فرز کاری

فرزکاری چیست؟

فرزکاری یه فرآیند براده‌برداریه که با استفاده از ابزاری به اسم فرز انجام میشه. فرز یه ابزار چرخشیه که لبه‌های تیز متعددی داره و با حرکت دورانی خودش، از قطعه کار براده‌برداری میکنه. بر خلاف تراشکاری که قطعه کار میچرخه، توی فرزکاری معمولاً قطعه کار ثابته و ابزار فرز حرکت میکنه.

انواع فرزکاری:

1. فرزکاری پیش رو (Conventional Milling یا Up Milling):
   • در این روش، جهت حرکت تیغه فرز در خلاف جهت حرکت قطعه کاره.
   • مزایا: برای قطعاتی که سطح سختی دارن مناسبه.
   • معایب: ممکنه باعث لرزش بشه و کیفیت سطح پایین‌تری داشته باشه.
2. فرزکاری پس رو (Climb Milling یا Down Milling):
   • در این روش، جهت حرکت تیغه فرز در جهت حرکت قطعه کاره.
   • مزایا: کیفیت سطح بهتری ایجاد میکنه و لرزش کمتری داره.
   • معایب: برای قطعاتی که سطح سختی دارن مناسب نیست.
3. فرزکاری سطحی (Face Milling):
   • برای ایجاد سطوح صاف و هموار روی قطعه کار استفاده میشه.
   • ابزار فرز به صورت افقی روی سطح قطعه کار حرکت میکنه.
4. فرزکاری محیطی (Peripheral Milling):
   • برای ایجاد شیارها، پخ‌ها و شکل‌های مختلف روی لبه‌های قطعه کار استفاده میشه.
   • ابزار فرز به صورت عمودی روی لبه قطعه کار حرکت میکنه.
5. فرزکاری فرم (Form Milling):
   • برای ایجاد شکل‌های خاص و پیچیده روی قطعه کار استفاده میشه.
   • از ابزارهای فرز با شکل‌های خاص استفاده میشه.
6. فرزکاری کپی (Copy Milling):
   • برای کپی کردن شکل یک قطعه الگو روی قطعه کار استفاده میشه.
   • از دستگاه‌های فرز کپی استفاده میشه.
7. فرزکاری CNC:
   • فرزکاری با استفاده از دستگاه‌های CNC انجام میشه.
   • این روش دقت و سرعت بالایی داره و برای تولید قطعات پیچیده مناسبه.

انواع ماشین‌های فرز:

• ماشین فرز افقی:
  • در این ماشین‌ها، محور چرخش ابزار فرز به صورت افقیه.
  • برای فرزکاری سطوح افقی، شیارها و دنده‌ها مناسبه.
• ماشین فرز عمودی:
  • در این ماشین‌ها، محور چرخش ابزار فرز به صورت عمودیه.
  • برای فرزکاری سطوح عمودی، سوراخکاری و ایجاد شکل‌های پیچیده مناسبه.
• ماشین فرز یونیورسال:
  • این ماشین‌ها قابلیت انجام فرزکاری افقی و عمودی رو دارن.
  • برای کارگاه‌هایی که نیاز به انعطاف‌پذیری دارن مناسبه.
• ماشین فرز CNC:
  • این ماشین‌ها با استفاده از کامپیوتر کنترل میشن و دقت و سرعت بالایی دارن.
  • برای تولید قطعات پیچیده و با تیراژ بالا مناسبه.

ابزارهای فرز:

• فرز انگشتی (End Mill):
  • برای ایجاد شیارها، پخ‌ها و شکل‌های مختلف استفاده میشه.
  • در دو نوع ته گرد و ته تخت وجود داره.
• فرز تی (T-Slot Cutter):
  • برای ایجاد شیارهای T شکل استفاده میشه.
• فرز دنده (Gear Cutter):
  • برای ایجاد دنده‌های چرخ‌دنده‌ها استفاده میشه.
• فرز فرم (Form Cutter):
  • برای ایجاد شکل‌های خاص و پیچیده استفاده میشه.
• فرز اره‌ای (Slitting Saw):
  • برای برش قطعات و ایجاد شیارهای باریک استفاده میشه.

