فرزکاری چیست؟ مراحل، پارامترها، انواع، عملیات‌ها

فرزکاری یکی از محبوب‌ترین فرآیندهای ماشینکاری در صنعت ساخت و تولید است. ماشین‌های فرز تقریباً در هر کارگاه ماشینکاری یافت می‌شوند. مزایا و قابلیت‌های فرزکاری در صنایع مختلف باعث شده تا بسیاری از صنعت‌گران از این فرایند تولید برای ساخت قطعات خود بهره ببرند. در این مقاله، به بررسی فرایند فرزکاری، انواع عملیات‌های فرز، مراحل و پارامترهای آن پرداخته شده است.

فرزکاری چیست؟

فرزکاری نوعی فرآیند ماشینکاری است که از یک ابزار برشی چرخان برای حذف مواد به صورت کنترل شده از یک قطعه‌کار ثابت استفاده می‌کند. عملیات فرزکاری یک فرایند تولید کاهشی است که با حذف تدریجی مواد و براده‌برداری از ماده خام اولیه، باعث تبدیل آن به شکل مورد نیاز می‌شود. در شکل مقابل، شماتیک فرایند فرزکاری رسم شده است.

فرزکاری CNC چیست؟

یک ماشین فرز مدرن، اغلب به کنترل عددی کامپیوتری (سی ان سی یا CNC) مجهز است. ماشین‌های فرز CNC قادر هستند تا کل عملیات فرزکاری را به کمک یک برنامه کامپیوتری به طور خودکار کنترل کنند. در شکل مقابل یک ماشین فرز CNC پنج محور پیشرفته نشان داده شده است که در آن حرکت محوری و چرخشی ابزار توسط کدهای کامپیوتری مخصوص یا G-code (جی کد) کنترل می‌شود.

تاریخچه فرزکاری

در گذشته، به طور سنتی ساخت اشکال پیچیده با سوهان و توسط حرکت دست انجام می‌شد. برای ایجاد اشکال مختلف با سوهان نیاز به نیروی کار بسیار ماهر و صرف مدت زمان زیاد وجود داشت.

در اوایل قرن نوزدهم، ماشین‌های فرز منوال (دستی) جایگزین این فرآیندهای سنتی و زمان‌بر شدند. فرزهای منوال به مهارت کمتری نیاز داشتند و فقط لازم بود تا آموزش کوتاهی روی دستگاه به اپراتور فرز داده شود.

ماشین‌های فرز اولیه در ساخت قطعات تفنگ برای ارتش کاربرد داشتند. ماشین‌های فرز تا اواسط قرن بیستم به صورت دستی کار می‌کردند و کنترل آنها به طور مستقیم توسط اپراتور انجام می‌شد.

با ظهور فناوری‌های محاسباتی در دهه 1950 میلادی، ماشین‌های فرز سنتی به تکنولوژی CNC مجهز شدند. این امر باعث پیدایش ماشین‌های فرز CNC مدرنی شد که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در شکل مقابل، سیر تکامل ماشین فرز سی ان سی نشان داده شده است.

مخترع ماشین فرز کیست؟

الی ویتنی (Eli Whitney) اولین ماشین فرز را در سال 1818 میلادی اختراع کرد. هدف از این ماشین فرز ساخت تفنگ برای دولت ایالات متحده بود. طراحی اولیه و قابلیت‌های این دستگاه به قدری کامل بود که استفاده از آن بیش از 150 سال ادامه داشت.

ماشین فرز چگونه کار می‌کند؟

بخش اصلی عملیات فرزکاری را ابزار برشی چرخان انجام می‌دهد. این ابزار برشی (تیغچه فرز) وظیفه حذف مواد از قطعه را بر عهده دارد. ماشین‌های فرز می‌توانند از ابزارهای برشی تک لبه یا چند لبه استفاده کنند.

در فرایند فرزکاری، عمل براده‌برداری از سمت سطوح جانبی ابزار فرز انجام می‌شود. لذا برای ایجاد برش، لازم است تا ابزار فرز عمود بر محور چرخشی حرکت خطی انجام دهد. به عنوان مثال، اگر ابزار فرز حول محور Z در حال دوران باشد، عمل برش با حرکت خطی ابزار در صفحه X-Y انجام می‌شود. هنگامی که ابزار از کنار با قطعه برخورد می‌کند، عملیات براده‌برداری آغاز خواهد شد.

