بررسی تراش های cnc ریل مورب با بدنه ی یکپارچه ی ریخته گری true slant و دو تیکه flying-wedge
تراش های cnc از پرکاربرد ترین ابزار های صنعتی در حوزه ی ساخت قطعات میباشند. همانطور که پیش تر نیز تشریح شد ، دستگاه های تراش cnc از مکانیزم ساده ی دستگاه های تراش انیورسال ( دستی ) پیروی میکنند اما این عملکرد به صورت کنترل عددی ، استفاده و اجرای اتوماتیک توسط برنامه نویسی میسر میگردد. در ادامه دستگاه های تراش CNC در دو نوع بستر ( ریل ) مورب slant bed یا ریل تخت Flat-bed تعریف می گردند که هر کدام مزایا و معایبی دارند . در مقاله ی دستگاه تراش چیست به آن پرداخته شده است.
در این مقاله به بررسی و تحلیل دستگاه های تراش مورب slant bed می پردازیم و از هر حیث جوانب و زوایای آن را بررسی میکنیم.
دستگاه های تراش مورب ، در دو تیپ طراحی و ساخته می شوند. یکی از نوع ریخته گری یکپارچه (True slant bed ) و یا mono-block هستند و دیگری از نوع بدنه ی دو تیکه (flying wedge) .
تراش های cnc ریل مایل از نوع یکپارچه از جمله مواردی هستند که ساختار کلی بدنه به صورت یکپارچه و یکجا ریخته گری شده و هیچ قطعه و یا بخشی از ریل به صورت منفک و جدا نیست.
اما در تراش های دو تیکه و یا flying wedge بدنه دارای دو تیکه جدا از هم بوده و سپس به یکدیگر پیچ میشوند . یکی بخش گوه شکل و دیگری بخش اصلی بدنه که همانند دستگاه های تراش ریل تخت میباشد ساخته و طراحی شده اند.
در این میان سوالی مطرح میگردد که دلیل ساخت و طراحی متفاوت در این دو نوع تراش ریل مورب چیست ؟
عطف به مقاله های گذشته در خصوص ارزیابی و بررسی تراش های مورب به برخی از مزایای آن اشاره شد ، که از آن جمله :
1- امکان براده برداری بهتر و بیشتر ، استقامت ، سرعت و صافی سطح بیشتر در تولید قطعات
2- امکان تخلیه سفاله و تراشه های ایجاد شده به شکل بهتر در تولیدات انبوه
3- افزایش زمان مولد ماشینکاری و همچنین دوام قطعات بکار رفته در ماشین های تراش مورب به دلیل ، همراستایی و همگن بودن محور ها ، مرغک و تارت و کنترل و جبران اثرات دمایی (thermal stability & damping)
4- امکان ماشینکاری با قطر بیشتر در فضای اشغالی کمتر به دلیل ساختار و نوع قرارگیری محور X در این نوع تراش ها
5- به موجب افزایش ، طول حرکتی محور X ریل های حرکتی بلند تر ، بستر و یا saddle که تارت بر روی آن قرار گرفته است نیز مقاوم تر و بزرگتر است.
6- زاویه ی برشی در دستگاه های تراش مورب نسبت به قطعه کار امکان ایجاد لرزش های کمتر را در مقایسه با تراش های ریل تخت فراهم می آورد.
7- افزایش دقت ماشینکاری در ماشین های تراش ریل مورب در مقایسه با تراش های ریل تخت . صلبیت دستگاه به واسطه ی زاویه و پشتیبانی saddle که به صورت یکپارچه و یا دوتیکه ساخته شده اند در خصوص تراش های slant ، در طول حرکت محور X بیشتر میباشد . تاثیرات گرانش زمین ، واکنش و اعمال نیروی برگشت بر روی محور X و بال اسکرو موجب افزایش backlash در دستگاه تراش ریل تخت شده و همین امر ، دقت تکرارپذیری را کاهش داده و کیفیت ماشینکاری به شدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.
