I. اصول و عوامل مؤثر بر فرزکاری صعودی و فرزکاری معمولی در ماشین‌های فرزکاری CNC
(الف) اصول و تأثیرات مرتبط با فرزکاری صعودی
در طول فرآیند ماشینکاری دستگاه فرز CNC، فرزکاری صعودی یک روش فرزکاری خاص است. هنگامی که جهت چرخش قطعه‌ای که تیغه فرز با قطعه کار تماس می‌گیرد، با جهت پیشروی قطعه کار یکسان باشد، به آن فرزکاری صعودی می‌گویند. این روش فرزکاری ارتباط نزدیکی با ویژگی‌های ساختار مکانیکی دستگاه فرز، به ویژه فاصله بین مهره و پیچ دارد. در مورد فرزکاری صعودی، از آنجایی که نیروی مولفه فرز افقی تغییر می‌کند و بین پیچ و مهره فاصله وجود دارد، این امر باعث می‌شود میز کار و پیچ به چپ و راست حرکت کنند. این حرکت دوره‌ای یک مشکل مهم در فرزکاری صعودی است که حرکت میز کار را بسیار ناپایدار می‌کند. آسیب به ابزار برش ناشی از این حرکت ناپایدار آشکار است و به راحتی می‌توان به دندانه‌های ابزار برش آسیب رساند.
در طول فرآیند ماشینکاری دستگاه فرز CNC، فرزکاری صعودی یک روش فرزکاری خاص است. هنگامی که جهت چرخش قطعه‌ای که تیغه فرز با قطعه کار تماس می‌گیرد، با جهت پیشروی قطعه کار یکسان باشد، به آن فرزکاری صعودی می‌گویند. این روش فرزکاری ارتباط نزدیکی با ویژگی‌های ساختار مکانیکی دستگاه فرز، به ویژه فاصله بین مهره و پیچ دارد. در مورد فرزکاری صعودی، از آنجایی که نیروی مولفه فرز افقی تغییر می‌کند و بین پیچ و مهره فاصله وجود دارد، این امر باعث می‌شود میز کار و پیچ به چپ و راست حرکت کنند. این حرکت دوره‌ای یک مشکل مهم در فرزکاری صعودی است که حرکت میز کار را بسیار ناپایدار می‌کند. آسیب به ابزار برش ناشی از این حرکت ناپایدار آشکار است و به راحتی می‌توان به دندانه‌های ابزار برش آسیب رساند.
با این حال، فرزکاری صعودی مزایای منحصر به فرد خود را نیز دارد. جهت نیروی مولفه فرزکاری عمودی در طول فرزکاری صعودی، فشار دادن قطعه کار روی میز کار است. در این حالت، پدیده‌های لغزش و اصطکاک بین دندانه‌های ابزار برش و سطح ماشینکاری شده نسبتاً کم است. این امر برای فرآیند ماشینکاری از اهمیت بالایی برخوردار است. اولاً، کاهش سایش دندانه‌های ابزار برش مفید است. کاهش سایش دندانه‌های ابزار برش به این معنی است که می‌توان عمر مفید ابزار برش را افزایش داد و هزینه ماشینکاری را کاهش داد. ثانیاً، این اصطکاک نسبتاً کم می‌تواند پدیده سخت‌کاری را کاهش دهد. سخت‌کاری سختی ماده قطعه کار را افزایش می‌دهد که برای فرآیندهای ماشینکاری بعدی مناسب نیست. کاهش سخت‌کاری به تضمین کیفیت ماشینکاری قطعه کار کمک می‌کند. علاوه بر این، فرزکاری صعودی همچنین می‌تواند زبری سطح را کاهش دهد و سطح قطعه کار ماشینکاری شده را صاف‌تر کند که برای ماشینکاری قطعات با کیفیت سطح بالا بسیار مفید است.
لازم به ذکر است که کاربرد فرزکاری صعودی محدودیت‌های شرطی خاصی دارد. هنگامی که بتوان فاصله بین پیچ و مهره میز کار را به کمتر از 0.03 میلی‌متر تنظیم کرد، مزایای فرزکاری صعودی بهتر اعمال می‌شود زیرا مشکل حرکت را می‌توان در این زمان به طور موثر کنترل کرد. علاوه بر این، هنگام فرزکاری قطعات نازک و بلند، فرزکاری صعودی نیز انتخاب بهتری است. قطعات نازک و بلند در طول فرآیند ماشینکاری به شرایط ماشینکاری پایدارتری نیاز دارند. نیروی مولفه عمودی فرزکاری صعودی به تثبیت قطعه کار و کاهش مشکلاتی مانند تغییر شکل در طول فرآیند ماشینکاری کمک می‌کند.
