درسنامه آموزشی ساخت تجهیزات مکاتروتیکی کلاس یازدهم مکاترونیک

واحد یادگیری 2: شایستگی ساخت قطعات به روش تراشکاری

هدف از این شایستگی عبارتند‌ از:

1- شرح اجزای ماشین تراش مدل TN50 ساخت تبریز
2- توانایی کنترل سطوح روغن مخازن دستگاه و نحوه پرکردن و تخلیه روغن مخازن
3- شرح وظیفه هر جزء دستگاه تراش
4- شرح انواع عملیات تراشکاری
5- رعایت نکات ایمنی در انواع کارهای تراشکاری
6- تعیین مراحل انجام کار جهت تراشکاری قطعات
7- ساخت قطعات توسط دستگاه تراش بر اساس نقشه

استاندارد عملکرد

پس از اتمام این واحد یادگیری هنرجویان قادر به تراشکاری قطعات فلزی و غیرفلزی بر اساس نقشه خواهندبود.

دستگاه تراش برای تولید قطعاتی طراحی شده‌است که مقطع دایره‌ای شکل دارند. در فرایند تراشکاری قطعهٔ کار با قسمتی از دستگاه نگه‌داشته می‌شود و با سرعت محاسبه شده و مشخص دوران داده می‌شود و ابزاری از جنس سخت‌تر از قطعه کار با حرکت خطی و جداکردن براده قطعه را تراش می‌دهد. (شکل‌های 2-1 و 2-2)

چند نمونه از قطعات تراشکاری در شکل 2-3 نمایش داده شده‌است.

معرفی دستگاه تراش TN50

1- ریل دستگاه:

محل قرارگیری و هدایت قسمت‌هایی از دستگاه است که دارای حرکت خطی هستند، مانند قوطی حرکت و دستگاه مرغک.

2- الکتروموتور:

حرکت دورانی سه‌نظام را تأمین می‌کند.

3- جعبه‌دنده اصلی:

از این وسیله برای تنظیم تعداد دوران مختلف قطعهٔ کار استفاده می‌شود.

4- محور اصلی:

یک میلهٔ فولادی توخالی است که در درون جعبه‌دندهٔ اصلی یاتاقان‌بندی شده‌است. یک سر این محور از جعبه‌دنده اصلی خارج شده است. این قسمت برای بستن سه‌نظام، چهارنظام، صفحه نظام و دیگر تجهیزات بستن قطعه‌کار استفاده می‌شود.

5- سه‌نظام:

متداول‌ترین وسیله برای بستن قطعه‌کار روی ماشین تراش است.

6- جعبه‌دنده پیشروی:

جعبه‌دنده پیشروی برای حرکت‌دادن ابزار به‌طور خودکار و برای پیش‌تراشی استفاده می‌شود.

7- قوطی حرکت (سوپرت)

مجموعه‌ای است که روی راهنما‌های منشوری و تخت‌ریل دستگاه قرار گرفته است و وظیفهٔ آن تأمین حرکت طولی و عرضی ابزار است و به دو صورت دستی و خودکار حرکت می‌کند. این مجموعه از چهار قسمت تشکیل شده‌است که شامل سوپرت طولی، سوپرت عرضی، سوپرت فوقانی و ابزارگیر است.

8- دستگاه مرغک:

از این وسیله در هنگام تراشیدن قطعات بلند و سوراخ‌کاری روی قطعات استفاده می‌شود.

9- کلیدهای راه‌اندازی دستگاه:

برای روشن و خاموش کردن الکتروموتور استفاده می‌شود.

10- اهرم کلاچ:

برای به گردش درآوردن محور اصلی در هر دو جهت و توقف آن به‌کار می‌رود.

در هنگام تراشکاری به‌دلیل واردشدن نیروی برشی به قطعه و ابزار لازم است که هر کدام از آن‌ها به‌صورت محکم و بدون ارتعاش در جای خود بسته شوند. برای نگه‌داشتن قطعه کار معمولاً از سه‌نظام استفاده می‌شود؛ اما این قسمت یکی از قسمت‌های قابل تعویض دستگاه است و بر حسب شکل هندسی قطعه لازم است که تعویض شود. در جدول زیر چند نمونه از وسایل بستن قطعه کار معرفی می‌شود.

انواع قطعه کار و ابزار از نظر جنس

مهم‌ترین جنس قطعات و ابزارهای تراشکاری به شرح زیر است:

الف) انواع جنس قطعه کار

1- چدن:

اگر درصد کربن در آهن بین 2/06 تا 6/67 درصد باشد، آن را چدن می‌نامند.

