هندسه ابزار تراشکاری | بررسی زوایای ابزار تراشکاری
تراشکاری یکی از روشهای اصلی شکلدهی فلزات است که در آن با استفاده از ابزار برنده، لایهای از سطح قطعه جدا میشود تا به شکل و اندازه موردنظر برسد. ابزار تراشکاری معمولا از فولاد پرسرعت (HSS)، کارباید تنگستن یا سرامیک ساخته میشود تا در برابر سایش، حرارت و فشار مقاوم باشد.
با این حال، تنها جنس ابزار نیست که عملکرد آن را تعیین میکند؛ بلکه هندسه و زوایای ابزار تراشکاری نیز نقش بسیار مهمی در کیفیت سطح قطعه کار، دقت ابعادی و طول عمر ابزار دارند. زاویههایی مانند زاویه براده، زاویه آزاد، زاویه گوه و زاویه تمایل بر نحوه تشکیل براده، نیروهای برش، دما و سایش ابزار تأثیر مستقیم میگذارند. تنظیم نادرست این زوایا موجب افت کیفیت و کاهش عمر ابزار میشود، در حالی که انتخاب صحیح آنها باعث بهبود عملکرد و راندمان تراشکاری خواهد شد. این موضوع بهویژه در تراش قطعات صنعتی دقیق مانند چرخدندهها از آلیاژهایی نظیر چدن نشکن اهمیت زیادی دارد.
در این مقاله، اجزا و زوایای ابزار تراشکاری و تأثیر آنها بر عملکرد ابزار را بررسی میکنیم. همچنین نکات کاربردی برای انتخاب و تنظیم زاویهها در کارهای صنعتی ارائه میدهیم.
اجزای اصلی ابزار تراشکاری
هر ابزار تراشکاری از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش ویژهای در فرآیند برادهبرداری و کیفیت نهایی سطح قطعه کار دارند. شکل، زاویه و جنس هر بخش از ابزار تأثیر مستقیمی بر کارایی، طول عمر و دقت عملیات تراش دارد.
اصلیترین قسمت هر ابزار تراش، بخش برنده آن است که وظیفه جدا کردن براده از سطح قطعهکار را بر عهده دارد. این بخش معمولا شامل دو لبه اصلی و فرعی است که هرکدام عملکرد خاصی دارند.
لبه برنده اصلی
لبهی برندهی اصلی، مهمترین بخش ابزار تراشکاری است که عمل اصلی برادهبرداری را انجام میدهد. این لبه در محل برخورد سطح براده و سطح آزاد اصلی تشکیل میشود و مستقیما با قطعهکار تماس دارد. زاویه و شکل لبهی برندهی اصلی تعیینکنندهی جهت حرکت براده، میزان نیروهای برش و کیفیت سطح نهایی قطعه است.
لبه برنده فرعی
لبهی برندهی فرعی در ابزار تراشکاری، لبهای است که بین سطح آزاد فرعی و سطح براده قرار دارد و در امتداد لبهی برندهی اصلی، اما با زاویهای متفاوت نسبت به قطعهکار عمل میکند. وظیفهی اصلی این لبه، تکمیل برادهبرداری در ناحیهی انتهایی مسیر ابزار و ایجاد سطح جانبی یا کناری قطعهکار است.
بهجز لبههای برنده، سایر بخشهای ابزار نیز در عملکرد کلی و دوام آن نقش بسیار مهمی دارند. این اجزا شامل سطح براده، سطح آزاد و نوک ابزار هستند که در ادامه بیشتر در مورد آنها توضیح میدهیم.
سطح براده
سطح براده در ابزار تراشکاری، همان سطحی است که براده یا تراشه پس از جدا شدن از قطعهکار روی آن حرکت میکند و از ناحیهی برش خارج میشود. این سطح بین لبهی برنده و بدنهی ابزار قرار دارد و زاویهی آن نسبت به قطعهکار، موسوم به زاویهی براده (rake angle)، نقش بسیار مهمی در نحوهی تشکیل براده، نیروی برش و دمای ناحیهی تماس دارد.
