یکی از اهداف هر متخصص ماشینکاری یه طور مشخص، استفاده از کارآمدترین عملکرد تراشکاری را برای پروژه مورد نظر خود می باشد. باید در نظر داشت که، اعمال نمودن تکنیکهای مربوط به مته های فرز انگشتی شیارزن (Slot End Mills) برای این هدف، حیاتی می باشند. این مقاله، اطلاعاتی را که تراشکاران حرفه ای باید در مورد بهترین شیوهها و تکنیکهای استفاده از فرز انگشتی شیارزن بدانند، خلاصه میکند. ما جنبههایی مانند انتخاب ابزار و مواد، شرایط برش، روشهای حذف براده و سایر جزئیات ضروری که با بهبود عملیات و فرآیندهای فرزکاری مرتبط هستند را پوشش خواهیم داد. این راهنما برای شماست؛ چه سالها تجربه کار به عنوان یک ماشینکاری داشته باشید و چه یک تازه کار آماده برای یادگیری مهارتهای جدید باشید، استفاده از فرزهای انگشتی شیارزن در تکنیکهای مختلف پس از این مشکل نخواهد بود.

فرز انگشتی شیارزن چیست و چگونه کار میکند؟
فرز انگشتی شیارزن یکی از انواع ابزارهای فرزکاری است که عمدتاً برای ایجاد شیار یا شکاف در قطعه کار استفاده میشود. این ابزار از یک بدنه استوانهای با لبههای برش در حاشیه بیرونی و پایین آن تشکیل شده است که شامل یک یا چند برشدهنده است. همچنین از چرخش محوری استفاده میکند که امکان حرکت لبههای برش را به داخل قطعه کار در حین تغذیه فراهم میکند تا ماده از قطعه کار خارج شود. هندسه، خواص مواد، پارامترهای برش مانند سرعت، تغذیه و عمق و همچنین طراحی، بر اثربخشی عملکردی ابزار تراش تأثیر میگذارند. این ابزار در موقعیتهایی استفاده میشود که نهایت دقت، پرداخت سطح و ابعاد مختلف شکاف به سرعت و با تلرانسهای بسیار کم ایجاد میشوند.
آشنایی با عملکرد فرز انگشتی
مته فرز انگشتی شیارزن (که معمولاً به عنوان مته فرز انگشتی شناخته میشود) یک ابزار تراشکاری با محور عرضی و انتهایی است که در دستگاه فرز برای انجام کارهایی مانند شیار زدن، تراش یا عملیات فرو بردن تعبیه شده است. هدف اصلی این ابزار تراش، تراشکاری بخشی از قطعه کار از طریق لبههای برشی محیطی و محوری ابزار یا تیغه است. فرز انگشتی از این نظر منحصر به فرد است که میتواند در جهتهای مختلف بچرخد و آزادانه برش دهد، برخلاف مته که فقط میتواند برش محوری انجام دهد. این ویژگی مته فرز انگشتی، ساخت اشکال و سطوح پیچیده را با استفاده از ماشینکاری دقیق ضروری میکند.
نقش یک مته فرز شیارزن در ماشینهای فرز
همانطور که از نامش پیداست، از فرز شیارزن برای ایجاد شیار یا شکاف در قطعه کار استفاده میشود. این نوع فرز دارای لبههای برش در امتداد کنارهها و سطوح جانبی ابزار است که امکان حذف کارآمد مواد را در هر دو جهت افقی (کناری) و عمودی فراهم میکند و آن را برای تراش شیار بهینه میکند. فرزهای شیارزن را میتوان روی طیف وسیعی از مواد، از جمله فلزات، پلاستیکها و کامپوزیتها به کار برد و این امر چنین ابزارهای تراشکاری را در عملیات ماشینکاری مفید میسازد. آنها به ویژه در هر جایی که برش به عرض و عمق خاصی مورد نیاز باشد، مانند ایجاد شیارهای کلید، کانالها یا سایر ویژگیهای نصب شده در یک قطعه، مفید هستند. توانایی برش در مراکز تک یا چند نقطهای، لبههای آسان، تمیز و اندازههای دقیق را فراهم میکند و عملکرد ابزارهای ماشینکاری و قطعه کار نهایی را بهبود میبخشد، به خصوص هنگام استفاده از ابزارهای تراش فرز (Milling Cutting Tools).