مراحل فرزکاری چیست؟

برای انجام یک عملیات فرزکاری موفق، لازم است تا مراحل مختلفی انجام شود و در هر مرحله حداکثر دقت به کار گرفته شود تا نتیجه مطلوب در ساخت قطعه به دست آید. مراحل انجام عملیات فرزکاری به صورت گام به گام عبارت‌اند از:

بستن قطعه‌کار (گیره‌بندی)

مرحله اول شامل بستن قطعه‌کار روی میز فرز و مهار کامل آن است. گیره‌بندی ضعیف و مهار ناقص قطعه، منجر به ایجاد ارتعاش در حین ماشینکاری یا جدا شدن قطعه‌کار از محل خود می‌شود. این مسئله علاوه بر خطراتی که به دنبال دارد، باعث افزایش خطاهای ماشینکاری، کاهش دقت و کیفیت سطح نامناسب می‌شود.

انتخاب ابزار فرزکاری

انواع مختلفی از ابزارهای فرز وجود دارد که هر کدام از آن‌ها برای مواد یا عملیات‌‎های مشخصی کاربرد دارند. برای انجام عملیات فرزکاری، لازم است تا ابزار مناسب برای اینکار با توجه به جنس ماده و نتیجه مورد نظر انتخاب شود.

تنظیمات ماشین فرز

راه‌اندازی ماشین شامل تنظیم پارامترهایی مانند رفرنس‌گیری (صفر گرفتن)، تنظیم سرعت دورانی اسپیندل، سرعت پیشروی، عمق برش، جریان مایع خنک‌کننده (آب صابون) و ... است.

اجرای عملیات فرزکاری

اپراتور فرز، عملیات اصلی فرزکاری را پس از تکمیل تنظیمات دستگاه و اطمینان از درست بودن آن‌ها شروع می‌کند. عملیات اصلی فرزکاری شامل مراحل خشن تراشی، نیمه پرداخت و پرداخت است.

خشن‌کاری (خشن‌تراشی)

خشن کاری بخشی از عملیات فرزکاری است که در آن حذف مواد از قطعه‌کار با سرعت و نرخ براده‌برداری بالا انجام می‌شود. خشن‌کاری اولین مرحله در برش قطعه است. در خشن‌تراشی، هدف اصلی نزدیک کردن شکل ماده خام اولیه به شکل مورد نیاز است. اینکار با سرعت برش و نرخ پیشروی بالا انجام می‌شود.

نیمه پرداخت

پس از تکمیل خشن‌کاری، سرعت برش دستگاه فرز کاهش می‌یابد تا ابزار بتواند شکل دقیق‌تر و نزدیک‌تری از قطعه نهایی را برش دهد.

پرداخت (فینیشینگ)

در مرحله فینیش یا پرداخت، به عنوان مرحله آخر برش قطعه، عملیات براده‌برداری با سرعت پیشروی بسیار پایین و عمق برش کم انجام می‌شود. هدف از فینیشینگ این است که دقت ابعادی قطعه را بهبود بخشد و آن را تا جایی که ممکن است به شکل قطعه نهایی نزدیک کند.

باز کردن قطعه

اپراتور قطعه تکمیل شده را از دستگاه فرز خارج می‌کند.

بازرسی و کنترل کیفیت

در مرحله نهایی، قطعه ماشینکاری شده برای اطمینان از عدم وجود نقص بررسی می‌شود و ابعاد آن از نظر دقت و تلرانس اندازه‌گیری می‌گردد. در صورت وجود هر گونه نقص یا نیاز به ماشینکاری بیشتر، اپراتور ممکن است قطعه را مجددا بر روی دستگاه فرز قرار دهد تا ماشینکاری بیشتری بر روی آن انجام شود. این مرحله تا زمانی که قطعه به استانداردها و دقت لازم برسد تکرار می شود.

فرایندهای تکمیلی

قطعه ماشینکاری شده می‌تواند در صورت لزوم پس از فرزکاری تحت هر عملیات ماشینکاری ثانویه قرار گیرد. برخی از مراحل متداول پس از فرایند فرزکاری عبارتند از: پلیسه‌گیری، تمیز کردن، سنگ زنی، پوشش، عملیات سطحی و ...

انواع عملیات فرزکاری چیست؟

در فرایند فرزکاری از عملیات‌ها و ابزارهای فرز مختلفی برای ماشینکاری استفاده می‌شود که هر کدام از آن‌ها کاربرد منحصر به فردی دارند و برای ایجاد اشکال مختلف استفاده می‌شوند. انواع عملیات فرزکاری عبارت‌اند از:

فرزکاری با فرز انگشتی (اندمیل)

فرز انگشتی از نظر ظاهر شبیه به مته است، اما از نظر مکانیزم برش با آن متفاوت است. در فرز انگشتی، امکان برش در راستای شعاعی و محوری وجود دارد، درحالی که مته (دریل) فقط امکان برش در جهت محوری را دارد.

کف تراشی (پیشانی تراشی)

هنگام ماشینکاری بر روی سطوح صاف قطعه از ابزار کف تراش استفاده می‌شود. فرایند کف تراشی، با هدف تبدیل یک سطح ناهموار به یک سطح صاف به کار می‌رود و می‌تواند با سرعت بالا سطوح بسیار صافی ایجاد کند.