مزایای فوق از جمله موارد مهم در بحث مقایسه ی تراش های مورب و ریل تخت میباشند که به آن پرداخت شد. حال در ادامه تشریح این مطلب ضروری است که برای رسیدن به تمامی موارد فوق به شکل کامل و مناسب باید به اجزا دیگر از جهت ساخت و طراحی نیز اشاره کنیم.
همانطور که میدانید بر اساس قانون سوم نیوتن هر عملی دارای عکس العملی است ( بدین ترتیب که هرگاه جسمی به جسم دیگر نیرو وارد کند ، جسم دوم نیرویی به همان اندازه و در جهت مخالف به جسم اول وارد میکند. ) ، به استناد این قانون میتوان ارزیابی کرد که در زمان ماشینکاری و اعمال فشار توسط ابزار و در مجموع تارت بر روی قطعات کار ، نیرویی در جهت خلاف به تارت و اجزای حرکتی دیگر وارد میگردد . این نیرو موجب افزایش دما ، انبساط ، تغییرات حرکتی ، فرسایش و لرزش های میکرونی در کل دستگاه می شود. از این رو برای حل این مشکل ، شرکت های تولید کننده تراش CNC استراتژی های مختلفی را بر اساس ابعاد قیمتی و بازار هدف خود در نظر گرفته اند.
دستگاه تراش CNC از نوع یکپارچه بهترین گزینه در این مسئله میباشد چرا که ساختار یک تیکه و در نتیجه وزن بیشتر ، تمامی لرزش های ایجاد شده را در خود جذب و موجب افزایش بهره وری دستگاه ، زمان مولد ماشینکاری ، عمر قطعات حرکتی – کوپلینگ ها - برینگ ها ، تارت و در نتیجه صافی سطح و کیفیت ماشینکاری بیشتر میگردد. اما در تراش های cnc با ساختار دو تیکه به دلیل پیچ شدن بخش گوه و بدنه ی تخت ، لرزش های ایجاد شده نسبت به نمونه ی mono-block بیشتر بوده و موجب افزایش خدمات تعمیراتی ، کاهش زمان مولد ماشینکاری ، صافی سطح کمتر و در نهایتا بهره وری کمتر خواهد شد. اما این نکته ذاتا به معنای ایراد و مشکل در این نوع دستگاه ها ( flying-wedge) نیست ، چرا که از ابتدا طراحی بر این هدف بوده است و در نتیجه هزینه های ساخت در این دستگاه پائین تر میباشد . از این رو صنعتگرانی که در بخش تولید قطعات کوچک با سختی کمتر روبرو و نیازمند دستگاه تراش مورب هستند میتوانند از این تیپ دستگاه ها ابتیاع کنند.
اما در نقطه ی مقابل ، صنایعی که در تولید قطعات انبوه ، با گراف سختی بیشتر مواد روبرو هستند و میزان بهره وری برای آنها پر رنگ تر است باید از دستگاه های نوع mono-block استفاده نمایند.
البته در ساخت دستگاه تراش و رسیدن به کیفیت مناسب عوامل و جزئیات بسیاری دخیل است. اینکه اجزا و سطح آنها به چه شکل سختکاری و با یکدیگر مماس شده اند ؟ اینکه از چه نوع استراتژی ها و برنامه هایی برای طراحی ، ساخت و قرار گیری اجزا در کنار یکدیگر به منظور کاهش فرسایش ، جبران تغییرات دمایی و همراستایی و ترازی محور ها استفاده شده است ؟
اما کلیت مسئله از ساختار ریخته گری شروع میشود.
از مزایای ساختار ریخته گری یکپارچه ، افزایش وزن ذاتی دستگاه تراش است. به همین سبب با توجه و بررسی اولیه ی دستگاه تراش در تناسب ابعادی ، قطر ماشینکاری و طول میتوان به وزن تقریبی مناسب رسید. این مزیت ذاتی بدان معناست که شما در ابعاد یکسان به وزن بیشتری یعنی ، دسترسی به یک دستگاه تراش سی ان سی با استقامت بیشتر دست یافته اید.
