ماشین‌کاری

ماشین‌کاری (به انگلیسی: Machining) شکل‌دادن مواد با تراش و برش به وسیله ماشین‌های ابزار است.

مقدار قشری که از قطعه اولیه برداشته می‌شود تا قطعه صیقلی و نهایی ایجاد گردد، اصطلاحاً تراش خور نامیده می‌شود. در ماشین‌کاری قطعات برحسب نوع کار از ماشینهای تراش، فرز، مته صفحه‌تراش، کله‌زنی، سنگ‌زنی، تیزکاری و سوراخ‌کن استفاده می‌شود که معمولاً این قطعات خود محصول فرآیندهای ریخته‌گری، آهنگری، نورد و غیره می‌باشند.

ماشین‌کاری فلز با وسایل تخلیه الکتریکی پرفرکانس نیز فرایند نسبتاً جدیدی است که به میزان وسیعی بکار گرفته می‌شود. این روش برای ماشین‌کاری اشکال پیچیده و بریدن مقاطع نازک از نیمه‌رساناها و آلیاژهای وسایل فضایی بکار می‌روند.

صفحه تراشی، گرد تراشی، سوراخ کاری، فرز کاری، خان کشی، اره کاری و سنگ زنی از جمله فرآیندهای اصلی عملیات ماشین کاری محسوب می‌شوند.

صفحه تراشی: در این فرایند ابزار برش توسط بازویی نگه داشته می‌شود و روی قطعه کار حرکت داده می‌شود. از آن عموماً برای ایجاد سطوح تخت و عموماً قطعاتی با ابعادهای بزرگ استفاده می‌شود. در این روش سطح قطعه کار از کیفیت مناسبی برخوردار نبوده و اصولاً خشن بوده و نیز امروزه این روش کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گرد تراشی: گرد تراشی فرآیندی است که طی آن سطوح خارجی استوانه‌ای و مخروطی ایجاد می‌شود. در فرایند گردتراشی قطعهٔ کار در مقابل یک ابزار تراش تک لبه که به صورت طولی تغذیه می‌شود می‌چرخد؛ که بیشتر توسط ماشین‌های تراش این عمل صورت می‌پذیرد.

سنگ زنی :نوعی فرایند برداشت ماده که مستلزم کنش قطعه کار با سنگ ساینده در سرعت بالا با عمق نفوذ کم می‌باشد. انواع روش‌های سنگ زنی با توجه به نوع مادهٔ قطعه کار، وجود دارد. سنگ‌ها دارای مش (دانه) بندی‌های مختلف و در قطرها و اشکال گوناگون ساخته می‌شوند. انواع سنگ‌ها شامل:

  1. سنگ انگشتی که دارای ابعاد معمولاً کوچک و برای پرداخت مورد استفاده هستند.
  2. سنگ زنی خزشی که برای سنگ زنی قطعاتی نظیر پره‌های توربین گازی بکار برده می‌شوند.
  3. و …

تاریخچه و اصطلاحاتویرایش

 
Mobile Machine Shop US Army 1943

معنای دقیق اصطلاح ماشین کاری با پیشرفت فناوری در طی یک قرن و نیم گذشته تکامل یافته‌است. در قرن 18th، کلمه ماشینکار به معنای شخصی بود که ماشین‌ها را می‌ساخت یا تعمیر می‌کرد. کار این فرد بیشتر با دست و با استفاده از فرآیندی مانند حک کردن روی چوب و فورج و پر کردن دستی فلز انجام می‌گشت. در آن زمان، آسیاب‌سازها و سازندگان انواع جدیدی از موتورها (کم و بیش ماشینهایی از هر نوع) مانند جیمز وات یا جان ویلکینسون متناسب با این تعریف بودند. ابزار ماشینکاری و فعل ماشینکاری به معنای امروزی، هنوز وجود نداشت.