ابزارهایی با نوک الماس (کارباید) در مقابل تمام الماس: کدام را انتخاب کنیم؟
هنگام انتخاب بین ابزارهای تراش با نوک کاربایدی و تمام الماس، به ماهیت کار ماشینکاری مورد نظر بستگی دارد. ابزارهای نوک کاربایدی شامل یک ساقه فولادی و شامل اینسرت های کاربایدی در انتهای برش هستند. اکثر ابزارهای کارباید تنگستن عمومی اقتصادی هستند. آنها مزایای فولاد و کبالت سخت و مقاوم در برابر سایش را با هم ترکیب میکنند، بنابراین برای طیف وسیعی از کاربردها، از جمله تراشکاری و کف تراشی، تحت تراشکاری سبک و متناوب یا شرایط متنوع قابل قبول هستند.
در مقایسه، ابزارهای تمام الماس، ساختار یا بدنه ابزار فقط از کارباید ساخته شده است. اینها سفتترین، سختترین و مقاومترین ابزارهای موجود در برابر حرارت هستند. این ابزارها، در ماشینهای پرسرعت که نیاز به دقت و مقاومت در برابر سایش زیادی دارند، استفاده میشوند. ابزارهای تمام الماس، برای ماشینکاری مواد خشن توصیه میشوند زیرا منجر به کاهش انحراف ابزار و افزایش دقت شکل میشود. با این حال، این ابزارها در بیشتر موارد نسبت به ابزارهای نوک کاربایدی شکنندهتر هستند. بر اساس حقایق فوق، پروژه هایی با کارایی بالا و دقیق برای ابزارهای تمام الماس مناسبتر هستند. در مقابل، برای کارهای عمومی که ماهیت آسان تری دارند، ابزارهای نوکتیز کارباید تنگستن مناسبتر هستند.
انواع مته فرز انگشتی شیارزن: کدام یک برای پروژه شما مناسب است؟
بررسی انواع مختلف فرزکاری شیاری
فرزکاری شیاری شامل روشهای خاصی است که بسته به دامنه، جنس قطعه کار و نتایج مورد نظر متفاوت است. فرزکاری شیاری شامل فرزکاری انتهایی، سطحی، فرمی و کناری است.
- تراشکاری با مته فرز انگشتی (End Milling): فرآیند تولیدی است که در آن شکل سطح با دستگاههای چرخشی مخصوصی به نام فرزهای محوری به دست میآید یا تراشیده میشود، که در آن شیار بریده میشود. این روش، از مته فرز انگشتی استفاده میکند که برای تراش حفرهها و شیارها با حرکت یک ابزار تراش ایجاد میشوند. با استفاده از فلوت ها (پرها) و لبههای برش ابزار میتوان شکل های مستقیم یا پیچیده ایجاد کرد - میتوان مواد را حذف کرد. این رویکرد عموماً گسترده است، جایی که میتوان شیارها و پروفیلهای طرحها را روی مواد مختلف ایجاد کرد.
- فرزکاری کناری و کف تراشی (Side and Face Milling): در این روش فرزکاری، از یک مته فرز انگشتی با دندانههایی روی هر دو سطح محیطی و انتهایی استفاده میشود. بنابراین، عمل برتراش را میتوان روی هر دو گونه افقی و عمودی شیار انجام داد. این روش برای شیارهای فرعی عمیق و نازک و کانالهای بسیار دقیق، حتی با یک سطح پرداخت خوب، عالی است.
- فرزکاری فرمی (Form Milling): این تکنیک از ابزار های تراش با شکل خاص برای ایجاد شیارهای مربوطه، مانند شیارهای T یا شیارهای دم چلچلهای، استفاده میکند. این روش، امکان شکلدهی سریع اشکال پیچیده را فراهم میکند و ثبات بالایی را در فرمهای تولید شده ایجاد میکند.
انتخاب یک روش فرزکاری فرمی خاص با توجه به جنس قطعه کار، عمق و عرض شیار، دقت مورد نیاز و سطح نهایی به ترتیب اهمیت یا برعکس، قابل تعیین است. علاوه بر این، هر نوع فرز فرم، از نظر استحکام منحصر به فرد است، بنابراین برای تضمین فرزکاری سریعتر و دقیقتر، نیاز به تغییر وجود دارد.
