قاطع الطحن

قواطع الطحن الطرفية (الصف الأوسط في الصورة) هي أدوات ذات أسنان قاطعة في أحد طرفيها وعلى جانبيها. يُستخدم مصطلح "قاطع الطحن الطرفي" عادةً للإشارة إلى القواطع ذات القاعدة المسطحة، ولكنه يشمل أيضًا القواطع المستديرة (المعروفة باسم "القواطع ذات الأنف الكروي ") والقواطع ذات الحافة الدائرية (المعروفة باسم " القواطع ذات الأنف الثوري " أو "القواطع الحلقية "). تُصنع هذه القواطع عادةً من الفولاذ عالي السرعة أو الكربيد الملبد ، ولها قناة واحدة أو أكثر. وهي الأداة الأكثر شيوعًا في آلات الطحن العمودية.

تُزيل قواطع التفريز الخشنة كميات كبيرة من المواد بسرعة. يستخدم هذا النوع من القواطع أسنانًا متموجة الشكل تُقطع على المحيط. تعمل هذه الأسنان المتموجة كحواف قطع متتالية، مُنتجةً العديد من الرقائق الصغيرة. ينتج عن ذلك سطح خشن نسبيًا، لكن الرايش يكون على شكل مقاطع قصيرة ورفيعة، مما يجعله أسهل في التعامل من المقاطع السميكة الشبيهة بالشريط، وبالتالي ينتج عنه رقائق أصغر يسهل إزالتها. أثناء القطع، تتلامس عدة أسنان مع قطعة العمل في وقت واحد، مما يقلل من الاهتزازات. تُسمى إزالة المواد بسرعة باستخدام عمليات التفريز الثقيلة أحيانًا بالتفريز الخشن . تُعرف قواطع التفريز الخشنة أيضًا باسم قواطع "ريبا" أو "ريبر".

تُشبه قواطع الكرات الطرفية (الصف السفلي في الصورة) مثاقب الشق، إلا أن نهاياتها نصف كروية . وهي مثالية لتشكيل الأشكال ثلاثية الأبعاد في مراكز التشغيل ، كما في القوالب . ويُطلق عليها أحيانًا اسم "مطاحن الكرات" في لغة ورش العمل، على الرغم من أن هذا المصطلح له معنى آخر . كما تُستخدم أيضًا لإضافة نصف قطر بين الأسطح المتعامدة لتقليل تركيز الإجهاد .

تقوم أداة القطع ذات الأنف المدبب بتشكيل فتحة ذات زاوية نصف قطرها متوسط ​​بين أداة القطع الطرفية وأداة القطع الكروية؛ على سبيل المثال، قد تكون  أداة قطع بقطر 20 مم بزاوية نصف قطرها 2  مم. ويكون شكلها الخارجي مستطيلاً في الأساس، مع قطع زواياها (إما بشطف أو بنصف قطر).

تُستخدم قواطع الألواح إما منفردة أو ضمن عمليات طحن جماعية على آلات الطحن الأفقية اليدوية أو آلات الطحن متعددة الاستخدامات لطحن الأسطح العريضة الكبيرة بسرعة. وقد حلت محلها قواطع الوجه ذات رؤوس الكربيد الملبد ، والتي تُستخدم بدورها في قواطع الطحن الرأسية أو مراكز التشغيل. ^{[ 2 ]}

صُممت أداة القطع الجانبية والوجهية بأسنان قطع على جانبيها ومحيطها. وتُصنع بأقطار وعرض مختلفة حسب الاستخدام. تسمح الأسنان الجانبية للأداة بإجراء قطع غير متوازنة (القطع من جانب واحد فقط) دون انحرافها كما يحدث مع منشار الشق أو أداة القطع ذات الفتحات (التي لا تحتوي على أسنان جانبية).

