امروزه در صنایع مختلف، دقت و سرعت در تولید قطعات اهمیت ویژه‌ای دارد و دستگاه‌های پیشرفته نقش کلیدی در این فرآیند ایفا می‌کنند. یکی از مهم‌ترین ماشین‌آلات صنعتی که توانسته جایگاه ویژه‌ای در کارگاه‌ها و خطوط تولید به دست آورد، دستگاه فرز سی ان سی است. این دستگاه با استفاده از فناوری کنترل عددی رایانه‌ای (CNC) امکان برش‌کاری و ماشینکاری انواع متریال را با دقت و ظرافت بسیار بالا فراهم میکند و همین موضوع آن را به ابزاری حیاتی برای بسیاری از مشاغل صنعتی تبدیل کرده است.
دستگاه فرز سی ان سی چیست؟
دستگاه فرز سی ان سی یک ماشین پیشرفته است که عملیات برش، سوراخ‌کاری، تراشکاری و شکل‌دهی به قطعات مختلف را با کمک برنامه‌های کامپیوتری انجام می‌دهد. در واقع دستگاه CNC مخفف “Computer Numerical Control” است که به معنای کنترل عددی توسط رایانه می‌باشد. این دستگاه به جای وابستگی صرف به مهارت اپراتور، بر اساس کدها و دستورات نرم‌افزاری کار میکند و همین امر باعث افزایش دقت، کاهش خطا و صرفه‌جویی در زمان می‌شود. دستگاه‌های فرز سی ان سی در انواع مختلف سه‌محور، چهارمحور و پنج‌محور تولید می‌شوند که هر کدام قابلیت‌های متفاوتی در اجرای طرح‌های دو بعدی و سه‌بعدی دارند.
دستگاه فرز سی ان سی چگونه کار میکند؟
دستگاه فرز سی ان سی به عنوان محبوب ترین دستگاه سی ان سی در حوزه طراحی و معماری قطعه است. در اغلب منابع از این لفظ برای همه دستگاه ها استفاده می شود. در این دستگاه، ابتدا قطعه کار روی میز دستگاه قرار داده می شود و با استفاده از ابزارهای برشی چرخشی و دوار برداشته می شود. اما اگر بخواهیم روند کار فرزکاری سی ان سی را به صورت مرحله به مرحله بیاوریم، مطابق روند زیر است:
مرحله اول طرح برش کاری که به صورت CAD و در نرم افزار اتوکد در تری دی مکس آماده سازی شده، باید به زبان برنامه نویسی G-Code تغییر داده شود که برای دستگاه قابل تفسیر باشد. این کار معمولاً بر مبنای نقشه های فنی ارائه شده به تکنسین دستگاه انجام می شود.
در گام دوم قطعه کار مورد نظر باید به اندازه هدف نهایی بریده شده و بر روی سکوی اختصاصی قرار گیرد. در میز دستگاه سی ان سی محل مخصوصی برای قرارگیری قطعه کار وجود دارد که موقعیت دقیق و همچنین تراز بودن آن را تضمین می کند. همچنین این قطعه غالباً برای اندازه‌گیری هم قابل استفاده بوده و می توان ابعاد قطعه کار را به کمک آن تعیین کرد.
در گام سوم، قطعه کار مورد نظر با استفاده از ابزار برشی مخصوص که با سرعت بسیار زیادی می چرخد و تراشیده می شود. در این مرحله تغییرات مختلفی با توجه به نوع طراحی باید صورت گیرد تا با دستگاه فرز سی ان سی بتواند قطعه کار را خیلی سریع و با دقت بالایی برش دهد. در نهایت و پس از اتمام برش، قطعه کار از لحاظ فنی مورد بازبینی قرار می گیرد و برای بسته بندی از خط تولید خارج می شود.
قیمت دستگاه فرز CNC
قیمت دستگاه فرز CNC به عوامل متعددی بستگی دارد که هر کدام نقش مهمی در تعیین ارزش نهایی آن دارند. اندازه و ابعاد دستگاه، وزن و جنس بدنه، نوع موتور (استپر یا سروو)، تعداد محورها، نوع متریال قابل برش و همچنین برند سازنده از اصلی‌ترین فاکتورهای مؤثر بر قیمت هستند. علاوه بر این، وجود گارانتی معتبر، خدمات پس از فروش، هزینه حمل‌ونقل و نصب نیز در هزینه نهایی دستگاه تأثیرگذار است. به همین دلیل، هنگام راه‌اندازی کارگاه تراشکاری باید متناسب با نیازهای فنی و بودجه، بهترین گزینه را انتخاب کرد تا هم از ظرفیت‌های دستگاه به‌طور کامل بهره‌برداری شود و هم سرمایه‌گذاری اقتصادی و پایداری صورت گیرد.
