مقدمه ای بر تکنولوژی ماشینکاری
تکنولوژی صنعتی از زمانهای قدیم که همه چیز به صورت دستی ساخته می شده آغاز وتا زمان حال که تولید به روشهای تمام اتوماتیک انجام می شود ، ادامه دارد .
دراین تحولات ، ماشینهای ابزار نقش مهمی ایفا کرده اند .
بدون وجود ماشینهای ابزار هیچ هواپیما ، خودرو ، تلویزیون وکامپیوتری وجود نداشت .
بسیاری از محصولات دیگر صنعتی ، پزشکی ، تفریحی وخانگی نیز بدون استفاده از ماشینهای قابل ساخت نیستند .
مثلاً اگر ماشینهای ابزار نبودند ، کشاورزان در عوض تراکتور باید با استفاده از گاوآهن دست ساز زمینهای زراعی را شخم می زدند .
بسختی می توان محصولی را یافت که برای تولید آن به صورت مستقیم یا غیر مستقیم ، نیاز به یک ماشین ابزار وجود نداشته باشد .
امروزه هیچ کشوری در جهان ، بدون استفاده از ماشینهای ابزار پیشرفته قادر نخواهد بود در بازار رقابت اقتصادی موفق باشد .
یک نکته مهم در رابطه با تکنولوژی تولید مدرن وجود دارد که باید برآن تاکید نمود .
کارهای ماهرانه صنعتی ، نظیر قالبسازی ، ابزارسازی وماشینکاری دقیق را باید هم ارزش با تحصیلات دانشگاهی در نظر گرفت .
در صنایع مدرن امروزی ، تقریباً از کارهای عادی وغیرماهرانه خبری نیست .
سیر تکامل ماشینهای ابزار
ماشینهای ابزار گروهی از ماشینها هستند که می توانند همانند خودشان را بسازند یا به عبارت دیگر انواع ماشینهای ابزار را با آنها تولید کرد .
ماشینهای ابزار در انواع واندازه های مختلفی ساخته می شوند .
ماشینهای ابزار کوچک را می توان بر روی یک میز کار نصب کرد ودر مقابل ماشینهای ابزار سنگین ممکن است تا چندصد تن وزن داشته باشند .
سوالی در مورد پیدایش ماشینهای ابزار ، شبیه به این سوال مطرح است که : ابتدا مرغ به وجود آمده یا تخم مرغ ؟
.
یعنی می توان این سوال را مطرح کرد که چگونه می توان یک ماشین ابزار را بدون وجود ماشینهای ابزار دیگر به وجود آورد ؟
ماشینهای ابزار اولیه
اولین ماشینهای ابزار ، یعنی ماشینهای تراش ودرل کمانی با دست ساخته شدند وتاریخ پیدایش آنها به 1200 سال قبل از میلاد باز می گردد .
تا قبل از پایان قرن هفدهم میلادی ، ماشینهای تراش تنها قادر به براده برداری موادی مانند چوب ، عاج وفلزات نرم مانند قلع یا مس بودند .
تمام این ماشینها با نیروی ماهیچه ای به حرکت درمی آمدند .
با ساختن ماشینهای تراش که محرکه آنها به صورت رفت وبرگشتی بود وتوسط یک تخته رکاب پایی به حرکت درمی آمد ، انسان قادرشد ماشینهای تراش را به صورت پیوسته دریک جهت به گردش درآورد .
ماشینهای تراش پیشرفته تر به کمک چرخ لنگرهای بزرگ واز طریق چرخش یک چرخ آبی یا نیروی انسان وحیوان به گردش درمی آمدند .
انرژی موجود در چرخ لنگر از طریق یک سیستم تسمه وپولی به چند ماشین تراش انتقال می یافت .
هنگامی که جیمزوات بر روی اختراع معروف خود ماشین بخار کار می کرد .
به زودی دریافت که این موتور نیازمند سیلندرهایی با سطح داخلی دقیق وتراش خورده است .
این ماشین نوعی ماشین تراش مخصوص سوراخ تراشی بود که چرخ سوراخ تراشی نام گرفت .(شکل1) .
