تعيين جهت چرخش

تکنيکي که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بيان مي کند و اين سنسور و مدار پشت سر آن تنها براي زماني که موتور فقط در يک جهت حرکت مي کند مناسب است و براي کاربردهاي CNC وNC که موتورهاي الکتريکي از قبيل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهاي چپ گرد، راستگرد دارند اين تکنيک به تنهائي کارا نيست.

عدم کارائي از اينجا ناشي مي شود که يک سيستم پردازشگر وجود دارد و يک مکان شمارش که اکثراً سيستم کنترل دقيقاً پروسسور نيست. همچنين يک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معين مي کند و پروسسور تنها از طريق شمارنده ها به تحليل مکان مي پردازد بنابراين سنسور طوري بايد طراحي شود که جهت چرخش را نيز به مدار شمارشگر بدهد براي اينکار به جاي استفاده از يک سنسور نور در مقابل سوراخهاي موجود روي قرص دايره اي دو سنسور نوري قرار داده مي شود و فاصله آن دو را چنان تنظيم مي شود که پالسهاي ايجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازي برابر 90° با هم داشته باشند.دو موج حاصل از خروجي خطکش ، پس از تقويت و تبديل به موج مربعي ديده مي شود  اين دو موج با هم اختلاف فازي برابر 90 درجه دارند. زمانيکه سيگنال XA از سيگنال XB باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانيکه سيگنال XB از سيگنال XA باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود.

بنابراين از پس فاز يا پيش فاز بودن سيگنال A نسبت به B مي توان جهت حرکت را نيز تعيين کرد و حال به جاي استفاده از يک شمارنده ساده ، از يک شمارنده بالا پائين شمار و يک مدار تشخيص جهت استفاده مي گردد که در آن صورت در هر زماني مقدار دقيق جابجائي نسبت به مبدا را خواهيم داشت.
 

ساخت تابلوهای لیزری

تابلوهایی که اصطلاحا لیزری نامیده می شوند و با استفاده از قطعات پلکسی گلاس ساخته می شوند، کاربرد زیادی در اماکن اداری و نمایشگاهی پیدا کرده اند. برش و حکاکی این قطعات نیازمند استفاده از دستگاه های برش و حکاکی لیزری است.

لیزر در دندانپزشكی

گفت و گو با دكتر رضا فكرآزاد متخصص بیماری های لثه

۱ لیزر نوعی از امواج الكترومغناطیسی مانند اشعه ایكس، گاما، ماوراء بنفش و... بوده كه به صورت تك رنگ ساطع می شود.

۲ در جراحی بافت نرم، لیزر مانند چاقو عمل می كند، اما نسبت به چاقو دارای مزیت هایی است.

۳ دندان پزشک با لیزر قادر خواهد بود بدون تماس و لرزش، بسیار ظریف و در كسر میلیونیوم ثانیه با حداقل درد عمل جراحی خود را انجام دهد.

۴ در مرحله تشخیص، مهمترین مزیت لیزر در تشخیص ساده پوسیدگی های دندانی در مراحل اولیه پوسیدگی است.

لیزر Laser مخفف چند كلمه (Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation) به معنای تقویت نور توسط نشر برانگیخته تابش است. كاربرد لیزر بسیار مختلف و متنوع است. از یك سی دی خوان ساده در كامپیوتر و یا اشعه ای كه برای خواندن «باركد» اجناس و نام محصولات در فروشگاه ها به كار می رود، گرفته تا بررسی یك میكروب از نظر وزن و تعیین میزان وزن هسته سلول، از لیزر بهره گرفته می شود.

اندیشه و فكر اولیه لیزر به آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ همزمان با ارائه «تئوری نشر برانگیخته» برمی گردد. در سال ۱۹۶۰ اولین لیزر توسط «تئودور مایمن» ساخته شد و در ادامه از همان سال های اولیه اندیشه به كارگیری آن در دندانپزشكی آغاز شد و آثار آن در پژوهش های دندان پزشكی مورد بررسی قرار گرفت. در سال های اولیه ظهور، لیزر بیشتر به منظور برش بافت نرم كاربری داشت، اما تراش استخوان با لیزر امكان پذیر نبود. در دهه ۱۹۸۰ «FDA» سازمان غذا و داروی آمریكا كاربرد لیزر به منظور استفاده از آن در بافت های نرم را پذیرفت.

كاربرد لیزر به عنوان یك ابزار برش برای بافت های سخت در دهه ۹۰ میلادی با آمدن لیزرهای جدید مانند لیزرهای خانواده «اربیوم» رواج یافت. این نوع از لیزر در همان آغاز راه توانست تاییدیه FDA را به منظور جراحی بافت سخت دریافت كند. برپایی پانل لیزر كه همزمان با برگزاری «چهل و ششمین كنگره انجمن دندانپزشكی ایران» صورت گرفت، فرصت مناسبی بود تا با دكتر رضا فكر آزاد، دندانپزشك، جراح و متخصص بیماری های لثه و عضو هیات مدیره انجمن لیزر پزشكی ایران كه مسئول پانل لیزر در كنگره امسال انجمن نیز بود، گفت وگویی در مورد دلایل به كارگیری لیزر و آینده لیزر در دندانپزشكی داشته باشیم. با ما همراه باشید.