بازدهی بالا دستگاه فرز سی ان سی
برای دستیابی به بالاترین بازدهی در کار با دستگاه فرز سی ان سی، ضروری است که تکنسین علاوه بر تسلط بر اصول ماشینکاری، شناخت دقیقی از ظرفیت‌های فنی دستگاه مانند توان موتور، سرعت اسپیندل، تعداد محورها و قابلیت‌های نرم‌افزاری داشته باشد. انتخاب صحیح ابزار برشی متناسب با نوع متریال، تنظیم پارامترهایی مانند سرعت برش و نرخ پیشروی، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده کارآمد و ایجاد شرایط محیطی پایدار از جمله عواملی هستند که به‌طور مستقیم بر کیفیت سطح نهایی، دقت ابعادی و طول عمر ابزار تأثیر می‌گذارند. تنها با در نظر گرفتن این مجموعه عوامل است که می‌توان قابلیت واقعی دستگاه فرز سی ان سی را به کار گرفت و بهره‌وری فرآیند تولید را به شکل چشمگیری افزایش داد.
انواع دستگاه فرز CNC
ساده‌ترین دسته بندی که برای انواع دستگاه‌های فرز CNC به کار برده می‌شود، دسته بندی کردن آنها بر مبنای روش فرزکاری است. بطور کلی این دستگاه‌ها می‌توانند قطعاتی با درصد دقت 0.005 تولید کنند که در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارند. اما باید قبول کنیم که شرایط فیزیکی قطعه کار مشخص میکند که ما باید فرزکاری را به صورت افقی، عمودی یا زاویه دار انجام دهیم.
فرزکاری کف تراش
فرزکاری کف تراش (Face milling) به حالتی گفته می‌شود که در آن محور چرخش ابزار برش عمود بر سطح قطعه کار است. این فرآیند با استفاده از دستگاه‌هایی انجام می‌گیرد که در آن ابزارهای برشی به صورت دو طرفه کار می‌کنند. به طور کلی، این روش فرزکاری برای ایجاد سطوح صاف و تخت و همچنین ایجاد خطوط مشخص بر روی قطعه کار کاربرد دارند و برای فرآیندهای حساس با کیفیت بالا کاربرد دارند. دستگاه فرز cnc افقی و دستگاه عمودی از این روند پشتیبانی می‌کنند.
فرز کاری ساده
فرزکاری ساده (Plain milling) که با عنوان فرزکاری تخت یا فرز کاری سطح هم شناخته می‌شود، به عملیات فرزکاری اشاره دارد که در آن محور چرخش ابزار برش کاملاً موازی با سطح قطعه کار است. این فرآیند با استفاده از برش فرز ساده انجام می‌شود و دارای دندانه‌های محیطی است که عملیات برش را انجام می‌دهد. بسته به نوع کاربرد فلز، مانند عمق برش و اندازه قطعه کار، امکان استفاده از آنها برای برشهای باریک و پهن وجود دارد. اگر اپراتور نیاز به برداشتن مقدار زیادی از سطح قطعه کار داشته باشد، ابتدا در دستگاه فرز CNC از یک ابزار برشی با دندانه درشت استفاده میکند و سپس سطح آن را با ابزار دنده ریز صاف میکند.
فرزکاری زاویه‌ای
فرزکاری زاویه‌ای (Angular Milling) به عملیات فرزکاری اشاره دارد که در آن محور چرخش ابزار برش نسبت به سطح قطعه کار دارای زاویه است. این فرایند بر اساس طراحی خاص ابزار برش و زاویه آن، ممکن است برش‌هایی با زاویه‌های متفاوت انجام دهد. از این دستگاه‌ها برای برخی تجهیزات خاص مانند چرخ دنده‌ها، برش شیارها و حتی تولید چاقوی جراحی و چاقوی معمولی استفاده می‌شود. یکی از ویژگی‌هایی که دستگاه فرز CNC با قابلیت برش زاویه را متمایز میکند این است که شما می‌توانید برشهای ۴۵، ۵۰، ۵۵ و ۶۰ درجه را به کمک آن انجام دهید.
فرزکاری فرم
فرزکاری فرم (Form milling) به عملیات فرز کاری شامل سطوح نامنظم، خطوط و شیارها و همچنین قطعات با سطوح منحنی و صاف اشاره دارد. در این دستگاه‌ها از یک ابزار برشی شکل دهنده یا ابزار برشی تخصصی برای برخی کاربردهای خاص استفاده می‌شود. به عنوان مثال ابزار برشی برای برشهای محدب، مقعر، گرد و غلتکی با یکدیگر متفاوت هستند. از این دستگاه‌ها در برخی موارد برای حفاری و مته کاری به صورت نیم کره‌ای و نیم دایره‌ای هم استفاده می‌شود که نیاز به دستگاه‌های پیچیده مانند دستگاه فرز CNC دارد.