این ماشین توسط مخترع انگلیسی جان ویلکینسون در سال 1774 کامل شد وبا نیروی یک چرخ آبی به گردش درمی آمد .
این ماشین قادر بود سوراخهای تا قطر را با دقت (برابر با ضخامت یک سکه کوچک ، که درآن زمان دقت خوبی محسوب می شد ) تراش دهد .
این ماشین همانند دیگر ماشینهای فلزتراش درآن دوره ، قابلیت تنظیم وکنترل ابزار برشی نداشت .
بنابراین پس ازهر بار تراشکاری لازم بود یک مکانیک (اولین ماشینکارهای آن دوران) ، بعداز باز کردن ابزار برشی ، آن را در موقعیت جدید ببندد ، در حدود سال 1800 میلادی .
اولین ماشین تراش که قادر بود پیچهای دقیق را بتراشد ، توسط هنری مادسلی که یک استادکار ابزارساز بود طراحی وساخته شد .
همان طور که در( شکل 2) دیده می شود ، یک پیچ دست ساز توسط چرخدنده هایی به محور کارگیر ماشین وصل شده وتواماً ابزار برشی را نیز در طول قطعه کار به حرکت درمی آورد .
او همچنین یک سیستم کشویی برروی ابزارگیر ماشین در نظر گرفته بود که به وسیله آن می توانست موقعیت ابزار را پس از هر بار تراشیدن قطعه کار ، به دقت تنظیم کند .
ماشین تراش مادسلی ، پدربزرگ تمام ماشینهای براده برداری مدرن امروز محسوب می گردد .
این ماشین توسط مخترع انگلیسی جان ویلکینسون در سال 1774 کامل شد وبا نیروی یک چرخ آبی به گردش درمی آمد .
این ماشین قادر بود سوراخهای تا قطر را با دقت (برابر با ضخامت یک سکه کوچک ، که درآن زمان دقت خوبی محسوب می شد ) تراش دهد .
ماشین تراش مادسلی ، پدربزرگ تمام ماشینهای براده برداری مدرن امروز محسوب می گردد .
با نگاهی به گذشته می توان دریافت که انقلاب صنعتی ، بدون دستیابی به یک منبع انرژی ارزان یعنی ماشین بخار ، هرگز اتفاق نمی افتاد .
تاقبل از ظهور ماشین بخار ، لازم بود کارگاههای صنعتی را در کنار یک منبع انرژی آبی احداث کنند وشاید در این مکانها نیروی انسانی ومواداولیه کافی وجود نداشت .
با دستیابی واحدهای صنعتی به انرژی ارزان ، این امکان فراهم شد که کارخانه ها را در مکانهای مناسبی که هم نیروی انسانی کافی وجود داشت وهم فروش کالاهای تولید شده نیز بدون استفاده از ماشینهای ابزار ممکن نبود ، زیرا برای ساخت سیلندرهای ماشینهای بخار لازم بود ، داخل تراشی قطعات فلزی با دقت مناسب انجام شود .
ساخت ماشین فرز ، پیشرفت مهم دیگری در زمینه توسعه ماشینهای ابزار محسوب می شود .
ماشین فرز در اصل از تغییر درطرح اولیه ماشین تراش به وجود آمد .
درسال 1820 ، الای میتنی که یک مخترع وتولیدکننده امریکایی بود ، برای تولید انبوه تفنگ یک ماشین مخصوص را طراحی کرد .
ماشین فرز ویتنی (شکل 3) قادر بود قطعات قابل تعویض تفنگ را تولید کند .
تاقبل از آن زمان ، قطعات تفنگ به صورت دستی ساخته می شدند ودربسیاری موارد ، قطعه یک تفنگ رانمی توانستند در تفنگ مشابه دیگر نصب کنند .
ماشین فرزویتنی مجهز به سیستم پیشروی مکانیزه بود ، ولی یک عیب داشت .
دراین ماشین امکان بالا وپایین بردن میز کار وجود نداشت وبنابراین برای بالا بردن قطعه کار پس از هربار براده برداری لازم بود در زیر قطعه کاریک لایی با ضخامت خاص قرار داده شود .
