ابزارهای برشی

اصولاً تراشکاری به عملیاتی گفته می‌شود که توسط یک ابزار تک لبه، قطعات استوانه‌ای شکل ایجاد می‌کند و در اکثر موارد ابزار ثابت است در حالی که قطعه کار دوران می‌کند.

از بسیاری جهات تراشکاری یک روش برش فلزات است که تعاریف مشخص و نسبتاً غیر پیچیده‌ای دارد. از سوی دیگر با توجه به اینکه این فرآیند بسیار پر مصرف و متداول است تا کنون توسعه زیادی یافته و در سطوح بالایی بهینه سازی گردیده است و در هنگام کاربرد باید عوامل مختلفی مورد ارزیابی قرار گیرند.

علیرغم اینکه عملیات تراشکاری با یک لبه برنده انجام می‌شود اما این فرآیند از نظر شکل قطعه کار و جنس آن، نوع و شرایط عملیات، نیازها، هزینه‌ها و …. معرف عوامل و فاکتورهای متعددی برای ابزار برشی می‌باشد. ابزارهای برشی امروزی به دقت طراحی می‌شوند و این امر بر اساس ده‌ها سال تجربه، تحقیق و توسعه می‌باشد.

از شکل هندسی و جنس ابزار گرفته تا شکل کلی، نوع گرفتن اینسرتها روی ابزارگیر، نوع ساقه یا طرحهای مدولار، ابزار تراشکاری از آن چنان پویایی در زمینه برش فلزات برخوردار است که آنچه امروز قابل اجراست. دو دهه قبل حتی تصورش نیز مشکل بود. بسیاری از اصولی که برای برش فلزات با ابزارهای تک لبه به کار می‌رود برای دیگر روشها حتی عملیات فرزکاری که در آن یک ابزار چند لبه دوران می‌کند نیز کاربرد دارد.

تراشکاری یک روش ماشینکاری قابل انعطاف و کارآمد، توسط ابزاری تک لبه برای قطعات مدور در انواع مختلف از نظر اندازه و جنس به شمار می‌رود. چند روش اصلی وجود دارند که هر کدام به انواع مشخصی از ابزارها و روش معینی از کاربرد نیاز خواهند داشت. این بخش به طور عمده به عملیات تراشکاری خارجی خواهد پرداخت و عملیات تخصصی‌تر مانند پیچ‌تراشی، شیارزنی، برش و داخل تراشی در بخشهای مجزا مورد بحث قرار خواهند گرفت. عملیات تراشکاری برای انتخاب ابزار، اطلاعات برشی و برنامه‌نویسی به چند نوع تقسیم می‌شود.

به منظور ساده‌تر کردن موضوع می‌توان عملیات تراشکاری را به چهار نوع اصلی تقسیم کرد؛

تراشکاری طولی ۱، پیشانی تراشی ۲، کپی تراشی روی زوایا ۳ و پروفیلهای گرد ۴٫ همچنین ترکیبات زیادی نیز از قبیل ماشینکاری پله‌ها، تغییر قطرها و پخها هم وجود خواهند داشت اما آنها نیز از همان ۴ عملیات اصلی تشکیل شده‌اند.

تراشکاری ترکیبی از دو حرکت است: دوران قطعه کار و پیشروی ابزار. در بعضی از موارد اجرایی ممکن است قطعه کار ثابت بوده و ابزار دور قطعه دوران کند اما اصول اصلی یکسان است.

پیشروی ابزار می‌تواند در راستای محور قطعه کار باشد که این به معنای تراشیدن قطر قطعه کار تا رسیدن به قطر کوچکتر است. روش دیگر پیشروی ابزار روی یک انتهای قطعه کار به سمت مرکز است که این به معنای کاهش طول قطعه خام می‌باشد. اغلب پیشروی‌ها در عملیات مخروط تراشی و کپی‌تراشی مخلوطی از دو نوع پیشروی فوق خواهند بود. ماشینهای تراش کنترل اتوماتیک امروزه می‌توانند انواع برشهای مستقیم و گرد را انجام دهند.  CNCبه معنای یک کنترل کننده بسیار قوی است که می‌تواند در عملیات تراشکاری، مسیرهای پیچیده را جایگزین ابزارهای فرم‌دار و استفاده از مدلهای کپی‌تراشی نماید.

بنابراین تراشکاری به معنای برداشتن مواد از روی سطح جانبی یک قطعه کار دوار با یک ابزار تک لبه خواهد بود. عملیات تراشکاری را می‌توان از طریق چند عامل که در این فصل مورد بحث قرار خواهد گرفت بخوبی و با دقت بالا کنترل کرد.

قطعه کار در یک ماشین تراش با سرعت معینی  (n)دوران می‌کند و این سرعت با واحد دور بر دقیقه  (rpm)تعریف می‌شود. در ارتباط با قطر قطعه کار در نقطه برش، می‌توان سرعت برشی یا سرعت سطحی را با  Vcو واحد  m/minتعریف کرد،

این سرعتی است که با آن لبه برنده، سطح قطعه کار را ماشینکاری می‌کند. به عبارت دیگراین سرعتی است که محیط قطعه کار در قطر برش از روی لبه برنده عبور می‌کند.