2- فولاد:

اگر درصد کربن در آهن بین 0/5 تا 2/06 درصد باشد، آلیاژ به‌دست آمده فولاد نامیده می‌شود. برای بهبود خواص فولاد آن را با عناصر دیگری مانند منگنز و کروم و فلزات خاص دیگری بر حسب نیاز ترکیب می‌کنند.

3- فلزات غیرآهنی سبک:

آلومینیم و آلیاژهای آن جزء این دسته از فلزات به‌شمار می‌روند. به‌علت سبکی وزن و استحکام زیاد در صنایع مختلف از جمله هواپیماسازی کاربرد فراوان دارند. مقاومت آن‌ها نسبت به خوردگی بالاست.

4- فلزات غیرآهنی سنگین:

از فلزات غیرآهنی سنگین می‌توان به مس و روی و آلیاژ مهم این دو یعنی برنج اشاره کرد.

5- مواد مصنوعی:

این مواد مانند پلی‌اتیلن از نفت خام به‌دست می‌آیند. به علت مزایای زیادی که دارند کاربرد فراوانی در صنعت داشته و قابلیت براده‌برداری خوبی دارند.

ب) انواع جنس ابزارهای تراشکاری

1- فولاد آلیاژی:

متداول‌ترین ابزارهای براده‌برداری از این جنس ساخته شده‌اند. این فولادها علاوه‌بر کربن با فلزات دیگری مانند کروم، ولفرام، وانادیم، مولیبدن و کبالت آلیاژ شده‌اند و بر دو نوع کم‌آلیاژ و پرآلیاژ تقسیم می‌شوند. فولادهای ابزارسازی کم‌آلیاژ تا 300 درجه سانتی‌گراد و فولادهای پرآلیاژ تا 600 درجه سانتی‌گراد سختی خود را حفظ می‌کنند. فولادهای پرآلیاژ به نام فولادهای تند بر (HSS) معروفند. این رنده‌ها معمولاً در مقاطع گرد، مربع، مستطیل و یا ذوزنقه در طول 200 میلی‌متر تولید می‌شوند.

2- فلزات سخت:

این نوع ابزارها را از مخلوط پودر کاربید بعضی از فلزات دیرگداز مانند ولفرام، تیتان، تانتال، مولیبدن و وانادیوم به همراه پودرکبالت به‌عنوان چسب تولید می‌کنند. از خصوصیات بارز این ابزارها می‌توان به سختی زیاد، مقاومت زیاد به سایش و مقاومت تا دمای 900 درجه سانتی‌گراد اشاره کرد.

3- سرامیکی:

قسمت عمده سرامیک‌ها را اکسید فلزاتی مانند آلومینیم، سیلیسیم و کروم به‌عنوان فلزات سخت تشکیل‌داده و مابقی آن‌ها را فلزاتی مانند مولیبدن، کبالت و نیکل به‌عنوان فلزات چسباننده تشکیل می‌دهند. مقاومت سرامیک‌ها در مقابل سایش 5 تا 10 برابر فلزات سخت است و تا دمای 1200 درجه سانتی‌گراد سختی خود را حفظ می‌کنند.

سطوح و زوایای ابزارهای تراشکاری

ابزارهای مورد استفاده در کارگاه تراشکاری معمولاً از جنس HSS هستند. این ابزارها در ابتدا به‌صورت خام و غیرقابل استفاده هستند و باید با روش سنگ‌زنی تیز و آماده کار شوند. برای تیزکردن ابزار باید سطوح و زوایای مشخصی روی آن ایجاد شود. ابزار تراشکاری را رنده نیز می‌نامند. بعد از این از کلمه رنده به جای ابزار استفاده می‌گردد.

سطوح ابزار

1- سطح براده:

سطحی است که روی رنده ایجاد می‌شود و نقش آن کمک به نفوذ بهتر ابزار و هدایت براده‌ها در هنگام جداشدن از قطعه است.

2- سطح آزاد:

سطحی است که روی رنده ایجاد می‌شود و نقش آن کمک به نفوذ بهتر ابزار و جلوگیری از اصطکاک بین رنده و قطعه کار است. رنده دارای سطح آزاد پیشانی و سطح آزاد بغل است.

3- لبه اصلی:

فصل مشترک بین سطح براده و سطح آزاد بغل است و براده‌برداری باید با این لبه صورت بگیرد.