(ب) اصول و تأثیرات مرتبط با فرزکاری مرسوم
فرزکاری معمولی نقطه مقابل فرزکاری صعودی است. وقتی جهت چرخش قسمتی که تیغه فرز با قطعه کار تماس پیدا می‌کند با جهت پیشروی قطعه کار متفاوت باشد، به آن فرزکاری معمولی می‌گویند. در فرزکاری معمولی، جهت نیروی مولفه فرزکاری عمودی، بلند کردن قطعه کار است که باعث افزایش فاصله لغزشی بین دندانه‌های ابزار برش و سطح ماشینکاری شده و افزایش اصطکاک می‌شود. این اصطکاک نسبتاً زیاد، مجموعه‌ای از مشکلات مانند افزایش سایش ابزار برش و جدی‌تر شدن پدیده سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده را به همراه خواهد داشت. سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده، سختی سطح را افزایش، چقرمگی ماده را کاهش می‌دهد و ممکن است بر دقت و کیفیت سطح فرآیندهای ماشینکاری بعدی تأثیر بگذارد.
فرزکاری معمولی نقطه مقابل فرزکاری صعودی است. وقتی جهت چرخش قسمتی که تیغه فرز با قطعه کار تماس پیدا می‌کند با جهت پیشروی قطعه کار متفاوت باشد، به آن فرزکاری معمولی می‌گویند. در فرزکاری معمولی، جهت نیروی مولفه فرزکاری عمودی، بلند کردن قطعه کار است که باعث افزایش فاصله لغزشی بین دندانه‌های ابزار برش و سطح ماشینکاری شده و افزایش اصطکاک می‌شود. این اصطکاک نسبتاً زیاد، مجموعه‌ای از مشکلات مانند افزایش سایش ابزار برش و جدی‌تر شدن پدیده سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده را به همراه خواهد داشت. سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده، سختی سطح را افزایش، چقرمگی ماده را کاهش می‌دهد و ممکن است بر دقت و کیفیت سطح فرآیندهای ماشینکاری بعدی تأثیر بگذارد.
با این حال، فرزکاری معمولی نیز مزایای خاص خود را دارد. جهت نیروی مولفه افقی فرزکاری در طول فرزکاری معمولی خلاف جهت حرکت پیشروی قطعه کار است. این ویژگی به پیچ و مهره کمک می‌کند تا محکم در جای خود قرار گیرند. در این حالت، حرکت میز کار نسبتاً پایدار است. هنگام فرزکاری قطعات با سختی ناهموار مانند ریخته‌گری و آهنگری، که ممکن است پوسته‌های سخت روی سطح و سایر شرایط پیچیده وجود داشته باشد، پایداری فرزکاری معمولی می‌تواند سایش دندانه‌های ابزار برش را کاهش دهد. زیرا هنگام ماشینکاری چنین قطعات کاری، ابزار برش باید در برابر نیروهای برشی نسبتاً بزرگ و شرایط برش پیچیده مقاومت کند. اگر حرکت میز کار ناپایدار باشد، آسیب به ابزار برش را تشدید می‌کند و فرزکاری معمولی می‌تواند این وضعیت را تا حدودی تسکین دهد.
دوم. تحلیل دقیق ویژگی‌های فرزکاری صعودی و فرزکاری معمولی در ماشین‌های فرزکاری CNC
(الف) تحلیل عمیق ویژگی‌های فرزکاری صعودی
- تغییرات در ضخامت برش و فرآیند برش
در طول فرزکاری صعودی، ضخامت برش هر دندانه ابزار برش، الگویی از افزایش تدریجی از کوچک به بزرگ را نشان می‌دهد. هنگامی که دندانه ابزار برش فقط با قطعه کار تماس پیدا می‌کند، ضخامت برش صفر است. این بدان معناست که دندانه ابزار برش روی سطح برشی که در مرحله اولیه از دندانه قبلی ابزار برش باقی مانده است، می‌لغزد. تنها زمانی که دندانه ابزار برش فاصله مشخصی را روی این سطح برش طی کند و ضخامت برش به مقدار مشخصی برسد، دندانه ابزار برش واقعاً شروع به برش می‌کند. این روش تغییر ضخامت برش به طور قابل توجهی با فرزکاری معمولی متفاوت است. در شرایط برش یکسان، این روش شروع منحصر به فرد برش، تأثیر مهمی بر سایش ابزار برش دارد. از آنجایی که دندانه ابزار برش قبل از شروع برش، فرآیند لغزشی دارد، ضربه روی لبه برش ابزار برش نسبتاً کم است که برای محافظت از ابزار برش مفید است. - مسیر برش و سایش ابزار