انتخاب فرز شیارزن مناسب برای نیازهای شما
هنگام شروع یک پروژه شیارزنی، در نظر گرفتن فرز شیارزن مناسب برای اطمینان از بهترین نتیجه ممکن، بسیار مهم است. موارد اصلی شامل جنس مورد نظر، اندازه شیار مورد برش و سطح دقت و عملیات سطحی مورد نیاز است.
- سازگاری با مواد: هر نوع ماده، استفاده از یک فرز خاص را ایجاب میکند. موادی مانند آلومینیوم که نسبتاً نرم هستند، از فرزهای HSS با لبههای تیز استفاده میکنند. هنگام کار با مواد سختتر مانند فولاد ضد زنگ، به ویژه تیتانیوم، استفاده از فرزهای کاربایدی ترجیح داده میشود.
- ابعاد شیار مورد نظر: عرض و ضخامت شیار، نوع فرز را تعیین میکند. یک شیار باریک و بلند را میتوان با یک فرز کناری و سطحی ساخت تا به فرز، دسترسی و دقت بیشتری بدهد. فرزهای بدنه، که عموماً به عنوان مته های فرز انگشتی شناخته میشوند، دارای چندین دندانه برش هستند و میتوانند مواد را از شیارهای پهن بدون برجای گذاشتن دندانههای سوخته بیش از حد، خارج کنند.
- دقت و پرداخت سطح: عواملی مانند دقت و کیفیت پرداخت سطح نیز نوع فرز مورد استفاده را تعیین میکنند. در مواردی که دقت در اولویت قرار دارد و شکل نهایی محصول بسیار مهم است، میتوان از تراشکاری با استفاده از یک فرز فرم با هندسه ای همانند شیار مورد نظر، استفاده کرد. علاوه بر این، استفاده از پوششهای ویژه مانند TiN و TiAlN مقاومت در برابر سایش و اصطکاک کمتر تیغههای مورد استفاده را افزایش میدهد.
با ارزیابی این عناصر، میتوانید تیغه شیارزن مناسب برای هدف خاص خود را انتخاب کنید و فرزکاری صحیح و دقیق را تضمین کنید.
مقایسه فرزهای شیارزن T و فرزهای شیارزن
قبل از سنجش مزایای فرزهای شیارزن T و متههای شیارزن، بهتر است کاربردها و ویژگیهای آنها را در فرزکاری شیارزنی بررسی کنیم تا تصمیمات بهتری بگیریم.
فرزهای شیارزن T
فرز شیارزن T مورد استفاده برای تراش شیارهای T در یک مسیر، ساخته شده است. همچنین دارای دندانههای تراش جانبی و انتهایی است تا هر دو قسمت شیار T را به سرعت به شکل T برش دهد. شکل فرز، آن را برای کارهایی مانند قرار دادن قطعات کار روی میز دستگاه فرز مؤثر میکند. یک شیار T شکل به طور ایدهآل در حاشیه داخلی مناسب است و سایر ابزارهای مورد استفاده برای نگه داشتن قطعات کار یا فیکسچرها را روی میزهای دستگاه محکم میکند.
متههای شیارزن
همچنین، متههای شیارزن، شیارهای فرزکاری نازک اما محکمی هستند که شیارهای باریک را می توانند در قطعه کار ایجاد کنند. فرزهای شیارT (T-Slot Cutters)، دریچهها و پرهها را برش میدهند، در حالی که پیچندههای مته شیارزن
(Slot Drill Winders) فقط پرهها را برش میدهند، اگرچه چنین متههایی گاهی اوقات میتوانند هنگام فرزکاری شیاری مفید باشند. آنها برای برش عمیق و شیارهای کلیدزنی و پروفیلهای مستقیم مشابه مناسب هستند. متههای شیارزن در درجه اول از نوع دو شیاره و چهار شیاره با نرخ بالای حذف مواد و پرداخت سطح قابل دستیابی روی فلزات و پلاستیکها هستند.
مقایسه
- طراحی و هندسه: تفاوت قابل توجهی بین طراحی یک برشدهنده شیار T و یک مته شیارزن وجود دارد. اولی دارای یک پروفیل T شکل برای برش شیارهای T در یک عملیات است، در حالی که دومی دارای یک مقطع دایرهای ساده است که به عنوان مته شیار مستقیم نیز شناخته میشود.