در حدود اواسط قرن نوزدهم، کلمات ثانویه‌ای به عنوان مفاهیمی که آنها توصیف کردند، ب گستردگی پیدا کردند؛ بنابراین، در طول عصر ماشین، ماشینکاری به فرآیندهای ماشینکاری «سنتی» مانند تراشکاری، بورینگ، سوراخ‌کاری، فرز، برشکاری، شکل‌دهی و … اشاره شده‌است.[۱]

 
عکسی از یک ماشین تراش که نشان می‌دهد از سال ۱۹۱۱ به همین شکل بوده و قطعاتی همچون اسپیندل، مرغک، چهارنظام و… تشکیل شده‌است

در این فرآیندهای ماشینکاری «سنتی» یا «معمولی» از ابزارهای ماشینکاری مانند ماشین‌های تراشکاری، فرزها، ماشین‌های مته و غیره استفاده می‌شود و برای جدا کردن مواد، برای دستیابی به هندسه مورد نظر، از ابزارهای تیز برشی استفاده می‌شود.

از زمان ظهور فن آوری‌های جدید در دوره پس از جنگ جهانی دوم، مانند ماشینکاری تخلیه الکتریکی، ماشینکاری الکتروشیمیایی، ماشینکاری پرتو الکترونی، ماشینکاری فتوشیمیایی و ماشینکاری التراسونیک، دگرگونی ویژه‌ای در تولید رخ داد. امروزه اصطلاح «ماشینکاری» بدون ویژگی خاص معمولاً حاکی از فرآیندهای ماشینکاری سنتی است.

در دهه بین ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰، عنوان تولید با مواد افزودنی(AM)[۲]فراتر از زمینه‌های آزمایشگاهی اولیه و نمونه سازی سریع آن، تکامل یافت و در همه مراحل ساخت متداول شد.

فرآیندهای ماشینکاریویرایش

سه فرایند اصلی ماشینکاری به عنوان تراشکاری، سوراخ‌کاری و فرز طبقه‌بندی می‌شوند. عملیات دیگر که در رده‌های متفاوتی قرار می‌گیرند عبارتند از شکل‌دهی، بورینگ، برقو و اره.[۳]

  • عملیات تراشکاری عملیاتی است که قطعه کار می‌چرخد و ابزار تراش شروع به براده‌برداری می‌کند. دستگاه تراش ابزار اصلی ماشینی مورد استفاده در تراشکاری است.
  • عملیات فرزکاری عملیاتی است که در آن ابزار برش می‌چرخد و قطعه کار ثابت است. چرخش ابزار باعث براده‌برداری می‌شود. دستگاه‌های فرز ابزار اصلی مورد استفاده در فرزکاری است.
  • عملیات سوراخ‌کاری عملیاتی است که در آن سوراخ‌ها با آوردن پایین یک ابزار با لبه‌های برشی، و تماس با قطعه کار تولید یا اصلاح می‌شوند. عملیات سوراخ‌کاری عمدتاً در دستگاه دریل ستونی انجام می‌شود اما بعضی اوقات در ماشین‌تراشکاری یا دستگاه فرز نیز انجام می‌شود.
  • عملیات متفرقه عملیاتی است که به‌طور واضح ممکن است عملیات ماشینکاری نباشد زیرا ممکن است عملیات تولید براده نداشته باشد اما این عملیات با یک ابزار معمولی انجام می‌شود. برنیش نمونه ای از یک عمل متفاوت است. برنیش هیچ براده‌ای ندارد اما می‌تواند در ماشین تراش، دستگاه فرز یا دریل ستونی انجام شود.