4- لبه فرعی:

فصل مشترک بین سطح براده و سطح آزاد پیشانی است و بهتر است براده‌برداری با این لبه‌صورت نگیرد. (شکل 2-22)

زوایای اصلی ابزار

1- زاویه براده:

زاویه بین سطح براده و سطح قبلی رنده، را زاویه براده می‌گویند و با حرف $\gamma $ (گاما) نمایش داده می‌شود. 

2- زاویه آزاد:

زاویه بین سطح آزاد بغل و سطح قبلی رنده را زاویه آزاد می‌نامند و با حرف $\alpha $ (آلفا) نمایش داده می‌شود. 

3- زاویه گوه:

زاویه بین سطح براده و سطح آزاد بغل، زاویه گوه نام دارد که با حرف $\beta $ (بتا) نمایش داده می‌شود. 

زوایای فرعی رنده تراشکاری:

1- زاویهٔ تنظیم $X$: زاویهٔ بین لبهٔ برنده اصلی و امتداد مسیر پیشروی است و مقدار آن در بغل تراشی 90 درجه و در روتراشی کمتر 90 درجه است.

2- زاویهٔ رأس‌ها $\varepsilon $: زاویهٔ بین لبهٔ برندهٔ اصلی و لبهٔ برندهٔ فرعی رنده است و مقدار آن 80 تا 100 درجه است.

3- زاویهٔ تمایل $\lambda $: زاویهٔ لبهٔ برنده اصلی با سطح افق است. اگر صعود لبه اصلی به سمت نوک آن باشد، زاویهٔ تمایل مثبت و در غیر این صورت زاویه تمایل منفی است. زاویه تمایل بین 4- و 4+ درجه انتخاب می‌شود.

زاویهٔ تمایل در خشن‌کاری منفی و در پرداخت‌کاری مثبت در نظر گرفته می‌شود.

زاویه راس: $\varepsilon $ (اپسیلن)
زاویه تنظیم: $\kappa $ (کاپا)
زاویه تمایل: $\lambda $ (لاندا)

انواع رنده‌های تراشکاری

بستن رنده روتراش روی دستگاه تراش

رنده در قسمتی به نام رنده‌گیر بسته می‌شود. در دستگاه تراش TN5O یک رنده گیر چهار طرفهٔ گردان دارد. برای بستن رنده از پیچ‌های رنده‌گیر استفاده می‌شود. رنده باید دقیقاً در مرکز قطعه بسته شود، برای این کار از نوک مرغک‌گردان مطابق با شکل استفاده و برای تنظیم ارتفاع رنده از زیر سری پله‌ای قابل تنظیم یا ورقه‌های نازک استفاده می‌شود.

طولی از رنده که تکیه‌گاه رنده‌گیر بیرون است، حدودا دو برابر ارتفاع رنده است، چنانچه طول رنده بیشتر بیرون بسته شود، احتمال ارتعاش و شکستن رنده وجود دارد و در صورت کوتاه بستن هم احتمال گیرکردن رنده‌گیر به سه‌نظام یا دستگاه مرغک وجود دارد.

پس از تنظیم ارتفاع رنده، باید پیچ‌های روی رنده را سفت کرد و برای اینکه فشار مستقیم پیچ موجب شکستن رنده نشود، باید یک تکه تسمه روی آن قرار گیرد و حداقل دو پیچ از رنده‌گیر سفت شود و پس از قراردادن رنده‌گیر در زاویه تنظیم موردنظر، پیچ مرکزی آن نیز محکم شود. چنانچه رنده هم‌مرکز با قطعه کار بسته نشود، زوایای اصلی مقادیر واقعی را نداشته و براده‌برداری با مشکل مواجه خواهد شد.

تعیین تعداد دوران سه‌نظام

سرعت برش ${V_c}$: سرعت محیطی قطعه کار بر حسب متر بر دقیقه، در حین براده‌برداری را سرعت برش می‌گویند.

مقدار سرعت برش بر حسب جنس قطعه کار و جنس ابزار در جدول مندرج در کتاب همراه آورده شده است.

پس از تعیین مقدار سرعت برش به کمک رابطه تعداد دوران $n = \frac{{1000{V_c}}}{{\pi d}}$

$n$: تعداد دور در دقیقه 
${V_c}$: سرعت برش m/min
$d$: قطر قطعه بر حسب mm

پس از محاسبهٔ تعداد دور نزدیک‌ترین تعداد دور موجود روی دستگاه را می‌توان تنظیم نمود.