نمونه‌های مختلف دیگری از فرز کاری وجود دارد که برای برشهای دندانه دار، برشهای غلطکی، برشهای کروی و موارد مشابه آنها به کار گرفته می‌شوند و کاربرد آنها نسبت به گزینه‌های فوق کمتر است. اما در هر صورت باید قبول کنیم که استفاده از نرم افزار cnc در کنار دستگاه فرز باعث شده که توانایی آن بسیار بالاتر برود و در حوزه‌های بیشتری به کار گرفته شود.
آشنایی با بخش‌های مختلف فرز سی ان سی
شما وقتی که با بخش‌های مختلف دستگاه فرز آشنا می‌شوید، در حقیقت می دانید که روال کار دستگاه به چه صورت است و در نهایت نتیجه کار به چه صورت خواهد بود. این به طور ویژه برای تکنسین‌ها و اپراتورها بسیار مهم و تعیین کننده است.
صفحه کنترل به عنوان ورودی قطعات فرز CNC
صفحه کنترل یا رابط دستگاه (Machine interface) اشاره به قسمتی از قطعات فرز CNC دارد که اپراتور به طور مستقیم با آن در ارتباط است و در جریان آن امکان برنامه‌ریزی کار دستگاه و نحوه اجرای آن وجود دارد. این صفحه ممکن است به صورت لمسی یا به صورت دکمه دار باشد. اما در کنار آن یک صفحه نمایشگر وجود دارد تا اپراتور بتوانند به کمک دکمه‌ها، مختصات و مشخصات حرکتی دستگاه فرز را وارد کند.
ستون دستگاه
ستون (Column) یکی از قطعات پشتیبانی و ساختاری دستگاه است که به نوعی وظیفه نگهداری و حمایت از تمامی قطعات فرز CNC را بر عهده دارد. این قسمت شامل یک پایه ثابت است که بخش‌های مختلف دستگاه به آن وصل می‌شوند. در حقیقت وظیفه ستون کمک به فرایند فرزکاری و همچنین نگهداری سیستم‌های خنک کننده و مخزن روغن است. با توجه به نوع دستگاه فرز سی ان سی افقی و عمودی، طراحی ستون دستگاه متغیر بوده و امکان استفاده از الگوهای مختلف برای آن وجود دارد.
زانویی
زانوئی (Knee) یک قسمت متحرک و قابل تنظیم است که به ستون دستگاه متصل شده و وظیفه آن حمایت و پشتیبانی از زین دستگاه و همچنین میز دستگاه فرز سی ان سی است. این قسمت از دستگاه در امتداد محور Z قابل تنظیم است و اپراتور می‌تواند به کمک آن ارتفاع میز دستگاه را برای برشهای سه بعدی تغییر دهد. این ابزار ممکن است به صورت فشاری و به‌صورت رزوه‌ای ارتفاع را تنظیم کند و در دستگاه‌های مختلف طراحی متفاوتی دارد.
زین فرز سی ان سی
زین (Saddle) به قسمتی گفته می‌شود که بالای زانویی نصب شده و به عنوان پشتیبان میز کار عمل میکند. این بخش از قطعات فرز CNC قادر است که به موازات محور چرخش حرکت کند و به همین دلیل شرایط کار را به شکلی آماده میکند که امکان تنظیم افقی نمونه کار وجود داشته باشد. بنابراین عملکرد همزمان زین و زانویی در این دستگاه‌ها باعث ایجاد حرکت در ابعاد مختلف می‌شود تا برشهای پیچیده‌تری انجام گیرد.
میز کار
میز کار (Worktable) به قسمتی از دستگاه فرز سی ان سی اشاره دارد که در بالای زین نصب می‌شود و وظیفه نگه داشتن قطعه کار یا وسیله نگهدارنده را بر عهده دارد. بسته به نوع دستگاه استفاده شده، این قسمت قابل تنظیم در جهت افقی و عمودی و یا به صورت ترکیبی است. در حقیقت بیشتر کار این قطعه تابع حرکت دو قسمت زیرین آن یعنی زین و زانوئی است. البته طراحی و ابعاد آنها با توجه به اندازه فرز سی ان سی متغیر است و شما می‌توانید با توجه به کارایی آن، تغییراتی در اندازه میز به وجود بیاورید.
الکتروموتور قلب الکتریکی قطعات فرز CNC
الکتروموتور به عنوان قلب تپنده بخش الکتریکی دستگاه عمل میکند. الکتروموتورها با توجه به اندازه دستگاه و همچنین نحوه استفاده از آنها، تغییر می‌کنند. معیار انتخاب الکتروموتور بر مبنای تعداد وات و ولتاژ آنهاست که توانایی آنها را به رخ می‌کشد. الکتروموتور به یک کلید در صفحه کنترل وصل است و امکان چرخش با سرعت ثابت را فراهم میکند.
