فرزکاری (milling) فرایندی است که به کمک تیغه هایی در حال دوران، براده برداری از روی سطوح قطعه کار انجام می شود. در این فرایند قطعۀ کار در حالتی ثابت روی میز کار قرار می گیرد و عملیات براده برداری اجرا می شود .فِرِزکاری که به آلمانی (Fräsen) گفته میشود یکی از رایج‌ترین عملیات پرداخت نهایی و ماشینکاری نهایی روی قطعات تولیدی به‌شمار می‌رود.
اجسام و قطعات مورد استفاده بشر از ابتدایی‌ترین تا پیشرفته‌ترین وسایل از جمله خودکار، چکش، و… با روش‌هایی تولید شده‌اند که ممکن است براده بردای انجام شده یا نشده باشد. روش‌های تولیدی که براده برداری در آنها صورت می‌گیرد می‌توانند حرکت دورانی یا خطی داشته باشند که ماشین فرز از جمله دستگاهها با حرکت دورانی است.
ماشین فرزکاری ابزاری است برای ایجاد شکل‌های پیچیده برای قطعه‌های فلزی یا دیگر مواد جامد از جمله پلاستیک چگال. طرز کار این دستگاه بدین طریق است که ابزار برش چرخیده و از قطعه بار برمی‌دارد و قطعه خود بر روی میزی قرار گرفته که می‌توان آن را حرکت داد.
برای براده‌برداری از قطع کار در فرزکاری از تیغه چند لبه‌ای استفاده میشود که آن را تیغه فرز می‌نامند. لبه‌های برنده تیغه فرز فرم گوهای دارند (مانند رنده تراشکاری) که در روی محیط دایره‌ای قرار گرفته‌اند.
در فرزکاری هر یک از لبه‌های تیغه فرز در حین گردش دورانی خود مدت کوتاهی برادهگیری می‌کنند و تا نوبت بعدی بدون براده‌برداری آزاد گردش کرده خنک می‌شوند؛ از این رو تیغه فرزها مانند رنده تراشکاری در اثر برش تحت فشار دائم قرار نمی‌گیرند، و براده‌برداری با آنها سریع‌تر انجام میشود..
از عملیات فرزکاری ساده برای تولید سطوح ساده مسطح و افقی به موازات محور چرخش اسپیندل استفاده می شود. عمق برش صورت گرفته روی قطعه کار با چرخاندن پیچ سفید عمودی دستگاه قابل کنترل است. معمولا افرادی که در حوزه آماده سازی قطعات فلزی یا چوبی برای برشکاری های بعدی فعالیت می کنند، می توانند از این ظرفیت دستگاه فرز CNC برای اجرای فرزکاری ساده استفاده کنند.
این عملیات از لحاظ شرایط و محیط اجرا و میزان سختی مثل عملیات فرزکاری ساده است. با این تفاوت که برش در فرز تخت، در یک محور و سطح عمودی اجرا می شود. برای اجرای این عملیات نیز می توان از دستگاه فرز CNC معمولی استفاده کرده و عمق برش آن هم با چرخاندن پیچ ضربدری میز دستگاه قابل تنظیم است. برخی از شرکت ها مانند شرکت های تولید کننده سیلندر خودرو که در حوزه فرزکاری چهار وجه قطعات فعال هستند، می توانند از این قابلیت کمک بگیرند.
در این نوع فرزکاری یک سطح عمودی مسطح در قسمت جانبی قطعه کار برش داده می شود. در این عملیات نیازی به محور عمودی برای قرار گرفتن ابزار برشی در جهت مستقیم سطح برش نیست. در واقع در این روش امکان حرکت دادن ابزار برشی از قسمت بالا هم هست و اسپیندل قادر است از بالا چرخش و سرعت لازم را برای برش فراهم کند. در این عملیات فرزکاری می توان عمق برش را به کمک چرخاندن پیچ فید عمودی مربوط به میز دستگاه تنظیم کرد.
این نوع عملیات فرزکاری با استفاده از قرارگیری ابزار برشی در دو طرف قطعه کار، سطوحی عمودی و صاف در دو طرف آن ایجاد می کند. فاصله میان این ابزار با استفاده از یک پیچ تنظیم کننده قابل تنظیم است و می توان فاصله را به میزان مد نظر تغییر داد. عملیات فرزکاری استرادل معمولا برای طراحی یک مکعب یا سطوح شش ضلعی و هگزاگونال به کار می رود.
همان طور که از نام این روش می توان حدس هایی زد، هدف از این عملیات ایجاد سطوحی زاویه دار و به صورت مورب بر روی قطعه کار است. این عملیات بر مبنای حرکت محور و اسپیندل دستگاه اجرا می شود. در این عملیات شیار زاویه ایجاد شده ممکن است یک یا دو زاویه داشته باشد و با توجه به نوع برش ممکن است زاویه قرارگیری ابزار برشی هم تغییر کند. نمونه رایج فرزکاری زاویه ای را می توان در تولید بلوک های فلزی V شکل مشاهده کرد. این زاویه وی شکل را می توان با توجه به نیاز تغییر داد.