پخ‌زنی با فرز

از فرز پخ‌زن برای ایجاد پخ‌ها و لبه‌های شیبدار استفاده می‌شود. فرزهای پخ‌زن کاربردهای دیگری نیز دارند که از جمله آن می‌توان به پلیسه‌گیری، ایجاد سوراخ خزینه، نشان زدن (علامت‌گذاری) اشاره کرد.

شیارزنی با فرز

برای ایجاد شیار در قطعه‌کار از ابزارهای مخصوص شیارزنی استفاده می‌شود. شیار‌های ایجاد شده توسط این فرآیند ماشینکاری، بسیار عمیق‌تر از آن چیزی است که فرز انگشتی قادر است ایجاد کند. بسته به هندسه قطعه، این شیارها می‌توانند دارای انتهای بسته یا راه به در باشند.

فرزکاری محیطی (محیط تراشی)

در فرزکاری محیطی، محور ابزار فرز به موازات قطعه کار قرار می‌گیرد. بنابراین، کناره‌های ابزار برش با سطح قطعه در تماس هستند و عملیات برش از راستای جانبی انجام می‌شود. فرایند فرزکاری محیطی برعکس فرآیند کف تراشی است که در آن عملیات برش در راستای کف انجام می‌شود. زمانی که نیاز به حذف مواد زیاد باشد، استفاده از استراتژی فرزکاری محیطی ترجیح داده می‌شود و از نظر اقتصاد ماشینکاری به صر‌فه‌تر است.

فرزکاری صعودی (climb)

در فرزکاری صعودی، جهت چرخش ابزار در جهت پیشروی قطعه است. این فرایند برعکس عملیات فرزکاری معکوس (convential) است که در آن ابزار برش خلاف جهت پیشروی قطعه می‌چرخد.

فرزکاری پروفیل (فرزکاری دیواره‌ها)

فرآیند فرزکاری پروفیل هنگامی مورد استفاده قرار می‌گیرد که ماشینکاری سطوح عمودی یا سطوح شیبدار مدنظر باشد. از عملیات فرزکاری پروفیل می‌توان در مرحله خشن‌کاری و پرداخت استفاده کرد. برای انجام فرزکاری پروفیل، انواع مختلف ابزارهای برشی وجود دارند که بر اساس عملیات خشن‌تراشی یا پرداخت انتخاب می‌شوند.

فرزکاری مارپیچ (helical)

از عملیات فرزکاری مارپیچ برای ایجاد مسیرهای مارپیچ، کانال‌ها و سوراخ‌ها در قطعه کار استفاده می‌گردد. در فرایند فرزکاری مارپیچ، قطعه‌کار روی میز بسته می‌شود و ابزار برش چرخان در امتداد یک زاویه مارپیچ بر روی سطح قطعه کار حرکت می‌کند. فرزکاری مارپیچ یک فرآیند فرزکاری متداول برای ایجاد مسیرهای روانکاری روی قطعه کار است.

فرزکاری نفوذی (plunge)

در عملیات فرزکاری نفوذی ، جهت پیشروی در همان جهت محور ابزار است. به عبارت دیگر، ابزار فرز به داخل قطعه نفوذ می‌کند. این فرآیند به عنوان فرزکاری محور Z نیز شناخته می‌شود. فرزکاری نفوذی معمولاً در مرحله خشن‌کاری استفاده می‌شود.

فرزکاری رزوه

از این فرایند برای ایجاد رزوه در داخل قطعه‌کار استفاده می‌شود. برای فرزکاری رزوه لازم است تا سوراخ‌ها از قبل ایجاد شده باشند. در فرزکاری رزوه از ابزار فرز رزوه‌زنی (فرز گام‌زنی یا تردمیل) استفاده می‌شود. در این فرایند، ابزار تردمیل (thread mill) علاوه بر چرخش حول محور خود، به دور سطح داخلی سوراخ نیز می‌چرخد تا دندانه‌های رزوه را ایجاد کند. فرایند رزوه‌زنی با دستگاه تراش متداول‌تر و بهینه‌تر از رزوه‌زنی با دستگاه فرز است.

فرزکاری CNC

هنگامی که فرایند فرزکاری با فناوری کنترل عددی کامپیوتری یا همان CNC ترکیب شود، به آن فرزکاری CNC می‌گویند. فرز CNC از برنامه‌های کامپیوتری برای کنترل حرکت ابزار برش استفاده می‌کند. فناوری CNC، ماشین فرز را قادر می‌سازد تا قطعاتی با پیچیدگی بالا را با سرعت‌های بالا تولید کند. بسته به اشکال پیچیده مورد نیاز، چندین محور برای ماشین های فرز CNC وجود دارد.

