تأثیر میزان مجاز ماشینکاری بر دقت ماشینکاری!

با بهبود مستمر الزامات کیفی برای محصولات پردازش مکانیکی، افراد زمان و انرژی زیادی را صرف بررسی روش‌ها و اقدامات بهبود کیفیت محصول کرده‌اند، اما تأثیر میزان مجاز ماشینکاری بر کیفیت محصول در طول فرآیند پردازش را نادیده گرفته‌اند و معتقد بوده‌اند که تا زمانی که در طول فرآیند حاشیه‌ای وجود داشته باشد، تأثیر زیادی بر کیفیت محصول نخواهد داشت. در پردازش واقعی محصولات مکانیکی، مشخص شده است که اندازه میزان مجاز ماشینکاری قطعات مستقیماً بر کیفیت محصول تأثیر می‌گذارد. اگر میزان مجاز ماشینکاری خیلی کم باشد، حذف خطاهای شکل و موقعیت باقیمانده و نقص‌های سطحی در فرآیند قبلی دشوار است. اگر میزان مجاز خیلی زیاد باشد، نه تنها حجم کار پردازش مکانیکی را افزایش می‌دهد، بلکه مصرف مواد، ابزار و انرژی را نیز افزایش می‌دهد. نکته جدی‌تر این است که گرمای تولید شده با قطع مقدار زیادی از میزان مجاز ماشینکاری در طول پردازش باعث تغییر شکل قطعات، افزایش سختی پردازش قطعات و تأثیر بر کیفیت محصول می‌شود. بنابراین، لازم است میزان مجاز ماشینکاری قطعات به شدت کنترل شود.

۱. مفهوم حد مجاز ماشینکاری

کمک هزینه ماشینکاری به ضخامت لایه فلزی برش خورده از سطح ماشینکاری در حین ماشینکاری اشاره دارد. کمک هزینه ماشینکاری را می‌توان به کمک هزینه ماشینکاری فرآیند و کمک هزینه ماشینکاری کل تقسیم کرد. کمک هزینه ماشینکاری فرآیند به ضخامت لایه فلزی برش خورده از یک سطح خاص در یک فرآیند اشاره دارد که به تفاوت بین اندازه‌های فرآیند قبل و بعد از فرآیندهای مجاور بستگی دارد. کمک هزینه ماشینکاری کل به ضخامت کل لایه فلزی برش خورده از یک سطح خاص در طول کل فرآیند ماشینکاری از قطعه خام تا محصول نهایی اشاره دارد، یعنی تفاوت بین اندازه قطعه خام و اندازه قطعه در همان سطح قطعه. کمک هزینه ماشینکاری کل برابر با مجموع کمک هزینه های ماشینکاری هر فرآیند است. از آنجایی که به ناچار خطاهایی در ساخت قطعه خام و اندازه هر فرآیند وجود دارد، هم کمک هزینه ماشینکاری کل و هم کمک هزینه ماشینکاری فرآیند مقادیر متغیری هستند و حداقل کمک هزینه ماشینکاری و حداکثر کمک هزینه ماشینکاری ظاهر می‌شوند. کمک هزینه ماشینکاری و تلرانس در شکل 1 نشان داده شده است. در شکل، حداقل کمک هزینه ماشینکاری تفاوت بین حداقل اندازه فرآیند فرآیند قبلی و حداکثر اندازه فرآیند فرآیند فعلی است. حداکثر مجاز ماشینکاری به تفاوت بین حداکثر اندازه فرآیند فرآیند قبلی و حداقل اندازه فرآیند فرآیند فعلی اشاره دارد. محدوده تغییرات مجاز ماشینکاری فرآیند (تفاوت بین حداکثر مجاز ماشینکاری و حداقل مجاز ماشینکاری) برابر با مجموع تلرانس‌های ابعاد فرآیند قبلی و فرآیند فعلی است. ناحیه تلرانس ابعاد فرآیند عموماً در جهت ورود قطعه به بدنه مشخص می‌شود. برای قطعات شفت، اندازه پایه حداکثر اندازه فرآیند است، در حالی که برای سوراخ‌ها حداقل اندازه فرآیند است.

