درک تفاوت‌های انواع محور تراش CNC یکی از مهم‌ترین دانش‌های فنی برای متخصصان صنایع ماشین‌کاری است. محورهای حرکتی در دستگاه‌های تراش کنترل عددی تعیین‌کننده قابلیت‌ها، دقت و پیچیدگی قطعاتی هستند که می‌توان تولید کرد. انواع محور تراش CNC شامل محورهای خطی X، Z و Y به همراه محورهای چرخشی C، A و B می‌باشند که هر کدام وظایف خاصی در فرآیند ماشین‌کاری دارند. سیستم‌های محور مختلف از دو محوره ساده تا پنج محوره پیشرفته، امکانات متفاوتی برای تولید ارائه می‌دهند. در تراش‌های مدرن، محور اصلی (Spindle) با سرعت‌های بالا قطعه کار را می‌چرخاند در حالی که ابزار برشی توسط سیستم محورهای کنترل شده حرکت می‌کند. درایورهای سروو موتور، ball screw و linear guideway تضمین‌کننده دقت حرکتی در محورهای مختلف هستند.
محورهای اصلی خطی: X و Z
محور X و محور Z دو محور پایه‌ای در تمام انواع محور تراش CNC هستند که حرکات اصلی ابزار را کنترل می‌کنند. محور Z در راستای محور چرخش قطعه کار یا اسپیندل اصلی قرار دارد و مسئول حرکت طولی ابزار است. این محور معمولاً طولانی‌ترین کورس حرکتی را دارد و برای عملیات تراشکاری روی سطوح استوانه‌ای، پله‌سازی و برشکاری استفاده می‌شود. دقت حرکتی محور Z در دستگاه‌های حرفه‌ای به 0.001 میلی‌متر می‌رسد که با استفاده از پیچ گلوله دقیق و انکودرهای خطی حاصل می‌شود.
محور X عمود بر محور اصلی قرار دارد و مسئول حرکت شعاعی یا عرضی ابزار است. این محور برای تعیین قطر نهایی قطعه، تراشکاری سطوح شیب‌دار و مخروطی، و همچنین برداشت عمق در عملیات پارتینگ کاربرد دارد. در اکثر سیستم‌های کنترل CNC، مقدار محور X به صورت قطری (Diameter) برنامه‌نویسی می‌شود که به این معنی است اگر ابزار 2 میلی‌متر در محور X حرکت کند، قطر قطعه 4 میلی‌متر تغییر می‌کند. این روش برنامه‌نویسی قطری برای سهولت محاسبات ابعادی قطعات استوانه‌ای طراحی شده است.
ترکیب حرکت همزمان محورهای X و Z امکان تراشکاری سطوح مخروطی، قوسی و کانتوری را فراهم می‌کند. درونیابی خطی بین این دو محور با دستور G01 و درونیابی دایره‌ای با دستورات G02 و G03 انجام می‌شود. سرعت حرکت در هر محور توسط پارامترهای سرعت تغذیه (Feed Rate) و سرعت سریع (Rapid Traverse) کنترل می‌شود که در دستگاه‌های مدرن می‌تواند تا 30 متر در دقیقه برای حرکات سریع برسد.
سیستم‌های محرک این محورها شامل موتورهای سروو AC یا DC با توان بالا هستند که از طریق پیچ گلوله یا سیستم‌های rack and pinion نیرو را به کاریج ابزار منتقل می‌کنند. سیستم بازخورد موقعیت با استفاده از انکودرهای مطلق یا نسبی، دقت حرکت را تضمین می‌کند و در صورت انحراف، کنترل‌کننده خطا را اصلاح می‌کند. این دو محور در تراش‌های دو محوره تمام نیاز عملیات تراشکاری استاندارد را برطرف می‌کنند و برای تولید انبوه قطعات ساده تا متوسط کافی هستند.
محور سوم: محور Y و قابلیت‌های فرزکاری
افزودن محور Y به انواع محور تراش CNC امکانات جدیدی برای ماشین‌کاری قطعات پیچیده فراهم می‌کند. محور Y عمود بر صفحه ایجاد شده توسط محورهای X و Z قرار دارد و امکان حرکت ابزار در راستای عمودی یا خارج از مرکز را می‌دهد. این محور معمولاً با نصب یک اسپیندل فرز یا ابزار محرک (Driven Tool) روی برج ابزار فعال می‌شود و دستگاه تراش را به یک مرکز ماشین‌کاری ترکیبی (Turn-Mill Center) تبدیل می‌کند.