جناب دكتر فكرآزاد، جایگاه لیزر در دندان پزشكی را هم اكنون در جهان و ایران چگونه می بینید ؟
در دنیا این تكنولوژی بیش از چند دهه از عمرش نمی گذرد و شاید بیش از یك دهه نیست كه كاربردهای معمول كلینیكی در دندانپزشكی پیدا كرده است. به عبارتی ما با یك پدیده جوان روبه رو هستیم. از طرف دیگر این تكنولوژی در حال توسعه و پیشرفت است. برخلاف باور عموم كه لیزر ابزاری است كه تنها می توان از آن در پاره ای از امور درمانی بهره گرفت، لیزر به عنوان یك فناوری می تواند قابلیت های مختلفی داشته باشد. از یك تشخیص ساده گرفته تا آثار شبه دارویی و همچنین عملكرد تخریبی آن با خصوصیات فیزیكی مختلف در شرایط متفاوت به منظور كاربردهای مختلف. امروزه لیزر، تكنولوژی فوق مدرنی است، در خدمت بشر.

كشورهای پیشرفته مانند ژاپن، آمریكا، برزیل، آلمان، بلژیك، فرانسه و روسیه دارای مراكز تحقیقاتی معتبری در زمینه لیزر در دندانپزشكی هستند. انجمن ها و سازمان های بزرگی برای این فناوری در سطح جهان تشكیل شده اند، از جمله فدراسیون جهانی لیزر در دندانپزشكی WFLD یا آكادمی لیزر در دندان پزشكی در ایالات متحده آمریكا و آمریكای شمالی ALD، اروپا ESOLA و در ایران نیز انجمن لیزری پزشكی ایران IMLA كه چند سالی است تاسیس شده و یك شاخه دندانپزشكی هم دارد. هر چند انجمن های پزشكی دیگر گروه های كوچكی در زمینه لیزر دارند، اما به صورت متمركز تنها «ایملا» به فعالیت های علمی و تحقیقاتی در زمینه لیزر پزشكی می پردازد. دانشكده های معتبر كشور اعم از فنی مهندسی و دندانپزشكی هم كمابیش فعالیت های تحقیقاتی روی بحث لیزر دارند. اگر به مجموعه فوق، سازمان انرژی اتمی را نیز بیفزایم، مجموعه ارگان هایی كه در زمینه لیزر به صورت كاربردی و تحقیقاتی به فعالیت مشغولند، كامل تر خواهد شد. در پی برگزاری دومین كنفرانس لیزر در دندانپزشكی كه اسفندماه ۱۳۸۳ به همت شاخه دندانپزشكی انجمن لیزری پزشكی ایران برگزار شد، سخنرانی های علمی پرمحتوا و تحقیقات انجام شده، توجه هیات مدیره این انجمن را به خود جلب كرد.

همچنین در پی معرفی پتانسیل های تحقیقاتی و آموزشی در زمینه دندانپزشكی و تلاش های فراوان به منظور ارائه توانمندی های پژوهشگران ایرانی به ویژه مركز تحقیقات علوم دندانپزشكی دانشگاه شهید بهشتی در كنگره بین المللی انجمن لیزر در دندانپزشكی اروپا ازولا كه در بهار سال ۱۳۸۴ در شهر بارسلون اسپانیا برگزار شد، مسئولان این انجمن را مجاب كرد كه ایران را به عنوان یكی از مراكز تحقیقاتی معتبر در جرگه كشورهای صاحب نام دانش لیزری قرار دهند. به این ترتیب انجمن لیزری پزشكی ایران ایملا به عنوان یكی از انجمن های پشتیبانی كننده علمی و فعال به عضویت پذیرفته شد و پرچم ایران را در كنار ۳۰ كشور دارای دانش لیزری در دندانپزشكی در پوستر كنگره ثبت كرده و نماینده ای علمی را برای آن برگزید.

این كنگره نقطه عطفی در دانش دندان پزشكی كشور به ویژه در شاخه لیزر در دندان پزشكی بود. چرا كه در این كنگره محققان ایرانی با ارائه بیست و یك مقاله پژوهشی، شركتی بسیار فعال در اولین حضور خود داشتند. در حالی كه در سال های گذشته حضور ایران صرفا در حد حضور یا ارائه یك مقاله بوده كه همگی در قالب سخنرانی ها و دو مورد پوستر در برنامه علمی كنگره جای گرفته بودند. نقطه جالب توجه در این كنگره این بود كه ایران به عنوان فعال ترین كشور كنگره مطرح شد. اعضای هیات علمی كنگره مشتاقانه منتظر تیم ایرانی بودند. نكته حائز اهمیت این است كه ایران با ارائه این تعداد مقاله در رتبه چهارم بعد از كشورهای برزیل، ژاپن و آلمان كه از پیشگامان این رشته به شمار می روند، جای گرفت. همچنین در میان ۴۵ كشور عضو و ۳۱ كشور ارائه دهنده مقاله در این همایش بزرگ بین المللی قرار گرفت. جالب است رتبه ایران بالاتر از كشورهای صاحب نامی چون فرانسه، ایتالیا، بلژیك، انگلیس، آمریكا، اتریش و بسیاری از كشورهای توانمند در این رشته بود.

آیا بهره گیری از لیزر در درمان های دندانپزشكی طی سال های اخیر در داخل كشور گسترش یافته است . در حال حاضر تعداد اندكی دستگاه لیزر با كاربری درمانی در كشور وجود دارد. به عبارتی، این تكنولوژی در كشور هنوز همه گیر نشده است. تعداد دستگاه های لیزری كه با كاربری درمانی در امر دندانپزشكی استفاده می شود، شاید به تعداد انگشتان دو دست هم نرسد. تعداد دندانپزشكانی كه در زمینه لیزر توانایی كار را دارند، بسیار محدود هستند. البته تمهیداتی در مراكز تحقیقاتی دانشگاه ها اندیشیده شده تا با آموزش های دقیق و با رعایت استانداردهای جهانی به این تعداد، بر دانش و مهارت كافی آنان افزوده شود.