كانت قواطع هذا الشكل من أوائل قواطع التفريز التي طُوّرت. ومنذ عشرينيات القرن التاسع عشر وحتى ثمانينياته على الأقل، كانت هذه القواطع هي الأكثر شيوعًا، بينما اليوم، ربما يعود هذا التميّز إلى قواطع التفريز الطرفية . تقليديًا، تُستخدم قواطع الفولاذ عالي السرعة الجانبية والوجهية لتفريز الأخاديد والفتحات.

يوجد 8 قواطع (باستثناء الأحجام النصفية النادرة) التي ستقطع التروس من 12 سنًا إلى رف (قطر لا نهائي).

تُعدّ هذه القواطع نوعًا من أدوات التشكيل، وتُستخدم في آلات التشكيل الحلزوني لإنتاج التروس. يُشكّل المقطع العرضي لسن القاطع الشكل المطلوب على قطعة العمل، بعد ضبطه وفقًا للشروط المناسبة (حجم القطعة الخام). آلة التشكيل الحلزوني هي آلة تفريز متخصصة.

بينما يقوم جهاز القطع بتشكيل قطعة العمل كما تفعل التروس المتزاوجة (ويقطع القطعة الخام تدريجياً حتى تصل إلى شكلها النهائي)، فإن قاطع طحن الخيوط يعمل بشكل مشابه لقاطع الطحن النهائي، حيث يتحرك حول قطعة العمل في استيفاء حلزوني.

قاطعة التفريز السطحي هي أداة قطع مصممة للتسوية، على عكس أدوات القطع الأخرى مثل قاطعة التفريز الطرفي التي تُستخدم لإنشاء تجويف. تقع حواف القطع في قاطعات التفريز السطحي دائمًا على جانبيها، ولذلك يجب أن تقطع دائمًا في اتجاه أفقي على عمق محدد من خارج المادة الخام. تعمل الأسنان المتعددة على توزيع حمل الرايش، وبما أن هذه الأسنان عادةً ما تكون عبارة عن حشوات كربيد قابلة للاستبدال ، فإن هذا المزيج يسمح بعملية تفريز سطحي واسعة النطاق وفعالة للغاية.

تتكون قاطعة الطيران من جسم تُركّب فيه قطعة أو قطعتان من أدوات القطع . عند دوران الوحدة بأكملها، تقوم قطع الأدوات بعمل قطع سطحية واسعة وضحلة. تُشبه قواطع الطيران قواطع التفريز السطحي في كونها تُستخدم للتفريز السطحي، كما أن قطعها قابلة للاستبدال. تُعتبر قواطع التفريز السطحي أكثر مثالية من نواحٍ عديدة (مثل الصلابة، وإمكانية تغيير القطع دون التأثير على قطر القطع الفعال أو طول الأداة، وقدرة القطع على عمق محدد)، ولكنها عادةً ما تكون باهظة الثمن، بينما تُعد قواطع الطيران رخيصة الثمن.

تتكون معظم قواطع الطحن من جسم مركزي أسطواني الشكل يحمل لقمة قطع واحدة. وعادةً ما تكون أداة خراطة قياسية يسارية تُمسك بزاوية تتراوح بين 30 و60 درجة. أما قواطع الطحن ذات لقمتي القطع، فلا يوجد لها اسم رسمي، ولكنها تُعرف غالبًا باسم قواطع الطحن المزدوجة، أو قواطع الطحن ثنائية الأطراف، أو قضبان الطحن. ويعكس الاسم الأخير شكلها الذي غالبًا ما يكون على هيئة قضيب فولاذي مثبت على كل طرف منه لقمة قطع. وفي كثير من الأحيان، تُركّب هذه اللقمات بزاوية قائمة على المحور الرئيسي للقضيب، ويتم توفير هندسة القطع باستخدام أداة خراطة قياسية يمنى.