سطح آزاد
سطح آزاد در ابزار تراشکاری، سطحی است که در حین برش روبهروی سطح تازهتراشیدهشدهی قطعهکار قرار دارد اما با آن تماس ندارد. این سطح با زاویهای به نام زاویه آزاد (Clearance Angle) از قطعه فاصله گرفته تا از سایش و اصطکاک بین ابزار و قطعه جلوگیری شود.
نوک ابزار
نوک ابزار همان ناحیهای است که لبههای برندهی اصلی و فرعی به هم میرسند و مستقیما با قطعهکار تماس دارد؛ در واقع نقطهی آغاز برش و شکلدهی سطح محسوب میشود. این بخش میتواند گرد (دارای شعاع) یا تیز (زاویهدار) طراحی شود که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. بنابراین انتخاب بین نوک گرد و تیز باید بر اساس نوع کار، نوع عملیات تراش و جنس قطعه انجام گیرد.
پارامترها و زوایای ابزار تراشکاری
ابزار تراش بسته به موقعیت بخشهای مختلفش نسبت به خط افق و خط قائم، دارای زوایای متفاوتی است که هر کدام نقش مشخصی در عملکرد ابزار و کیفیت تراشکای دارند. به طور کلی، این زوایا را میتوان به هشت بخش اصلی تقسیم کرد:
- زاویه تنظیم اصلی
- زاویه تنظیم فرعی
- زاویه آزاد اصلی
- زاویه آزاد فرعی
- زاویه تمایل یا شیب
- زاویه براده
- زاویه گوه
- زاویه نوک ابزار
برای تشخیص هر زاویه، باید زاویه دید مناسب را در نظر گرفت؛ یعنی بدانیم از چه جهتی به ابزار نگاه میکنیم (از بالا، روبهرو یا کنار). با ترسیم خطوط افقی و عمودی و بررسی زاویهای که لبههای ابزار با این خطوط میسازند، میتوان نوع و مقدار هر زاویه را مشخص کرد. این زوایا نقش بسیار مهمی در کیفیت سطح قطعه، میزان برادهبرداری و عمر ابزار دارند.
زاویههای تنظیم اصلی و فرعی
زاویه دید: از بالا
برای درک بهتر زاویههای تنظیم، ابزار تراش را از بالا نگاه کنید. یک خط افقی فرضی از نوک ابزار به طرفین رسم کنید؛ این خط به عنوان محور قطعه کار یا خط افق در نظر گرفته میشود.
- زاویه تنظیم اصلی: زاویه بین لبه برنده اصلی و خط افق است و بر جهت حرکت براده، توزیع نیروهای برش و کیفیت سطح تراشیدهشده تأثیر مستقیم دارد.
- زاویه تنظیم فرعی: زاویه بین لبه فرعی و خط افق است و بر دقت گوشهها، کیفیت سطح جانبی و جلوگیری از لبپر شدن ابزار اثر میگذارد.
اندازه این زاویهها تأثیر مستقیم روی تراشکاری و عملکرد ابزار دارد. اگر زاویه خیلی بزرگ باشد، پهنای براده کاهش پیدا میکند و فشار بیشتری به لبه برنده وارد میشود که باعث کاهش طول عمر ابزار میشود. برعکس، اگر زاویه خیلی کوچک باشد، برادهها پهنتر میشوند و ممکن است کیفیت سطح کاهش یابد.
به همین دلیل وجود یک مقدار استاندارد برای افزایش راندمان تراشکاری و طول عمر ابزار ضروری است؛ به طور معمول این مقدار حدود ۴۵ درجه در نظر گرفته میشود.
نکته: در حین تراشکاری، حرارت زیادی تولید میشود؛ برای خنک کردن ابزار و قطعهکار، استفاده از پمپ آب صابون یا سیستم خنککننده مناسب توصیه میشود.
زاویه آزاد اصلی و فرعی
زاویه دید: از روبرو
برای تشخیص زاویه آزاد، ابزار را از روبرو نگاه کنید و یک خط قائم فرضی از نوک ابزار به طرفین رسم کنید.