- کاربردها: بعضی از برش دهنده های شیار T، به صورت منحصر به فرد برای ایجاد شیارهای T مانند گیره یا فیکسچر، مهندسی و طراحی شده اند. مته های شیارزن میتوانند در کارهای عمومی شیارزنی، کارهای ساختمانی وسیعتری نسبت به فرزهای شیارزن T استفاده شوند.
- کارایی: فرزهای شیارزن T به دلیل عدم نیاز به چندین پاس، کارایی را در حین انجام وظایف تخصصی افزایش میدهند، در حالی که فرزهای شیارزن کارایی و دقت را در انجام عملیات منیفولد (Manifold Operations) افزایش میدهند.
در نتیجه، انتخاب بین فرز شیارزن T شکل و فرز شیارزن، عمدتاً توسط پارامترهای عملیات فرزکاری تعیین میشود، چه شامل برش شیار باشد و چه شامل برش شیار. برای سیستمهای گیرهبندی و فیکسچرهایی که از شیارهای T شکل استفاده میکنند، فرزهای شیارزن T شکل ضروری هستند. از سوی دیگر، برای فرزهای شیارزن، مهمترین عامل، دقت هنگام ماشینکاری شیارهای مستقیم و باریک است که در بسیاری از فعالیتهای ماشینکاری عمومی بسیار رایج هستند.
تکنیکهای بهینه فرزکاری شیارزنی: بهترین روشها
تکنیکهای مسیر ابزار (Toolpath) در فرزکاری شیاری
اثربخشی فرزکاری شیاری به شدت به رویکرد مسیر ابزار مورد استفاده بستگی دارد. مسیرهای ابزار مستقیم، زیگزاگ و دایرهای، همگی مزایای خاص خود را در رابطه با جنس و نتیجه مورد انتظار دارند.
مسیر ابزار مستقیم:
این تکنیک ساده شامل حرکت ابزار برش در یک حرکت خطی در طول شیار است. این روش برای شیارهای کوتاه و موادی که به راحتی ماشینکاری میشوند، مناسب است. این تکنیک یک پرداخت تکراری ایجاد میکند و عملیات را ساده میکند.
مسیر ابزار زیگزاگ:
مسیر ابزار زیگزاگ (که به عنوان فرزکاری مارپیچ نیز شناخته میشود) شامل حرکت ابزار در هر دو جهت در سراسر شیار به طور متناوب است. این تکنیک کارایی فرآیند حذف مواد را افزایش داده و بار روی ابزار را کاهش میدهد. بنابراین، برای شیارهای طولانی با مواد سفت موثر است. با این وجود، ممکن است برای دستیابی به زبری سطح مورد نیاز، بیش از یک مسیر پرداخت مورد نیاز باشد.
مسیر ابزار دایرهای:
این روش فقط برای ماشینکاری شیارهای گرد یا بیضوی قابل استفاده است. ابزار میتواند حرکت مارپیچی یا چرخشی را اتخاذ کند که به کاهش نرخ سایش ابزارها و در عین حال بهبود پرداخت سطح کمک میکند. مسیرهای ابزار دایرهای به ویژه برای اشکال و شیارهایی که به اشکال هندسی پیچیده نیاز دارند مفید هستند.
انتخاب مسیر ابزار مناسب میتوانند فرآیند فرزکاری بهینه کند، سطح قطعه ماشینکاری شده را بهبود بخشند و دوام ابزارهای تراش را افزایش دهند. تکنیکهای مناسب به کارایی عملیاتی در داخل فرآیندهای فرزکاری شیاری بدون به خطر انداختن دقت و کیفیت قطعات کار مربوط میشوند.
چگونه به فرزکاری شیاری بهینه دست یابیم
در نظر گرفتن نکات مختلف لازم برای فرزکاری شیاری بهینه قطعات کار، یک امر حساس و حیاتی در ابتدای هر پروژه تراشکاری می باشد که مسائلی مانند جنس، ابزار و نحوهی کار را در بر میگیرد. مراحل زیر خلاصهای از روشهای ساده را ارائه میدهند:
- آنالیز مواد: برای آنالیز سختی مواد، خواص کششی و همچنین قابلیت ماشینکاری مواد، پارامترهای عملیاتی و ابزارهای برش مناسب را تعیین کنید.
