فرز سی ان سی و یا فرز cnc چیست ؟

فرز سی ان سی و یا فرز cnc چیست ؟

فرز های CNC از نوع ماشین های کنترل عددی هستند که مانند فرز های دستی قابلیت عملیات ماشینکاری را دارند و تفاوت عمده ی آنها با ماشین های منوال کنترل عملکرد ماشین توسط کنترل عددی و متعاقبا دقت تکرار پذیری و موقعیت یابی میباشد. به واسطه استفاده از این نوع ماشین ها ، صنایع مختلف به شدت پیشرفت کرده و وارد عرصه جدید شده اند.

تاریخچه و چگونگی شکل گیری CNC

ایده کلی ، پیشرفت در زمینه ساخت ماشین ابزاری بود که در صنایع نظامی و تولید هلیکوپتر استفاده گردد. در آن زمان یک شرکت آمریکایی به نام parsons در تعامل با شرکت IBM شروع به مکانیزه کردن این تفکر کرد. او در این فکر بود که چطور می توان حرکت دستگاه را به وسیله ی یک کامپیتور کنترل کرد. این حرکت نقطه شروع در ساخت ماشین های CNC بود. در سال 1952 Richard Kegg در همکاری با MIT یک فرز cnc  را توسعه داد و آن Cincinnati Milacron Hydrotel بود.

آقای John T. Parsons ، پدر کنترل عددی شناخته می شود. مدال ملی تکنولوژی را از پرزیدنت ریگان در سال 1985 دریافت کرد. او تحت نظارت نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا ، طراحی و ساخت اولین فرز کنترل عددی را مدیریت کرد.

تعریف :

ماشین ابزار cnc به دستگاهی اطلاق می گردد که حرکت ابزار بر روی قطعه کار را توسط برنامه ای کنترل می نماید. تعریف چکونگی و میزان حرکت محور در فرز و تراش .

بر خلاف دریل که نوک ابزار در راستای محور خود به قطعه وارد میشود در ابزار برشی فرز به طور معمول ، با زاویه ی 90 درجه به محور خود ، بر روی قطعه کار حرکت می کند و موجب خروج سفاله از قطعه کار می شود.

شیار های ساخته شده ( Flutes ) بر روی ابزار فرز سبب خروج سفاله میگردد و عملیات برشی ادامه می یابد. فرم دهی به قطعه و جدا ساختن تراشه ها از بلوک قطعات بر مبنای دستور العمل های مختلف ماشین کاری از جمله سرعت چرخش ابزار ، میزان پیشروی ، جنس قطعه تعداد شیار های ابزار و بسیاری دیگر تحلیل می شود.

سرعت حرکت ابزار در راستای قطعه را پیشروی می نامند.

دو نوع  عملیات فرز کاری داریم :

1-      عملیات فرز کاری Face cutting  : این عملیات مختص ماشینکاری سطوح صاف و یا ماشینکاری سوراخ های با سطح مقطع تخت ( flat-bottom cavities) میباشد.

2-      فرز کاری به روش Peripheral milling : عملیات ماشینکاری در این نوع به این شکل است که دندانه ها با محور چرخشی برش موازی هستند .

تفاوت دو مورد فوق را در شکل زیر مشاهده میکنید :

انواع مختلفی از ابزار های برشی در عملیات فرزکاری استفاده می شوند.  مانند end mill ها . این نوع ابزارها می توانند مانند دریل وارد قطعه کار شوند و همچنین سطح تماس برشی بیشتری برای عملیات های فرز کاری مانند peripheral milling  داشته باشند.

سطوح برشی ابزار های فرز به صورت کلی از جنس بسیار سخت و مقاوم در برابر گرما ساخته شده اند. بنابراین براحتی از بین نمی روند. ابزار های ارزان قیمت از جنس استیل و ابزار های با قیمت گران ار از جنس کارباید ( cemented carbide ) هستند.

ابزار های برشی به واسطه شکل خود در فرایند های مختلف تراشه را از روی قطعه کار جدا می کنند مانند ابزار های ball nose  و یا  hoboing cutter.