پس تبلیغاتی مبنی بر ترمیم دندان با لیزر كه حتی در برخی روزنامه ها و مجلات شاهد هستیم، پایه علمی ندارد . اساسا عبارت ترمیم دندان با لیزر، چندان صحیح نیست. دندانپزشك می تواند دندان بیمار را با استفاده از لیزر تراش بدهد و در نهایت امر برای ترمیم دندان ها از «كامپوزیت» استفاده كند. كامپوزیت ها مواد همرنگ دندانی است كه به منظور پر كردن دندان به كار می رود.

در حال حاضر با یك نور آبی رنگ كه به منظور فعال كردن روند «پلی مریزاسون» پخت كامپوزیت به كار می رود، از این نور استفاده می شود. این نور آبی رنگ كه از هالوژن ساطع می شود، لیزر نیست. البته ناگفته نماند، لیزرهایی نیز مثل لیزر آرگون آبی وجود دارند كه توانایی انجام این عمل را با محاسن و معایب خود دارند و لیكن به لحاظ هزینه مقرون به صرفه نبوده و در حال حاضر بیشتر در امور تحقیقاتی از آنها استفاده می شود. در واقع عملا هیچ دستگاهی از این دست در كلینیك های دندانپزشكی وجود ندارد.

محاسن كاربردهای لیزر را بیشتر در كدام بخش ها ارزیابی می كنید ؟
در جراحی بافت نرم، لیزر مانند چاقو عمل می كند، اما نسبت به چاقو دارای مزیت هایی است. اول آنكه در مسیر برش، مكانیسم آن به گونه ای است كه انعقاد مناسبی ایجاد می كند. این مسئله برای عده ای كه مشكلات انعقادی دارند، یك مزیت محسوب می شود. همچنین با انعقاد حاصل شده، جراح دید بهتری نسبت به ناحیه جراحی پیدا می كند. دوم اینكه با بسته شدن عروق لنفاوی ورم و التهاب ناشی از جراحی نیز كمتر شده و در نهایت بیمار ناراحتی های متعاقب اعمال جراحی كمتری خواهد داشت.

همچنین ترمیم ناحیه جراحی با سرعت بیشتری رخ خواهد داد. در ضمن با لیزر قادر هستیم، برش های بسیار ریز، دقیق و كنترل شده ای داشته باشیم. حتی می توان زمان برش را در حد چند میلیونیوم ثانیه در لیزرهای پالسی كاهش داد. این مزیت ها به جراحان كمك می كند، در جراحی های بافت های نرم دهانی كه اگر در حد میكروسكوپی هم باشد، قدرت مانور بهتری داشته باشند. امكانی كه هیچ چاقویی این فرصت را برای آنها مهیا نمی سازد. یكی از مشكلات دندانپزشكان كار با دو بافت نرم لثه و سخت استخوان و مینای دندان در داخل حفره دهان در مجاورت یكدیگر است. این دو بافت بر هم كنش یكسانی در برابر لیزر از خود نشان نمی دهند.

این مسئله پیچیدگی خاصی را برای تشخیص عمل كننده ایجاد كرده و اهمیت داشتن مهارت خاص و دانش انتخاب صحیح لیزر را بیش از پیش مطرح می سازد. در برداشت بافت سخت، مسائل به گونه ای دیگر است. وقتی فرز دندانپزشكی در تماس با بافت سخت دندانی، آن را برش می دهد، این برش ها فشاری را روی پالپ دندان محفظه ای كه در مركز دندان قرار گرفته و در آن عروق و عصب كه مسئول زنده بودن دندان است قرار می گیرد وارد می كند. این فشارها و لرزش ها در بیمار احساس درد ایجاد می كند. بیشتر لیزرها بدون تماس، عمل كندگی را انجام می دهند. زمانی كه لیزر جایگزین فرز شود، دندانپزشك قادر خواهد بود، بدون تماس و لرزش، بسیار ظریف و در كسر میلیونیوم ثانیه با حداقل درد عمل جراحی خود را انجام دهد.

از طرف دیگر، در زمان تراش دندان با فرز، براده های حاصل از تراش لایه اسمیر سبب كاهش قدرت چسبندگی یا باند مواد ترمیم هم رنگ دندان تراش خورده می شود. در حالی كه در روش لیزر، این لایه ایجاد نمی شود و باعث بهبودی باند چسبیدن مواد به دندان می شود. همچنین چون ماهیت برداشت بافت پوسیده توسط لیزر به روشی غیر از تراش با فرزهای معمول دندانپزشكی است برهم كنش فوتوترمال و فوتوابلیشن بافت بیشتری از دندان حفظ خواهد شد. ضربه فرز همچنین سبب ایجاد ترك های بسیار ریز میكروسكوپی روی مینای دندان می شود كه به هنگام بهره گیری از لیزر چنین ترك هایی نیز به حداقل ممكن می رسد. شاید بتوان گفت، با آمدن ایده درمان های با حداقل تهاجم كه در علوم پزشكی به سرعت در حال رواج است، این ابزار بتواند، ما را به این منظور نزدیك تر كند.

