مخروط: تعریف، هدف، انواع و روش‌ها

مقدمه

مخروط به انگلیسی Taper شکلی هندسی است که کاهش تدریجی در سطح مقطع را توصیف می‌کند. ابزارهای ماشینی معمولاً دارای انتهای مخروطی هستند که برای تسهیل در تعویض ابزارها طراحی شده‌اند.این مقاله اطلاعات دقیقی در مورد هشت نوع ابزار مخروطی که توسط تجهیزات ماشین‌کاری مختلف استفاده می‌شوند، ارائه می‌دهد و همچنین روش‌های مختلف تولید آنها را بررسی می‌کند.

مخروط چیست؟

مخروط یک کاهش یکنواخت در مقطع یا قطر یک قطعه است. هنگامی که یک Taper اعمال می‌شود، قطعه حاصل اغلب به شکل یک مخروط به نظر می‌رسد. در نوع کامل، مقطع تا یک نقطه کاهش می‌یابد. با این حال، در مورد یک ابزار مخروطی، قطعه فقط از یک مقطع بزرگتر به یک مقطع کوچکتر به صورت تدریجی باریک‌ می‌شود.

هدف از مخروط در ماشین‌کاری چیست؟

اتصال مخروطی، ابزاری است که برای محکم کردن نگهدارنده‌های(هولدرهای) ابزار و ابزارهای برش به گلوئی یک ماشین استفاده می‌شود. ماشین‌هایی که از Taper استفاده می‌کنند شامل دریل‌های دستی، دریل‌های رومیزی، تراش‌ها و ماشین‌های فرز هستند. مخروط نر برای تسهیل در تعویض ابزارها در یک ماشین استفاده می‌شود و به تکنسین‌ها اجازه می‌دهد به‌راحتی ابزار را در گلوئی ماشین قرار دهند. استفاده از اصطکاک یک رابط مخروطی همچنین نیاز به سه‌نظام را که زمان‌بر است و باید به‌صورت دستی با مکانیزم پیچ تنظیم شود، کاهش می‌دهد.

مخروط چگونه کار می‌کند؟

زاویه Taper ابزار و گلوئی ماشین با هم مطابقت دارند تا اصطکاک بین دو قطعه را افزایش دهند. برای ماشین‌کاری سبک، تنها اصطکاک می‌تواند به اندازه کافی قوی باشد تا دنباله ابزار یا ابزارگیر را در جای خود نگه دارد. با این حال، برای ماشین‌کاری سنگین، از یک “خار و شیار” یا “زبانه و شیار” برای جلوگیری از چرخش ابزار در سر ماشین استفاده می‌شود.

انواع مختلف

هشت نوع مختلف از ابزارهای مخروطی وجود دارد که همگی بر اساس یک اصل کار می‌کنند. اینها بر اساس اندازه‌های موجود و اینکه آیا سریع آزاد شونده هستند یا خود نگهدارنده، متفاوت هستند. هر یک از انواع در زیر بحث شده است:

جارنو (Jarno)

استاندارد جارنو توسط شرکت Brown and Sharpe معرفی شد. همه مخروط‌های جارنو دارای نسبت 0.60 اینچ در هر فوت هستند و از فولاد 52100 ساخته شده‌اند. ابزارهای جارنو به‌عنوان گلوئی های سر و ته در تراش‌ها و برای ماشین‌های پروفیل‌زنی و قالب‌زنی استفاده می‌شوند. انواع جارنو دارای 19 اندازه است که انتهای بزرگ آن از 0.25 تا 2.50 اینچ و انتهای کوچک آن از 0.20 تا 2.00 اینچ متغیر است.

• ویژگی‌ها: طراحی ساده با نسبت ثابت؛ به دلیل تنوع اندازه‌ها، در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• کاربردها: علاوه بر تراش‌ها، در ماشین‌های اندازه‌گیری و دستگاه‌های دقت بالا نیز استفاده می‌شود.

جاکوبز (Jacobs)

ابزار جاکوبز دارای Taper خود نگهدارنده است، به این معنی که نیاز به میله کششی ندارد. نسبت مخروط جاکوبز بسته به اندازه Taper متفاوت خواهد بود. جاکوبز برای کاربردهای سبک استفاده می‌شود زیرا خود نگهدارنده است. ابزارهای جاکوبز تقریباً به‌صورت انحصاری برای محکم کردن سه‌نظام در یک آربور یا دنباله استفاده می‌شوند.آربور در این جمله به یک محور یا میله اشاره دارد که سه‌نظام (چاک) مته بر روی آن نصب می‌شود. Taper جاکوبز در 9 اندازه موجود است و هر اندازه با JT و یک عدد شناخته می‌شود، مانند: JT0، JT2 کوتاه، JT2 و JT6.