- زاویه آزاد اصلی: زاویهای که لبه برنده اصلی با خط قائم میسازد و مستقیما با سطح قطعه در تماس است.
- زاویه آزاد فرعی: زاویهای که لبه فرعی با خط قائم میسازد. این لبه مستقیما با قطعه تماس ندارد و به همین دلیل فرعی نامیده میشود.
زاویه آزاد مناسب باعث کاهش اصطکاک و فرسایش ابزار میشود و طول عمر آن را افزایش میدهد. اگر زاویه آزاد خیلی بزرگ باشد، لبه برنده ضعیف شده و احتمال شکستن آن بیشتر میشود. اگر زاویه آزاد خیلی کوچک یا نزدیک صفر باشد، سطح آزاد بین ابزار و قطعه کم شده و فرسایش شدید ایجاد میشود.
معمولا برای تراش با ابزارهای تند (HSS)، زاویه آزاد بین ۵ تا ۸ درجه و برای تراش با ابزارهای الماس، زاویه آزاد کمتر، حدود ۳ تا ۵ درجه در نظر گرفته میشود. رعایت این زاویهها باعث میشود سطح تراشیده شده صافتر باشد و ابزار دیرتر فرسوده شود.
زاویه تمایل یا شیب
زاویه دید: از کنار
زاویه تمایل یا شیب، زاویهای است که لبه ابزار نسبت به خط افق میسازد و با علامت λ (لاندا) نشان داده میشود. برای درک بهتر این زاویه، اگر از کنار به ابزار نگاه کنید و خطی فرضی از نوک ابزار به موازات خط افق رسم کنید، زاویه بین این خط و لبه ابزار همان زاویه تمایل است.
این زاویه تعیینکنندهی جهت حرکت براده و نحوهی خروج آن از ناحیه برش است. در صورتی که زاویه تمایل بهدرستی انتخاب شود، براده بهصورت روان از سطح کار جدا شده، دمای تماس کاهش مییابد و سطح نهایی قطعه صافتر خواهد بود. زاویه تمایل در عملیات تراش زاویهدار یا هنگام استفاده از ابزارهای خاص اهمیت بیشتری دارد، زیرا نقش کلیدی در کنترل مسیر براده و کاهش تمرکز حرارت در ناحیه برش دارد.
جدول زیر مقادیر مختلف زوایا را در متریالهای مختلف از فلزات بررسی میکند.
زاویه براده
زاویه دید: از روبرو
زاویه براده، زاویهای است که بین سطحی که براده روی آن حرکت میکند و یک خط افقی فرضی از نوک ابزار تشکیل میشود. این زاویه نقش مهمی در جهت و شکل براده، نیروهای برش و دمای ناحیه تراش دارد.
اگر سطح براده با زاویه مناسب طراحی و پرداخت شود، اصطکاک بین براده و ابزار کاهش یافته، جریان براده روانتر شده و سایش یا لبپریدگی ابزار کمتر رخ میدهد. در مقابل، سطح براده با پرداخت نامناسب یا زاویه غیراستاندارد میتواند موجب افزایش حرارت، چسبندگی تراشه و کاهش عمر ابزار شود.
به طور کلی، زاویه براده میتواند مثبت، منفی یا صفر باشد که هرکدام بسته به نوع ماده و شرایط برش، عملکرد متفاوتی دارند:
- زاویه براده مثبت: سطح بالایی ابزار رو به پایین شیب دارد، براده آسانتر جدا میشود، نیروی برش کاهش مییابد و سطح قطعه صافتر و براقتر میشود؛ این نوع زاویه برای مواد نرم مثل آلومینیوم، مس و برنج مناسب است.
- زاویه براده منفی: سطح بالایی ابزار به سمت بالا متمایل است، براده سختتر جدا میشود اما لبهی ابزار مقاومتر بوده و در برابر ضربه و لبپر شدن دوام بیشتری دارد؛ برای مواد سخت و شکننده مانند فولاد سخت و چدن به کار میرود.
