هنگامی که به ماشینکاری قطعات بسیار سنگین میرسد، چیدمان شفت عمودی در یک تراش عمودی CNC برای پایداری تفاوت بزرگی ایجاد میکند. سیستمهای افقی مشکلات خود را دارند، چون گرانش همه چیز را به سمت پایین میکشد و باعث مشکلاتی در تعادل یا خمش میشود. اما با چیدمان عمودی، وزن هر آنچه ماشینکاری میشود مستقیماً به سمت پایین و به داخل پایه دستگاه هدایت میشود. نحوه ساخت این دستگاهها در واقع مشکلات آزاردهنده طرهای (cantilever) که در سایر سیستمها مشاهده میکنیم را کاهش میدهد. و بیایید صادق باشیم، هیچکس نمیخواهد قطعات چندتنی او در حین فرآیند ماشینکاری واژگون شوند. به همین دلیل است که کارگاههایی که با اشکال نامنظم یا بارهای نامتقارن کار میکنند، این روش عمودی را بسیار ترجیح میدهند.
تراشهای عمودی CNC صنعتی با قابهای تختهای تقویتشده، پشتیبانهای ستونی بزرگ و ریلهای راهنما گسترده عرضه میشوند که به آنها پایداری بسیار بالا میدهد. این ویژگیهای ساختاری محکم به جذب نیروهای شدید برش در حین عملیات کمک میکنند، بنابراین دقت آنها حتی در کارهای ماشینکاری سنگین نیز حفظ میشود. بر اساس آزمونهای مختلف، این مدلهای عمودی تمایل به لرزش کمتری نسبت به همتایان افقی خود دارند. هنگام کار با مواد بسیار سخت مثل فولادهای سختشده یا آلیاژهای نیکل سخت در ظرفیت حداکثری، این تفاوت بهوضوح مشهود میشود. برخی اندازهگیریها نشان میدهند که لرزشها تا حدود ۴۰٪ کاهش مییابد که برای کارگاههایی که روزانه با دقتهای بالا سروکار دارند، تفاوت بزرگی ایجاد میکند.
تراشهای عمودی میتوانند بارهای بسیار سنگینتری را نسبت به دستگاههای افقی معمولی پردازش کنند و قادر به ماشینکاری قطعاتی هستند که وزن آنها بین ۵ تا ۲۰۰ تن متغیر است. یاتاقان بزرگ میز دستگاه، وزن را در سطح وسیعتری توزیع میکند که از آسیب دیدن در حین فرآیند ماشینکاری جلوگیری میکند. برخی از مدلهای پیشرفته علاوه بر این، دارای یاتاقانهای هیدرواستاتیک نیز هستند که امکان مدیریت بارهای بسیار بزرگتر را بدون ایجاد اصطکاک قابل توجهی فراهم میکنند. به همین دلیل، تراشهای عمودی در کاربردهای خاص صنایع سنگین تقریباً ضروری شدهاند. به عنوان مثال، پرههای توربین نیروگاهها یا محورهای پروانه مورد استفاده در کشتیها را در نظر بگیرید. این قطعات بزرگی هستند که باید با دقت بسیار بالا ماشینکاری شوند — کاری که تجهیزات معمولی قادر به انجام آن نیستند.
جهتگیری عمودی از پایداری نگهداری قطعه کار اطمینان حاصل میکند، ارتعاش را به حداقل میرساند و هم دقت و هم کیفیت سطح را بهبود میبخشد. با تقویت تراز توسط نیروی گرانش به جای تضعیف آن، این تنظیم موقعیت ثابتی را در طول چرخههای برش طولانی حفظ میکند — عاملی حیاتی برای قطعات بزرگ و سنگین که دقت در سطح میکرون را میطلبد.