اسپیندل
اسپیندل (Spindle) از جمله قطعات فرز CNC متصل شده به ستون دستگاه است که وظیفه آن نگه داشتن آربور (Arbor) است. اسپیندل در حقیقت به نوعی وظیفه تنظیم سرعت دستگاه را بر عهده دارد و به عنوان یک پل رابط بین الکتروموتور و ابزار برشی قرار می‌گیرد. محل قرارگیری اسپیندل در فرز سی ان سی عمودی و سی ان سی افقی با یکدیگر متفاوت هستند، اما از لحاظ کارایی تفاوت چندانی بین آنها وجود ندارد.
آربور
آربور (Arbor) یکی از قطعات به کار گرفته شده بر روی شفت دستگاه است که در ماشینهای فرزکاری افقی در داخل اسپیندل قرار می‌گیرد و شرایط نصب ابزارهای ماشینکاری مختلف و متعدد را فراهم میکند. این قطعه در ابعاد مختلف و همچنین در قطرهای متفاوت به کار گرفته می‌شود که تغییر آنها بیشتر با توجه به نوع دستگاه فرز صورت می‌گیرد. در حال حاضر انواع کاربر در دسترس شامل دستگاه فرز کاری استاندارد، دستگاه فرزکاری پیچ، دستگاه فرز کاری چوب و همچنین دستگاه فرزکاری برش است که طراحی هر کدام از آنها با یکدیگر متفاوت است.
رام
رام (Ram) به یکی از قطعات فرز CNC اشاره دارد که معمولاً در دستگاه‌های عمودی به کار گرفته می‌شود و محل آن قرارگیری در بالای ستون به صورت ثابت است. این ابزار به عنوان نگهدارنده و پشتیبان اسپیندل عمل میکند. با توجه به تغییراتی که در فرایند فرزکاری صورت می‌گیرند، امکان تغییر وضعیت رام از لحاظ طول و شرایط حرکت وجود دارد.
ابزار فرزکاری
ابزار فرزکاری (Machine tool) به قطعه‌ای از دستگاه گفته می‌شود که توسط اسپیندل نگهداری شده و از آن برای برش و برداشتن قسمتی از ماده استفاده می‌شود. برای این دستگاه‌ها از مدل‌های مختلفی از ابزار فرزکاری استفاده می‌شود که ممکن است برای کف تراشی یا برش ساده به صورت افقی یا عمودی یا حتی برش زاویه‌ای به کار گرفته شود. به همین دلیل انتخاب ابزار فرزکاری به فاکتورهای دیگری مانند جنس قطعه کار و همچنین شرایط هندسی برش بستگی دارد. اما به طور کلی، این ابزارها توانایی بالایی در برش دادن مواد مختلف با شرایط فیزیکی و شیمیایی متفاوت دارند.
وظیفه قطعات فرز CNC در کنار یکدیگر
در کار با دستگاه فرز سی ان سی شما باید چند مرحله را انجام دهید. مرحله اول طراحی فرایند فرزکاری است. در این مرحله شما باید طرح مورد نظر را در نرم افزار اتوکد به صورت دو بعدی و سه بعدی آماده کنید. این طرح آماده شده باید در قالب فرمت G-Cod به نرم افزار سی ان سی انتقال داده شود. در گام دوم، تکنسین باید اطلاعات و مشخصات دستگاه را در قسمت ورودی وارد کند و شرایط را برای کار دستگاه آماده کند.
از قسمت صفحه کنترل، امکان راه اندازی الکتروموتور وجود دارد که نتیجه حرکت آن باعث چرخش محور دستگاه و در نتیجه چرخش اسپیندل و ابزار برشی می‌شود. در طرف مقابل هم قطعه کار بر روی میز کار نصب می‌شود که با استفاده از زین و زانوئی می‌توان جهت حرکت آن را در سه محور X، Y و Z تغییر داد. برنامه ریزی صورت گرفته در نرم افزار سی ان سی کمک میکند که قطعات فرز CNC به ترتیب کار خود را انجام دهند و برش به طور کامل انجام شود.
امیدواریم که اطلاعات گفته شده در مورد قطعات فرز CNC بتواند ابهامات شما را در کار با این دستگاه برطرف کند و از طرف دیگر در خرید دستگاه به شما کمک کند. اما اگر هنوز هم ابهام دارید، با ما در گروه فرساد ماشین تماس بگیرید تا اطلاعات تکمیلی را در اختیار شما قرار دهیم.