رایج ترین نوع فرآیند فرزکاری چیست؟

فرزکاری با فرز انگشتی (اندمیل) و کف تراشی رایج‌‎ترین نوع عملیات فرزکاری هستند که برای ایجاد طیف وسیعی از اشکال و هندسه‌ قطعات کاربرد دارند.

تجهیزات فرزکاری چیست؟

برای انجام موفقیت آمیز فرایند فرزکاری به تجهیزات تخصصی و دانش عمیق درباره نحوه کار آن نیاز دارد. در ادامه، تجهیزات و ابزارهای مختلفی که در فرآیند فرزکاری کاربرد دارد آورده شده است:

ماشین فرز

ماشین فرز، اصلی‌ترین جزء فرایند فرزکاری است. کنترل حرکت ابزار و قطعه‌ کار توسط ماشین فرز انجام می‌شود. دستگاه فرز در ابعاد مختلفی ساخته می‌شود و کورس حرکتی محورهای آن بستگی به ابعاد قطعه‌ای دارد که نیاز به فرزکاری دارد. یک ماشین فرز شامل اجزای مختلفی نظیر میز کار، کنترلر، سرووموتور، درایور، استراکچر، بال اسکرو، ریل و واگن، اسپیندل، سیستم گردش مایع خنک‌کننده (آب صابون)، سیستم روغن‌کاری و ... است. ماشین‌های فرز در دو نوع مختلف طراحی و ساخته می‌شوند که عبارت‌اند از: ماشین فرز افقی و ماشین فرز عمودی. قطعات خاص به ماشین‌های فرز مخصوص نیاز دارند.

ابزار فرز

ابزار فرز (تیغه فرز) ابزاری است که در ماشین فرز برای حذف مواد از قطعه کار استفاده می‌شود. ابزارهای برش فرز به دلیل ماهیت عملیات فرزکاری همواره دارای قابلیت چرخشی هستند.

انواع ابزارهای فرزکاری

در ادامه انواع ابزارها در فرایند فرزکاری معرفی شده است:

فرز انگشتی (اندمیل)

فرز انگشتی یک ابزار برشی بلند و باریک با لبه‌های تیز است. دندانه‌های برشی در فرز در کنار و انتهای آن وجود دارد. لبه‌های برشی در کف فرز انگشتی می‌تواند تخت (فلت)، گرد (بال نوز) یا تیپ (دارای شعاع) باشد.

فرز کف تراش

ابزار کف تراش دارای چندین نقطه برش در کناره ابزار است. هدف از فرز کف تراش، حذف مواد از سمت کف ابزار و ایجاد سطوح صاف با سرعت بالا است. نقاط برش در فرز کف تراش با نصب اینسرت‌های الماس یا کارباید ایجاد می‌شوند. اینسرت‌های الماس را می‌توان از طریق پیچ بر روی هولدر کف تراش متصل کرد.

فرز غلتکی (slab)

از فرز غلطکی برای ماشینکاری صفحات استفاده می‌شود. در فرز غلتکی چندین دندانه برشی در قسمت جانبی ابزار وجود دارد. این دندانه‌ها ممکن است صاف یا مارپیچ باشند.

فرز تی (T) یا فرز شیار زن

از فرز تی (T) برای ماشینکاری آندرکات‌ها و شیارهای جانبی استفاده می‌شود. در نواحی ماشینکاری با شیب منفی (آندرکات) یا شیارهای جانبی که امکان دسترسی سایر ابزارهای فرز وجود ندارد، از فرز تی استفاده می‌شود.

فلای کاتر (fly cutter)

فلای کاتر یک ابزار برش تک نقطه‌ای است. برای ماشینکاری یک سطح صاف در یک منطقه بزرگ استفاده می‌شود. فلای کاتر مشابه ابزارهای تراش است. لبه برشی در فلای کاتر معمولا به صورت اینسرتی و قابل تعویض است.

فرز بال نوز

استفاده از ابزار فرز بال نوز در ماشینکاری قالب‌ها رایج است. فرز بال نوز شبیه به فرز انگشتی یا اندمیل است با انتهای گرد نیمکره‌ای است.

فرز خورشیدی

این نوع از فرز یک ابزار برش همه کاره است. می‌تواند رزوه‌ها، پخ‌ها، پخ‌های پشتی، خزینه‌ها، لبه‌های شیبدار، شیارها و شکاف‌ها را در قطعه کار ایجاد کند.

فرز پولکی

از تیغه فرزهای پولکی برای ماشینکاری شکاف‌هایی با عمق زیاد استفاده می‌شود. هدف از طراحی دندانه‌های فرز پولکی به صورت تکه تکه، حذف براده‌ها از سطح قطعه است. این امر از تداخل براده‌ها در حین کار ابزار برش جلوگیری می‌کند که باعث عملیات برش تمیزتر و افزایش طول عمر ابزار می‌شود.