تذکر: انتخاب تعداد دور بیش از مقدار محاسبه شده باعث کندی رنده و کاهش عمر رنده خواهد شد. انتخاب تعداد دور کمتر از مقدار محاسبه شده، باعث افزایش زمان انجام کار و بعضاً باعث شکستن نوک رنده خواهد شد.

انجام عملیات پیشانی تراشی

1- بستن قطعه کار: طولی از قطعه که بیرون از سه‌نظام قرار می‌گیرد، بیش از دو برابر قطر آن نباشد؛
2- محاسبه و تنظیم تعداد دوران مورد نیاز برای قطعه کار؛
3- بستن رنده: بر اساس اصول فنی و ایمنی گفته‌شده؛
4- در حالی که سه‌نظام در حال چرخش است، ابزار را با حرکت سوپرت طولی به قطعه نزدیک نموده و پس از برقراری تماس با حرکت عرضی، رنده را از پیشانی کار دور کنید؛
5- به‌وسیلهٔ سوپرت طولی به مقدار لازم باردهی طولی را انجام دهید؛
6- به‌وسیلهٔ سوپرت عرضی با حرکت دستی یا با حرکت پیشروی اتومات تنظیم‌شده (بر اساس جدول) عملیات کف‌تراشی را انجام دهیم.

تذکر: چنانچه قطعه در قسمت پیشانی سوراخ داشته باشد، باردهی از مرکز پیشانی به سمت خار آن بهتر است و اگر فاقد سوراخ باشد حرکت از بیرون به سمت مرکز پیشانی قطعه مناسب‌تر است.

انجام عملیات روتراشی (روتراشی قطعات کوتاه)

این عملیات برای کم‌کردن قطر قطعهٔ کار استفاده می‌شود و رنده با حرکت در جهت محور قطعه کار عمل براده‌برداری را انجام می‌دهد. بستن قطعهٔ کار مانند پیشانی‌تراشی است و چنانچه طولی از سه‌نظام که بیرون است، بیشتر از دو برابر قطر قطعه باشد، باید از مرغک‌گردانی که روی دستگاه مرغک بسته شده‌است به‌عنوان تکیه‌گاه سر دوم قطعه استفاده کرد. تعداد دوران نیز مانند پیشانی‌تراشی است. در روتراشی اگر ابزار فاصله مناسبی از قطعه کار داشته باشند، دستگاه را روشن کرده و سه‌نظام را به حرکت درآورید و سپس رنده را به‌آرامی با سطح جانبی قطعه تماس داده، از سمت راست قطعه خار کنید، سپس به مقدار لازم عمق بار را با استفاده از سوپرت عرضی تنظیم و با حرکت سوپرت طولی آرام، رنده را به پیشانی قطعه تماس دهید و ورنیه حرکت طولی را نیز صفر کنید.

در ادامه می‌توانید با حرکت دستی سوپرت طولی به‌طور یکنواخت و آرام یا حرکت اتوماتیک طولی تنظیم‌شده بر اساس جدول مندرج در کتاب همراه، براده‌برداری را ادامه دهید.

عملیات مخروط‌تراشی

نمونه‌ای از مخروط‌های مورد استفاده در دستگاه تراش در شکل‌های زیر نمایش داده شده است. 

مشخصات مخروط ناقص:

$D$: قطر بزرگ مخروط
$d$: قطر کوچک مخروط
$L$: طول مخروط
$\alpha $: زاویة رأس مخروط
$\alpha /2$: زاویة تنظیم 

با توجه به شکل فوق روابط زیر برقرار است:

$c = \frac{{D - d}}{L}$

$\tan  = \frac{\alpha }{2} = \frac{c}{2} = \frac{{D - d}}{{2L}}$

$\tan  = \frac{\alpha }{2}$ شیب
 نسبت مخروطی =$c$

انواع روش‌های مخروط‌تراشی

1- مخروط تراشی با انحراف سوپرت فوقانی
2- مخروط تراشی با انحراف دستگاه مرغک
3- مخروط تراشی با اشتفاده از خط‌کش راهنما

در این کتاب فقط به توضیح روش اول پرداخته شده‌است.

مخروط‌تراشی با روش انحراف سوپرت فوقانی

در این روش با شل کردن چهار عدد مهره مجاور سوپرت فوقانی می‌توان سوپرت فوقانی را بر اساس زاویه تنظیم محاسبه‌شده انحراف داد و سپس مهره‌ها را سفت کرد.