تُباع قواطع الطيران العادية (ذات رأس واحدة، وقطر دوران عادةً أقل من 100  مم) على نطاق واسع في كتالوجات أدوات الميكانيكيين. أما قضبان الطيران، فنادرًا ما تُباع تجاريًا، وعادةً ما يصنعها المستخدم بنفسه. ولعل استخدام قضبان الطيران أكثر خطورةً من قواطع الطحن وقواطع الطيران العادية نظرًا لقطر دورانها الأكبر. وكما وصفها أحد الميكانيكيين، فإن تشغيل قضيب الطيران يُشبه "تشغيل جزازة عشب بدون غطاء" ^{[ 3 ]} ، أي أن القاطع المتأرجح المكشوف يُشكل خطرًا كبيرًا لإصابة الأدوات اليدوية القريبة، والخرق، والأصابع، وما إلى ذلك. ومع ذلك، ونظرًا لأن الميكانيكي لا يمكنه أبدًا التهاون في التعامل مع القواطع أو قطع العمل الدوارة، فإن هذا يعني ببساطة توخي الحذر المعتاد، ولكن بمخاطر أكبر. تُوفر قضبان الطيران المصنوعة جيدًا، في أيدي الميكانيكيين الماهرين، سنوات من الخدمة الخالية من المتاعب والفعالة من حيث التكلفة لتسوية قطع العمل المضلعة الكبيرة، مثل قوالب التشكيل.

تُستخدم قواطع وودروف لقطع مجرى المفتاح لمفتاح وودروف .

قواطع التفريز المجوفة، والتي تُعرف غالبًا باسم قواطع التفريز المجوفة ، هي في الأساس "قواطع تفريز معكوسة". وهي مصممة على شكل أنبوب (لكن بجدران أكثر سمكًا)، وحوافها القاطعة على السطح الداخلي. استُخدمت في الأصل على مخارط البرج وآلات الخراطة كبديل للخراطة باستخدام أداة صندوقية ، أو على آلات التفريز أو مكابس الحفر لإنهاء نتوء أسطواني (مثل محور الدوران ). يمكن استخدام قواطع التفريز المجوفة على مخارط CNC الحديثة والآلات السويسرية . من مزايا استخدام قاطع تفريز مجوف قابل للتعديل على آلة سويسرية الاستغناء عن أدوات متعددة. فمن خلال تنفيذ عمليات متعددة في تمريرة واحدة، لا تحتاج الآلة إلى أدوات إضافية، حيث يمكنها استيعاب أدوات أخرى في منطقة الأدوات، مما يُحسّن الإنتاجية.

تستخدم المطاحن المجوفة الأكثر تطوراً حشوات كربيد قابلة للفهرسة للقطع، على الرغم من أن الشفرات التقليدية المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة والشفرات ذات رؤوس الكربيد لا تزال تستخدم.

تتميز عملية القطع بالتفريغ المجوف عن غيرها من طرق القطع بقدرتها على تنفيذ عمليات متعددة. إذ يمكن لآلة القطع بالتفريغ المجوف تقليل قطر القطعة، بالإضافة إلى إجراء عمليات التسوية والتوسيط والشطف في تمريرة واحدة .

تُوفر قواطع الطحن المجوفة ميزةً على أدوات القطع أحادية النقطة. تسمح الشفرات المتعددة بمضاعفة معدل التغذية ، كما تُتيح الحفاظ على مركزية أدق. يتراوح عدد الشفرات بين 3 و8 شفرات. ولإزالة أقطار كبيرة (التشغيل الخشن)، يلزم استخدام عدد أكبر من الشفرات.

يمكن أيضاً استخدام آلة التثقيب الحلقي مع آلة التثقيب المجوفة. ويمكن استخدام شفرات ذات أشكال خاصة على آلة التثقيب المجوفة لعمل أقطار وأشكال وأخاديد حلقية.

كما أن الاستيفاء ليس ضرورياً عند استخدام مطحنة مجوفة؛ وهذا يمكن أن يؤدي إلى تقليل وقت الإنتاج بشكل كبير.

يُمكن الحصول على أنصاف أقطار كروية محدبة ومقعرة باستخدام آلة الطحن المجوفة. وتتيح الشفرات المتعددة لهذه الآلة إنتاج هذا القطر مع الحفاظ على دقة عالية.