قطعه کار ناتمام که به ماشینکاری نیاز دارد، برای ایجاد یک محصول نهایی نیاز به برش مواد (براده‌برداری) دارد. یک محصول نهایی یک قطعه کار است که مشخصات فنی‌ای را که توسط نقشه‌های مهندسی یا طرح‌های ارائه شده برای آن قطعه بدست آمده، مطابقت دارد. به عنوان مثال، ممکن است قطعه کار نیاز به قطر بیرونی خاصی داشته باشد. دستگاه تراش است که با چرخاندن یک قطعه فلزی می‌تواند آن قطر خاص را ایجاد کند، به گونه‌ای که یک ابزار برشی بتواند از فلز براده برداری کند و یک سطح صاف و هموار ایجاد کند که مطابق قطر و سطح‌نهایی مورد نیاز باشد. برای سوراخ کردن فلز به شکل سوراخ استوانه‌ای می‌توان از مته استفاده کرد. ابزارهای دیگری که ممکن است برای انواع مختلف برداشت فلزات مورد استفاده قرار گیرد ماشین‌های فرز، اره و دستگاه سنگ‌زنی هستند. بسیاری از همین تکنیک‌ها در نجاری نیز استفاده می‌شوند.

جدیدترین، تکنیک‌های پیشرفته ماشینکاری شامل ماشینکاری دقیق CNC، ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM)، سایش الکترو شیمیایی، برش لیزر یا برش جت آب برای شکل‌دهی به قطعات فلزی است.[۴]

به عنوان یک سرمایه‌گذاری تجاری، ماشینکاری به‌طور کلی در کارگاهی انجام می‌شود که از یک یا چند اتاق کار حاوی ابزارها و دستگاه‌های اصلی این کار تشکیل شده‌است. اگرچه یک کارگاه می‌تواند به صورت مستقل کار کند، ولی بسیاری از مشاغل از این کارگاه‌ها پشتیبانی می‌کنند که نیازهای تخصصی تجارتشان را انجام دهند.

ماشینکاری برای رعایت مشخصات مندرج در نقشه‌های مهندسی به جزئیات زیادی نیاز دارد. در کنار مشکلات بارز مربوط به ابعاد صحیح، مشکل دستیابی به همواری یا صافی سطح مطلوب روی قطعه کار وجود دارد. سطح‌نهایی یافت شده در سطح ماشین کاری شده یک قطعه کار ممکن است در اثر بستن نادرست، یک ابزار کند یا قرارگیری نامناسب یک ابزار ایجاد شود.

مروری بر فناوری ماشینکاریویرایش

 
Metal Cut diag

ماشینکاری فرآیندی است که در آن از یک ابزار برش برای جدا کردن براده‌های کوچک مواد از قطعه کار استفاده می‌شود. برای انجام عملیات، حرکت نسبی بین ابزار و قطعه‌کار لازم است. این حرکت نسبی در بیشتر عملیات ماشینکاری با استفاده از یک حرکت اولیه به نام «سرعت برش» و یک حرکت ثانویه به نام «پیشروی» بدست می‌آید.[۵] شکل ابزار و نفوذ آن به سطح کار، همراه با این حرکات، شکل مورد نظر سطح کار را تولید می‌کند.

عملیات ماشینکاریویرایش

انواع عملیات ماشینکاری وجود دارد که هر یک از آن‌ها قادر به ایجاد هندسه و بافت سطحی خاصی برای قطعه هستند.

در تراشکاری، از یک ابزار برشی با لبه برشی تک برای براده‌برداری از قطعه چرخان استفاده می‌شود تا یک شکل استوانه‌ای تولید کند. حرکت اولیه با چرخاندن قطعه کار تأمین می‌شود و پیشروی با حرکت ابزار برشی به آرامی در جهت موازی با محور چرخش قطعه کار حاصل می‌گردد.

سوراخ‌کاری برای ایجاد سوراخ گرد استفاده می‌شود. این کار با یک ابزار چرخشی انجام می‌شود که به‌طور معمول دارای دو یا چهار لبه برش به شکل مارپیچ است. ابزار در جهت موازی با محور چرخش آن به قطعه کار فزو می‌رود تا سوراخ گرد ایجاد شود.

در بورینگ، ابزاری با یک نوک خمیده تک به داخل سوراخ تقریباً ساخته شده در یک قطعه کار در حال چرخش وارد می‌شود تا کمی سوراخ را بزرگتر کند و دقت آن را بهبود ببخش. این یک عمل پرداخت سطحی ظریف است که در مراحل نهایی تولید محصول استفاده می‌شود.