در مقایسه با فرزکاری معمولی، مسیری که دندانه‌های ابزار برش در طول فرزکاری صعودی روی قطعه کار طی می‌کنند کوتاه‌تر است. دلیل این امر این است که روش برش فرزکاری صعودی، مسیر تماس بین ابزار برش و قطعه کار را مستقیم‌تر می‌کند. در چنین شرایطی، در شرایط برش یکسان، سایش ابزار برش هنگام استفاده از فرزکاری صعودی نسبتاً کم است. با این حال، باید توجه داشت که فرزکاری صعودی برای همه قطعات کار مناسب نیست. از آنجایی که دندانه‌های ابزار برش هر بار از سطح قطعه کار شروع به برش می‌کنند، اگر روی سطح قطعه کار پوسته سختی وجود داشته باشد، مانند برخی از قطعات کار پس از ریخته‌گری یا آهنگری بدون عملیات، فرزکاری صعودی مناسب نیست. از آنجا که سختی پوسته سخت نسبتاً زیاد است، تأثیر نسبتاً زیادی بر دندانه‌های ابزار برش خواهد داشت، سایش ابزار برش را تسریع می‌کند و حتی ممکن است به ابزار برش آسیب برساند. - تغییر شکل برش و مصرف برق
ضخامت برش متوسط در طول فرزکاری صعودی بزرگ است، که باعث می‌شود تغییر شکل برش نسبتاً کوچک باشد. تغییر شکل برش کوچک به این معنی است که توزیع تنش و کرنش ماده قطعه کار در طول فرآیند برش یکنواخت‌تر است و مشکلات ماشینکاری ناشی از تمرکز تنش موضعی را کاهش می‌دهد. در عین حال، در مقایسه با فرزکاری معمولی، مصرف برق فرزکاری صعودی کمتر است. دلیل این امر این است که توزیع نیروی برش بین ابزار برش و قطعه کار در طول فرزکاری صعودی معقول‌تر است و باعث کاهش تلفات انرژی غیرضروری و بهبود راندمان ماشینکاری می‌شود. در محیط‌های تولید یا ماشینکاری در مقیاس بزرگ با الزامات مصرف انرژی، این ویژگی فرزکاری صعودی اهمیت اقتصادی مهمی دارد.
(ب) تحلیل عمیق ویژگی‌های فرزکاری مرسوم
- پایداری حرکت میز کار
در فرزکاری معمولی، از آنجایی که جهت نیروی برش افقی اعمال شده توسط تیغه فرز بر قطعه کار خلاف جهت حرکت پیشروی قطعه کار است، پیچ و مهره میز کار همیشه می‌توانند یک طرف رزوه را در تماس نزدیک نگه دارند. این ویژگی، پایداری نسبی حرکت میز کار را تضمین می‌کند. در طول فرآیند ماشینکاری، حرکت پایدار میز کار یکی از عوامل کلیدی تضمین دقت ماشینکاری است. در مقایسه با فرزکاری صعودی، در فرزکاری صعودی، از آنجایی که جهت نیروی فرزکاری افقی همان جهت حرکت پیشروی قطعه کار است، هنگامی که نیروی اعمال شده توسط دندانه‌های ابزار برش بر قطعه کار نسبتاً زیاد باشد، به دلیل وجود فضای خالی بین پیچ و مهره میز کار، میز کار به بالا و پایین حرکت می‌کند. این حرکت نه تنها پایداری فرآیند برش را مختل می‌کند، بلکه بر کیفیت ماشینکاری قطعه کار تأثیر می‌گذارد، بلکه ممکن است به ابزار برش نیز آسیب جدی وارد کند. بنابراین، در برخی از سناریوهای ماشینکاری با الزامات بالا برای دقت ماشینکاری و الزامات سختگیرانه برای محافظت از ابزار، مزیت پایداری فرزکاری معمولی آن را به انتخاب مناسب‌تری تبدیل می‌کند. - کیفیت سطح ماشینکاری شده
در طول فرزکاری معمولی، اصطکاک بین دندانه‌های ابزار برش و قطعه کار نسبتاً زیاد است که از ویژگی‌های بارز فرزکاری معمولی است. اصطکاک نسبتاً زیاد باعث می‌شود پدیده سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده جدی‌تر شود. سخت‌کاری سطح ماشینکاری شده، سختی سطح را افزایش می‌دهد، چقرمگی ماده را کاهش می‌دهد و ممکن است بر دقت و کیفیت سطح فرآیندهای ماشینکاری بعدی تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، در برخی از ماشینکاری‌های قطعه کار که نیاز به سنگ‌زنی بعدی یا مونتاژ با دقت بالا دارند، سطح سرد سخت پس از فرزکاری معمولی ممکن است نیاز به فرآیندهای اضافی برای از بین بردن لایه سرد سخت برای برآورده کردن الزامات ماشینکاری داشته باشد. با این حال، در برخی موارد خاص، مانند زمانی که نیاز خاصی به سختی سطح قطعه کار وجود دارد یا فرآیند ماشینکاری بعدی به لایه سرد سخت سطح حساس نیست، می‌توان از این ویژگی فرزکاری معمولی نیز استفاده کرد.
