نكاتي كه در ذيل آمده است تركيبي از منابع علمي و تجربيات شخصي نویسنده است و ممكن است نياز به اصلاح داشته باشد. لذا در صورتي كه خوانندگان محترم ايرادي در‌ آن مي‌بينند مي‌توانند با نويسنده تماس گرفته و موارد را گوشزد كنند يا مطلبي در دنباله اين مطلب به جهت استفاده ديگران بنويسند تا در ادامه منتشر شود.

مقدمه

یکی از تصمیماتی که بایستی هنگام طراحی یک ماشین مخصوص ماشینکاری و یا هنگام انتخاب یک ماشین ابزار برای خرید گرفته شود، انتخاب نوع راهنماهاي حركتي یا به عبارتی نوع کشویی‌ها است. همانند بقیه امور طراحی، انتخاب درست سیستم قبل از اقدام به طراحی جزیی اهمیت خاصی در موفقیت طرح یا انتخاب ماشین خواهد داشت. کشویی‌ها از دیدگاه نوع تماس یا از دیدگاه اصطکاکی به دو دسته تقسیم می شوند:

۱- کشویی‌های تماس لغزشی (Box way)

۲- کشویی‌های تماس غلتشی (Linear way)

در کشویی‌های تماس لغزشی كه نوعي Plain Bearing هستند، همانطور که از نام آن‌ها پیداست دو جز کشویی که نسبت به هم حرکت دارند، تماس لغزشی دارند. بنابراين ضریب اصطکاک لغزشی در معادلات حرکت حاکم است. البته بنابر اصول tribology جنس دو جزيي كه با يكديگر در تماس هستند متفاوت انتخاب مي‌شود يا جنس واسطه‌اي بين آن دو جزء قرار مي‌گيرد. به عنوان مثال انتخاب چدن و فولاد يا فسفر برنز و فولاد يا قرار گرفتن مواد پليمري مانند Turcite® بين دو جزء متحرك. از آنجا كه وجود روانكار بين دو سطح در تماس لغزشي با هم اهميت فراواني در كاهش اصطكاك و فرسايش دارد لذا يا جنس ياتاقاني خود متخلل است (مانند چدن يا فسفر برنز) و روانكار را بين خود نگاه مي‌دارد و يا اينكه روي اجزاء شيارهايي براي حفظ روانكار بين سطوح ايجاد مي‌شود.

در کشویی‌های تماس غلتشی كه نوعي Rolling Bearing هستند نيز همانطور كه از نام آنها پيداست بین دو جزء کشویی که نسبت به هم حرکت نسبی دارند، ساچمه وجود دارد كه اين ساچمه ممكن است كروي (ball) يا استوانه‌اي (roller)باشد. بنابراين ضریب اصطکاک غلتشی در معادلات حرکت حاکم است. برخي خصوصيات هر يك از كشويي‌ها را مي‌توان در فهرست زير بيان نمود:

کشویی‌های تماس لغزشی (Box way)