• ویژگی‌ها: طول کوتاه که تعویض سریع سه‌نظام را امکان‌پذیر می‌سازد.
• کاربردها: بیشتر در دریل‌های دستی و ستونی برای اتصال سه‌نظام به آربور استفاده می‌شود.

براون و شارپ (Brown and Sharpe)

ابزارهای براون و شارپ دارای نسبت استاندارد 0.50 اینچ در هر فوت هستند. Taper براون و شارپ از فولاد 52100 ساخته شده است که همانند جارنو است. ابزارهای براون و شارپ بیشتر در ماشین‌آلات قدیمی برای مته‌ها، برقوها، نگهدارنده‌های فرز و کولت‌ها رایج هستند. 18 ابزار براون و شارپ وجود دارد که اندازه انتهای بزرگ آنها بین 0.24 تا 3.42 اینچ و انتهای کوچک بین 0.20 تا 3.00 اینچ است.

• ویژگی‌ها: مناسب برای ابزارهای قدیمی؛ امروزه کمتر استفاده می‌شود اما در برخی ماشین‌آلات قدیمی همچنان موجود است.
• کاربردها: در ماشین‌آلات قدیمی فرزکاری و تراشکاری.

مورس (Morse)

ابزار مورس یک محور یا اسپیندل است که برای نصب ابزار استفاده می‌شود. دنباله های مورس در کاربردهای مختلفی از جمله: برقوها، مته‌ها، نگهدارنده‌های فرز، کولت‌ها و مرغک‌های تراش استفاده می‌شوند. دنباله مورس در هشت اندازه از MT0 تا MT7 موجود است و به‌صورت Taper خود نگهدارنده ارائه می‌شود. همه اندازه‌های مختلف مورس دارای باریک شدگی با تقریباً 0.625 اینچ در هر فوت هستند. انتهای مورس خود نگهدارنده است و در صورت نیاز به استفاده با میله کششی باید تقویت شود.

• ویژگی‌ها: یکی از پرکاربردترین، به دلیل خود نگهدارنده بودن، در بسیاری از ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• کاربردها: در تراش‌ها، دریل‌ها و ماشین‌های فرز.

مخروط‌های B

ابزارهای نوع B برای مراکز ماشین‌کاری، ماشین‌کاری با دقت بالا، ماشین‌کاری فرز سنگین و تراش‌ها استفاده می‌شوند. Taper B در هشت اندازه با انتهای بزرگ از 0.25 تا 0.94 اینچ و انتهای کوچک از 0.23 تا 0.84 اینچ موجود است.

• ویژگی‌ها: طراحی شده برای دقت بالا و پایداری در سرعت‌های بالا.
• کاربردها: مناسب برای ماشین‌کاری‌های دقیق و فرزکاری‌های سنگین.

مخروط HSK

ابزارهای HSK توخالی و کوتاه هستند و نسبت باریک شدگی 1 در 10 یا 1.20 اینچ در هر فوت دارند. کوتاهی طول ابزارهای HSK باعث می‌شود محور ماشین به قطعه کار نزدیک باشد. استفاده‌های مختلفی برای ابزارهای HSK بسته به نوع آنها وجود دارد، از جمله: تراش‌ها، ماشین‌کاری فرز و ماشین‌کاری سنگ‌زنی. 36 اندازه HSK وجود دارد که به 6 دسته HSK-A تا HSK-F تقسیم می‌شوند.

• ویژگی‌ها: طراحی توخالی برای کاهش وزن و افزایش دقت در سرعت‌های بالا.
• کاربردها: در ماشین‌آلات CNC پیشرفته و ماشین‌کاری‌های با سرعت بالا.

خانواده مخروط NMTB

NMTB مخفف انجمن سازندگان ماشین ابزار ملی(National Machine Tool Builders’ Association) است که در سال 1927 تأسیس شد. این ابزارها دارای نسبت 3.50 اینچ در هر فوت هستند و دارای 7 اندازه رایج NMTB-25، 30، 35، 40، 45، 50 و 60 می‌باشند. Taper NMTB به‌طور خاص برای استفاده در محورهای NMTB طراحی شده است که از یک میله کششی برای محکم کردن شفت در گلوئی استفاده می‌کنند. یک فلنج واحد بر روی NMTB وجود دارد با دو شیار برای کاربردهای سنگین.