دستگاههای CNC امروزی بخاطر سیستم حلقه بسته و آن کدکنندههای پیشرفته با رزولوشن بالا، میتوانند دقتی در حد میکرون داشته باشند. هنگامی که قطعات باید هر بار دقیقاً یکسان باشند، این نوع دقت قابل تکرار تفاوت بزرگی ایجاد میکند. به همین دلیل است که تولیدکنندگان هنگام ساخت محصولاتی که حتی کوچکترین تغییرات در آنها مهم است، مانند موتورهای هواپیما یا دستگاههای پزشکی که باید به طور کامل در کنار هم قرار بگیرند، به شدت به این سیستمها وابسته هستند. توانایی تولید قطعاتی با کیفیت مداوم همان چیزی است که بسیاری از شرکتهای هوافضا را به طور نرم ادامه میدهد، در حالی که متخصصان بخش انرژی نیز برای قطعات زیرساختهای حیاتی به این قابلیت اطمینان وابسته هستند.
تولیدکنندگان صنعت هوافضا به طور فزایندهای به دقتهای در حد میکرون برای پرههای توربین، چرخدندههای فرود و عناصر ساختاری نیاز دارند. با تبدیل شدن مواد سبکوزن و با استحکام بالا به استاندارد، فرآیندهای ماشینکاری باید پایداری ابعادی را تحت نیروهای شدید حفظ کنند. این روند نوآوری در فناوریهای جبران حرارتی و کاهش ارتعاش در ماشینهای تراش عمودی سنگین را تسهیل میکند.
نرمافزار CAM برای حفظ تلرانسهای یکنواخت هنگام کار با قطعات بسیار بزرگ ضروری شده است. این برنامهها میزان نیروی واردشده در حین برش را بررسی کرده و انبساط حرارتی را نیز در نظر میگیرند. سپس نرمافزار مسیرهای ابزار بهتری ایجاد میکند که در واقع مشکلات را پیش از وقوع، رفع میکند. هنگامی که این نرمافزار با یک تنظیم پایدار از ماشین تراش عمودی ترکیب شود، تولیدکنندگان به نرخهای قابل اعتمادی در حذف مواد و محصولات نهایی با کیفیت خوب دست مییابند. حتی در مواردی که با قطعاتی با وزن چند تن سروکار دارند، این ترکیب همان یکنواختی را فراهم میکند که کارگاههای ماشینکاری برای تولید انبوه بزرگ و بدون compromise کردن در استانداردهای کیفیت به آن نیاز دارند.
تراشهای عمودی با طراحی بارگیری از بالا، کار با قطعات بزرگ و به شکلهای غیرمعمول را بسیار آسانتر میکنند. جرثقیل سقفی استاندارد فقط کافی است این قطعات را مستقیماً روی میز دستگاه قرار دهد، بدون نیاز به تجهیزات پیچیدهٔ نگهدارنده یا تلاش برای تراز دقیق آنها به صورت افقی. به قطعات پیچیده و نامتقارنی مانند پروانهها یا بدنه شیرآلات فکر کنید. این نوع قطعات مشکلات تعادلی دارند که بارگیری افقی آنها را بسیار پیچیده میکند. قرارگیری صحیح و ایمن در ابتدای کار، نیاز به تنظیم مجدد را کاهش میدهد و بهطور کلی عملیات را برای همه ایمنتر میسازد.
نصب قطعات روی چرخهای فرز عمودی معمولاً بسیار آسانتر از سایر ماشینآلات است، زیرا صفحه دستگاه خود به عنوان یک سطح تخت بزرگ عمل میکند که در آن قطعات میتوانند بهخوبی و محکم بسته شوند. برای اکثر کارها، اپراتورها نیازی به آن جیگهای سفارشی پیچیده که گاهی در جاهای دیگر دیده میشود ندارند. بلکه معمولاً فقط از اجزای ماژولار یا روشهای استقرار استاندارد مانند ستونهای چندوجهی (تامستون) استفاده میکنند که برای انجام کار بهخوبی کافی هستند. هنگامی که کارگاهها از روشهای سنتی به این روشهای سادهتر تغییر میدهند، اغلب متوجه میشوند که زمان نصب حدود نصف میشود، بهویژه در تولید دستهای. همچنین تعویض بین قطعات مختلف سریعتر انجام میشود و هزینه کمتری برای ابزارهای تخصصی که فقط برای یک کار خاص مناسب هستند صرف میشود. تمام این صرفهجوییهای زمانی باعث میشود دستگاهها در طول روز مدت زمان بیشتری مشغول به کار باشند و این امر بهرهوری کلی آنها را افزایش میدهد. این موضوع بهویژه در کارخانههایی که انواع زیادی از قطعات را پردازش میکنند اما همچنان بهطور منظم با قطعات بزرگ و سنگین سروکار دارند، تفاوت واقعی ایجاد میکند.