- زاویه براده صفر: سطح بالایی ابزار تقریبا افقی است و بین سهولت برادهبرداری و مقاومت نوک ابزار تعادل برقرار میکند؛ معمولا برای کارهای عمومی و مواد با سختی متوسط استفاده میشود.
زاویه گوه
زاویه گوه یکی از زوایای مهم در هندسه ابزار تراشکاری است. این زاویه بین زاویه براده و زاویه آزاد اصلی قرار دارد و نقش مهمی در مقاومت لبه برنده دارد.
هرچه زاویه گوه بزرگتر باشد، نوک ابزار مقاومتر میشود، اما در عوض نفوذ ابزار در قطعه کار سختتر خواهد بود. اگر این زاویه خیلی کوچک باشد، برش راحتتر انجام میشود ولی نوک ابزار زودتر ساییده یا شکسته میشود. بنابراین، زاویه گوه باید طوری تنظیم شود که بین مقاومت ابزار و کیفیت برادهبرداری تعادل ایجاد کند.
زاویه نوک ابزار
زاویه نوک ابزار یا زاویه رأس، زاویهای است که بین لبه برنده اصلی و فرعی در نوک ابزار تشکیل میشود و نقش مهمی در استحکام، دقت و کیفیت سطح تراش دارد.
هرچه این زاویه بزرگتر باشد، نوک ابزار گردتر و مقاومتر شده و سطح قطعه صافتر میشود، اما نیروی برش افزایش مییابد. در مقابل، زاویه کوچکتر باعث تیزتر شدن لبه و دقت بالاتر میشود ولی احتمال لبپر شدن و سایش ابزار بیشتر است. بنابراین، زاویه نوک ابزار باید متناسب با نوع کار و جنس قطعه انتخاب شود تا بهترین تعادل بین دوام ابزار و کیفیت سطح ایجاد گردد.
در ادامه به بررسی شعاع قلم و ناهمواریهای سطوح ماشینکاری شده میپردازیم.
رابطه شعاع نوک قلم و ناهمواری سطح
شعاع نوک قلم (r) یکی از عوامل مهم در کیفیت سطح، دوام ابزار و دقت ماشینکاری است. هرچه نوک ابزار گردتر باشد و شعاع آن افزایش یابد، نیروهای برش یکنواختتر توزیع میشوند و تمرکز تنش در نوک کاهش پیدا میکند. در نتیجه، سطح قطعهکار صافتر و صیقلیتر میشود و ابزار نیز در برابر لبپر شدن یا شکستگی مقاومت بیشتری پیدا میکند. به همین دلیل از نوک گرد معمولا در عملیات پرداختکاری و سطوحی که نیاز به صافی بالا دارند استفاده میشود.
در مقابل، نوک تیز و زاویهدار برای تراش خشنکاری یا ماشینکاری نواحی باریک و گوشهدار مناسبتر است، زیرا دقت ابعادی بالاتری دارد و امکان دسترسی به نقاط ظریفتر را فراهم میکند. البته باید توجه داشت که نوک تیز در برابر حرارت و ضربه حساستر است و سریعتر ساییده یا لبپر میشود.
افزایش شعاع نوک هرچند باعث بهبود کیفیت سطح میشود، اما نیروهای برشی و احتمال بروز ارتعاش (لرزش) در حین تراش را نیز افزایش میدهد. بنابراین باید بین صافی سطح و پایداری ابزار تعادل مناسبی برقرار کرد.
بهطور کلی، ناهمواری سطح ماشینکاریشده که با حرف H نمایش داده میشود، به شکل نوک قلم و سرعت پیشروی (S) بستگی دارد. انتخاب درست شعاع نوک و مقدار پیشروی، میتواند منجر به سطحی صافتر، دقیقتر و ابزار با عمر طولانیتر شود.
روشهای اندازهگیری و تنظیم زوایای ابزار تراشکاری
در عملیات تراشکاری، اندازهگیری و تنظیم درست زوایای ابزار اهمیت زیادی دارد، زیرا حتی تغییرات جزئی در زاویهها میتواند بر کیفیت سطح قطعه و دوام ابزار تأثیر مستقیم بگذارد. در ادامه روشهای رایج برای اندازهگیری و تنظیم زوایای ابزار تراشکاری را بررسی میکنیم.