• ویژگی‌ها: دارای فلنج برای استحکام بیشتر و جلوگیری از لغزش؛ مناسب برای کاربردهای سنگین.
• کاربردها: در ماشین‌های فرز و تراش‌های سنگین.

مخروط R8

Taper R8 که به عنوان مخروط M1TR نیز شناخته می‌شود، توسط شرکت Bridgeport Machines, Inc. برای استفاده خاص در ماشین‌های فرز طراحی شده است. ابزارهای R8 که با میله کششی در محورهای خود محکم می‌شوند، انتهای این Taper یک کولت مستقیم است و توسط یک میله کششی در جای خود نگه داشته می‌شود. ابزارهای R8 در 26 اندازه از 1/16 اینچ تا 7/8 اینچ با افزایش‌های 1/32 اینچ موجود هستند.

• ویژگی‌ها: طراحی اختصاصی برای ماشین‌های فرز Bridgeport؛ امکان استفاده از کولت‌های مستقیم.
• کاربردها: در ماشین‌های فرز کوچک و متوسط؛ به‌ویژه در کارگاه‌های آموزشی و تولیدی کوچک.

جدول مقایسه انواع مخروط‌ها در ماشین‌کاری

نوع	نسبت باریک شدگی در هر فوت	اندازه‌های موجود	جنس	کاربردها	خود نگهدارنده یا خود آزاد شونده	ویژگی‌ها
جارنو (Jarno)	0.600 اینچ در هر فوت	19 اندازه؛ انتهای بزرگ 0.25 تا 2.50 اینچ، انتهای کوچک 0.20 تا 2.00 اینچ	فولاد 52100	گلوئی‌های سر و ته در تراش‌ها، ماشین‌های پروفیل‌زنی و قالب‌زنی	خود نگهدارنده	یکنواخت؛ اندازه‌ها شماره‌گذاری شده‌اند
جاکوبز (Jacobs)	متغیر بر اساس اندازه	9 اندازه (JT0، JT1، JT2، JT2 کوتاه، JT3، JT33، JT4، JT5، JT6)	معمولاً فولاد	محکم کردن سه‌نظام به دنباله (آربور)	خود نگهدارنده (نیاز به میله کششی ندارد)	کوتاه؛ مناسب برای کاربردهای سبک
براون و شارپ (Brown and Sharpe)	0.500 اینچ در هر فوت	18 اندازه؛ انتهای بزرگ 0.24 تا 3.42 اینچ، انتهای کوچک 0.20 تا 3.00 اینچ	فولاد 52100	ماشین‌آلات قدیمی؛ مته‌ها، برقوها، نگهدارنده‌های فرز، کولت‌ها	خود نگهدارنده	تدریجی؛ استاندارد قدیمی
مورس (Morse)	تقریباً 0.625 اینچ در هر فوت	MT0 تا MT7	معمولاً فولاد	برقوها، مته‌ها، نگهدارنده‌های فرز، کولت‌ها، مرغک‌های تراش	خود نگهدارنده (قابل اصلاح برای میله کششی)	رایج‌ترین برای ابزارهای کوچک تا متوسط
Taper B	مشخص نشده	8 اندازه؛ انتهای بزرگ 0.25 تا 0.94 اینچ، انتهای کوچک 0.23 تا 0.84 اینچ	مشخص نشده	مراکز ماشین‌کاری، ماشین‌کاری با دقت بالا، فرزکاری سنگین، تراش‌ها	مشخص نشده	مناسب برای کاربردهای سنگین
Taper HSK	1 در 10 (1.20 اینچ در هر فوت)	36 اندازه در 6 دسته (HSK-A تا HSK-F)	مشخص نشده	تراش‌ها، ماشین‌کاری فرز، ماشین‌کاری سنگ‌زنی	خود آزاد شونده (توخالی)	کوتاه و توخالی؛ مناسب برای ماشین‌کاری با سرعت بالا
Taper NMTB	3.500 اینچ در هر فوت	7 اندازه (NMTB-25، 30، 35، 40، 45، 50، 60)	مشخص نشده	دوک‌های NMTB؛ با میله کششی محکم می‌شود	خود آزاد شونده	دارای یک فلنج با دو شیار؛ مناسب برای کاربردهای سنگین
Taper R8	مشخص نشده؛ طراحی شده توسط Bridgeport	26 اندازه از 1/16 تا 7/8 اینچ با افزایش‌های 1/32 اینچ	مشخص نشده	ماشین‌های فرز؛ با میله کششی محکم می‌شود	خود آزاد شونده	انتها کولت مستقیم؛ توسط میله کششی نگه داشته می‌شود