• :ضريب اصطكاك از نوع لغزشي و بالاتر است لذا
  • سرعت حركت در آن كمتر است
  • نيروي مورد نياز براي حركت بيشتر است
  • پديده stick-slip بيشتر وجود دارد.
• به دليل سطح تماس بيشتر و همچنین وجود لایه روغن مابین دو سطح تماس که باعث میرا کردن ارتعاشات می شود، صلبيت آن (dynamic stiffness) بيشتر است.
• براي يك ماشين‌ساز ساختني است نه خريدني. ساختني بودن در كنار عيوبي كه ايجاد مي‌كند محاسني هم دارد. یکی از خصوصیات این نوع کشویی این است که بسته به سازنده آن دقت حاصله بسیار متغیر خواهد بود. به عنوان نمونه مي‌توان اين كشويي‌ها را به دقت و وسواس بالا شابر زد و دقت بسيار بالايي گرفت. در ضمن در شرايطي كه امكان خريد كشويي‌هاي تماس غلتشي به دليل مسايل مختلف (مثلا تحريم) وجود ندارد استفاده از اين نوع كشويي‌ها مي‌تواند راهگشا باشد. البته شابر زني فرآيندي مهارتي است كه نياز به تخصص و در ضمن تجربه و حوصله زياد دارد. وليكن روشي است كه با آن مي‌توان با ابزاري ساده به دقت‌هاي بسيار بالا دست يافت. البته اين روزها كسي حوصله اينگونه كارها را ندارد. معمولا ماشين‌سازهايي كه دقت ماشين‌ابزارهايشان در كلاسي بالاتر از ديگران است به قدرت شابرزني يا ميزان استفاده از آن مباهات مي‌كنند و در تبليغاتشان از آن استفاده مي‌كنند.
• اين كشويي‌ها نياز به سنگ‌زني و طبيعتا ماشين‌ابزا‌هاي خاص، بزرگ و گران قيمت دارند (البته اگر سنگ بزنند). شابر زني به عنوان يك كار مرسوم، حداقل روي جزء متحرك كشويي كه كوتاهتر است انجام مي‌پذيرد. هر چند كه ماشين‌سازان معروف كه ماشين‌هاي گرانتري مي‌سازند روي جزء ثابت نيز شابرزني انجام مي‌دهند.
• تعمیر این نوع کشویی ها کار بسیار سختی است. چرا که نیاز به تجهیزات سنگ زنی دقیق و مهارت شابرزنی دارند که ممکن است برای مصرف کننده ماشین این کار مقرون به صرفه نباشد.
• لقي بين اجزاي اين كشويي‌ها با شمشيري (Gib) قابل تنظيم است. معمولا تنظيم شمشيري‌ها به عنوان يكي از سرويس‌هاي دوره‌اي ماشين‌هاي ابزار است. ميزان لقي را نمي‌توان به صفر رساند چون حداقل ميزان لقي براي ميسر بودن حركت نياز است كه اين مساله خود يكي از عواملي است كه مي‌تواند دقت را كاهش دهد. قابل قفل بودن اين نوع كشويي به دليل وجود شمشيري براي مواردي كه ارتعاشات ماشينكاري زياد است و نياز به تثبيت محورهاي غير متحرك وجود دارد، مي‌‌تواند بسيار راهگشا ‌باشد.
• هزينه آن پايين‌تر است.
• تكنولوژي آن قديمي‌تر است.
• بار قابل تحمل توسط این این کشویی ها بیشتر است. بنابراین میزهایی که با این نوع کشویی ها ساخته می شوند وزن قطعه بیشتری تحمل می کنند.

کشویی‌های تماس غلتشی (Linear way)

• :ضريب اصطكاك از نوع غلتشي و پايين‌تر است لذا
  • سرعت حركت در آن بيشتر است
  • نيروي مورد نياز براي حركت كمتر است
  • پديده stick-slip كمتر وجود دارد يا ندارد.
• به دليل سطح تماس كمتر، صلبيت آن (dynamic stiffness) كمتر است. سازندگان ماشين‌ابزار به طور معمول از L.W. با ساچمه كروي (ball) استفاده مي‌كنند. ليكن در صورت نياز به صلبيت بيشتر مي‌توان كشويي با ساچمه استوانه‌اي (roller) سفارش داد كه طبيعتا قيمت آن افزايش مي‌يابد.
• هزينه آن در مقايسه با نوع تماس غلتشي براي ماشين‌هاي ابزار در اندازه متوسط حداقل ۱۵% بالاتر است.
• تكنولوژي آن بالاتر است.
• براي يك ماشين‌ساز، خريدني است نه ساختني. هر چند ممكن است برخي از سازندگان با داشتن تجهيزاتي اقدام به ساخت اينگونه كشويي‌ها براي حالت‌هاي خاص كنند وليكن به دليل تخصصي بودن و نياز به ماشين‌آلات خاص، كمتر ماشين‌سازي خود اقدام به ساخت اين كشويي‌ها مي‌كند و خريدن ان كشويي‌ها به عنوان يك جزء استاندارد مرسوم است. تهيه L.W. علي‌الاصول سريع‌تر و كم‌دردسرتر از ساخت است البته نه براي كشور ما. خریدنی بودن آن باعث می شود که سازنده ماشین ابزار امکان انتخاب بین برندهای مختلف و گرید های دقتی مختلف داشته باشد. در واقع دقت این کشویی به سازنده کشویی وابسته است نه ماشین ساز.
• نصب اين نوع كشويي‌ها آسان‌تر است. محل نشيمن اين كشويي‌ها نيازي به سنگ‌زني ندارد و با كمك پيچ‌ها و گوه‌هايي در محل تثبيت شده و با ساعت اندازه‌گيري تنظيم مي‌شوند.
• لقي بين اجزاء معمولا قابل تنظيم نيست. البته سازندگان L.W.ها مدل‌هاي پيش‌بار شده يا پيش تنيده (pre-loaded) عرضه مي‌كنند كه لقي در آنها صفر است. نداشتن لقي يكي از عوامل دقيق‌تر بودن اين نوع كشويي‌ها مي‌باشد.
• تعمير اين كشويي‌ها يك كار تخصصي است كه به آساني قابل انجام نيست. معمولا اگر مسير حركت روي ريل‌ها معيوب نشده باشد اقدام به تعويض ساچمه‌ها (گاهي اوقات با يك سايز بزرگتر) مي‌شود. البته تعمير اين كشويي‌ها به دليل خطر دقيق نبودن پس از تعميرات و كمبود تخصص و تجربه لازم د ركشور مرسوم نيست. حسن این نوع کشویی ها از دیدگاه تعمیر این است که می توان به سادگی آنها را تعویض کرد.
• بار قابل تحمل توسط این این کشویی ها کمتر است. بنابراین میزهایی که با این نوع کشویی ها ساخته می شوند وزن قطعه کمتری تحمل می کنند.