- انتخاب ابزار: استفاده از ابزارهای تراشکاری با کیفیت بالا از جنس کارباید یا فولاد تندبر و پوششهای مناسب برای به حداقل رساندن سایش بسیار مهم است.
- پارامترهای ماشینکاری: سرعت برش، پیشروی و عمق برش را بسته به پارامترهای مواد و ویژگیهای ابزار تعریف کنید. این پارامترها را کنترل کنید تا ضمن بهینهسازی نرخ برادهبرداری مواد، به سطح صاف خوبی دست یابید.
- استراتژی مسیر ابزار: بسته به هندسه شیار و نوع مادهای که ماشینکاری میشود، تکنیک مسیر ابزار میتواند با استفاده از روشهای خط مستقیم یا زیگزاگ یا دایرهای مؤثر باشد تا اتلاف ابزارها به دلیل سایش و پارگی محدود شود. خنککننده و روانکننده: گرمای تولید شده توسط این فرآیندها با استفاده از خنککنندهها و روانکنندههای مناسب کنترل میشود و عمر مفید ابزارها و سطوح پرداختکاری شده تضمین میگردد.
با ارزیابی این عوامل و اتخاذ استراتژیهایی که با جزئیات خاصی مانند نوع فرزکاری شیار و ابزارهایی که پروسه را کارآمد میکنند سازگار باشد، ماشینکاران میتوانند نتایج خوبی بهدست آورند.
افزایش طول عمر و عملکرد ابزار
ترکیبی از رویکردهای تاکتیکی و فناوری پیشرفته میتواند به افزایش عمر و کارایی ابزار در عملیات فرزکاری شیار کمک کند.
جنس و پوشش ابزار: هنگام ساخت ابزارهای برشی، توصیه میشود از مواد مرکب مانند کارباید (Carbide) یا فولاد تندبر (HSS) استفاده شده و آن را با پوششهایی مانند AlTiN یا TiAlN بهبود دهید تا اصطکاک کاهش یافته و عمر ابزار افزایش یابد.
نگهداری صحیح ابزار: بازرسی دورهای و مراقبت مناسب از ابزار میتواند به شناسایی زودهنگام سایش و آسیب کمک کند و از خرابی ناگهانی ابزار جلوگیری نماید.
شرایط بهینه برش: سرعت برش یا نرخ پیشروی – یا ترکیب هر دو – باید برای هر ماده بهینه شود تا بیشترین برداشت براده را با کمترین سایش ابزار انجام دهد.
کاربرد مؤثر مایع روان کننده (Coolant): انتخاب نوع مناسب روان کننده و اطمینان از رساندن به موقع آن به ناحیه برش، گرما و پیچش (افزایش سریع حرارت) را کنترل کرده و عمر ابزار را بهبود میبخشد.
کنترل ارتعاش: پایداری ماشین، صلبیت هولدر ابزار و بالانس نیروهای برش، نقش مهمی در کاهش ارتعاش دارند. این عوامل به نگهداری ابزار و بهبود عملکرد کمک میکنند.
با بهکارگیری این تکنیکها، ماشینکاران میتوانند عمر ابزار را افزایش داده و عملکرد کلی در فرزکاری شیار را بهبود دهند.
مشکلات رایج در فرزکاری شیاِری و روشهای حل آن
کنترل نیروهای تراشکاری
نیروهایی که در حین فرزکاری شیار به ابزار وارد میشوند، ممکن است باعث نتایج نامطلوبی مانند انحراف ابزار، کیفیت سطح ضعیف و سایش شوند. برای کنترل این نیروها:
هندسه بهینه ابزار: استفاده از ابزارهایی با زاویه مارپیچ متغیر و زاویه براده مثبت که به خروج بهتر براده و کاهش نیروهای برش کمک میکند.
کاهش عمق محوری برش: کاهش عمق برش محوری میتواند نیروهای شعاعی را کم کرده و دقت ماشینکاری را بهبود دهد.
تنظیم نرخ پیشروی: پیشروی نباید خیلی کم باشد، چون باعث سایش بیش از حد و افزایش حرارت در ابزار میشود.