پارامترهای مهم در فرزکاری:

• سرعت برش (Cutting Speed):
  • سرعت خطی لبه برنده ابزار فرز بر حسب متر بر دقیقه.
  • باید با توجه به جنس قطعه کار و ابزار فرز انتخاب بشه.
• نرخ پیشروی (Feed Rate):
  • سرعت حرکت قطعه کار یا ابزار فرز بر حسب میلی‌متر بر دقیقه.
  • باید با توجه به جنس قطعه کار، ابزار فرز و عمق برش انتخاب بشه.
• عمق برش (Depth of Cut):
  • مقدار براده‌ای که در هر بار عبور ابزار فرز از قطعه کار برداشته میشه.
  • باید با توجه به جنس قطعه کار، ابزار فرز و قدرت دستگاه انتخاب بشه.
• نوع خنک‌کننده (Coolant):
  • برای کاهش دما و اصطکاک بین ابزار فرز و قطعه کار استفاده میشه.
  • باید با توجه به جنس قطعه کار و ابزار فرز انتخاب بشه.

کاربردهای فرزکاری:

• صنایع خودروسازی:
  • تولید قطعات موتور، گیربکس، بدنه و …
• صنایع هوافضا:
  • تولید قطعات بدنه هواپیما، موتور و …
• صنایع پزشکی:
  • تولید ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌ها و …
• صنایع قالب‌سازی:
  • تولید قالب‌های تزریق پلاستیک، دایکست و …
• صنایع ماشین‌سازی:
  • تولید قطعات ماشین‌آلات صنعتی، ابزارآلات و …

نکات مهم در فرزکاری:

• انتخاب ابزار فرز مناسب با توجه به جنس قطعه کار و نوع فرزکاری
• تنظیم صحیح پارامترهای فرزکاری (سرعت برش، نرخ پیشروی، عمق برش)
• استفاده از خنک‌کننده مناسب برای جلوگیری از گرم شدن ابزار و قطعه کار
• محکم کردن قطعه کار به درستی روی میز فرز
• رعایت نکات ایمنی در هنگام کار با دستگاه فرز

1. نرم‌افزارهای CAM برای فرزکاری CNC:

• این نرم‌افزارها (مثل Mastercam, SolidCAM, PowerMill, Fusion 360) پل ارتباطی بین طرح شما و دستگاه CNC هستن.
• شما طرح رو توی این نرم‌افزارها وارد می‌کنید، مسیر حرکت ابزار رو مشخص می‌کنید و نرم‌افزار کد CNC رو تولید میکنه.
• این کدها به دستگاه CNC داده میشن و دستگاه دقیقا همون مسیر رو روی قطعه کار پیاده میکنه.
• این نرم افزارها امکان شبیه سازی فرآیند ماشین کاری رو هم دارن که باعث میشه قبل از شروع کار، از درست بودن برنامه مطمئن بشید و از بروز خطا جلوگیری کنید.

2. ابزارهای فرز پیشرفته:

• فرزهای کاربایدی: از جنس کاربید تنگستن هستن و خیلی سخت و مقاوم در برابر سایش. برای فرزکاری مواد سخت مثل فولادهای آلیاژی مناسبن.
• فرزهای با پوشش‌های خاص: یه لایه نازک از جنس تیتانیوم نیترید (TiN)، تیتانیوم آلومینیوم نیترید (TiAlN) یا الماس (DLC) روی سطح فرز قرار میگیره. این پوشش‌ها باعث افزایش سختی، کاهش اصطکاک و افزایش عمر ابزار میشن.
• فرزهای با هندسه خاص: مثلا فرزهایی که لبه های برنده نامتقارن دارن یا فرزهایی که برای فرزکاری با سرعت بالا طراحی شدن. این فرزها باعث بهبود کیفیت سطح و کاهش لرزش میشن.

3. روش‌های بستن قطعه کار:

• بستن صحیح قطعه کار خیلی مهمه چون اگه قطعه کار به درستی بسته نشه، ممکنه در حین فرزکاری حرکت کنه و باعث خراب شدن قطعه بشه.
• از گیره‌ها، فیکسچرها، میزهای وکیوم و مگنت‌ها برای بستن قطعه کار استفاده میشه.
• انتخاب روش بستن مناسب بستگی به شکل، اندازه و جنس قطعه کار داره.

4. روش‌های خنک‌کاری پیشرفته:

• خنک‌کاری باعث کاهش دما و اصطکاک بین ابزار و قطعه کار میشه و از خراب شدن ابزار و قطعه جلوگیری میکنه.
• از خنک‌کننده‌های مایع، هوا و روغن استفاده میشه.
• روش‌های پاشش خنک‌کننده هم خیلی مهمه. مثلا پاشش از طریق نازل‌های اسپری، پاشش از داخل ابزار و…
• خنک‌کننده‌های MQL (Minimum Quantity Lubrication) هم یه روش پیشرفته هستن که در اون مقدار خیلی کمی روغن به صورت اسپری به محل برش پاشیده میشه.