آیا دقت عمل لیزر، زمان درمان را طولانی تر نمی كند ؟
لیزرهایی كه دو تا سه سال پیش در این زمینه به كار می رفتند، كند بودند و سبب خستگی بیمار طی فرآیند درمان می شدند. اما با آمدن نسل جدید لیزرها، سرعت عمل دندانپزشكی كه با لیزر كار می كند، افزایش یافته اند، البته این سرعت بستگی به مهارت دندانپزشك هم دارد. در یك جمع بندی كلی باید گفت، با قابلیت های روش لیزر، عوارض احتمالی در محل عمل كمتر شده و بهبودی سریع تر انجام می پذیرد. همچنین درمانگر با كنترل بیشتر و آسیب كمتری به هدف خود می رسد.

آیا با این عبارت موافق هستید كه «جراحی دندان با لیزر» بدون درد است ؟
باید به این مسئله واقع بینانه نگاه كرد. چرا كه درد یك فاكتور چند عاملی بوده و در افراد مختلف متاثر از عواملی چون جنس، سن و شرایط روحی است. این كه گفته می شود، دندانپزشكی بی درد، حداقل در حال حاضر اغراق آمیز بوده و بهتر است، چنین عنوان شود كه بر مبنای عواملی كه قبلا به مواردی از آن اشاره شد، بیمار حداقل درد را متحمل خواهد شد.

به طور كلی كاربردهای لیزر در دندان پزشكی به چند دسته تقسیم بندی می شوند ؟
به سه گروه كلی تقسیم می شود. اول وادی تشخیص است كه در این مرحله لیزر به عنوان ابزار تشخیص به كمك دندان پزشک می آید. دوم مرحله درمان و روش های درمانی و سوم آثار شبه دارویی لیزرهای كم توان یا كم شدت است. در مرحله تشخیص، مهمترین مزیت لیزر در تشخیص ساده پوسیدگی های دندانی در مراحل اولیه پوسیدگی است. در این مرحله لیزر به ما كمك می كند تا با پدیده «فلورسنت» كه حاصل از تقابل یك لیزر «دیودی» و بافت دندانی است، نه تنها بودن یا نبودن پوسیدگی را تشخیص دهیم، بلكه روند فعالیت آن را نیز دریابیم.

در حال حاضر ابزاری برای كشف این موضوع وجود ندارد. این شیوه از سایر شیوه ها مانند تشخیص چشمی یا روش رادیوگرافی و «اولتراسوند» سریع تر جواب می دهد. مزیت دیگر این است كه قبل از آن كه مقدار زیادی از بافت های دندانی از بین برود، می توان با روش های پیشگیری آن را كنترل كرد. در حقیقت می توان بیماران را با ریسك بالای پوسیدگی جدا كرده و مورد توجه خاصی قرار داد. همچنین دوره های مراجعه برای درمان های دندانپزشكی را در زمان های كوتاه تری تعیین كرد. حسن بزرگ این روش كاربری ساده آن است كه حتی مربی بهداشت نیز می تواند به سادگی با آن كار كرده و سریعا كودكان با ریسك بالا را به دندانپزشكان ارجاع دهد. شایان ذكر است، این ابزار نسبتا ارزان بوده و با باتری كار می كند. روش تشخیص دیگر لیزر «داپلرفلومتری» است كه با سنجش میزان جریان خون در دندان ها، زنده بودن یا نبودن آن را می توان ردیابی كرد. در گذشته كودكی كه دندانش ضربه می خورد و به دندانپزشك مراجعه می كرد، دندانپزشك به غیر از واگذار كردن وضعیت موجود به گذر زمان حدود شش ماه تا علائم رادیوگرافی آن بارز شود هیچ راه تشخیص دیگری نداشت. چه بسا این گذر زمان به بهای تحلیل های داخلی و ایجاد ضایعات پیشرفته تر در انتهای ریشه دندان كه مشكلات عدیده ای را در پی دارد، تمام شود. امروز لیزر «داپلرفلومتری» این مشكل را مرتفع كرده است. از این پدیده در پیش بینی موقعیت پیوندهای لثه ای و دندانی نیز می شود بهره برد.

تشخیص سرطان های ناحیه دهان و سر و گردن با استفاده از «فتوداینامیك تراپی» كه از روش های جدیدی است كه به كمك تزریق یك ماده حساس به لیزر به بیمار به نام «فتوسنسیتایزر» حساس به نور می توان به كمك تجمع این ماده در سلول های سرطانی و بازتاب پرتوهای فلورسنت از ضایعه و پروسس كردن آن در دستگاه های پیشرفته كامپیوتری، این قبیل سرطان ها را تشخیص داد. همچنین با تهیه هولوگرام های لیزری درمانگر قادر خواهد بود، نماهای سه بعدی از آنومالی های فكی و دهانی را به تصویر بكشد. در امر درمان نیز با مزیت هایی كه برای لیزر به مواردی از آن اشاره شده، سعی براین است كه با توانایی های لیزر، بافت ذی قیمت دندانی را كه قابل بازیافت نیست، حفظ كرده و با حداقل تهاجم درمان های خود را انجام دهیم. جراحی بافت نرم دهان شامل بیوپسی نمونه برداری، برداشتن ضایعات «تومورال» برداشتن ضایعات استخوانی و درمانی مقطعی آفت و تب خال و نیز حذف پوسیدگی های دندانی و تراش بافت های دندانی برای تمامی منظورهای زیبایی و ترمیمی، بلچینگ روشن كردن رنگ دندان تغییر ساختار سطحی دندان ها و ایجاد مقاومت در برابر عوامل پوسیدگی زا از دیگر كاربردهای لیزر در دندانپزشكی به شمار می رود.