ثبات گیرهکاری: قطعهکار، باید محکم بسته شود تا حین عملیات حرکت یا لرزش نداشته باشد.
استراتژی مسیر ابزار: انتخاب جهتهای برش مناسب و روشهایی مانند فرزکاری صعودی (Climb Milling) میتواند برش پایدارتر و بهتر ایجاد کند.
مشکلات شیار بسته و شیار باز
شیار بسته: به دلیل مشکل خروج براده و ایجاد حرارت بالا، این نوع عملیات سختتر است. راهکارها:
استفاده از فشار بالای مایع خنککار برای خروج براده و کنترل دما.
انتخاب ابزار با هندسه شیار بهتر و پوشش مناسب برای دفع حرارت و تخلیه بهتر براده.
شیار باز: هرچند محدودیت کمتری نسبت به شیار بسته دارد، ولی همچنان ممکن است با شکست ابزار یا کیفیت سطح نامطلوب روبهرو شود. راهکارها:
استفاده از ابزارهای پایدار با هسته قوی و زاویه مارپیچ نامتقارن.
کاهش ارتفاع یا عمق برش بهصورت مرحلهای برای جلوگیری از برداشت بیش از حد.
جلوگیری از سایش و آسیب ابزار
برای حداکثر کارایی عملیات و کیفیت محصول، باید از آسیب یا سایش بیشازحد ابزار جلوگیری کرد:
انتخاب صحیح ابزار: استفاده از ابزارهای ضدسایش با پوشش مناسب برای جنس ماده مورد ماشینکاری (مثلاً پوشش TiAlN یا الماس برای مواد ساینده).
شرایط برش مناسب: کنترل سرعت، پیشروی و عمق برش برای جلوگیری از حرارت و سایش غیرضروری.
برنامهریزی تعمیر و نگهداری: تعیین برنامه منظم سرویس و تعمیر ابزارها برای جلوگیری از خرابی ناگهانی.
استفاده از روغن معدنی (Mineral Oil) و کولانت مناسب: برای جلوگیری از اضافهبار و سایش زودرس ابزار.
بهکارگیری سیستمهای مانیتورینگ: استفاده از سیستمهای نظارت لحظهای بر وضعیت ابزار برای جلوگیری از شکست یا توقف ناگهانی.
روشهای پیشرفته فرزکاری شیار در ماشینهای CNC
استفاده از فرزکاری تروکوئیدی (Trochoidal Milling)
روشی مدرن که با مسیر برش غیرشعاعی، بهرهوری و عمر ابزار را افزایش میدهد. مزایا:
- کاهش تجمع حرارت به دلیل درگیر بودن مقطعی ابزار با قطعه.
- افزایش عمر ابزار به دلیل نیروهای برش کمتر و تخلیه بهتر براده.
- برداشت سریعتر ماده به دلیل امکان پیشروی و سرعت بیشتر.
- بهبود کیفیت سطح به دلیل استفاده یکنواخت از ابزار و کاهش انحراف.
مزایای استفاده از فرز کاری گروهی(Gang Milling) در عملیات شیارزنی
وقتی چند ابزار برش روی یک سه نظام (Arbor) بسته میشوند تا همزمان چند سطح را ماشینکاری کنند:
- افزایش سرعت تولید به دلیل انجام چند عملیات همزمان.
- دقت بالاتر در ابعاد سطوح حساس.
- کاهش هزینه تولید به دلیل حذف زمان تعویض ابزار و کاهش توقف دستگاه.
- انعطافپذیری بیشتر برای انجام چند عملیات در یک ستاپ.
بهینهسازی ماشین CNC برای فرزکاری شیارزنی
- انتخاب ابزار مناسب: استفاده از ابزارهایی که مخصوص این نوع عملیات طراحی شدهاند.
- کالیبراسیون دقیق: اطمینان از کالیبره بودن دستگاه بهصورت دورهای.
- تنظیم سرعت و پیشروی بهینه: بر اساس جنس ماده و نوع ابزار.
- استفاده صحیح از مایع خنککار: برای کاهش دما، افزایش عمر ابزار و بهبود کیفیت سطح.
- گیرهکاری محکم و پایدار: برای کاهش لرزش و انحراف ابزار.