5. عیب‌یابی فرزکاری:

• لرزش، صدای ناهنجار، کیفیت سطح پایین، شکستن ابزار و… از جمله مشکلات رایج در فرزکاری هستن.
• برای عیب‌یابی باید پارامترهای فرزکاری، وضعیت ابزار، نحوه بستن قطعه کار و… رو بررسی کنید.

6. فرزکاری مواد خاص:

• فرزکاری هر ماده‌ای چالش‌های خاص خودشو داره.
• تیتانیوم: به خاطر سختی بالا و خاصیت چسبندگی، فرزکاریش سخته و نیاز به ابزارهای خاص و خنک‌کاری قوی داره.
• آلومینیوم: به خاطر نرمی و خاصیت چسبندگی، فرزکاریش نیاز به سرعت برش بالا و نرخ پیشروی پایین داره.
• فولادهای سخت: به خاطر سختی بالا، فرزکاریش نیاز به ابزارهای کاربایدی و سرعت برش پایین داره.

7. فرزکاری با سرعت بالا (High-Speed Milling):

• در این روش از سرعت برش خیلی بالا و نرخ پیشروی پایین استفاده میشه.
• باعث افزایش سرعت تولید، بهبود کیفیت سطح و کاهش نیروی برش میشه.
• نیاز به دستگاه‌های CNC پیشرفته و ابزارهای خاص داره.

8. فرزکاری خشک (Dry Milling):

• فرزکاری بدون استفاده از خنک‌کننده.
• مزایا: کاهش هزینه، جلوگیری از آلودگی محیط زیست.
• معایب: ممکنه باعث افزایش دما و کاهش عمر ابزار بشه.
• برای فرزکاری مواد خاص مثل چدن مناسبه.

9. فرزکاری پنج محوره:

• در این روش، ابزار فرز میتونه در پنج محور به طور همزمان حرکت کنه.
• باعث تولید قطعات پیچیده با دقت بالا میشه.
• نیاز به دستگاه‌های CNC پنج محوره و نرم‌افزارهای CAM پیشرفته داره.

ابزار فرزکاری از نظر جنس، شکل، اندازه و کاربرد بسیار متنوع هستند. خلاصه ای از برخی جنبه های کلیدی آنها به شرح زیر است:

جنس:

• فلزات: فولادهای آلیاژی، کاربید تنگستن، کاربید متال، سرامیک، و الماس.  جنس ابزار به مقاومت در برابر سایش، سختی و دمای کار بستگی دارد.
• چوب:  برای فرزکاری چوب، ابزارهای با تیغه های تیز و مقاوم در برابر سایش از جنس فولاد یا کاربید تنگستن مناسب هستند.

شکل:

• تیغه‌ها: اشکال مختلفی دارند که برای برش، حکاکی، یا شکل‌دهی سطحی استفاده می‌شوند.
• پره‌ها: برای برش و ایجاد اشکال پیچیده و فرم‌های متنوع به کار می‌روند.
• فرزهای سطوح: برای صاف کردن و پرداخت سطوح استفاده می‌شوند.

اندازه:

• به ابعاد قطعه کار و نوع فرآیند فرزکاری بستگی دارد.
• قطر و طول تیغه یا پره‌ها، فاکتورهای مهم در انتخاب ابزار هستند.

کاربرد:

• فرزکاری سطحی: برای صاف کردن و پرداخت سطوح.
• فرزکاری سوراخ: برای ایجاد سوراخ‌های مختلف.
• فرزکاری حکاکی: برای ایجاد طرح‌های پیچیده و حکاکی روی سطوح.
• فرزکاری اشکال پیچیده: برای ساخت قطعات با اشکال خاص.

عوامل مهم در انتخاب ابزار:

• نوع ماده: جنس ماده‌ای که قرار است فرزکاری شود، بر انتخاب جنس و شکل ابزار تاثیر می‌گذارد.
• نوع فرآیند: نوع کار (فرزکاری سطحی، سوراخکاری، حکاکی و …) بر انتخاب ابزار تاثیر می‌گذارد.
• سرعت و قدرت دستگاه فرز:  قدرت دستگاه و سرعت کارکرد آن، بر انتخاب ابزار تاثیر می‌گذارد.
• ملاحظات ایمنی:  استفاده از ابزارهای ایمنی مناسب برای جلوگیری از آسیب دیدگی ضروری است.
• طول عمر ابزار: جنس و کیفیت ابزار، بر طول عمر آن تاثیر می‌گذارد.
• نگهداری:  نگهداری مناسب از ابزار، طول عمر و کارایی آن را افزایش می‌دهد.