در حال حاضر لیزرها در تمامی تخصص های دهگانه دندانپزشكی در بسیاری از امور حرفی برای گفتن دارند كه از حوصله این مجال خارج است. برای مثال در درمان ریشه دندان ضدعفونی كردن كانال دندانی به یك معضل اساسی برای متخصصان درمان ریشه دندان تبدیل شده است كه باز با بهره گیری از فناوری لیزر این مشكل نیز تا حدودی حل شده است. همچنین در دندانپزشكی كودكان كه نیازمند كنترل رفتاری خاص است، در بسیاری از مراحل درمانی می توان از لیزر سود جست. برای نمونه در جراحی كودكانی كه زبان چسبیده به دهان دارند و در صورت تداوم در آینده دچار مشكلات فكی و گفتاری خواهند شد، نیز این امكان میسر شده تا با حداقل ایجاد درد و با بی حسی موضعی، بدون نیاز به بیهوشی عمومی و در سنین حتی كمتر از دو سال عمل جراحی را سهل انجام داده و زبان را آزاد كرد. در آن روی سكه در مقابل لیزرهای پرشدت كه عاملی برای كندن و بریدن است، دنیای زیبای لیزرهای كم شدت مطرح است. این نوع لیزرها با خواص ضدالتهابی، كاهش درد ایمونولوژیكی و آثار متابولیكی به فرآیند بهبود روند درمانی یا كاهش عوارض درمانی به یك درمانگر آگاه كمك كند تا بیمار خود را به سهولت درمان كند. در این روش می توان به مواردی چون تسریع درد ترمیم زخم های ناشی از جراحی ها و كاهش درد، درمان های معمول دندانپزشكی و بهبود ترمیم ضایعات استخوانی در درمان های پیوندی، بازسازی استخوان، ترمیم اعصاب آسیب دیده و درمان بعضی از بیماری های داخل حفره دهان اشاره كرد.

ماشینکاری سریع (High Speed Machining)

ماشین کاری سریع چیست؟

پس زمینه تاریخی عبارت ماشین کاری سریع (HSM)، عموماً به فرزکاری انگشتی با سرعت دورانی بالا و پیشروی سریع بر می گردد؛ به عنوان نمونه، پاکت تراشی در بدنه آلومینیومی هواپیماهابا نرخ براده برداری بالا. در طی 60 سال گذشته، ماشین کاری سریع در مورد گستره وسیعی از تولید قطعات فلزی و غیرفلزی با وضعیت سطحی خاص در ماشین کاری مواد با سختی 50 HRC و بالاتر اعمال گردیده است.

برای بیشتر قطعات فولادی که تا حدود 32-42 HRC سخت شده اند، گزینه های ماشین کاری عبارتند از:

ماشین کاری خشن و- نیمه پرداختی در شرایطی که هنوز سخت نشده اند (آنیل)

عملیات حرارتی برای دست یابی به سختی نهایی (در حدود 63 HRC)

ماشین کاری الکترودها و اسپارک قطعات خاص- قالبها (خصوصاً گوشه ها با شعاعهای کوچک و حفره های عمیق با دسترسی محدود برای ابزارهای برشی)

پرداخت و فوق پرداخت سطوح استوانه ای، تخت و حفره ها توسط- کاربید سمانته مناسب، Cermet (نوعی آلیاژ سرامیک و فلز)، کاربید سرامیک مخلوط شده یا نیترید بورون مکعبی چند کریستالی (PCBN). در مورد خیلی از قطعات و اجزاء، فرآیند تولید شامل آمیزه ای از این گزینه ها بوده و در مورد قالبها باید پرداخت کاری دستی -که زمان بر است- را نیز اضافه نمود. در نتیجه، هزینه های تولید بالا رفته و زمان تدارک (Lead time) بیش از اندازه طولانی خواهد شد.

یکی از اهداف و مقاصد صنایع قالب سازی این بوده و هست که نیاز به پولیش زدن دستی را کاهش داده و یا حذف نمایند و متعاقباً کیفیت را بهبود بخشیده و هزینه های تولید و زمان تدارک را کاهش دهند. فاکتورهای اقتصادی و فنی اصلی برای پیشرفت ماشین کاری سریع بقا – همیشه افزایش رقابت در بازارهای فروش کالا با تهیه استانداردهای جدید همراه است. نیاز به بهره وری در زمان و هزینه روز به روز بیشتر و بیشتر می شود. این موضوع سبب می شود تا پروسه ها و فناوریهای تولیدی نوینی شکل بگیرد. ماشین کاری سریع، امید بخش و ارائه دهنده راه حلهای جدید است... .

مواد - پیشرفت مواد جدیدی که ماشین کاری آنها مشکل است، بر نیاز به یافتن راه حلهای جدید ماشین کاری تأکید می نماید. صنایع فضایی، آلیاژهای فولادی ضد زنگ و مقاوم به حرارت مخصوص به خود را داراست. صنایع اتومبیل سازی، کامپوزیتهای دو فلزی، آهن فریتی و حجم رو به رشد آلومینیوم را داراست. صنعت قالبسازی اساساً با مشکل ماشین کاری فولادهای ابزاری سخت شده از مرحله خشن کاری تا پرداخت کاری روبه روست.

کیفیت - نیاز به قطعات و اجزاء محصولاتی با کیفیت بالاتر، نتیجه رقابتهای رو به افزایش است. چنانچه ماشین کاری سریع درست به کار گرفته شود، راه حلهای زیادی در این زمینه ارائه می دهد. یک نمونه جایگزین کردن پرداخت کاری دستی با ماشین کاری سریع است که خصوصاً در قالبها و یا قطعات با هندسه سه بعدی پیچیده از اهمیت بالایی برخوردار است.