اندازهگیری با پروژکتور پروفیل
یکی از دقیقترین ابزارها برای بررسی زوایای هندسی ابزار تراش، پروژکتور پروفیل است. این دستگاه تصویر بزرگشدهای از ابزار را روی صفحه نمایش میدهد تا شکل لبهها و زوایای مختلف ابزار با دقت بالا دیده و اندازهگیری شوند. با استفاده از پروژکتور پروفیل، میتوان زاویه براده و زاویه آزاد را بهصورت دقیق بررسی کرد و از درستی شکل هندسی ابزار قبل از استفاده اطمینان یافت.
استفاده از گونیومترها و زاویهسنجها
در کارگاههای تراشکاری عمومی، برای اندازهگیری سریع زوایا معمولا از گونیومتر یا زاویهسنجهای مکانیکی و دیجیتال استفاده میشود. این ابزارها با دقت کمتر از پروژکتور پروفیل، اما با سرعت بیشتر عمل میکنند و برای تنظیم دستی زوایای اصلی و فرعی ابزار کاربرد دارند. در مواقعی که دقت میکرونی نیاز نباشد، زاویهسنج بهترین انتخاب است و به اپراتور اجازه میدهد زاویه ابزار را در محل کار بهراحتی تنظیم کند.
تنظیم زوایا در ماشینهای CNC و نرمافزارهای طراحی
در صنایع پیشرفته، تنظیم زوایای ابزار تراش بیشتر بهصورت خودکار انجام میشود. در ماشینهای CNC، زاویههای ابزار در برنامه طراحی ابزار یا نرمافزارهای CAD/CAM تعریف میشوند و دستگاه با دقت میکرونی آنها را اجرا میکند. در این روش، زاویههای براده و آزاد بهصورت دقیق و تکرارپذیر در فرآیند تولید انبوه تنظیم میشوند. این فناوری امکان کنترل کامل روی هندسه ابزار و کاهش خطای انسانی را فراهم میسازد.
در نهایت، انتخاب روش مناسب برای اندازهگیری و تنظیم زوایای ابزار، به نوع ابزار، سطح دقت مورد نیاز و نوع عملیات تراشکاری بستگی دارد.
در کارهای معمولی و اصلاح سریع، استفاده از گونیومتر یا زاویهسنج کافی است. اما در تراشکاری دقیق، قالبسازی یا تولید انبوه، روشهای دقیقتری مانند پروژکتور پروفیل یا تنظیم خودکار در ماشینهای CNC توصیه میشود.
جمعبندی
هندسه و زوایای ابزار تراشکاری تأثیر مستقیم بر کیفیت سطح قطعه، دقت نهایی و عمر ابزار دارند. زاویههایی مانند براده، آزاد، گوه و تمایل تعیین میکنند که براده چگونه جدا شود، چه مقدار نیرو و حرارت به ابزار وارد گردد و سطح قطعه تا چه اندازه صاف و دقیق باشد.
اگر این زوایا درست و متناسب با جنس قطعه و نوع ابزار انتخاب شوند، عملیات تراش روانتر انجام میشود، ابزار دیرتر ساییده میشود و کیفیت نهایی کار افزایش مییابد. اما در صورت تنظیم نادرست یا اندازهگیری اشتباه زوایا، نتیجه برعکس خواهد بود.
برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره رایگان در زمینه انتخاب یا تنظیم زوایای ابزار تراشکاری میتوانید با کارشناسان فنی شهباز موتور تماس بگیرید.
سوالات متداول
هندسه ابزار تراشکاری به چه معناست؟
هندسه ابزار تراشکاری به شکل، ابعاد و زوایای بخش برندهی ابزار گفته میشود که مستقیما بر نحوه برادهبرداری، کیفیت سطح قطعه و عمر ابزار تأثیر دارد. این هندسه شامل زوایای آزاد، براده، گوه و زاویه لبه برنده است.