با توجه به بيان برخي خصوصیات این دو نوع کشویی به نظر مي‌رسد بهتر است در موارد زیر از آنها استفاده شود:

Box way

• زمانی که نیروها و ارتعاشات ماشينكاري زیاد است. مانند خشن ‌کاری، باربردای منقطع، زمانی که بازوی ابزار بلند است یا موارد مشابه.
• زمانی که کارهای متنوع و عمومی انجام می شود.
• زماني كه امکان تهیه linear way به هر دليلي وجود ندارد.

Linear way

• زمانی که نیاز به کار براده‌برداری با ترکیبی از سرعت پیشروی بالا، بار کم و صافی سطح بالا نیاز است، مانند پرداختکاری قالب‌ها.
• زمانی که باربرداری با سرعت بالا روی موادی با استحکام کم انجام می‌شود. مانند تولید قطعات پیچیده آلومینیومی.
• زماني كه حركت سريع بدون باربرداري نياز است. مانند مواردي كه تعداد زيادي سوراخكاري با فاصله از يكديگر روي قطعه بايستي انجام شود.
• زماني كه حركت سريع و دقيق با بار بسيار كم وجود دارد، مانند ماشين‌هاي برش ليزري.

گاهي اوقات نيز براي داشتن تركيبي از مزاياي دو نوع كشويي از هر دو نوع استفاده مي‌‌شود. به عنوان نمونه در ماشين‌هاي فرز CNC براي محورهاي X و Y از Linear Way و براي محور Z از Box Way استفاده مي‌شود. محور Z به دلیل ساختار یک سر گیردار بودن (در ماشین های غیر دروازه ای) و وجود اسپیندل با توان و دور بالا روی آن مستعد بروز ارتعاشات و در نتیجه لرزش است. به همین دلیل است که برای این محور از کشویی Box Way استفاده می شود. بنابراین با این ترکیب می توان به مجموعه ای از خواص دقت و صلبیت دست یافت. ضمن آنکه با انتخاب استراتژی های ماشینکاری مناسب که در آن بار حرکت بیشتر روی محورهای X و Y باشد می توان از این ترکیب ماشین به خوبی استفاده کرد و به دقت های بالاتر رسید.

The post “تصمیم‌های کوچک زندگی مهندسی” – در انتخاب ریلهای ماشین‌ابزار؛ Linear way يا Box way کدام بهترند؟ appeared first on شرکت پویاکاران راد.

نكاتي كه در ذيل آمده است تركيبي از منابع علمي و تجربيات شخصي نویسنده است و ممكن است نياز به اصلاح داشته باشد. لذا در صورتي كه خوانندگان محترم ايرادي در‌ آن مي‌بينند مي‌توانند با نويسنده تماس گرفته و موارد را گوشزد كنند يا مطلبي در دنباله اين مطلب به جهت استفاده ديگران بنويسند تا در ادامه منتشر شود.