فرایندها – نیاز به زمان بازده کوتاهتر از طریق کاهش تعداد باز و بست کردنها و روشهای ساده تر، در خیلی از موارد می تواند توسط ماشین کاری سریع برآورده شود. یک هدف نوعی در صنعت قالب سازی این است که ابزارهای سخت شده کوچک در یک set-up ماشین کاری شوند. فرایندهای پر هزینه و زمان بر EDM را نیز می توان توسط ماشین کاری سریع کاهش داده و یا حذف نمود.

طراحی و پیشرفت- امروزه یکی از ابزارهای اصلی برای رقابت، فروش محصولات تازه و نوظهور می باشد. در حال حاضر عمر متوسط قطعات خودروها در حدود 4 سال، قطعات کامپیوترها و خدمات جانبی آن 1.5 سال، و عمر گوشیهای تلفن، 3 ماه و ... است. یکی از شرایط لازم برای چنین پیشرفت در تغییر سریع طرحها و محصولات و کاهش زمان عرضه آنها استفاده از تکنیکهای ماشین کاری سریع است.

محصولات پیچیده - استفاده از سطوح چند کاره (multi-functional surfaces) بر رویقطعات در حال افزایش هستند، همچون طرحهای جدید پره های توربین که قابلیت هاو تواناییهای جدید و بهینه ای بدست می دهد. طرحهای قبلی اجازه می دانند که پره ها را توسط دست یا با روبات پولیش زنی نمود، اما پره های جدیدی که بسیار پیچیده تر شده اند، می بایستی از طریق ماشین کاری و ترجیحاً ماشین کاری سریع، پرداخت شوند. در این مورد نمونه های خیلی بیشتری از قطعات با دیواره نازک که می بایستی ماشین کاری شوند، موجود است. (تجهیزات پزشکی،الکترونیک، محصولات دفاعی و اجزاء کامپیوترها)

اولین تعریف از ماشین کاری سریع:

در تئوری Salomon، ماشین کاری با سرعت برشی بالا... فرض می شود که در سرعتهای برشی خاص (5 تا 10 مرتبه بزرگتر نسبت به ماشین کاری معمولی)، دمای براده برداری در لبه برشی شروع به کاهش می نماید... .

در نتیجه به نظر می رسد که شانسی برای بهبود تولید در ماشین کاری با ابزارهای معمولی در سرعتهای برشی بالا بدست دهد... .

تحقیقات نوین، متأسفانه نتوانسته است این تئوری را به طور امل تأیید نماید. کاهش نسبی دما در لبه برنده برای مواد مختلف، در سرعتهای برشی خاص رخ می دهد. این کاهش دما برای فولاد و چدن کوچک بوده و برای آلومینیوم و دیگر فلزات غیر فرو بزرگتر می باشد.

به عنوان یک تعریف منطقی از ماشین کاری سریع می توان گفت: ماشین کاری در سرعتهای به طور مشخص بالاتر نسبت به سرعتهای معمول مورد استفاده در کارگاهها. این سرعت به عوامل زیر بستگی دارد:

1. ماده ای که می بایستی ماشین کاری شود – به عنوان مثال: آلیاژهای آلومینیوم، سوپر آلیاژهای نیکل، فولادها، آلیاژهای تیتانیوم، چدن یا کامپوزیتها

2. نوع فرایند ماشین کاری – برای مثال: تراشکاری، فرزکاری یا سوراخکاری

3. ماشین ابزار مورد استفاده – برای مثال: قابلیت های توانی، سرعت، پیشروی
ماشین؛ دیگر مشخصات ماشین ابزار همچون پایداری استاتیکی و دینامیکی

4. ابزار برشی مورد استفاده – به عنوان نمونه: فولاد تند بر، ابزار
کاربیدی، سرامیکی یا الماسه

5. ملزومات قطعه کار – شکل، سایز، هندسه، سفتی، دقت و پرداخت

6. ملاحظات دیگر – دسترسی به براده، ایمنی و اقتصاد تعریفهای عملی از ماشین
کاری سریع:

• ماشین کاری با سرعت بالا در حقیقت تنها سرعت برشی بالا نیست. این موضوع را می بایستی به عنوان فرایندی که در آن عملیات با روشهای بسیار خاص و با تجهیزات تولیدی بسیار دقیق انجام می گیرد، در نظر گرفت.

• ماشین کاری با سرعت بالا، لزوماً ماشین کاری با اسپیدلهای با سرعت بالا نمی باشد. خیلی از کاربردهای ماشین کاری سریع با اسپیندلهایی با سرعتهای متوسط و با ابزارهای بزرگ انجام می گیرد.

• ماشین کاری سریع در پرداخت کاری فولادهای سخت شده در سرعتها و پیشرویهای بالا، اغلب 4-6 برابر سریعتر نسبت به ماشین کاری معمولی انجام می پذیرد. مزایای استفاده از ماشین کاری سریع:

• حداقل فرسایش ابزار حتی در سرعتهای بالا

• فرایندی با قابلیت تولید بالا برای قطعات کوچک

• کاهش تعداد مراحل فرایند

در این نوع ماشین کاری دمای قطعه کار و ابزار پایین نگه داشته می شود که باعث می شود در خیلی از موارد عمر ابزار طولانی تر شود. از طرف دیگر در ماشین کاری سریع، عمق ماشین کاری کم بوده و زمان درگیری برای لبه برنده بسیار کوتاه است. (در تصویر زیر به وضوح تفاوت میان ماشین کاری معمولی و ماشین کاری سریع از لحاط حرارت ایجاد شده و منطقه حرارت دیده ابزار در هر دو روش آشکار است.) بنابراین می توان گفت که سرعت پیشروی به اندازه کافی بالا هست که حرارت نتواند گسترش پیدا کند. نیروی برشی کوچک باعث تغییر شکلهای جزئی در ابزار می شود. از آن جایی که نوعاً در این نوع ماشین کاری، عمق برش کم است، نیروهای برشی شعاعی بر روی ابزار و اسپیندل کوچک است. لذا یاتاقانهای اسپیندل، ریلهای راهنما و ballscrewها حفظ می شوند.