چرا زوایای ابزار تراشکاری اهمیت دارند؟
زاویههای ابزار نقش تعیینکنندهای در کنترل نیروهای برش، کاهش حرارت، جلوگیری از لبپریدگی و بهبود صافی سطح دارند. اگر زوایا درست انتخاب نشوند، ابزار سریعتر فرسوده میشود و کیفیت سطح کار کاهش مییابد.
زاویه براده چیست و چه اثری دارد؟
زاویه براده زاویهای است بین سطح براده و خط عمود بر سطح کار.
- اگر مثبت باشد، نیروی برش کاهش یافته و براده راحتتر خارج میشود.
- اگر منفی باشد، ابزار مقاومتر ولی نیروهای برشی بیشتر میشوند.
انتخاب زاویه براده به جنس قطعهکار و نوع عملیات بستگی دارد؛ برای مثال در فلزات نرم، زاویه مثبت توصیه میشود.
زاویه آزاد چه نقشی در ابزار تراشکاری دارد؟
زاویه آزاد از تماس غیرضروری سطح جانبی ابزار با قطعهکار جلوگیری میکند. نبود زاویه آزاد باعث اصطکاک زیاد، افزایش حرارت و در نهایت لبپریدگی ابزار میشود.
زاویه گوه چیست؟
زاویه گوه در واقع مکمل دو زاویه براده و آزاد است و استحکام لبه برنده را تعیین میکند. هرچه این زاویه بیشتر باشد، ابزار مقاومتر اما برادهبرداری سختتر خواهد بود.
زوایای بهینه برای ابزار تراشکاری چگونه تعیین میشوند؟
این زوایا با توجه به جنس قطعه (فولاد، چدن، آلومینیوم و...)، جنس ابزار (HSS، کارباید و...) ، نوع عملیات (تراش زبر یا پرداختی) و شرایط ماشینکاری (سرعت و عمق برش) تعیین میشوند.
آیا زاویهها در ابزارهای تراش با CNC با ابزارهای دستی متفاوت است؟
بله. در ماشینکاری CNC، ابزارهای تراش بهگونهای طراحی میشوند که زاویههای برش بسیار دقیق و استانداردی داشته باشند. این موضوع بهدلیل آن است که دستگاههای CNC بر اساس برنامهنویسی دقیق (مانند کدهای G-Code) عمل میکنند و تمامی زوایا و مسیر حرکت ابزار بهصورت خودکار و کنترلشده تنظیم میگردد.
به همین علت، دقت عملیات برادهبرداری در CNC بسیار بالاتر از تراشکاری دستی است، سطح قطعهکار صافتر و یکنواختتر خواهد بود و احتمال بروز خطا یا سایش زودهنگام ابزار نیز به حداقل میرسد.
چگونه میتوان از سایش ابزار ناشی از زوایای نادرست جلوگیری کرد؟
با انتخاب صحیح زوایا، استفاده از روانکار مناسب، تنظیم سرعت و عمق برش و استفاده از ابزار با جنس متناسب با قطعهکار میتوان سایش را به حداقل رساند.
خیلی عالی بود ممنونم
سپاس از شما. دیدن عکسها به فهم مطلب خیلی کمک کرد
ممنون از نظر شما
آقا تشکر منم مثل این دوست مون هرچی از روی جزوه میخوندم درست متوجه نمیشدم ولی دیدن تصاویر و خوندن توضیحات جامع تون تا حدودی راه افتادم باسپاس
سپاس
با سلام. ممنونم از اطلاعاتی که در اختیارمون گذاشتید. یه سوال داشتم من جدیدا یه جا مشغول کار شدم با دستگاه تراش تبریز هر قطعه ای که میتراشم روی کار شبیه پیچ بری درمیاد و صاف نیست میشه علت رو بفرمایید ممنونم
درود. متاسفانه این مورد در تخصص ما نیست و نمی توانیم اطلاعات فنی مطمئنی به شما ارائه بدهیم.
پیش روی رو کم کن
عالی دمت گرم
هرچی جزوه میخوندم نمیفهمیدم ولی شما با عکس خیلی شفاف توضیح دادید
سپاس از همراهی شما