در عملیات فرزکاری چندتایی امکان پردازش و آماده سازی چند سطح روی یک قطعه کار به شکل همزمان وجود دارد. تعداد و قطر برش ها در عملیات فرز چندتایی ممکن است شبیه به هم و یا متفاوت باشند. این فاکتور تحت تاثیر تعداد ابزار برشی به کار گرفته شده روی آربور است. مزیت استفاده از این روش صرفه جویی در زمان ماشین کاری است.
اگر الگوهای برشی به صورت تخت و مشخص نباشند (یعنی نامنظم باشند) می توان از عملیات فرزکاری شکل دهی استفاده کرد. شکل ایجاد شده با این دستگاه ها ممکن است محدب، مقعر یا به هر صورت دیگری باشد. سرعت برش در این نوع عملیات معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد کمتر از عملیات فرزکاری ساده است.
این عملیات معمولاً در انتهای عملیات برش و برای آماده سازی نهایی قطعه کار اجرا می شود. عملیات فرزکاری پایانی ممکن است به صورت عمودی یا افقی یا حتی زاویه دار اجرا شود و معمولاً در انتها با تولید شیار و یا برش های کوچکی همراه است که مناسب برای قرارگیری پیچ و مهره است. برای این عملیات استفاده از دستگاه فرز عمودی بهترین انتخاب ممکن است.
این روش برای ایجاد شیارهای باریک یا شیارهای پهن روی قطعه با استفاده از یک ابزار برشی مشابه با اره اجرا می شود. از این روش می توان برای جداسازی یک قسمت کامل از قطعه کار استفاده کرد یا تنها در برخی از قسمت های آن برش های شیار مانند ایجاد کرد.
می توان از این عملیات برای ایجاد شیار و شکاف با اشکال و اندازه های مختلف روی سطح قطعه کار بهره برد. در این دستگاه ها امکان استفاده از یک ابزار برشی ساده یا حتی یک ابزار برشی اره مانند وجود دارد و در برخی موارد برش های آنها در قالب فرزکاری جانبی انجام می شود.
ابزار برشی به کار رفته در این دستگاه معمولا از نوع استوانه ای است که با توجه به حرکت قطعه کار می توان الگوی دنده ای مختلفی را روی آن پیاده سازی کرد. در این روش، فضای دندانه های ایجاد شده روی قطعه کار کاملاً با طراحی ابزار برش کاری همخوانی دارد. برای فرزکاری دنده ای باید به اندازه مساوی تیغه ها با محل برش آن ها توجه شود.
این عملیات برای ایجاد خطوطی هماهنگ و متوازن روی سطوح صاف به کار می رود. مهم ترین کاربرد این روش، ایجاد شیارهای مارپیچی استوانه ای یا مخروطی در اطراف قطعه کار است. در این عملیات می توان میز دستگاه را به صورتی تغییر داد که مارپیچ ایجاد شده به صورت زاویه دار باشد.
عملیات فرزکاری رزوه ای برای تولید پیچ و مهره استفاده میشود و عملکرد آن تا حدود زیادی به فرزکاری هلیکال شباهت دارد. در این روش فرز هم باید فرآیند برش انجام شود و هم حرکت ابزار برشی در طول و در عمق قطعه کار در نظر گرفته شود.
در این فرایند اپراتور باید بتواند با استفاده از قدرت حرکت میز و تغییر زاویه آن، امکان تغییر عمق برش و همچنین وضعیت قرارگیری برش ها در کنار یکدیگر را داشته باشد. متوازن بودن برش ها در این روش یک اولویت بسیار مهم و تاثیرگذار است.
ماشین‌های فرز بسته به این که محور اصلی تیغه فرز آن افقی یا عمودی باشد به نام‌های ماشین فرز افقی یا عمودی نامیده میشود.
در ماشین فرز افقی حرکت دورانی ممکن است از یک ترانسمیشن یا از یک موتور و جعبه دنده بگیرد که برای کارهای سری و تک‌سازی بکار می‌رود.
ماشین فرز عمودی نیز در مواردی که فرم دادن، کف تراشی یا تک‌سازی به وسیلهٔ فرز افقی امکانپذیر نیست استفاده می‌شوند و سر فرزگیر نیز قابلیت چرخش ۴۵ درجه در دو جهت را دارد. میز این ماشین‌ها نیز دارای سه حرکت طولی و عرضی و عمودی است که با دست یا خوکار عمل میشود
ماشین فرز همه‌کاره یا ماشین فرز یونیورسال نیز نوع دیگری از این ماشین هاست که با سوارکردن دستگاه‌های اضافی می‌توان آن را به جای ماشین فرز عمودی استفاده کرد. میز این ماشین می‌تواند ۴۵ درجه به چپ و راست حرکت کند. این دستگاهها دارای محور کار عمودی و افقی بوده و ساختمان آن شبیه به ماشین فرز افقی است و معمولا میز این دستگاهها حدود ۴۰ درجه به چپ و راست قابل انحراف می‌باشد. در این نوع دستگاه حرکت میله هادی میز از طریق چرخدنده‌های تعویضی به دستگاه تقسیم منتقل شده و حرکت دورانی قطعه کار را به طور همزمان امکانپذیر می‌سازد. بدین ترتیب علاوه برکارهای معمولی، شیارها، چرخدنده، تیغه فرزها و برقوهای مارپیچ و همچنین دنده‌های حلزونی به کمک آنها قابل ساخت است. ماشین فرز FP4M از نوع فرز یونیورسال است (این دستگاه دارای میز یونیورسال و قابل انحراف بوده که می‌تواند جایگزین میز معمولی گردد).