میزان پیشروی ، قطر و سرعت چرخش ابزار و همچنین عمق فرز کاری بر روی صافی سطح تاثیر گذار میباشند. هر میزان سرعت بیشتر و حجم براده برداری کمتر انجام گردد میتوان به صافی سطح ( finish roughness ) بهتری دست یافت

انواع مختلف فرز cnc

فرز های cnc  به انواع مختلف شناخته می گردند و هر کدام برای منظور خاصی به کار می رود. فرز سنتر عمودی و یا همان ماشین سنتر عمودی ، فرز cnc  سری bed type  ، فرز سنتر افقی و یا ماشین سنتر افقی ، فرز سنتر دروازه ای و یا ماشین سنتر دروازه ای

1-      فرز های cnc  سری VMC که به تشریح  vertical machining center شناخته می شوند از نوع ماشین های فرز سی ان سی هستند که بدنه ای به حالت C انگلیسی و یا در اصطلاح  C frame  هستند . در این نوع ماشین ها ستون دستگاه به صورت چداگانه بر روی بنده پیچ میشود که این ترکیب به دو نوع T type و A type  تقسیم میگردد. در موارد A type صلبیت در زمان ماشینکاری بیشتر خواهد و به این واسطه میتوان از وزن ستون کاست ، بنابراین در هزینه های ریخته گری صرفه جویی کرد. محور عمودی در این کلاس ماشین سنتر های عمودی موازی با ستون محور Z و دو محور دیگر نسبت به موقعیت اپراتور حرکت طولی X و عرضی Y نامیده می شود.

2-      فرز های cnc  از نوع bed type  ماشین هایی هستند که به دلیل ساختار بدنه از ماشین های سنتر عمودی متمایز میباشند یعنی سطح مقطع دستگاه ، محلی که saddle  بر روی آن بسته می شود دارای عرض کمتری است و بنابراین نوع ریخته گری متفاوتی با فرز های سنتر عمودی دارند . مزیت این نوع فرز ها قیمت های پایین تر میباشد که حتما در عملیات های ماشینکاری سبک ، با وزن کم و ابعاد کوچک به نحوی که وزن اصلی قطعه در مرکز ثقل دستگاه قرار گیرد. اما ایراد بزرگ این ماشین ها لرزش های و عدم رسیدن به دقت در ماشینکاری های سنگین میباشد. در قطعات دیگر تفاوت محسوسی مشاهده نمی گردد.

3-      فرز های سنتر افقی و یا ماشین فرز cnc  افقی که به اختصار به HMC یعنی horizontal machining center نیز شناخته میشوند.  محور اسپیندل که محور Z نیز نامیده میشود در این نوع سنتر ها به صورت افقی و موازی با سطح زمین میباشد و محور های دیگر عمود بر محور Z شکل میگیرند یعنی محور Y به صورت عمود بر سطح زمین و محور X عمود بر محور Z و موازی با سطح زمین میباشد مانند شکل زیر :

در شکل فوق به محور های B و A  نیز اشاره شده است این محور ها که شامل محور C نیز می شود محور های کمکی نام دارند که حول محور اصلی خود می چرخند . چرخش حول محور Y به نام  B ، محور X به نام محور Z و محور Z به نام محور C  شناخته می شود.

شکل زیر نمونه ای از یک ماشین سنتر افقی میباشد :  در این نوع ماشین ها مانند ماشین های سنتر عمودی می توان به منظور افزایش زمان مولد دستگاه از پالت های بیشتر بهره برد. این نوع پالت ها در سری های افقی میتوانند قابل چرخش باشند و نقش محور کمکی را ایفا کنند.

4-      فرز سنتر دروازه ای و یا double column machining center از نوع ماشین های سنتر میباشند که از حالت C frame  خارج و به صورت دروازه ای میباشد یعنی حرکت محور Z بر روی دو ستون انجام میگردد. این نوع ماشین های سنتر به دلیل درخواست ابعاد ماشینکاری بیشتر بکار میروند. این نوع ماشین ها نیز دارای انواع مختلفی است که در مقاله ای مجزا به آن می پردازیم .

دستگاه های فرز cnc به هر شکل و نوعی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. صنایع کشاورزی ، حمل و نقل ، نفت و گاز و بسیاری دیگر به گونه ای که امروزه بدون بهره گیری از CNC نمیتوان به نیاز های عادی خود دستی یابیم.

مقاله فوق تنها مختصری است در خصوص فرز cnc که متعاقبا در مطالب بعدی بدان بیشتر می پردازیم .