برخی معایب استفاده از ماشین کاری سریع:

• نرخ سریغ افزایش و کاهش سرعت و توقف های مکرر اسپیندل باعث می شود که راهنماها، یاتاقانهای اسپیندل و ballscrewها سریعتر فرسوده شوند.

• نیاز به دانش خاص فرایند، تجهیزات برنامه نویسی و رابطی برای انتقال سریع داده ها

• توقف اورژانسی عملاً لازم نیست. خطاهای انسانی، خطاهای سخت افزاری یا نرم افزاری، پیامدهای بزرگی به همراه خواهد داشت.

• نیاز به طراحی خوب فرایند. ابزارها در بیشتر کاربردها ابزارهای کاربیدی مورد نیاز است. خمواره باید در این نوع ماشین کاری از گریدی از ابزارهای کاربیدی استفاده کرد که علاوه بر سختی (مقاومت در برابر سایش)، دارای چقرمگی (مقاومت در برابر شوک و ضربه) نیز باشد؛ چرا که ماشین کاری سریع اغلب با شوکهای زیادی همراه است. ضربه، ارتعاشات و تغییرات دمایی، همگی در سرعتهای بالاتر، شرایط بحرانی تری دارند. در مورد ابزارهای با چقرمگی بالاتر، احتمال لب پر شدن یا ترک خوردن به علت این شوکها کمتر می باشد. بهترین حالت از نظر سختی و چقرمگی، در ابزارهاب کاربیدی با دانه بندی ریز بدست می آید. بسیاری از کاربیدهای ریزدانه ای که امروزه موجود هستند، چقرمگی بهتر، و تغییرات سختی کمتری نسبت به گریدهای درشت تر از خود نشان می دهند. ماشین کاری سریع اغلب ماشین کاری در درجه حرارت بالا نیز هست. انتخاب ابزار نه تنها بر اساس مقاومت سایشی، بلکه می بایستی بر اساس قابلیت حفظ مقاومت سایشی در دماهای بالا نیز انجام پذیرد.

معمولا در ماشین کاری سریع از ابزارهای کاربیدی با پوشش TiAlN استفاده میشود؛ چرا که این پوشش با ایجاد یک سد حرارتی از ابزار محافظت می کند. این پوشش در حدود 35% نسبت به TiN به لحاظ حرارتی مقاومتر است. خاصیت دیگرTiAlN مقاومت سایشی است که سبب شده در ماشین کاری قطعات ریخته گری شده مؤثر باشد. از آنجایی که این پوشش در ماشین کاری در دمای بالا مؤثر است، اغلب به منظور کاهش شوک از خنک کار استفاده نمی شود. به منظور جایگزینی خاصیت روانکاری خنک کار، لایه ای از پوشش روانکار بر روی TiAlN استفاده می شود. در مقایسه با کاربیدها موادی که در جدول زیر لیست شده اند، مقاومت سایشی بالاتری در سرعتهای برشی بالاتر از خود نشان می دهند، اما در برابر شوکها ضعیف تر می باشند. در یک فرایند پایدار، استفاده از یکی از موارد زیر می تواند طول عمر بیشتری نسبت به ابزاراهای کاربیدی بدست دهد. فلزات غیر فرو فلزات فرو

PCD CBN

Cermet سرامیک

موضوعات مرتبط

در مورد ماشین کاری آلیاژهایی با قابلیت ماشین کاری پایین از جمله آلیاژهای تیتانیوم و سوپر آلیاژهای نیکل، ترجیح داده می شود که به جای ماشین کاری سریع از ماشینکاری با توان عملیاتی بالا (High-Througput Machining) استفاده نمود چرا که به مدرت این فلزات بتوانند در سرعتهای بالاتر از 300smmماشین کاری شوند. عبارتی که اغلب برای پوشش دادن به هر دو مبحث HSM و
HTM به کاری می رود، ماشین کاری با راندمان بالا (Machining) High Efficiency می باشد. به عبارت دیگرHEM به معنای بار برداری با نرخی سریعتر نسبت به کاربردهای معمولی می باشد. در پایان توجه شما را به چند نمونه ای که با تکنولوژی ماشینکاری سریع ساخته شده اند، جلب می نماییم. به زمان ها و تفاوت های آنها توجه کنید!

زمان ماشین کاری:

ماشین کاری معولی: 131 دقیقه

ماشین کاری سریع: 78 دقیقه

زمان ماشین کاری:

ماشین کاری معولی: 97 دقیقه

ماشین کاری سریع: 42 دقیقه

چند شرکت معتبر جهانی در زمینه ماشین کاری سریع:

• BIG Kaiser Precision
Tooling

• CGTech

• Carpenter Technology Corp.

• Cincinnati Machine, A UNOVA Company

• Delcam Inc.

• Fadal Machining Centers

• Gibbs and Associates

• BIG Kaiser Precision Tooling

• CGTech

• Carpenter Technology Corp.

• Cincinnati Machine, A UNOVA Company

• Delcam Inc.