برای رسیدن به سرعت برشی واقعی، باید محیط قطعه کار در قطر در حال برش   در سرعت دوران محور ضرب شود. در فرمول مندرج در شکل۷ـ۳ اگر قطر بر حسب  mmتعریف شود نتیجه را باید بر ۱۰۰۰ تقسیم کرد تا سرعت برشی با واحد متر بر دقیقه به دست آید.

باید توجه داشت که سرعت برشی مادامی که سرعت دوران اسپیندل و یا قطر قطعه کار بدون تغییر بمانند، ثابت خواهد بود. در عملیات پیشانی‌تراشی زمانی که ابزار به سمت مرکز پیشروی می‌کند. اگر سرعت دوران اسپیندل ثابت بماند، سرعت برش به طور مداوم تغییر خواهد کرد.

در بسیاری از ماشینهای تراش جدید، سرعت اسپیندل همزمان با حرکت ابزار به سمت مرکز، یا به عبارت دیگر کاهش قطر، متناسب با آن، افزایش می‌یابد. اما برای قطرهای خیلی کوچک و نزدیک به مرکز این افزایش سرعت اسپیندل به خاطر محدودیت دو موتور، قابل اجرا نمی‌باشد. همچنین اگر یک قطعه کار دارای قطرهای متفاوت، روی سطوح مخروطی و قوس‌دار، باشد سرعت برشی باید در طول این تغییرات در نظر گرفته شود.

سرعت پیشروی که با  V_fو  m/minواحد تعریف می‌شود مبین سرعت پیشروی محورهای ماشین است که ابزار را در طول مسیر معرفی شده به پیش می‌برد.

سرعت پیشروی که با واحد  mm/revتعریف می‌شود نمایانگر میزان پیشروی ابزار به ازاء هر دور گردش اسپیندل است. این مقداری کلیدی برای تعیین کیفیت سطح قطعه کار و اطمینان از شکل‌گیری براده است. این مقدار نه تنها تعیین می‌کند که ضخامت براده چه مقدار باشد بلکه کیفیت خرد شدن براده‌ها را نیز مشخص خواهد کرد.

عمق برش (a_p با واحد mm) معرف تفاوت بین سطح بریده شده و سطح برش نخورده است. عمق برش معمولاً صورت عمود بر مسیر پیشروی ابزار و نه در راستای عمود بر لبه برنده، اندازه‌گیری می‌شود.

روش که از طریق آن لبه برنده به قطعه کار نزدیک می‌شود، توسط زاویه ورود(Entering angle k) تعریف می‌شود. زاویه بین لبه برنده و راستای برش است.

این زاویه در هنگام انتخاب ابزار تراشکاری صحیح بسیار مهم و تعیین کننده خواهد بود. زاویه ورود علاوه بر تأثیر روی شکل گیری براده بر عوامل دیگری مانند راستای اعمال نیروها، طول لبه برنده درگیر با برش، روش درگیر شدن لبه برنده با قطعه کار و تغییرات براده نیز تأثیر خواهد گذاشت. زاویه ورود معمولاً بین ۴۵ تا ۹۰ درجه متغیر است اما برای بعضی از موارد کپی‌تراشی از زوایای بیشتر از ۹۰ درجه نیز استفاده می‌شود.

زاویه ورود می تواند به نحوی انتخاب شود که ابزار قادر باشد در راستاهای مختلفی ماشینکاری کند و در نتیجه تعداد ابزارهای مورد نیاز کاهش یابد. ضخامت براده می‌تواند کاهش یابد و توزیع فشار روی طول بلندتری از لبه برش انجام شود. این زاویه می‌تواند مقاومت ابزار را در شروع و خروج از برش افزایش دهد. به نیروهای ایجاد شده جهت بدهد تا پایداری بیشتری حاصل گردد و نقش مهمی در جریان براده تولید شده، ایفا نماید.

زاویه ورود می‌تواند به لبه برنده اجازه دهد از نقاطی که با نوک ابزار فاصله دارند وارد قطعه کار شود. این زاویه باعث می‌شود که لبه برنده از بخشی که قوی‌تر است با کار درگیر شود و بر مشکلات تماس اولیه فائق آید. عمل برش بتدریج شروع می‌شود و از شوکهای ناگهانی جلوگیری می‌گردد. زاویه تنظیم مناسب به لبه برنده امکان می‌دهد که پوسته‌های سخت و ساینده را به جای تکه تکه کردن برش بزند. به علت طبیعت مخرب پوسته‌ها، انتخاب زاویه ورود مناسب روی عمر ابزار تأثیر مهمی خواهد داشت.

همچنین زمانی که ابزار، عمل برش را به اتمام رسانده و از کار خارج می‌شود زاویه ورود روی فشاری که از ناحیه پیشروی به بخش باقیمانده موارد وارد می‌شود تأثیر خواهد داشت و این نیرو بر لبه برنده نیز تأثیر می‌گذارد.

زمانیکه ابزاری با زاویه ورود بزرگ، برش را تمام می‌کند رها شدن نیروی پیشروی می‌تواند منجر به افزایش لحظه‌ای در پیشروی و ضخامت براده گردد. این بار ممکن است خطر شکستن لبه برنده را در پی داشته باشد.