مزایای مخروط‌تراشی با انحراف سویرت فوقانی

1- در این روش تنظیم دستگاه راحت است؛
2- مخروط‌های داخلی و خارجی قابل تراشیدن است؛
3- مخروط‌های کامل و ناقص قابل تراشیدن است؛
4- مخروط‌هایی که زاویه‌رأس بزرگ دارند، قابل تراشیدن است.

معایب مخروط‌تراشی با انحراف سویرت فوقانی:

1- در این روش حرکت پیشروی فقط با سوپرت فوقانی انجام می‌گیرد و این سوپرت فقط به‌صورت دستی هدایت می‌شود. لذا صافی سطح یکنواخت نخواهد بود.
2- طول مخروط‌هایی که در این روش تراشیده می‌شوند، محدود به کورس حرکت سوپرت فوقانی است.

تذکر: تعداد دور در مخروط‌تراشی را می‌توان بر حسب قطر بزرگ مخروط محاسبه نمود.

عملیات شیار تراشی و برش

به تراشیدن شیار در محیط قطعه کار شیار تراشی می‌گویند، این عمل ممکن است در پیشانی قطعه کار نیز انجام گیرد.

رنده شیار تراشی

جنس این رنده فولاد تندبر (HSS) است و دارای مقطع مستطیل یا ذوزنقه است.

بستن رندهٔ شیار

پهنای رندهٔ شیار معمولاً به اندازه شیاری است که باید تراشیده شود و معمولاً کوچک است و به همین دلیل نمی‌توان آن را مستقیماً به رنده‌گیر بست. برای این منظور رنده باید درون نگهدارنده بسته شود تا بتوان آن را به‌طور مطمئن به رنده‌گیر بست.

عملیات شیار تراشی

برای انجام عملیات شیار تراشی نیز مانند هر عملیات دیگری قطعه کار باید حرکت دورانی داشته باشد، اما در این عملیات حرکت‌های تنظیم بار و پیشروی ابزار به‌طور هم‌زمان اتفاق می‌افتد؛ در این عملیات ابتدا رنده در موقعیت طول موردنظر قرار می‌گیرد و سپس با دوران قطعه کار رنده با استفاده از سوپرت عرضی به سطح کار مماس می‌شود و بعد از تنظیم ورنیه سوپرت عرضی روی عدد صفر، حرکت تنظیم بار و حرکت پیشروی هم‌زمان با سوپرت عرضی انجام می‌گیرد.

عملیات برش

اگر عملیات شیار تراشی تا مرکز قطعه کار ادامه یابد، قسمتی از قطعه کار جدا خواهد شد که به این عملیات برش می‌گویند. عملیات برش از نظر چگونگی انجام، کاملاً شبیه به عملیات شیارتراشی است؛ اما ابزار این دو عملیات چندانی با هم ندارند. اگر برشکاری با رنده شیار انجام گیرد، در پایان کار و پیش از رسیدن رنده به مرکز کار، به علت نازک‌شدن قطعه در آن قسمت، شکست اتفاق می‌افتد و در نتیجه زائدهای در انتهای قطعه کار باقی می‌ماند که برای رفع این مشکل باید زاویه کوچکی در لبه اصلی رنده شیار ایجاد شود تا زائدة باقیمانده از شکست کاملاً کوچک شود.

آج‌زنی

ایجاد برجستگی روی سطوح قطعات استوانه‌ای را آج‌زنی می‌گویند که به دو منظور انجام می‌گیرد: 1- افزایش اصطکاک؛ 2- ایجاد ظاهر زیبا.

ابزار آج‌زنی

ابزار آج‌زنی از دو قسمت تشکیل شده‌است.

1- قرقره آج‌زنی

این قرقره‌ها از جنس فولاد ابزارسازی ساخته می‌شوند و دارای فرم‌های مختلفی هستند.

فاصله شیارهای روی قرقره با یکدیگر، گام نام‌ دارد. گام قرقره، به طول، قطر و جنس قطعه بستگی دارد. برای انتخاب گام مناسب می‌توانید از جدول مندرج در کتاب همراه استفاده کنید.

2- نگهدارنده قرقره

برای استفاده باید قرقره‌ها را روی نگهدارنده‌های مخصوص نصب کرد.

تنظیم ابزار آجزنی

الف) ابزارهای آج‌زنی که دارای یک قرقره هستند، باید طوری به رنده‌گیر بسته شوند که وسط قرقره آن‌ها هم‌جهت با نوک مرغک قرار گیرد.

ب) ابزارهای آج‌زنی که دارای دو قرقره هستند، باید طوری به رنده‌گیر بسته شوند که نوک مرغک در وسط دو قرقره قرار گیرد.