يُستخدم جهاز الطحن المجوف بشكل شائع في تحضير الخيوط. فهو يُتيح إنشاء قطر مُحدد مسبقًا للخيوط بسرعة، مما يُحسّن الإنتاجية.

تعتبر آلة الطحن المجوفة القابلة للتعديل أداة متعددة الاستخدامات، حيث يسمح تغيير الشفرات بمجموعة واسعة من الأشكال الهندسية الممكنة.

على الرغم من وجود أنواع عديدة من قواطع التفريز، فإن فهم كيفية تكوّن الرايش أساسي لاستخدام أي منها. أثناء دوران قاطع التفريز، تُغذّى المادة المراد قطعها، ويقوم كل سن من أسنان القاطع بقطع رايش صغير من المادة. يُعدّ الحصول على حجم الرايش الصحيح أمرًا بالغ الأهمية، ويعتمد حجم هذا الرايش على عدة عوامل.

سرعة القطع السطحي (V _c )

هذه هي سرعة قطع كل سن للمادة أثناء دوران الأداة. تُقاس هذه السرعة إما بالأمتار في الدقيقة في الدول التي تستخدم النظام المتري، أو بالأقدام السطحية في الدقيقة (SFM) في أمريكا. تتراوح القيم النموذجية لسرعة القطع بين 10 و60 مترًا في الدقيقة لبعض أنواع الفولاذ، وبين 100 و600 متر في الدقيقة للألمنيوم. يجب عدم الخلط بين هذه السرعة ومعدل التغذية. تُعرف هذه القيمة أيضًا باسم "السرعة المماسية".

سرعة دوران المغزل (ثانية)

هذه هي سرعة دوران الأداة، وتقاس بالدورات في الدقيقة (rpm). تتراوح القيم النموذجية من مئات الدورات في الدقيقة إلى عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة.

قطر الأداة (D)

عدد الأسنان (z)

معدل التغذية لكل سن (F _z )

هذه هي المسافة التي تُغذى بها المادة إلى أداة القطع مع دوران كل سن. هذه القيمة هي حجم أعمق قطع يمكن أن يُحدثه السن. القيم النموذجية قد تكون 0.1 مم/سن أو 1 مم/سن

معدل التغذية (F)

هذه هي سرعة تغذية المادة إلى آلة القطع. تتراوح القيم النموذجية من 20 مم/دقيقة إلى 5000 مم/دقيقة.

عمق القطع

هذا هو عمق أداة القطع تحت سطح المادة المراد قطعها (غير موضح في الرسم التوضيحي). وهذا هو ارتفاع الرايش الناتج. عادةً، يكون عمق القطع أقل من أو يساوي قطر أداة القطع.

يحتاج فني التشغيل إلى ثلاث قيم: S و F والعمق ، عند تحديد كيفية قطع مادة جديدة باستخدام أداة جديدة. ومع ذلك، من المرجح أن يُزوّد ​​بقيم V_{_c} و F _{_z} من قِبل الشركة المصنعة للأداة. ويمكن حساب S و F من هذه القيم.

سرعة دوران المغزل	التغذية بواسطة
${\displaystyle S={\frac {V_{c}}{\pi D}}\,}$	${\displaystyle F=zSF_{z}\,}$
بالنظر إلى صيغة سرعة دوران المغزل، S، يمكن ملاحظة أن الأدوات الأكبر حجماً تتطلب سرعات دوران أقل، في حين أن الأدوات الصغيرة قد تكون قادرة على العمل بسرعات عالية.	تُظهر معادلة معدل التغذية، F، أن زيادة S أو z تؤدي إلى زيادة معدل التغذية. لذلك، يمكن للفنيين اختيار أداة ذات أكبر عدد من الأسنان قادرة على تحمل كمية الرايش المتراكمة.

يمكن لقاطع الطحن أن يقطع في اتجاهين، يُعرفان أحيانًا بالاتجاه التقليدي أو الصاعد أو الهابط .