البته چون درکارگاه ویتنی ، این ماشینهای فرز به صورت سری کاری قطعات را براده برداری می کردند ، این عیب چندان مهم نبود ، هرچند که خیلی زود این قابلیت نیز در ماشینهای فرز ایجاد گردید .
البته ویتنی مشکل دیگری نیز داشت .
ایده های اودر کارخانه های اسلحه سازی متعددی که قطعات تفنگ می ساختند ، به کار گرفته شد .
ولی با توجه به این که درآن زمان استانداردهای اندازه گیری هنوز تدوین نشده بود ، قطعات ساخته شده توسط یک کارخانه ، در تفنگهای ساخته شده توسط کارخانه دیگر قابل استفاده نبود .
این مشکل تا اواسط دهه 1860 ادامه داشت .
دراین زمان در ایالات متحده یک استاندارد برای سیستمهای اندازه گیری تدوین گردید .
درسال 1875 ، ماشینهای ابزار ساخته شده نظیر ماشینهای تراش ، فرز ودرل (شکل 3-1) قادربودند با دقت حدود یک هزارم اینچ براده برداری کنند .
درآن زمان آمریکا بخوبی درمسیر تبدیل به بزرگترین کشور صنعتی دنیا گام برمی داشت .
منابع انرژی همگام با پیشرفت ماشینهای ابزار ، انواع منابع انرژی ارزان نیز توسعه یافتند .
دستیابی به منابع انرژی بهتر ، ابتدا به کندی صورت می گرفت .
بیشترین پیشرفت دراین زمینه طی 150 سال اخیر به دست آمده است .
منابع انرژی مورد استفاده در ماشینهای ابزار از ابتدا تا امروز به شرح زیر بوده است : انرژی دست .
ماشینهای تراش ودرل کمانی که با نیروی دست به گردش درمی آمدند .
با عقب وجلو بردن دست ، جهت گردش محور ماشین به صورت پیوسته دریک جهت انجام شود ، انرژی حیوانات .
فلکه های بزرگی که در ماشینهای ابزار اولیه (مورد استفاده درتولید لوله های قدیمی ) برای گردش محورماشین به کار می رفت ، احتیاج به نیروی بیشتری نسبت به نیروی انسانی داشتند ، انرژی آب .
با توجه به کمبود آب در فصول خشک سال ، این انرژی در گذشته زیاد قابل اعتماد نبوده است ، انرژی بخار .
این انرژی اولین منبع انرژی قابل اعتماد محسوب می شود .
با استفاده از ماشینهای بخار که در مرکز تأمین نیروی کارخانجات نصب می شدند ، محورهای محرکه مرکزی به گردش درآمده وگردش این محورها با استفاده از سیستم پولی وتسمه به ماشینهایی که درزیر این محورها نصب شده بودند ، انتقال می یافت ، انرژی الکتریکی مرکزی .
به تدریج موتورهای الکتریکی بزرگ جایگزین ماشینهای بخار شدند که نیروی آنها از طریق محورهای محرکه مرکزی به ماشینهای مختلف منتقل می شد و انرژی الکتریکی مستقل .
در ماشینهای ابزار امروزی از موتورهای الکتریکی مستقل در هر ماشین استفاده می شود ومحور محرکه مرکزی در کارخانجات حذف شده است .
مـاشـیـنـهای تـراش یک ماشین تراش براین اساس کار می کند که قطعه کار در برابر لبه برشی یک ابزار می چرخد وابزار از قطعه کار برداه برمی دارد ( شکل 4) .
ماشین تراش یکی از قدیمی ترین واساسی ترین ماشینهای ابزار محسوب می شود .
ابزار برشی در ماشین تراش قابل کنترل است ومی توان آن را در جهت طولی بر روی بستر ماشین ودر جهت عرضی توسط سوپرت عرضی ویا تحت زاویه خاص به حرکت درآورد (شکل5) .
اندازه یک ماشین تراش اندازه یک ماشین تراش براساس قطر کارگیر وطول بستر ماشین تعیین می گردد (شکل 5-1) .