۲. تحلیل تأثیر میزان مجاز ماشینکاری بر دقت ماشینکاری

۲.۱ تأثیر میزان مجاز ماشینکاری بر دقت ماشینکاری

قطعات در طول فرآیند ماشینکاری ناگزیر گرمای برش تولید می‌کنند. بخشی از این گرمای برش توسط براده‌های آهن و سیال برش گرفته می‌شود، بخشی به ابزار منتقل می‌شود و بخشی به قطعه کار منتقل می‌شود و باعث افزایش دمای قطعه می‌شود. دما ارتباط نزدیکی با اندازه‌ی مجاز ماشینکاری دارد. اگر مجاز ماشینکاری زیاد باشد، زمان ماشینکاری خشن ناگزیر طولانی‌تر می‌شود و مقدار برش نیز به طور مناسب افزایش می‌یابد که منجر به افزایش گرمای برش و افزایش دمای قطعه می‌شود. بزرگترین آسیب ناشی از افزایش دمای قطعه این است که قطعه تغییر شکل می‌دهد، به خصوص برای موادی که به تغییرات دما حساس هستند (مانند فولاد ضد زنگ) فولاد). علاوه بر این، این تغییر شکل حرارتی در کل فرآیند ماشینکاری جریان دارد و سختی ماشینکاری را افزایش می‌دهد و بر کیفیت محصول تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، هنگام ماشینکاری قطعات شفت باریک مانند میله‌های پیچ، به دلیل استفاده از روش ماشینکاری تک گیره-یک سر، درجه آزادی در جهت طول محدود است. در این زمان، اگر دمای قطعه کار خیلی بالا باشد، انبساط حرارتی رخ می‌دهد. هنگامی که گسترش در جهت طول مسدود شود، قطعه کار به ناچار به دلیل تأثیر تنش خم شده و تغییر شکل می‌دهد که برای پردازش بعدی مشکل بزرگی ایجاد می‌کند. قطعه کار پس از گرم شدن خم شده و تغییر شکل می‌دهد. اگر پردازش در این زمان ادامه یابد، قطعه بیرون زده تا زمانی که محصول نهایی به دست آید، پردازش می‌شود. پس از خنک شدن تا دمای اتاق، قطعه تحت تنش تغییر شکل می‌دهد و باعث ایجاد خطاهای شکل و موقعیت می‌شود و بر کیفیت تأثیر می‌گذارد. قطعه کار در دمای اتاق خم شده و تغییر شکل می‌دهد. پس از افزایش قطر، قطعه بزرگ شده بریده می‌شود و پس از خنک شدن قطعه کار، خطاهای استوانه‌ای و اندازه رخ می‌دهد. هنگام سنگ زنی پیچ‌های دقیق، تغییر شکل حرارتی قطعه کار نیز باعث ایجاد خطاهای گام می‌شود.