هنگامی که گرانش بر یک قطعه کار وارد میشود، در اصل تمام چیزها را به سمت پایین و روی میز دستگاه فشار میدهد، که این امر نقاط تماس بهتری ایجاد میکند و نیروی نگهدارنده را روی سطح پخش میکند. به دلیل این مزیت طبیعی، میتوان در هنگام قفل کردن قطعات، فشار کمتری اعمال کرد که این موضوع زمانی که در حال برش مواد سخت هستید بسیار مهم است، چرا که اعمال نیروی زیاد اغلب باعث تغییر شکل قطعات ظریف میشود. از نظر ایمنی نیز مزیت دیگری وجود دارد. اگر به هر نحوی قلاب در حین عملیات از کار بیفتد، قطعه به آرامی روی سطح میز میافتد و به جای پرتاب شدن به جای خطرناکی، در محل باقی میماند. این ویژگی باعث میشود تراشهای عمودی بهویژه برای کارهای سفارشی گرانقیمت مناسب باشند که از دست دادن حتی یک قطعه کوچک در آنها هزاران واحد هزینه داشته باشد. بیشتر کارگاههایی که با نمونههای اولیه با ارزش بالا یا قطعات تولید محدود کار میکنند، میگویند این مزیت گرانشی در درازمدت هم زمان و هم هزینه را صرفهجویی میکند.
با یک ساختار شفت عمودی، تراشهها به طور طبیعی به لطف گرانش که بیشتر کار را انجام میدهد، خارج میشوند. هنگامی که مواد برش داده میشوند، این تراشهها مستقیماً از منطقه برش خارج میشوند. آنها یا توسط نوار نقالههایی که در زیر حرکت میکنند جمعآوری میشوند یا صرفاً توسط سیال خنککنندهای که از سیستم عبور میکند، حمل میشوند. این امر باعث تمیز ماندن فضای ابزارها میشود و از تجمعی که ممکن است فرآیند برش را مختل کند یا قطعات تمامشده را خراش دهد، جلوگیری میکند. کل سیستم به خوبی برای موادی مانند چدن و فولاد عمل میکند که تمایل دارند در عملیات ماشینکاری تراشههای زیادی تولید کنند. کارگاههایی که به این روش تغییر میدهند، اغلب گزارش میدهند که جریان کار در طول تولید روانتر بوده و توقفهای غیرمنتظره کمتری رخ داده است، چون همه چیز بدون نیاز به وقفههای مکرر برای تمیزکاری، پاک و در حال کار میماند.
حذف سریع تراشهها به طور چشمگیری از بازکاری مجدد — یعنی تماس مجدد تراشههای آزاد با ابزار برش — کاسته و لبه ابزار را حفظ کرده و انتقال حرارت را محدود میکند. طبق مجله فناوری ماشینکاری (2023)، تخلیه کارآمد تراشه میتواند در کاربردهای سنگین عمر ابزار را تا 35٪ افزایش دهد و ضمن کاهش اعوجاج حرارتی، کیفیت پرداخت سطح را نیز بهبود بخشد.