قابلیت‌های محور Y شامل سوراخ‌کاری در موقعیت‌های خارج از محور مرکزی، فرزکاری شیارها و پاکت‌ها روی سطح استوانه‌ای، ایجاد صفحات تخت روی قطعات گرد، و رزوه‌زنی با فرز است. برای مثال، در تولید بلوک موتور یا بدنه پمپ که نیاز به سوراخ‌های جانبی دارند، محور Y امکان انجام این عملیات را بدون جابه‌جایی قطعه به دستگاه دیگری فراهم می‌کند. این کاهش setup time و افزایش دقت ابعادی را به همراه دارد.
کورس حرکتی محور Y معمولاً کوتاه‌تر از محورهای X و Z است و بسته به اندازه دستگاه بین 50 تا 200 میلی‌متر متغیر است. برنامه‌نویسی این محور نیاز به دقت بیشتری دارد چون باید هماهنگی بین چرخش قطعه، موقعیت محور C و حرکت در محورهای X، Y و Z حفظ شود. نرم‌افزارهای CAM پیشرفته مانند NX CAM یا Mastercam این محاسبات پیچیده را به صورت خودکار انجام می‌دهند.
از نظر مکانیکی، محور Y نیاز به سیستم تعلیق و راهنمای دقیقی دارد که بتواند نیروهای برشی فرزکاری را تحمل کند. معمولاً از سیستم‌های linear motion guide با preload بالا استفاده می‌شود تا از انحراف و لرزش جلوگیری شود. تراش‌های سه محوره مدرن قادرند عملیاتی همچون میل‌کاری، رزوه‌زنی با تپ، و حتی حکاکی سه‌بعدی را انجام دهند که این انعطاف‌پذیری آن‌ها را برای کارگاه‌های تولیدی که با تنوع محصول مواجه هستند ایده‌آل می‌کند.
محورهای چرخشی: محور C و کاربردهای پیشرفته
محورهای چرخشی در انواع محور تراش CNC بعد جدیدی از امکانات را اضافه می‌کنند. محور C مهم‌ترین محور چرخشی است که امکان چرخش کنترل‌شده قطعه کار حول محور اصلی را فراهم می‌کند. برخلاف چرخش آزاد اسپیندل برای تراشکاری، محور C موقعیت زاویه‌ای قطعه را با دقت بالا (معمولاً 0.001 درجه) کنترل می‌کند. این قابلیت برای عملیات شاخص‌بندی (Indexing) و همچنین فرزکاری همزمان با چرخش ضروری است.
کاربردهای محور C بسیار متنوع است: سوراخ‌کاری در زوایای مشخص روی محیط قطعه، فرزکاری شیارهای حلزونی (Helical Milling)، حکاکی متن یا نمادها روی سطح استوانه‌ای، و ایجاد پروفیل‌های غیردایره‌ای مانند چندضلعی‌ها. در صنایع ابزارسازی، محور C برای تولید قطعاتی با هندسه پیچیده مانند کلیدهای آلن، مته‌های چند لبه، و بدنه شیرهای صنعتی استفاده می‌شود.
در تراش‌های چهار محوره، ترکیب محورهای X، Z، Y و C امکان ماشین‌کاری complete را در یک setup فراهم می‌کند. برای مثال، می‌توان ابتدا قطعه را تراشکاری کرد، سپس با استفاده از محور C و ابزار محرک، سوراخ‌های جانبی را در زوایای مختلف ایجاد کرد، و در نهایت رزوه‌های داخلی را با تپ بزنید. این یکپارچگی فرآیند باعث کاهش زمان تولید و افزایش دقت می‌شود.
سیستم محرک محور C معمولاً از موتور سروو با گشتاور بالا یا موتور torque استفاده می‌کند که مستقیماً به اسپیندل اصلی متصل است. در برخی طراحی‌ها، یک گیربکس با نسبت دقیق بین موتور و اسپیندل قرار دارد تا هم سرعت بالا برای تراشکاری و هم کنترل دقیق برای شاخص‌بندی فراهم شود. انکودر مطلق با رزولوشن بالا موقعیت دقیق زاویه‌ای را به کنترل‌کننده CNC اطلاع می‌دهد.