این جدول مقایسه‌ای به شما کمک می‌کند تا با انواع مختلف Taper ها در صنعت ماشین‌کاری آشنا شوید و براساس نیازهای خود، نوع مناسب را انتخاب کنید. انتخاب صحیح تأثیر مستقیمی بر دقت، کیفیت و کارایی عملیات ماشین‌کاری دارد.

نکات مهم در انتخاب Taper مناسب

• نوع ماشین‌آلات: بسته به نوع ماشین (تراش، فرز، دریل)، Taper مناسب را انتخاب کنید.
• نوع عملیات ماشین‌کاری: برای ماشین‌کاری‌های سبک یا سنگین، Taperهای مختلفی مناسب هستند.
• دسترسی و استانداردها: برخی Taperها مانند مورس رایج‌تر هستند و ابزارهای مرتبط با آن‌ها به‌راحتی در دسترس است.
• نیاز به دقت و سرعت: Taperهایی مانند HSK برای دقت و سرعت بالا طراحی شده‌اند.

محل استفاده

یک ابزار مخروطی به عنوان رابط بین سر ماشین (تراش، فرز یا دریل) و ابزار برش استفاده می‌شود. Taper برای نگه داشتن ابزار در جای خود و امکان تعویض سریع ابزارها استفاده می‌شود. همچنین به عنوان تبدیل یا کلاهک استفاده می‌شوند زیرا به سرهای ماشین بزرگ اجازه می‌دهند از ابزارهای بزرگ و کوچک استفاده کنند. در مقایسه، ماشین‌هایی که از یک سه‌نظام واحد استفاده می‌کنند ممکن است هنگام تغییر از یک ابزار بزرگ به کوچک زمان زیادی برای تنظیم نیاز داشته باشند، زیرا سه‌نظام باید با یک مکانیزم پیچ محکم شود.

مخروط‌تراشی چیست؟

فرآیندی است که در آن یک ابزار یا قلم تراشکاری با استفاده از ماشین تراش قطر را به صورت تدریجی کاهش می دهد. روش‌های زیادی برای دستیابی به یک Taper با استفاده از تراش وجود دارد که بستگی به نحوه نگه داشتن ابزار و قطعه کار توسط تراش دارد. با این حال، همه آنها به یک نتیجه می‌رسند.

برای ماشین‌کاری یک Taper، ماده به تدریج از قطعه کار برداشته می‌شود تا از ایجاد حرارت و تنش در حین تراش جلوگیری شود و از گرم شدن بیش از حد فلز یا شکستن ابزار جلوگیری کند. کاهش تدریجی ماده همچنین یک پرداخت سطحی با کیفیت بالاتر تولید می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر، به راهنمای ما درباره «تراشکاری در ماشین‌کاری چیست» مراجعه کنید.

روش‌های مخروط‌تراشی چیست؟

ایجاد یک Taper با استفاده از تراش فرآیند ایجاد یک کاهش تدریجی در قطر یا مقطع بر روی یک قطعه است. روش‌های زیادی وجود دارد که می‌توان به این هدف دست یافت. این روش‌ها بسته به نحوه نگه داشتن قطعه کار، نحوه نگه داشتن ابزار و نحوه تعامل ابزار و قطعه کار متفاوت هستند. برخی از روش‌ها عبارتند از:

• تنظیم مرغک عقب (Tailstock Set Over)
• الحاقیه مخروط‌تراشی (Taper Turning Attachment)
• ابزار فرم (Form Tool)
• ترکیب پیشروی‌ها (Combining Feeds)

فرمول نسبت مخروط چیست؟

نسبت باریک شدگی با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

K = (D – d) / L

که در آن:

K = نسبت مخروط

D = قطر بزرگ

d = قطر کوچک

L = طول

برای مثال، اگر قطر بزرگ 5 اینچ، قطر کوچک 2.5 اینچ و طول 3 اینچ باشد، مقادیر در فرمول قرار می‌گیرند:

K = (5 – 2.5) / 3

K = 0.83

این فرمول را می‌توان برای هر واحد اندازه‌گیری استفاده کرد، به شرطی که واحدها برای همه مقادیر یکسان باشند.