فرز فرم

هدف از ساخت تیغه فرز فرم، ماشینکاری نواحی منحنی و دارای شکل پیچیده است. فرز فرم می‌توانند به صورت سفارشی و بسته به شکل قطعه ساخته شود. این تیغ فرز می‌تواند هر شکلی مانند مقعر، محدب، خط مستقیم و اشکال نامنظم داشته باشند. همچنین می‌تواند برای ایجاد گوشه‌های گرد استفاده گردد.

فرز سر تخت

در فرز سر تخت، انتهای لبه‌های ابزار تیز و بدون انحنا هستند. این نوع فرز عملکردهای متعددی دارند، اما به طور کلی برای ایجاد نواحی با لبه‌های کف تیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فرز پخ زن (چمفر)

از فرز پخ زن برای انجام عملیات بر روی لبه‌های قطعه کار استفاده می‌شود. از این فرز برای ایجاد پخ (چمفر) بر روی لبه‌ها یا ماشینکاری نواحی شیبدار استفاده می‌گردد.

برقو (ریمر)

ابزار برقو برای بزرگ کردن سوراخ‌هایی که قبلاً در قطعه ایجاد شده است استفاده می‌شود. یکی از اهداف برقوکاری، علاوه بر بزرگ کردن قطر سوراخ، افزایش دقت ابعادی و صافی سطح سوراخ است. برقوهای دقیق می‌توانند سوراخ‌هایی با افزایش قطر کمتر ولی با دقت و کیفیت سطح بسیار بالا ایجاد کنند. برقوهای غیر دقیق می‌تواند افزایش قطر بیشتر اما با دقت کمتر ایجاد کنند.

فرز رزوه‌زنی (تردمیل)

از فرز گام‌زنی (رزوه زنی یا تردمیل) برای ماشینکاری رزوه‌ها در سوراخ‌های قطعه استفاده می‌شود.

پارامترهای فرزکاری چیست؟

پارامترهای مهم فرآیند فرزکاری عبارتند از:

سرعت پیشروی

نرخ پیشروی، بیان‌کننده سرعت نسبی حرکت خطی بین ابزار برش و قطعه کار در طول فرآیند فرزکاری CNC است. سرعت پیشروی بر حسب میلی‌متر بر دقیقه (mm/min) یا میلی‌متر بر دور (mm/rev) بیان می‌شود.

عمق برش

عمق برش در فرزکاری عبارت است از ضخامتی که برای حذف مواد در یک پاس استفاده می‌شود. عمق برش بر حسب میلیمتر یا اینچ بیان می‌شود. عمق برش بیشتر در فرزکاری، هر چند نرخ براده‌برداری را افزایش می‌دهد، اما منجر به سایش بیشتر ابزار و کاهش کیفیت سطح می‌شود.

سرعت دورانی اسپیندل

سرعت اسپیندل در فرزکاری نشان‌دهنده سرعت دورانی اسپیندل و ابزار فرز است. سرعت دوران اسپیندل بر حسب دور در دقیقه (rpm) محاسبه می‌شود. استفاده از سرعت اسپیندل بالاتر منجر به برش سریع‌تر و سرعت بالاتر فرآیند حذف مواد در فرزکاری می‌شود.

عمق برش محوری

عمق برش محوری در فرزکاری نشان‌دهنده ضخامت برش در راستای محور ابزار است. عمق برش محوری، ضخامت براده را تعیین می‌کند.

عمق برش شعاعی

عمق برش شعاعی در فرزکاری بیان‎کننده ضخامت برش در راستای شعاعی ابزار است. عمق برش شعاعی یک پارامتر تعیین‌کننده در میزان انحراف ابزار (خیز ابزار) در حین فرایند ماشینکاری است.

قطر ابزار

قطر ابزار در فرزکاری همان قطر تیغه فرز است که بر حسب میلی‌متر یا اینچ قابل اندازه‌گیری است. قطر ابزار فرز، پارامتری تعیین‌کننده در ابعاد برش، نیروهای برشی و تخلیه براده است.

سرعت برشی (Vc)

سرعت برشی نشان‌دهنده سرعت نسبی حرکت ابزار و قطعه‌کار در محل برش است. این مقدار با ضرب قطر ابزار فرز در سرعت دورانی اسپیندل به دست می‌آید. مقدار سرعت برشی بر حسب متر بر دقیقه (m/min) بیان می‌شود و به جنس قطعه و ابزار بستگی دارد.

