی برای جداسازی قطعه کار است. در این حالت یک شیار بلند (کرِف) در تمام طول قطعه ایجاد می‌شود و در نتیجه قطعه کار به دو قسمت تقسیم می‌شود. این حرکت می‌تواند رفت‌وبرگشتی (مانند اره‌ لنگ) یا پیوسته باشد. برش‌کاری پیوسته می‌تواند به وسیله تیغه اره‌نواری (در یک جهت مشخص) یا اره دیسکی (که همزمان با حرکت خطی، گردش نیز می‌کند) انجام شود.

فرزکاری و برش‌کاری: وجه اشتراک

مرز میان برش‌کاری و فرزکـاری در بسیاری از موارد مشخص نیست زیرا تیغه‌های فرز غالباً برای کارهای برش ساده نیز قابل استفاده هستند. با این حال، ابزارهای خطی معمولاً در عملیات فرزکـاری استفاده نمی‌شوند.

تفاوت فرزکاری و تراشکاری مخروطی

فرزکاری: روشی چند‌محوره

فرزکاری به یک روش چند محوره تبدیل شده است که تمایز آن را از سایر روش‌ها/تجهیزات دشوار می‌کند. یک دستگاه CNC فرز با 5 محور یا بیشتر می‌تواند عملیات تراشکاری را به عنوان بخشی از برنامه‌ریزی عادی خود اجرا کند. در این حالت قطعه کار در یک‌سه‌نظام چرخان نگه داشته می‌شود و توسط ابزارهای چرخان یا ثابت، برش‌های دایره‌ای شکل کامل روی آن انجام می‌شود. همچنین یک دستگاه CNC فرز با 3.5 محور می‌تواند یک برش مخروطی (که استوانه‌ای فرض می‌شود) را با تنظیم شیب محور اصلی برای حفظ شکل استوانه‌ای برش ایجاد کند.

تراشکاری مخروطی

تراشکاری مخروطی معمولاً روی دستگاه تراش انجام می‌شود. در این روش قطعه در داخل یک‌سه‌نظام می‌چرخد و یک ابزار غیرچرخان با زاویه مشخصی نسبت به محور اصلی دستگاه به‌پیش می‌رود تا یک سطح مخروطی استوانه‌ای شکل ایجاد کند. این امر عموماً مستلزم تنظیم ساپورت عرضی دستگاه تراش برای حرکت ابزار در زاویه مورد نیاز است، اما در دستگاه تراش CNC این کار با حرکت هماهنگ محورهای طولی و عرضی دستگاه انجام می‌شود.

تفاوت فرزکاری و ماشین‌کاری سوئیسی

دستگاه‌های سوئیسی در واقع نسخه‌های اولیه مراکز ماشین‌کاری چند‌محوره هستند که در قرن نوزدهم برای تولید انبوه ساعت مچی توسعه یافتند. با اضافه شدن حرکت دورانی ابزار امکان ایجاد سطوح تخت و مربعی شکل، روی قطعات کاری استوانه‌ای شکل فراهم شد. در این حالت قطعه کار به صورت ثابت در سه‌نظام قرار می‌گیرد و توسط حرکت عرضی ابزارهای فرز، ماشینکاری می‌شود.

فراگیری در صنعت تراشکاری

تا دهه 1970، دستگاه‌های تراش قابلیت ایجاد این اشکال ترکیبی را نداشتند. بعدها با توسعه دستگاه‌های CNC 6 محوره، امکان رقابت واقعی با قابلیت‌های این دستگاه‌های سوئیسی فراهم گشت.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

فرزکاری یک فرآیند ماشینکاری همه کاره و قدرتمند است که می تواند برای تولید طیف گسترده ای از قطعات با اشکال، اندازه ها و مواد مختلف استفاده شود. این فرآیندی دقیق، سریع و کارآمد است، اما می تواند پر سر و صدا، کثیف و خطرناک نیز باشد. در این مقاله به بررسی فرآیند فرزکـاری، نحوه عملکرد، هدف و کاربردهای آن پرداختیم. همچنین مراحل فرآیند فرزکـاری، نکات ایمنی، مزایا و معایب آن را شرح دادیم.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/machining/what-is-milling-in-machining

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.