چگونه نسبت باریک شدگی را محاسبه کنیم؟

برای محاسبه نسبت باریک شدگی، قطرهای انتهای بزرگ و کوچک و همچنین طول بین دو انتها را اندازه‌گیری کنید. اندازه‌گیری‌ها می‌توانند در واحدهای متریک یا امپریال(اینچی) باشند، به شرطی که همه اندازه‌گیری‌ها از یک واحد استفاده کنند. اعداد را در فرمول نسبت باریک شدگی قرار دهید. مقداری که توسط فرمول ارائه می‌شود، نسبت باریک شدگی خواهد بود که کاهش مقطع در هر واحد طول را نشان می‌دهد.

نمونه‌هایی از کاربردها

ابزارهای مخروطی برای محکم کردن ابزارهای برش در تجهیزات ماشین‌کاری مختلف استفاده می‌شوند، از جمله:

• ماشین‌های فرز دستگاه‌های صنعتی هستند که با استفاده از ابزارهای برش دوار به نام تیغه فرز، مواد را از قطعه کار برمی‌دارند. در این فرآیند، قطعه کار به‌طور محکم روی میز کارگیر تثبیت می‌شود و تیغه فرز با چرخش و حرکت در مسیرهای تعیین‌شده، ماده را برش می‌دهد و اشکال و پروفیل‌های متنوعی از جمله سطوح شیب دار ایجاد می‌کند.
• ماشین‌های تراش دستگاه‌هایی هستند که با چرخاندن قطعه کار حول محور خود و استفاده از ابزارهای برش ثابت، مواد اضافی یا ناخواسته را از قطعه کار حذف می‌کنند. برخلاف ماشین‌های فرز که در آن‌ها قطعه کار ثابت است و ابزار برش متحرک است، در ماشین‌های تراش، قطعه کار می‌چرخد و ابزار برش در موقعیت ثابت یا با حرکت‌های کنترل‌شده قرار دارد. این فرآیند امکان ایجاد سطوح استوانه‌ای، شیب دار و پروفیل‌های پیچیده را فراهم می‌کند.
• دریل‌های ستونی که اغلب از ابزارهای مخروطی برای تعویض سریع مته‌ها استفاده می‌کنند. استفاده از این ابزارها در دریل‌های ستونی همچنین امکان استفاده از محدوده وسیع‌تری از اندازه‌های مته را نسبت به سه‌نظام مته استاندارد فراهم می‌کند.

آیا مخروط‌تراشی فقط برای مقاصد طراحی است؟

خیر. این نوع ماشیکاری می‌تواند برای مقاصد طراحی استفاده شود، اما این تنها هدف نیست. این قطعه ها می‌توانند برای مقاصد زینتی استفاده شوند تا محصول نهایی زیباتر به نظر برسد و همچنین کاربردی باشند. مثالی از این می‌تواند در ستون‌های ساختمان‌ها باشد. هدف مهم دیگر برای مقاصد مکانیکی است: برای تراز سریع و دقیق قطعات ماشین.

آیا از ماشین تراش برای مخروط‌تراشی مواد استفاده می‌شود؟

بله، از ماشین تراش می‌توان برای این عملیات استفاده کرد، همراه با بسیاری از کارهای دیگر، زیرا یکی از همه‌کاره‌ترین ابزارها در صنعت ماشین‌کاری/مهندسی است. روش‌های متعددی برای این عملیات در ماشین تراش وجود دارد، از جمله: استفاده از ابزار فرم، ترکیب حرکت‌های پیشروی، استفاده از دستگاه مخروط‌تراشی، انحرف مرغک ، و به‌کارگیری سوپورت مرکب. برای مثال، در روش ترکیب حرکت‌های پیشروی، هر دو حرکت طولی و عرضی به‌طور همزمان اعمال می‌شوند تا ابزار برش به‌صورت مورب نسبت به محور چرخش حرکت کرده و قطعه شیب دار را ایجاد کند.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله به معرفی مخروط پرداخت، آن را توضیح داد و هدف و انواع آن را مورد بحث قرار داد. این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/machining/taper

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.