فاز برشی ابزار

فاز برشی در ابزار فرز، نشان‌‎دهنده طول ناحیه برشی ابزار است که قابلیت فرزکاری دارد. فاز برشی فاصله ابتدای لبه ابزار تا ناحیه شنک (دنباله ابزار) است. این فاصله را می‌توان به عنوان طول کاربردی ابزار در نظر گرفت. استفاده از فاز برشی بیشتر در فرز باعث افزایش ارتعاشات، ناپایداری و افزایش سایش ابزار می‌شود.

دبی سیال خنک‌کننده (آب صابون)

دبی جریان سیال خنک‌کننده، نشان‌دهنده سرعت پاشش جریان سیال برش به سطح قطعه و ابزار فرز است. میزان جریان مایع خنک‌کننده با توجه به سرعت برش و سرعت پیشروی تنظیم می‌شود.

پوشش ابزار

برای افزایش کیفیت برش و کاهش سایش ابزار، پوشش‌های ویژه‌ای بر روی ابزار فرز اعمال می‌شود. پوشش‌های رایج در ابزارهای ماشینکاری عبارت‌اند از شبه الماس (DLC)، نیترید تیتانیوم (TiN) و نیترید آلومینیوم تیتانیوم (TiAlN)

استپ اور (همپوشانی یا stepover)

استپ اور فاصله بین دو پاس پشت سر هم مجاور در فرزکاری است.

زاویه نفوذ

زاویه نفوذ زاویه تماس بین ابزار فرز و قطعه کار در هنگام ورود است. این زاویه در هنگام عملیات رمپینگ (ramping) استفاده می‌شود.

استاندارد فرزکاری

یادگیری در مورد استانداردهای فرایند فرزکاری می‌تواند به دانستن آنچه لازم است تا از عملیات فرز انتظار داشته باشید کمک کند.

تلرانس در فرزکاری

تلرانس ماشینکاری نشان‌دهنده انحراف برش‌های فرزکاری شده نسبت به برش‌های مورد نظر در طرح سه‌بعدی قطعه است. تلرانس کمتر به معنای دقت بالاتر عملیات است. ابزارهای فرز CNC می‌توانند قطعاتی با تلرانس‌های 0.1 میلی‌متر ایجاد کنند. این تلورانس کم باعث می‌شود تا فرایند فرزکاری CNC از دقت بالایی برخوردار باشد.

هرچند دست‌یابی به دقت‌های بالاتر (در حد 0.01 میلی‌متر یا کمتر) با استفاده از ماشین‌های فرز پیشرفته‌تر و صرف زمان و هزینه بیشتر امکان‌پذیر است.

برای پلاستیک‌ها، دقت ابعادی و تلرانس قابل دست‌یابی در فرزکاری حدود 0.25 میلی‌متر یا بالاتر است. این به دلیل اثر تغییر شکل پلاستیک و گرما است.

حداقل ضخامت دیواره‌ها در فرزکاری

در فرایند فرزکاری، لازم است تا حداقل ضخامت دیواره قطعات بررسی شود. دیوارهای نازک‌تر می‌توانند در حین فرزکاری یا عملیات‌های بعدی فرو بریزند. در قطعات فرزکاری شده، حداقل مقدار ضخامت دیواره برای فلزات 0.5 میلی متر و برای پلاستیک ها 1.0 میلی متر در نظر گرفته می‌شود.

با این حال، توصیه می‌شود همواره حاشیه اطمینانی برای حداقل ضخامت قطعات فرزکاری شده در نظر گرفته شود. مقادیر توصیه شده ضخامت دیواره برای فلزات 0.8 میلی‌متر و برای پلاستیک‌ها 1.5 میلی‌متر است.

مزایای فرزکاری چیست؟

فرزکاری مزایای زیادی نسبت به سایر فرآیندهای تولیدی جایگزین دارد. این مزایا عبارتند از:

انعطاف و تطبیق‌پذیری: فرزکاری یک فرآیند بسیار متنوع و همه‌کاره است. در فرزکاری می‌توان طیف گسترده‌ای از اشکال را بر روی انواع مواد ماشینکاری کرد. فرآیندهای تولید جایگزین مانند پرینت سه بعدی از نظر مواد قابل ساخت محدود هستند.

دقت بالا: فرز CNC یکی از دقیق‌ترین فناوری‌های ساخت قطعات است. لذا از فرایند فرز سی ان سی در زمینه‌هایی مانند هوافضا و پزشکی، که در آن دقت در اولویت قرار دارد، استفاده می‌شود.

کارآمدی: فرزکاری فرایندی با کارایی بسیار بالا است. فرز CNC می‌تواند قطعات را با سرعتی سریع ایجاد کند که برای تولید انبوه مناسب است.

کیفیت بالا: فرزکاری یک فرآیند ساخت با کیفیت بالا است. قطعات ایجاد شده توسط ماشین فرز معمولاً نیازی به پرداخت سطح ثانویه ندارند.