• Fadal Machining Centers

• Gibbs and Associates

• Giddings & Lewis Machine Tools

• Giddings & Lewis Machine Tools

منابع:

D.G. Flom, Implementation of High Speed Machining, High speed Machining,
pp445-449, published by SME

R. Komanduri, J. McGee, R. A. Thompson, J. P. Covey, F. J. Truncale, V.
A. Tipnis , On a methodology for establishing the machine tool system
requirements for high speed machining, High speed Machining, pp37-47,
published by SME

http://www.coromant.sandvik.com

http://www.mmsonline.com/articles/hsmgp

http://highspeedmachining.mae.ufl.edu/

http://manufacturingcenter.com

http://www.cncmagazine.com

ماشینکاری سریع توسط ریزابزار

High-Speed Machining with Microtooling

ما ابزارهایی با قطر "250/0 (6mm) یا کمتر برای ماشین کاری سریع (HSM) به همراه عملکردهای میکروابزاری برای کار با فلزات غیر آهنی و پلاستیک ها ارائه میکنیم. سرعت اسپیندلها عموماً rpm 25000 یا بیشتر است. تجهیزات CNC سنتی که از ابزارهایی با قطر کوچکتر از mm 6 استفاده میکنند دارای دور rpm 10000 یا کمتر می باشند که عموماً به نرخهای پیشروی نامطلوب و هزینه های ناشی از شکست ابزار منجر میشود. به منظور ماشین کاری با میکروابزار ماشینهای سنتی می بایستی خیلی آرام حرکت کنند و عموماً تمایل به شکست ابزارهای ترد و شکننده در آنها زیاد است. از طرف دیگر ابزارهای کوچکتر ترد و شکننده بوده و بسیار مستعد شکستن می باشند. خروج نامناسب براده علت اصلی برای شکست ابزار می باشد. در حقیقت ابزارهای کوچکتر به علت باربرداری ناکافی ناشی از پارامترهای نادرست ماشین کاری می شکنند.

برای کمینه کردن احتمال شکست، براده ها می بایستی از کانال برش دور شوند. ابزارهای کوچک نیازمند اسپیندلهایی با سرعت بالا هستند، اما آنها نیاز دارند که حتی سریعتر نیز حرکت کنند تا براده ها را به سمت بیرون پرتاب نمایند.

بهترین راه برای ماشین کاری کارآمد و مؤثر با ابزار کوچک فرآیند سه گانه می باشد. 3 مورد مرتبط بهم عبارتند از:

- طراحی میکرو ابزار

- خنک کار با ویسکوزیته پایین

- فن آوری ماشین کاری سریع

ملزومات ابزاری با کاهش قطر ابزار و افزایش سرعت اسپیندل تغییر پیدا می کند. ابزارهای سنتی که از اینسرت استفاده میکنند برای کاربردهای میکروابزاری مناسب نمی باشند. این موضوع بیشتر از اینکه به خاطر قطر ابزار باشد به خاطر سرعتهای دورانی بالاتری است که مورد نیاز است. سرعتهای دورانی بالاتر نیازمند بالانس کردن مناسب ابزار و محفظه براده بزرگتری برای اطمینان از براده برداری مناسب و جلوگیری از سوختن براده می باشد. هندسه میکروابزار به همراه اسپیندلهای سرعت بالا و خنک کار مناسب می توانند به کلی پلیسه زدایی را به عنوان یک عملکرد ثانویه حذف کند.

میکرو ابزار نیازمند روانکاری با ویسکوزیته پائین تر از آب می باشد. ویسکوزیته پایین تر به این علت مورد نیاز است که لازم است خنک کار در سرعتهای بالای در نظر گرفته شده برای اسپیندل به لبه برشی ابزار رسانده شود. خنک کارهای امولسیونی ویسکوزیته بالاتری نسبت به آب داشته و نتیجتاً به عنوان روانکار برای ماشین کاری سریع با میکروابزار غیرمفید و بی تأثیر خواهد بود.

سیستمهای موجود اسپری خنک کار درحجم میکرونی از اتانول استفاده می کنند. اتانول برای فلزات غیر آهنی و برخی پلاستیک ها ایده آل است. اما، فلزات فولادی نیازمند خنک کارهای روغنی می باشند. بنابراین مزایای خنک کار اتانولی برای ماشینکاری آهنی بی فایده است. این بدین دلیل است که ابزار کاربیدی برسطح فولاد تولید جرقه کرده که می تواند در مواجهه با خنک کارهای الکلی شرایط دینامیکی بسیار شدیدی فراهم نماید.

خنک کارهای معمولی از نوع خنک کارهای نفتی می باشند. چنین خنک کارهایی لازم است بطور مناسب خالص و تصفیه شوند که هزینه های خاص خود را دارد. اما در مورد اتانول نیاز نیست که تصفیه و یا بازیابی شود چراکه به راحتی تبخیر می شود اسپیندلهای فرکانس بالا با محدوده سرعت 6000 تا rpm 60000 برای فرزکاری، سوراخکاری، thread milling و حکاکی با استفاده از میکروابزار مناسب می باشند. میکروابزارها آنچنان به سرعت حرکت می کنند که زمان کافی برای بازگشتن حرارت به قطعه کار و تشکیل بافت وجود نخواهد داشت. حدود 60% حرارت در داخل خود براده است که ایجاد برش تمیز تری می کند. کیفیت ماشین کای بهتر بر پایه ابزار خنک تر، نیروهای ماشین کاری کوچکتر و در نتیجه ارتعاشات کمتر است.