امروزه استفاده از فرزکاری رزوه در حال افزایش است. پیشرفت‌های به‌دست‌آمده در ابزارهای ماشینکاری، فرزکاری رزوه را تبدیل به فرایند سوراخکاری مهمی در کاربردهای مختلف از قبیل پزشکی، فضایی، دفاعی و صنایع رایانه کرده‌است.
چهار حرکت در ماشین فرز صورت می‌گیرد:
از آنجایی که همه قطعات تولیدی دارای سطوح دوار نیستند که بتوان با روش تراشکاری آنها را تولید کرد، ضرورت استفاده از قطعات با هندسه متفاوت و دارای سطوح مستقیم شیبدار و فرم دار و … در صنعت، انسان را بر آن داشت تا به فکر روشی باشد که بتواند براده‌برداری سطوح مورد نظر را انجام دهد. این احساس نیاز منجر به ساخت اولین ماشین فرز گردید.
معمولا از جنس چدن و به روش ریخته‌گری تهیه میشود و قسمتهای مختلف ماشین روی آن سوار میشود.
این ماشین دارای دو جعبه‌دنده مجزا، به شرح زیر می‌باشد :
الف) جعبه‌دنده مخصوص دوران محور اصلی با ۱۸ دور مختلف با ترمز مغناطیسی، برای تنظیم دور ابتدا فلکه میانی را به سمت عقب کشیده و سپس طبلک تنظیم دور را بچرخانید تا در قسمت بالا قرار بگیرد. سپس حلقه میانی را رها کنید. علامت فلش دور تنظیمی را نشان می‌دهد.
ب) جعبه‌دنده مخصوص سرعت پیشروی طولی، عرضی، ارتفاع به همراه حرکت خرگوشی (سریع). برای تنظیم سرعت پیشروی، حلقه را به طرف عقب بکشید و سپس طبلک تنظیم‌کننده را بچرخانید تا عدد مورد نظر در قسمت بالا قرار بگیرد. عدد روبه‌روی شاخص، مقدار پیشروی تنظیمی است.
میز دستگاه دارای جابه‌جایی طولی، عمودی است و جابه‌جایی عرضی توسط کشابی که در قسمت بالایی دستگاه است، محور ابزار را جابه‌جا می‌کند. حرکت‌های طولی، عرضی و عمودی به‌صورت دستی و حرکت خودکار در دو جهت X و Z امکانپذیر است. در ضمن علاوه بر حرکت عمودی میز، محور ابزار نیز دارای حرکت عمودی در فاصله‌های کوتاه می‌باشد که امکان سوراخکاری را مانند دریل ستونی به‌صورت دستی تأمین می‌کند.
دستگاه های فرز قابلیت بالایی در انجام فرآیندهای ماشینکاری دارند که در ادامه رایج ترین آن ها مورد بررسی قرار خواهند گفت.
فرزکاری سطوح بالایی یا پایینی قطعات اصطلاحا کف تراشی نام دارد که در هر دو نوع دستگاه فرز افقی و عمودی روی قطعات مختلف صنعتی قابل اجراست.
به فرزکاری سطوح جانبی قطعات پیشانی تراشی گفته می شود. در ماشین فرزهای عمودی عملیات پیشانی تراشی توسط تیغه فرزهای انگشتی (برای سطوحی با مساحت کم) یا تیغه های پیشانی تراشی (برای سطوحی با مساحت زیاد) اجرا می گردد.
بغل تراشی عملیاتی مانند پیشانی تراشی است که اغلب در ماشین فرزهای افقی قابل انجام است. برای انجام آن از تیغه پولکی استفاده می شود.
به ایجاد اختلاف ارتفاع بین سطوح قطعه کار پله تراشی می گویند. در ماشین فرز افقی با کمک تیغه های غلتکی و دیسکی و در ماشین فرز عمودی با کمک تیغه های انگشتی، پله تراشی به خوبی قابل انجام است.
شیارها فرورفتگی های فرم داری هستند که معمولا برای هدایت و اتصال قطعات روی هم به کار می روند. این شیارها می توانند ضخامت و مقاطع متفاوتی داشته باشند. (مقاطع مربعی، نیم دایره، T شکل و …)
دستگاه های فرز افقی و عمودی برای اجرای شیب ترشی راه حل های متنوعی در اختیار اپراتورها قرار می دهند. در دستگاه فرز عمودی با دوران کلگی، به راحتی می توان شیب دلخواه را فرزکاری کرد. همچنین می توان قطعه کار را توسط فیکسچر در زاویه مطلوب قرار داد و بدون دوران کلگی شیب تراشی را اجرا کرد.