اتوماسیون: ادغام ماشین‌های فرز با فناوری CNC باعث می‌شود که کل فرآیند فرزکاری خودکار شود، نیاز به نیروی کار کاهش یابد و نرخ تولید افزایش یابد.

مقرون به صرفه: نرخ تولید بالا و هزینه‌های پایین نیروی کار در فرزکاری CNC، باعث شده تا این فرایند ساخت به یک عملیات بسیار مقرون به صرفه برای تولید قطعات تبدیل شود.

تکرارپذیری: دقت بالای فرز CNC باعث می‌شود تا قطعات بسیار پیچیده و دقیق ایجاد شود. این مسئله برای تولید انبوه قطعات صنعتی که در آن تکرارپذیری عامل کلیدی است، اهمیت دارد.

قابلیت ماشینکاری مواد سخت: فرایند فرزکاری می‌تواند به راحتی مواد سخت مانند تیتانیوم و اینکونل را ماشینکاری کند. ماشینکاری این مواد با فناوری‌های جایگزین بسیار سخت است.

مشکلات رایج در فرزکاری

متداول‌ترین عیوب و مشکلاتی که در حین عملیات فرزکاری رخ می‌دهد عبارت‌اند از:

پدیده چتر (chatter): هنگامی که ابزار فرز به درستی نصب نشده باشد، وقوع پدیده چتر مشکلی رایج است. همچنین در هنگام فرزکاری گوشه‌های قطعه، احتمال وقوع پدیده چتر زیاد است. پدیده چتر باعث ایجاد ارتعاشات بالا، شکستن ابزار و ایجاد عیب در قطعات می‌شود.

سایش ابزار: در حین فرایند فرزکاری، میزان خاصی از سایش ابزار اجتناب‌ناپذیر است. با این حال، عدم بهینه‌سازی فرآیند فرز می‌تواند سایش ابزار را تسریع کند و نیاز به تعویض مکرر ابزار را افزایش دهد.

تغییرشکل و دفرمگی قطعه کار: گرمای شدید و نیروی برش زیاد می‌تواند گاهی اوقات باعث تغییرشکل قطعه و اعوجاج آن شود.

پرتاب برده: فرزکاری نیازمند یک استراتژی مناسب برای دورکردن براده از محل ماشینکاری است. در غیر این صورت، تجمع براده‌ها در برخورد با ابزار می‌تواند باعث افزایش حرارت و کیفیت سطح نامناسب شود.

وقوع برخورد و تصادف: در فرایند فرزکاری احتمال برخورد و تصادف پیش‌بینی نشده ابزار با سایر قسمت‌ها وجود دارد. تصادف در فرزکاری زمانی رخ می‌دهد که ابعاد و نواحی ماشینکاری به طور دقیق محاسبه نشده باشند.

مواد رایج در فرزکاری

فرایند فرزکاری می‌تواند بر روی طیف گسترده‌ای از مواد انجام شود. فلزات رایج‌ترین دسته از موادی هستند که تحت عملیات فرزکاری قرار می‌گیرند. برخی از فلزات و آلیاژهای مناسب برای عملیات آسیاب عبارتند از: آلومینیوم، فولاد ضد زنگ (استنلس استیل)، فولادهای کربنی، آلیاژهای مس، برنج، برنز، آلیاژهای نیکل و کروم.

علاوه بر فلزات، پلاستیک‌ها از جمله مواد پرکاربرد در فرزکاری هستند. فرزکاری قطعات پلاستیکی برای دستیابی به دقت بالا یا تولید قطعات در مقیاس انبوه رایج است. هنگام فرزکاری پلاستیک، نظارت بر دما و کنترل آن اهمیت بالایی دارد. چراکه پلاستیک ها می‌توانند در حضور گرما دچار تغییرشکل و اعوجاج شوند. انواع متداول پلاستیک‌ها که در فرزکاری استفاده می‌شوند عبارتند از: ABS، PA (پلی آمید)، PTFE (تفلون)، نایلون، PEEK، POM، پلی کربنات و ...

علاوه بر این فرایند فرزکاری می‌تواند بر روی انواع سرامیک‌ها، چوب‌ها و کامپوزیت‌ها انجام شود.

کدام مواد برای فرزکاری مناسب نیستند؟

فرزکاری می‌تواند بر روی بیشتر مواد انجام شود. با این حال، فرزکاری برخی از مواد می‌تواند چالش‌های برانگیز باشد. در اینجا برخی از این مواد چالش برانگیز برای فرزکاری آورده شده است:

مواد شکننده: مواد شکننده مشکل خرد شدن بیش از حد دارند. براده این مواد در حین فرزکاری اغلب به هوا پرتاب می‌شوند و خطرناک هستند. علاوه بر این، احتمال ترک خوردن مواد نیز در حین ماشینکاری وجود دارد.