۲.۲ تأثیر فاصله ماشینکاری خیلی کم بر دقت ماشینکاری

میزان مجاز ماشینکاری قطعات نباید خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشد. اگر میزان مجاز ماشینکاری خیلی کوچک باشد، تلرانس‌های هندسی باقیمانده و عیوب سطحی در فرآیند قبلی قابل حذف نیستند و در نتیجه بر کیفیت محصول تأثیر می‌گذارند. به منظور اطمینان از کیفیت ماشینکاری قطعات، حداقل میزان مجاز ماشینکاری باقی مانده در هر فرآیند باید بتواند الزامات اساسی حداقل میزان مجاز ماشینکاری فرآیند قبلی را برآورده کند. حداقل میزان مجاز ماشینکاری سوراخ داخلی یک قطعه، قطعه‌ای است که سوراخ داخلی آن قرار است ماشینکاری شود. اگر محور سوراخ از محور مرجع منحرف شود و در طول فرآیند قبلی خطای موقعیت n وجود داشته باشد و سوراخ داخلی دارای خطای استوانه‌ای p (مانند مخروطی، بیضی و غیره) و خطای زبری سطح h باشد، برای از بین بردن تلرانس هندسی قبل از سوراخکاری، حداقل میزان مجاز ماشینکاری یک طرفه فرآیند سوراخکاری باید شامل مقادیر خطاها و عیوب فوق باشد. با توجه به اینکه قطعه کار در طول فرآیند سوراخکاری ناگزیر دچار خطاهای نصب می‌شود، یعنی خطای e بین محور سوراخ اصلی و محور چرخش قطعه کار پس از نصب، و همچنین تلرانس ابعادی T در طول فرآیند سوراخکاری، حداقل مقدار مجاز ماشینکاری z این فرآیند را می‌توان با فرمول زیر بیان کرد: z ≥ T/2 + h + p + n + e (مقدار مجاز یک طرفه)

برای قطعات و فرآیندهای مختلف، مقادیر و نمود خطاهای فوق نیز متفاوت است. هنگام تعیین حد مجاز ماشینکاری فرآیند، باید روش‌های مختلفی اعمال شود. به عنوان مثال، شفت‌های باریک مستعد خم شدن و تغییر شکل هستند و خطای خط مستقیم ژنراتور از محدوده تلرانس اندازه قطر فراتر رفته است، بنابراین حد مجاز ماشینکاری فرآیند باید به طور مناسب افزایش یابد. برای فرآیندهایی که از ابزارهایی مانند برش‌دهنده‌های شناور برای قرار دادن سطح ماشینکاری خود استفاده می‌کنند، می‌توان تأثیر خطای نصب e را نادیده گرفت و حد مجاز ماشینکاری فرآیند را بر این اساس کاهش داد. برای برخی از فرآیندهای پرداخت که عمدتاً برای کاهش زبری سطح استفاده می‌شوند، اندازه حد مجاز ماشینکاری فرآیند فقط به زبری سطح h مربوط می‌شود.

3. انتخاب معقول کمک هزینه ماشینکاری

انتخاب میزان مجاز ماشینکاری برای قطعات ارتباط نزدیکی با جنس، اندازه، سطح دقت و روش ماشینکاری مورد استفاده برای قطعات دارد و باید با توجه به شرایط خاص تعیین شود. هنگام تعیین میزان مجاز ماشینکاری برای قطعات، باید اصول زیر رعایت شود:

(1) برای کوتاه کردن زمان ماشینکاری و کاهش هزینه ماشینکاری قطعات، باید از حداقل هزینه ماشینکاری استفاده شود.

(2) باید فضای ماشینکاری کافی، به خصوص برای آخرین فرآیند، در نظر گرفته شود. فضای ماشینکاری باید بتواند دقت و زبری سطح مشخص شده در نقشه را تضمین کند.

(3) هنگام تعیین حد مجاز ماشینکاری، تغییر شکل ناشی از عملیات حرارتی قطعات باید در نظر گرفته شود، در غیر این صورت ممکن است ضایعات تولید شود.

(4) هنگام تعیین میزان مجاز ماشینکاری، روش و تجهیزات ماشینکاری و همچنین تغییر شکلی که ممکن است در طول فرآیند ماشینکاری رخ دهد، باید در نظر گرفته شود.

(5) هنگام تعیین میزان مجاز ماشینکاری، اندازه قطعه مورد پردازش باید در نظر گرفته شود. هرچه قطعه بزرگتر باشد، میزان مجاز ماشینکاری نیز بیشتر است. زیرا با افزایش اندازه قطعه، احتمال تغییر شکل ناشی از نیروی برش، تنش داخلی و غیره نیز افزایش می‌یابد.