مقدمه

بسیاری از خریداران دستگاه فرز CNC عمودی (و به طور مشابه بقیه انواع ماشین ابزار CNC) هنگام خرید با تنوع زیادی از انواع ماشین مواجه می شوند و نمی دانند کدام ماشین را انتخاب کنند و اساسا معیار انتخاب چیست. هنگامی که از فروشنده مشاوره می خواهند در مقابل اولین پرسشی که قرار می گیرند این است که ماشین را برای چه کاربردی نیاز دارید؟
از آنجا که در کشور ما کارگاه های ماشینکاری بسیار کوچکی وجود دارند و بسیاری از کارگاه ها تنها یک فرز CNC در اختیار دارند (یا می توانند تهیه کنند) لذا توصیه کاربرد دستگاه امری دشوار می گردد. در حال حاضر به دلیل توان مالی کم، کم بودن حجم و تیراژ کارها و تنوع زیاد آنها، خریدار نمی تواند برای نیازهای مختلف ماشینهای متناسب تهیه کند. اینگونه کارگاه ها مجبورند و لذا تمایل دارند که ماشینی چند منظوره خریداری کنند که بتواند نیازهای مختلف آنها را پوشش دهد.
از آن سو سازندگان و عرضه کنندگان ماشین ابزار CNC نیز به دلیل رکود بازار نمی توانند ماشین آلات مختلفی متناسب با کاربرد خاص عرضه نمایند و آنان نیز به سمت ماشین آلاتی می روند که چه از لحاظ ابعاد کاری و چه از لحاظ مشخصات فنی بتواند گسترده وسیعی از نیازهای متوسط را پوشش دهد.
هر مقدار که در راستای اهداف فوق الذکر تلاش شود باز هم نمی توان به ماشینی دست یافت که برای همه گونه کار مناسب باشد. به هر حال نمی توان این واقعیت را نادیده گرفت که در صورت عدم استفاده از ماشین صحیح برای یک کاربرد یا بایستی هزینه زیادی برای تهیه ماشین صرف کرد که باعث افزایش قیمت تمام شده کار می شود یا آنکه راندمان و یا کیفیت محصول خروجی کاهش می یابد.
در ادامه حداقل سعی بر این است که برای یک تصمیم کلی میان قالبسازی و قطعه سازی – که یکی از دسته بندی های اصلی بازار کار فعلی به شمار می رود- توجه خوانندگان را به سمت نکاتی جلب کند که ممکن است برای دیگر موارد تصمیم گیری نیز راهگشا باشد.

کورس کاری

بلوک های قالب معمولا مربع یا نزدیک به مربع هستند ولیکن تنوع شکل قطعات زیاد است. لذا در ماشینهایی که برای قالبسازی استفاده می شود محدوده کاری مربع شکل و برای ماشینهای که برای قطعه سازی استفاده می شود محدوده کاری مستطیل شکل است. در تولید انبوه قطعات استفاده از محور چهارم مرسوم است و لذا برای ماشینهایی که محور چهارم آنها از نوع A-axis است نیاز است که طول میز از عرض آن به مراتب بیشتر باشد. لذا اگر یک سازنده دو ماشین در سایز ۱۰۰۰ برای دو کاربرد مختلف قالبسازی و قطعه سازی داشته باشد معمولا ماشین مورد استفاده در قطعه سازی کورس حدود ۱۰۰۰x500x500 و ماشین قالبسازی کورس حدود ۱۰۰۰x600x600 را دارد. برای ماشینهای کوچکتر نسبت میان طول و عرض میز ماشین بسیار نزدیک یک می شود (به عنوان مثال ۶۵۰x500x500). در ضمن برای کاربرد قالبسازی کورسهای بیشتر برای محور Z نیز به عنوان گزینه انتخابی پیشنهاد می شود که ناشی از نیاز به ابزار های بلند برای ماشینکاری حفره های عمیق می باشد.
نوع ریلها
بلوک های قالب معمولا بزرگتر و سنگین تر از قطعات هستند. چرا که قطعات اگر هم بزرگ باشند طراحان تلاش می کنند تا با افزایش استحکام از روش تقویت هندسی به جای افزایش ضخامت، وزن قطعه را کاهش دهند. ولیکن بلوک های قالب قبل از آنکه حفره ها در آنها ماشینکاری شود یکپارچه هستند و دارای وزن زیاد. با توجه به اینکه میزان بار قابل تحمل ریلهای نوع Box way از linear way بیشتر است و قالبسازی حتما دارای مرحله خشن کاری است که ارتعاشات و بار وارده در آن مرحله زیاد است، بهتر است برای کاربرد قالبسازی از ماشینی با ریلهای Box way استفاده شود. البته شرط دیگر این است که بدنه ماشین ساخت شرکت معتبری باشد و کیفیت ساخت ریلها مناسب باشد و به خوبی سنگ خورده و شابر زده شده باشد.
دیگر پارامتری که در انتخاب از این دیدگاه موثر است، سرعت حرکت محورهای ماشین می باشد. در کاربرد قطعه سازی برای آنکه ابزار به بخش های مختلف قطعه برود (مثلا برای سوراخکاری یا برای ایجاد feature ها در بخش های مختلف قطعه) یا برای آنکه ابزار از یک قطعه که در یک قید و بند بسته شده به قطعه دیگر برود، نیاز است که سرعت حرکت محورها بالا باشد. لذا برای این کاربرد ریلهای linear way مناسب است که اجازه حرکت با سرعت بالاتری را می دهند. البته در قالبسازی در مرحله پرداخت نیز سرعت حرکت کم اهمیت نیست ولیکن در آنجا سرعت پردازش کنترلر خود محدود کننده سرعت است و معمولا ریلهای Box way جوابگوی سرعت می باشند.
این نکته فراموش نشود که به واسطه تنوع شکل و جنس قطعات و میزان بار خشن یا پرداخت در سفارشات کاری، نمی توان به طور قطع توصیه کرد که در قطعه سازی چه نوع ریلی استفاده شود. به عنوان مثال واضح است که در قطعه سازیهایی که حجم خشن کاری بالاست یا بارهای ضربه ای وجود دارد ریل Box way توصیه می شود.