برقوکاری یکی از عملیات اندازه‌زنی است که مقدار کمی فلز را از سوراخی که قبلاً ایجاد شده‌است، خارج می‌کند.

در فرزکاری، یک ابزار چرخشی با لبه‌های برش چندگانه که با به آرامی حرکت کردن نسبت به ماده اولیه برای تولید سطوح صاف و هموار کار می‌کند. جهت حرکت پیشروی عمود بر محور چرخش ابزار است. . دو شکل اصلی فرز:

  • فرزهای افقی(Peripheral Milling)
  • فرز عمودی(Face Milling)

ابزار برشویرایش

ابزار برش دارای یک یا چند لبه برشی تیز است و از ماده‌ای ساخته شده‌است که سخت‌تر از ماده قطعه‌کار است. لبه برشی کار جدا کردن براده از قطعه کار مادر را بر عهده دارد. دو سطح ابزار به لبه برش متصل شده‌است:

  • سطح در تماس با براده(Rake Face)
  • سطح بدون تماس با برداه(Flank)

سطح در تماس با براده که جریان براده تازه شکل گرفته را هدایت می‌کند با زاویه خاصی جهت‌گیری می‌شود، زاویه رِیک "α" نامیده می‌شود. این نسبت به صفحه عمود بر سطح کار اندازه‌گیری می‌شود. زاویه رِیک می‌تواند مثبت یا منفی باشد. سطح بدون تماس با برداه ابزار، بین ابزار و سطح کار تازه شکل گرفته فاصله ایجاد می‌کند و بدین ترتیب سطح را از ساییدگی محافظت می‌کند. این زاویه بین سطح کار و سطح پهلو، زاویه آزاد نامیده می‌شود. دو ابزار اساسی برش وجود دارد:

  • ابزار تک نقطه ای
  • ابزار برش چند لبه

ابزار تک نقطه ای دارای یک لبه برش است و برای تراشکاری، بورینگ و صفحه‌تراشی استفاده می‌شود. در حین ماشین کاری، نوک ابزار در زیر سطح قطعه‌کار نفوذ می‌کند. نوک گاهی اوقات به شعاع خاصی گرد می‌شود که شعاع دماغه ابزار نامیده می‌شود.

ابزارهای برش چندگانه بیش از یک لبه برش دارند و معمولاً با حرکت چرخشی به قطعه کار برخورد می‌کنند. سوراخ‌کاری و فرزکاری از ابزارهای چرخشی چند لبه استفاده می‌کنند. اگرچه اَشکال این ابزارها با ابزار تک نقطه‌ای متفاوت است، اما بسیاری از عناصر هندسه ابزار مشابه هستند.

روش‌های نوین ماشین‌کاری[۶]ویرایش

منابعویرایش

  • جزوات آموزشی رامین خامدی - علی صنعتی
  1. «Machining Introduction». www.efunda.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۴-۰۱.
  2. «StackPath». www.americanmachinist.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۴-۰۱.
  3. "Nicholas Howe, ed. , Ceremonial Culture in Pre-modern Europe. Notre Dame, Ind. : University of Notre Dame Press, 2007. Paper. Pp. vii, 160; black-and-white figures. $25". Speculum. 83 (02): 503. 2008-04. doi:10.1017/s0038713400014147. ISSN 0038-7134. Check date values in: |date= (help)
  4. "Development of CNC Ultra Precision Aspheric Grinder and 3-dimensional High Precision Machining of Brittle Materials". Precision Engineering. 13 (2): 148. 1991-04. doi:10.1016/0141-6359(91)90536-r. ISSN 0141-6359. Check date values in: |date= (help)
  5. «Machining». ۲۰۱۶.
  6. 2. Manufacturing Engineering and Technology Fifth Edition - Serope Kalpakjian and Steven R Sschmid. (Prentice Hall), 2006

جستارهای وابستهویرایش