یکی از بزرگترین مزایای دستگاه تراش سی ان سی یکپارچه ، نسبت به دستگاه های تراش دو تیکه ، کنترل انبساط اجزای حرکتی و نهایتا فرسایش است :
در دستگاه تراش مورب همانطور اشاره شد ، تارت در موقعیتی با زاویه ی 30 ، 45 و یا 60 درجه نسبت به سطح زمین قرار گرفته است که مزیت رسیدن به قطر ماشینکاری و بهره گیری از تعداد بیشتر انبار ابزار ( تارت ) را دارد. اما با افزایش دما که امری است جدایی ناپذیر و بدیهی ، اجزای دستگاه شروع به منسط شدن کرده و در طول مقاطع حرکت میکنند . با توجه به این اصل دستگاه های تراشی که یکپارچه ریخته گری شده اند در طول زاویه ی ساخته شده ( 0-30-45-60) حرکت کرده و تناسب ساختاری خود را با اجزا دیگر حفظ می کنند ، اما تراش های flying-wedge به دلیل جدا بودن saddle که به صورت bolt با یکدیگر ادغام شده اند ، در مقابل این تغییرات دمایی مناسب عمل نکرده ! و تناسب ساختاری خود را در موارد تولیدی پر تیراژ از دست داده و موجبات خرابی های بیشتر ( خدمات- تعمیراتی) ، افت ابزار ، مشکلات تارت و نهایتا کاهش زمان مولد ماشینکاری و کیفیت قطعات را فراهم می آورند.
ماهیت بکارگیری و ساخت زوایای مختلف در بدنه ی تراش های cnc چیست :
به شکل معمول دستگاه های تراش cnc از نوع mono-block و flying-wedge در دو زاویه ی 30 و 45 درجه نسبت به سطح زمین طراحی و ساخته می شوند ، اما در این میان هستند دستگاه هایی که با زاویه ی 60 درجه و در برخی موارد خاص 75 درجه نیز وجود دارند.
اما سوال اینجاست که چرا این زوایا و یا این اعداد ؟ - چرا زمانی که صحبت از زاویه 30 درجه میشود بهتر نیست از زاویه بستر 45 استفاده کرد ؟ - و بسیاری سوالات دیگر
زوایای مذکور اعدادی هستند که بر اساس تحقیق و توسعه ، محاسبات ریاضی و تجربه ، بهترین اعداد در قرار گیری موقیعت تارت هستند. و بیشترین بهره وری را بر اساس نیاز فراهم می آورند. اما به شکل معمول برای ساخت یک تراش مورب میتوان از زوایای 30 و 45 درجه استفاده کرد در این نوع زوایا ، امکان تجهیز دستگاه به تارت های مختلف با تعداد ابزار 8-10-12 وجود دارد . اما برای بهره وری بیشتر در عملیات های ویژه ماشینکاری (high-performance) که استفاده از ابزار های مختلف و بیشتر نیاز است همچون عملیات multi-tasking machines زوایای قرارگیری تارت 65 و 75 درجه خواهد بود . این نوع زوایا در دستگاه های تراش سنتر (turning centers) که شامل چندین محور هستند ، اتفاق می افتد.
انتخاب بین زاویه ریل 30-35 و یا 45 درجه موردی است که آنچنان پر رنگ نیست و بر اساس رویکرد و طراحی شرکت تولید کننده معنا پیدا میکند ، میزان بهره وری در تخلیه سفاله ، موقیعت قرار گیری تارت و عوامل دیگر در ساخت این دستگاه ها یکسانند.
مقاله ی فوق در واحد تحقیق و توسعه ی خاوران صنعت پاسارگاد تهیه و تنظیم گردیده است.
استفاده از مقاله ی فوق با ذکر نام بلامانع میباشد.