کنترلر CNC

در قطعه سازی شکل قطعه معمولا هندسی و تنوع آن زیاد است. ضمن آنکه معمولا در کارهای تولیدی، قطعات روی تعدادی قید و بند بسته می شوند تا زمان باز و بستن با زمان ماشینکاری موازی شده و این زمان صرفه جویی گردد. ولیکن در قالبسازی شکل قطعه معمولات دارای سطوح free form است. بنابراین سطوح از تعداد زیادی خط کوچک ساخته شده است. در قطعه سازی برنامه ها معمولا کوتاه است و می توان از زیربرنامه ها برای کوتاه تر شدن و کارآمد شدن برنامه ها استفاده کرد ولی در قالبسازی معمولا برنامه ها بسیار بلند است و از مسیرهای خطی بسیار کوتاه تشکیل شده است. بنابراین کنترلری که روی یک دستگاه مورد نیاز برای کاربرد قالبسازی نصب می شود باید سرعت و حافظه بالاتری نسبت به ماشین مشابه با کاربرد قطعه سازی داشته باشد. یا به عبارت دیگر برای یک ماشین با کاربرد قطعه سازی می توان کنترلر ضعیف تری نصب کرد. از ملاک هایی که با آنها سرعت کنترلر تشخیص داده می شود می توان به قدرت CPU یا حداقل زمان مورد نیاز برای اجرای هر خط برنامه، تعداد look ahead و سرعت baud rate اشاره کرد.

مکانیزم تعویض ابزار

در قطعه سازی تنوع ابزارهای مورد نیاز زیاد و معمولا فاصله زمانی میان تعویض ابزار کم است ولیکن در قالب سازی تنوع ابزارهای مورد نیاز معمولا کم ( معمولا یک ابزار برای خشن کاری اولیه، یک ابزار برای خشن کاری ثانویه، و یک یا دو ابزار پرداخت استفاده می شود) و زمان بین تعویض ابزار زیاد است. لذا برای قطعه سازی بهتر است که از مکانیزم تعویض ابزار (ATC) روی ماشین استفاده شود و در صورت نیاز کاری یا داشتن بودجه لازم، مکانیزم سریعتر یعنی Arm type و با تعداد ابزار بیشتر استفاده شود. برای قالبسازی هم می توان ماشین را بدون مکانیزم تعویض ابزار تهیه کرد یا اینکه از مکانیزم تعویض ابزار کندتر یعنی (Armless or Carousel type) با تعداد ابزار کمتر استفاده کرد که به مقدار قابل توجهی ارزانتر از نوع Arm type است.

The post “تصمیم های کوچک زندگی مهندسی” – کدام فرز CNC عمودی برای قالبسازی مناسب است و کدام برای قطعه سازی؟ appeared first on شرکت پویاکاران راد.