• عملية الطحن التقليدية (يسار): يبدأ سمك الرايش من الصفر، ثم يزداد تدريجيًا حتى يصل إلى أقصى حد. يكون القطع خفيفًا جدًا في البداية لدرجة أن الأداة لا تقطع، بل تنزلق على سطح المادة، إلى أن يتولد ضغط كافٍ فتبدأ السن بالقطع فجأة. يؤدي هذا إلى تشويه المادة (عند النقطة أ في الرسم التوضيحي، يسارًا)، مما يزيد من صلابتها ويُفقد الأداة حدتها. ينتج عن الانزلاق والقطع سطحًا غير مستوٍ للمادة.
• الطحن الصاعد (يمين): يلامس كل سن المادة عند نقطة محددة، ويبدأ عرض القطع من أقصى حد ويتناقص تدريجيًا حتى يصل إلى الصفر. تُطرح الرايشات خلف أداة القطع، مما يُسهّل إزالتها. لا يحتك السن بالمادة، وبالتالي قد يطول عمر الأداة. مع ذلك، قد يُحمّل الطحن الصاعد الماكينة بأحمال أكبر، لذا لا يُنصح به لماكينات الطحن القديمة أو تلك التي لا تعمل بشكل جيد. يُستخدم هذا النوع من الطحن بشكل أساسي في ماكينات الطحن المزودة بنظام إزالة الخلوص .

يُعنى تحديد موقع أداة القطع بمسألة تحديد موضعها لتحقيق الشكل الهندسي المطلوب لقطعة العمل، شريطة أن يكون حجم أداة القطع غير صفري. وأكثر الأمثلة شيوعًا هو تعويض نصف قطر أداة القطع (CRC) في قواطع التفريز ، حيث يتم إزاحة محور الأداة عن الموضع المستهدف بواسطة متجه يساوي نصف قطر أداة القطع، ويُحدد اتجاهه وفقًا للتمييز بين اليسار/اليمين، والارتفاع/الوضع التقليدي، والارتفاع/الانخفاض . في معظم تطبيقات لغة G-code ، تتحكم الأوامر من G40 إلى G42 في تعويض نصف قطر أداة القطع (G40 إلغاء، G41 يسار/ارتفاع، G42 يمين/وضع تقليدي). يقوم مشغل آلة CNC أو فني التشغيل بإدخال قيم نصف القطر لكل أداة في سجل (سجلات) الإزاحة، ثم يقوم بتعديلها أثناء الإنتاج للحفاظ على الأحجام النهائية ضمن الحدود المسموح بها . يُسهل برنامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) تحديد موقع أداة القطع لتشكيل المحيط ثلاثي الأبعاد في عمليات الطحن ثلاثية أو رباعية أو خماسية المحاور باستخدام قاطع كروي، بدلاً من البرمجة اليدوية. عادةً ما تتم معالجة مخرجات متجهات CAM لاحقًا إلى كود G بواسطة برنامج معالجة لاحقة مُصمم خصيصًا لطراز وحدة التحكم CNC. تقبل بعض وحدات التحكم CNC الحديثة مخرجات المتجهات مباشرةً، وتقوم بتحويلها إلى مدخلات المؤازرة داخليًا.

من أهم خصائص قاطع التفريز التي يجب مراعاتها قدرته على التعامل مع الرايش الناتج عن عملية القطع. فإذا لم تتم إزالة الرايش بالسرعة الكافية، ستنسد أخاديد القاطع، مما يعيق كفاءة القطع ويسبب اهتزازًا وتآكلًا وارتفاعًا في درجة الحرارة. وتؤثر عدة عوامل على إزالة الرايش، منها عمق أخاديد القاطع وزاويتها، وحجم الرايش وشكله، وتدفق سائل التبريد، ونوع المادة المحيطة. قد يصعب التنبؤ بذلك، لكن الفني الماهر سيراقب تراكم الرايش، وسيقوم بتعديل ظروف التفريز عند ملاحظته.