قطر کارگیر عبارت است از حداکثر قطر قطعه کار که می تواند بر روی بستر ماشین (سطوح تکیه گاهی تخت یا v- شکل که سوپرت طولی ودیگر اجزاء متحرک ماشین برروی آن قرار گرفته اند واین سطوح راهنمای حرکتی دقیقی برای این اجزاء هستند ) بچرخد .
طول بستر یک ماشین تراش ، به صورت کلی واز ابتدا تا انتهای آن در نظر گرفته می شود .
طول بستر یک ماشین تراش را نباید با طول کارگیر (حداکثر طول قطعه کار که بین مرغک وسه نظام قرار می گیرد) اشتباه گرفت .
طول کارگیر عبارت است از طول بستر ماشین منهای طولهایی که توسط مجموعه مرغک وسه نظام اشغال می شود .
به اندازه B از شکل 6 ر.ک .
به عنوان مثال ، به اندازه های یک ماشین تراش مدرن (325mm×1800mm) 13˝ ×6 ́توجه کنید : حداکثر قطرکارگیر تا روی بستر (325mm)13˝، حداکثر قطر کارگیر تا روی سوپرت عرضی (218mm)83/4˝ ، طول بستر ماشین (1800mm)72˝ و طول کارگیر مؤثر (1240mm)50˝ قسمتهای اصلی ماشین تراش وظیفه اصلی هر ماشین تراش ، صرف نظر از میزان پیچیدگی آن ، به گردش درآوردن قطعه کار دربرابر لبه برشی یک ابزار می باشد .
هر قطعه ای از ماشین تراش (شکل7) را می توان جزو یکی از مجموعه های زیر به حساب آورد : مجموعه محرکه ماشین ابزار ، مجموعه نگهدارنده وگردش قطعه کارو مجموعه نگهدارنده ، محرکه وهدایت ابزاربرشی .
سیستم محرکه یک ماشین تراش درماشینهای تراش ، قدرت موتور توسط یک گیربکس یا با استفاده از تسمه به مکانیزم محرکه ماشین منتقل می شود .
سرعت گردش اسپیندل به روشهای زیر قابل تغییر است : جابه جایی چرخدنده ها در گیربکس (شکل 8) ، تنظیم پولیهای تنظیم شونده به یک وضعیت جدید (شکل 9) ، جابه جا کردن تسمه بر روی پولیهای مختلف (امروزه بندرت استفاده می شود ) و کنترل سرعت به صورت هیدرولیکی .
در بعضی ماشینهای تراش ، سرعتهای گردشی پایین با قدرت بیشتر را می توان با درگیر کردن یک گیربکس کاهنده اضافی به دست آورد(شکل 10) .
برای جلوگیری از آسیب رسیدن به سیستم محرکه ماشین تراش ، هیچوقت گیربکس کاهنده را در حالی که اسپیندل ماشین در حال گردش است ، درگیرنکنید .
مهار قطعه کار وبه گردش درآوردن آن مجموعه سه نظام ، یک اسپیندل مرکزی دارد که تجهیزات نگهدارنده قطعه کار بر روی آن نصب می شوند (شکل 11) .
اسپیندل توسط بلبرینگهای قوی یاتاقان بندی شده واز طریق تسمه یا چرخدنده یا ترکیبی از اینها به گردش درمی آید .
اسپیندل توخالی است ودهانه جلویی آن به صورت مخروط مورس سنگ زده شده است تا بتوان ابزارها وتجهیزات نگهدارنده دنباله مخروطی را در داخل آن نصب کرد .
(شکل 12) .
با توجه به سوراخ سرتاسری داخل اسپیندل می توان میلگردهای بلند را نیز تراشکاری کرد بدون آنکه دنباله میلگرد رها باشد وایجاد خطر کند .
همچنین از طریق این سوراخ سرتاسری می توان ابزارهای دنباله مخروطی را که درون اسپیندل قرار گرفته اند ، آزاد کرد .
انتهای جلویی اسپیندل ممکن است به صورت رزوه شده ویا به صورت مخروطی کوتاه