ساختار باز در زیر قطعه کار، مسیری بدون مانع برای خروج تراشهها از منطقه ماشینکاری فراهم میکند. این امر نیاز به سیستمهای پیچیده دفع تراشه که در ماشینهای تراش افقی رایج است را حذف کرده و دسترسی آسانتری برای تمیزکاری و نگهداری فراهم میکند. جدول زیر عملکرد مدیریت تراشه را بین دو پیکربندی مقایسه میکند:
| ویژگی | ماشین تراش عمودی | دستگاه تراش افقی |
|---|---|---|
| روش برداشتن چیپ | کمک به نیروی گرانش | نیاز به تخلیه اجباری |
| زمان معمولی تخلیه تراشه | 30 تا 40 درصد سریعتر | استاندارد |
| دسترسی به تعمیر و نگهداری | عالی | محدود |
| احتمال بازکاری مجدد تراشه | کم | متوسط تا زیاد |
این جریان کارآمد به شرایط حرارتی پایدارتری کمک میکند و خطر انبساط حرارتی که میتواند دقت ابعادی را در ماشینکاری مقیاس بزرگ تحت تأثیر قرار دهد، کاهش میدهد.
کنترل چندمحوره مبتنی بر CNC با اجازه دادن به حرکت همزمان در راستای محورهای متعدد، انعطافپذیری را افزایش میدهد و امکان ایجاد هندسههای پیچیده روی قطعات بزرگ و سنگین را فراهم میکند. سیستمهای کنترل یکپارچه، اجرای دقیق مسیرهای ابزار پیچیده را تضمین میکنند و دقت و تکرارپذیری بالایی را ارائه میدهند—ویژه قطعاتی که نیازمند تلرانسهای تنگ و حداقل پردازش پس از ماشینکاری هستند.
سیستمهای پیشرفته CNC از الگوریتمهای پیشرفته برای بهینهسازی مسیر ابزارها استفاده میکنند و بین سرعت و دقت تعادل برقرار میکنند. قابلیت چند محوره به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا پروفیلهای پیچیده را در یک تنظیم واحد ماشینکاری کنند و اغلب نیاز به عملیات پرداخت ثانویه را حذف میکند. این یکپارچهسازی در بخشهای هوافضا و انرژی حیاتی است، جایی که قابلیت اطمینان و یکپارچگی سطح غیرقابل مذاکره هستند.
وقتی صحبت از راهاندازی ماشینآلات در طول شب بدون حضور افراد میشود، بارگیرهای رباتیک و فیدرها تغییر بزرگی ایجاد میکنند. این سیستمها کار پر زحمت قرار دادن مواد اولیه و خارج کردن قطعات تکمیلشده را بر عهده میگیرند و در اصل اجازه میدهند تراشهای عمودی بیشتر اوقات بهصورت خودکار کار کنند. واحدهای تولیدی نتایج چشمگیری را نیز تجربه کردهاند. برخی گزارشهای صنعتی به افزایش بهرهوری تا ۴۰ درصد اشاره کردهاند، زمانی که این سیستمهای خودکار بدون وقفه در طول شب کار میکنند. این موضوع بهویژه برای قطعات گرانقیمتی که ساخت آنها بسیار زمانبر است، اهمیت زیادی دارد، جایی که حتی بهبودهای کوچک در زمان کارکرد، در طول زمان به صرفهجویی قابل توجهی منجر میشود.
ترکیب کنترل چندمحوره CNC با اتوماسیون بهبودهای قابل اندازهگیری را به همراه دارد: هزینههای کار کاهش مییابد، نرخ ضایعات پایین میآید و بهرهبرداری از تجهیزات در تنظیمات بهینه از 85٪ فراتر میرود. ماشینکاری در یک مرحله، خطاهای دستزدن و انحرافات تجمعی تلرانس را کاهش میدهد و در نتیجه خروجیهای با کیفیت بالاتری تولید میشود. این کارآییها بازگشت سرمایه را تسریع میکند و رقابتپذیری را در بازارهای ماشینآلات سنگین که سرمایهبر است، تقویت میکند.
EN
