“تصمیم های کوچک زندگی مهندسی” – کدام فرز CNC عمودی برای قالبسازی مناسب است و کدام برای قطعه سازی؟

سری مقاله‌های “تصمیم‌های کوچک زندگی مهندسی” به قلم محمد معلمی مجموعه نوشتارهایی است که در آن سعي مي‌شود پارامترها و ملاك انتخاب اجزاي ماشين يا روشهاي انجام امور طراحي يا ساخت مورد بحث و بررسي و مقايسه قرار گيرد تا زمانی که مهندسان بر سر دو راهيهاي انتخاب روش قرار مي‌گيرند راهنمایی برای انتخاب داشته باشند. لذا اين گونه مطالب – كه ممكن است مواردي ساده يا پيش‌پا افتاده نيز باشد- مي‌تواند كمك مناسبي براي ديگر افرادي باشد كه تجربه كمتري در زمينه مورد بحث دارند و يا حداقل زمينه فكري خوبي در اين موارد فراهم نمايد.

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.