برنامه‌نویسی محور C نیاز به درک خوبی از سیستم مختصات قطبی دارد. در کد G، موقعیت زاویه‌ای با آدرس C و مقدار درجه مشخص می‌شود. دستورات پیشرفته‌ای مانند polar interpolation و cylindrical interpolation امکان ایجاد مسیرهای پیچیده روی سطح استوانه‌ای را می‌دهند که این قابلیت برای کاربردهای هوافضا و پزشکی حیاتی است.
تراش‌های پنج محوره و محورهای اضافی A و B
پیشرفته‌ترین نوع انواع محور تراش CNC، دستگاه‌های پنج محوره هستند که علاوه بر محورهای استاندارد، دو محور چرخشی دیگر به نام‌های A و B را شامل می‌شوند. محور A چرخش حول محور X و محور B چرخش حول محور Y را کنترل می‌کند. این محورها معمولاً به سر ابزار یا میز دستگاه اضافه می‌شوند و امکان دسترسی ابزار برش به تقریباً تمام سطوح قطعه را در یک بار گیره‌کردن فراهم می‌کنند.
در تراش‌های پنج محوره، ترکیبات مختلفی از محورها امکان‌پذیر است: سیستم X+Y+Z+C+A یا X+Y+Z+C+B که بسته به نوع قطعات و کاربرد انتخاب می‌شوند. قابلیت اصلی این دستگاه‌ها ماشین‌کاری کامل (Complete Machining) است که به معنی تولید قطعه نهایی بدون نیاز به تعویض موقعیت یا انتقال به دستگاه دیگر است. این امر در صنایع هوافضا که قطعات پیچیده‌ای مانند impeller، turbine blade و structural component دارند، بسیار ارزشمند است.
مزایای تراش پنج محوره شامل کاهش زمان setup، افزایش دقت ابعادی به دلیل حذف خطاهای تجمعی ناشی از تعویض موقعیت، امکان استفاده از ابزارهای کوتاه‌تر که منجر به کاهش لرزش می‌شود، و دسترسی به زیربرش‌ها (Undercut) است. همچنین سطح نهایی قطعات معمولاً بهتر است چون می‌توان زاویه بهینه برش را در هر نقطه حفظ کرد.
از سوی دیگر، این دستگاه‌ها چالش‌هایی دارند: هزینه خرید بسیار بالا (معمولاً 5 تا 10 برابر تراش‌های دو محوره)، پیچیدگی برنامه‌نویسی که نیاز به نرم‌افزارهای CAM پیشرفته و اپراتورهای متخصص دارد، نیاز به کالیبراسیون و نگهداری دقیق‌تر، و خطر برخورد ابزار با قطعه یا گیره در حرکات پیچیده. بنابراین این دستگاه‌ها فقط برای تولیداتی که ارزش افزوده بالا دارند یا هندسه بسیار پیچیده‌ای دارند اقتصادی هستند.
برنامه‌نویسی پنج محور یکی از پیچیده‌ترین مهارت‌ها در صنعت CNC است. باید علاوه بر محاسبات هندسی سه‌بعدی، تداخل ابزار، گیره و قطعه نیز بررسی شود. نرم‌افزارهای CAM مدرن از شبیه‌سازی کامل با مدل واقعی دستگاه استفاده می‌کنند تا قبل از اجرا، تمام برخوردهای احتمالی شناسایی شوند. استراتژی‌های ماشین‌کاری پنج محور شامل 3+2 positioning (محورهای چرخشی فقط برای شاخص‌بندی) یا simultaneous 5-axis (حرکت همزمان تمام محورها) است که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر هستند.
نتیجه‌گیری و انتخاب مناسب‌ترین نوع
انتخاب صحیح بین انواع محور تراش CNC بر اساس نیازهای تولیدی، بودجه و پیچیدگی قطعات باید انجام شود. برای تولید انبوه قطعات ساده تا متوسط، تراش‌های دو محوره اقتصادی‌ترین گزینه هستند. اگر نیاز به عملیات ثانویه مانند سوراخ‌کاری و فرزکاری دارید، تراش سه محوره یا چهار محوره انتخاب منطقی است. برای قطعات بسیار پیچیده با تلرانس‌های دقیق و ارزش افزوده بالا، سرمایه‌گذاری در تراش پنج محوره توجیه‌پذیر است. درک درست تفاوت‌های فنی، قابلیت‌ها و محدودیت‌های هر نوع از انواع محور تراش CNC به شما کمک می‌کند تا بهترین تصمیم را برای واحد تولیدی خود بگیرید و بهره‌وری و کیفیت را به حداکثر برسانید.