مواد با سختی بالا: مواد با سختی بالا قابلیت ماشینکاری کمی دارند. فرزکاری این مواد با سایش ابزار شدیدی همراه است که باعث تعویض مکرر ابزار و صرف هزینه‌های بالا می‌شود.

مواد واکنش پذیر: فرایند فرزکاری می‌تواند دمای سطح کار را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. بنابراین، فرزکاری موادی که واکنش‌پذیری بالایی دارند بسیار چالش‌برانگیز می‌شود. به عنوان مثال در ماشینکاری منیزیم احتمال واکنش شیمیایی و وقوع آتش‌سوزی وجود دارد.

ایمنی و خطرات فرزکاری

ماشین‌های فرز قادر به برش سخت‌ترین مواد موجود هستند. ابزارهای فرز می‌توانند به راحتی به بدن انسان نفوذ کنند و به او آسیب برسانند. بنابراین، ماشین فرز باید فقط با یک اپراتور آموزش دیده و با تجربه کار کند. علاوه بر این، استفاده از تجهیزات ایمنی و رعایت موارد حفاظتی در هنگام کار با تجهیزات فرزکاری ضروری است.

خطرات رایج در فرایند فرزکاری و کار با ماشین فرز عبارت‌اند از:

ابزار فرز تیز: ابزارهای فرز بسیار تیز و برنده هستند و با سرعت بسیار زیاد می‌چرخند. ابزار فرز یا هر قطعه چرخان دیگری در حین ماشینکاری هرگز نباید با انسان تماس داشته باشد.

براده مواد: فرزکاری باعث ایجاد ضایعات مواد به شکل براده می‌شود. این براده‌ها در حین فرزکاری با سرعت بالایی به اطراف پرتاب می‌شوند و می‌توانند پوست یا اندام‌های حساسی مانند چشم را سوراخ کنند.

صدای زیاد: فرایند فرزکاری مانند سایر تجهیزات صنعتی سطح صدای بالایی ایجاد می‌کند که در بلند مدت می‌تواند برای گوش آسیب‌زا باشد. لذا در عملیات فرزکاری نیاز به محافظ مناسب گوش برای حذف صدا وجود دارد.

گرما: فرآیند فرز دمای بالایی ایجاد می‌کند که نباید در تماس با انسان باشد. قطعات فرزکاری شده می‌توانند دمای بالا را برای مدتی پس از توقف عملیات حفظ کنند. بنابراین، دست زدن به قطعه بلافاصله پس از اتمام عملیات فرزکاری بدون دستکش خطرناک است.

خطرات الکتریکی: ماشین‌های فرزکاری از ولتاژ و جریان بالا استفاده می‌کنند. مهم است که در طراحی ماشین‌ابزار تمام قطعات الکتریکی با حفاظ پوشانده شده باشد.

مدت زمان فرزکاری قطعات چقدر است؟

فرآیند فرزکاری بسته به شکل و هندسه قطعه و نیازهای ساخت ممکن است از چند ثانیه تا چند روز طول بکشد. بخش قابل توجهی از زمان فرزکاری صرف نصب قطعه، گیره‌بندی، رفرنس‌گیری، تنظیمات دستگاه و برنامه‌نویسی CNC می‌شود.

هزینه خدمات فرزکاری CNC چقدر است؟

هزینه خرید ماشین فرز CNC و تجهیزات آن بسیار گران است و کار با آن نیازمند دانش و تجربه بالاست. بنابران مقرون به صرفه‌ترین روش برای فرزکاری قطعات، برون‌سپاری خدمات فرزکاری CNC است.

مجموعه وایزکم (wisrcam) با بهره‌گیری از نیروهای فنی خبره و با تجربه به طور تخصصی شما را در زمینه طراحی و ساخت قطعات صنعتی یاری می‌کند. شما می‌توانید بدون دغدغه از خرید مواد، انتخاب کارگاه ماشینکاری مناسب و پیگیری‌های ساخت، سفارش ساخت قطعات فرز و تراش CNC خود را به ما بسپارید و از تحویل به موقع قطعات با کیفیت مطلوب اطمینان حاصل کنید.

برای انجام پروژه‌های فرزکاری خود می‌توانید فایل سه بعدی قطعات خود را در سامانه وایزکم آپلود کنید و در همان لحظه به صورت آنی و آنلاین براورد زمان و قیمت خدمات فرزکاری را مشاهده کنید.

تفاوت بین فرزکاری و تراشکاری چیست؟

بین فرزکاری و تراشکاری تفاوت زیادی وجود دارد. اما تفاوت اصلی فرز و تراش در این است که در فرزکاری از یک ابزار برشی دوار در برابر یک قطعه ثابت از قطعه استفاده می‌شود. در حالی که در تراشکاری از یک ابزار برشی ثابت در برابر یک قطعه دوار استفاده می‌گردد.