III. استراتژی‌های انتخاب فرزکاری صعودی و فرزکاری معمولی در ماشینکاری واقعی
در ماشینکاری واقعی دستگاه فرز CNC، انتخاب فرزکاری صعودی یا فرزکاری معمولی باید عوامل متعددی را به طور جامع در نظر بگیرد. اولاً، ویژگی‌های ماده قطعه کار باید در نظر گرفته شود. اگر سختی ماده قطعه کار نسبتاً بالا باشد و پوسته سختی روی سطح آن وجود داشته باشد، مانند برخی از قطعات ریخته‌گری و آهنگری، فرزکاری معمولی ممکن است انتخاب بهتری باشد زیرا فرزکاری معمولی می‌تواند سایش ابزار برش را تا حدی کاهش دهد و پایداری فرآیند ماشینکاری را تضمین کند. با این حال، اگر سختی ماده قطعه کار یکنواخت باشد و نیاز به کیفیت سطح بالایی وجود داشته باشد، مانند ماشینکاری برخی از قطعات مکانیکی دقیق، فرزکاری صعودی مزایای بیشتری دارد. این روش می‌تواند به طور مؤثر زبری سطح را کاهش داده و کیفیت سطح قطعه کار را بهبود بخشد.
در ماشینکاری واقعی دستگاه فرز CNC، انتخاب فرزکاری صعودی یا فرزکاری معمولی باید عوامل متعددی را به طور جامع در نظر بگیرد. اولاً، ویژگی‌های ماده قطعه کار باید در نظر گرفته شود. اگر سختی ماده قطعه کار نسبتاً بالا باشد و پوسته سختی روی سطح آن وجود داشته باشد، مانند برخی از قطعات ریخته‌گری و آهنگری، فرزکاری معمولی ممکن است انتخاب بهتری باشد زیرا فرزکاری معمولی می‌تواند سایش ابزار برش را تا حدی کاهش دهد و پایداری فرآیند ماشینکاری را تضمین کند. با این حال، اگر سختی ماده قطعه کار یکنواخت باشد و نیاز به کیفیت سطح بالایی وجود داشته باشد، مانند ماشینکاری برخی از قطعات مکانیکی دقیق، فرزکاری صعودی مزایای بیشتری دارد. این روش می‌تواند به طور مؤثر زبری سطح را کاهش داده و کیفیت سطح قطعه کار را بهبود بخشد.
شکل و اندازه قطعه کار نیز از ملاحظات مهم هستند. برای قطعات کار نازک و بلند، فرزکاری صعودی به کاهش تغییر شکل قطعه کار در طول فرآیند ماشینکاری کمک می‌کند زیرا نیروی مولفه عمودی فرزکاری صعودی می‌تواند قطعه کار را بهتر روی میز کار فشار دهد. برای برخی از قطعات کار با اشکال پیچیده و اندازه‌های بزرگ، لازم است پایداری حرکت میز کار و سایش ابزار برش به طور جامع در نظر گرفته شود. اگر نیاز به پایداری حرکت میز کار در طول فرآیند ماشینکاری نسبتاً زیاد باشد، فرزکاری معمولی ممکن است انتخاب مناسب‌تری باشد. اگر توجه بیشتری به کاهش سایش ابزار برش و بهبود راندمان ماشینکاری شود و در شرایطی که الزامات ماشینکاری را برآورده می‌کند، فرزکاری صعودی می‌تواند در نظر گرفته شود.
علاوه بر این، عملکرد مکانیکی خود دستگاه فرز نیز بر انتخاب فرزکاری صعودی و فرزکاری معمولی تأثیر می‌گذارد. اگر بتوان فاصله بین پیچ و مهره دستگاه فرز را به طور دقیق روی مقدار نسبتاً کمی، مانند کمتر از 0.03 میلی‌متر، تنظیم کرد، مزایای فرزکاری صعودی بهتر اعمال می‌شود. با این حال، اگر دقت مکانیکی دستگاه فرز محدود باشد و مشکل فاصله را نتوان به طور موثر کنترل کرد، فرزکاری معمولی می‌تواند انتخاب مطمئن‌تری برای جلوگیری از مشکلات کیفیت ماشینکاری و آسیب ابزار ناشی از حرکت میز کار باشد. در نتیجه، در ماشینکاری دستگاه فرز CNC، روش فرزکاری مناسب فرزکاری صعودی یا فرزکاری معمولی باید به طور منطقی با توجه به الزامات خاص ماشینکاری و شرایط تجهیزات انتخاب شود تا بهترین اثر ماشینکاری حاصل شود.