ماشین سنگ‌زنی استوانه‌ای

ماشین سنگ‌زنی استوانه‌ای( Cylindrical grinder)  یک ماشین سنگ‌­زنی است که برای شکل­‌دهی سطح خارجی یک جسم استفاده می­‌شود. ماشین سنگ‌­زنی استوانه­‌ای می‌­تواند بر روی اجسام مختلفی کار کند با این حال جسم باید دارای یک محور مرکزی چرخش باشد. این وسیله شامل بادامک ، میل لنگ اشکال بیضوی استوانه‌­ای می‌­باشد ولی محدود به آن­ها نیست. 

ماشین سنگ‌­زنی استوانه‌­ای دارای چهار بخش مهم کار به صورت زیر می‌­باشد:

1-جسمی که سنگ­زنی  روی آن انجام می­‌شود، باید دائما حین فرآیند در حال چرخش باشد.

2-چرخ سنگ‌­زنی باید دائما در حال چرخش باشد.

3-چرخ سنگ­‌زنی از سمت اطراف کار فید( feed) می‌­شود. 

4-چرخ سنگ‌­زنی یا جسمی که سنگ زده می‌­شود نسبت به یکدیگر حرکت عرضی دارند.

معمولا اغلب ماشین­‌های سنگ­‌زنی هر چهار حرکت را به کار می­‌گیرند ولی ماشین‌­هایی وجود دارد که فقط سه مورد اول را از چهار عمل انجام می­دهد.

تاریخچه 
خاستگاه ماشین سنگ‌­زنی مانند خیلی از ماشین‌­آلات مدرن دیگر از اختراعات افراد می‌­باشد. ایده اختراع ماشین سنگ‌­زنی از جان ویلکینسون و هنری مادسلی که به ترتیب اولین ماشین حفاری افقی و اولین ماشین تراش را اختراع کردند نشات می­‌گیرد. ماشین سنگ­‌زنی استوانه‌­ای بیشتر پیشرفت خود را از شروع انقلاب صنعتی به ویژه هنگام ظهور تولید فولاد محکم و قابل اعتماد و ارزان و پس از آن بهبود چرخ سنگ زنی مدیون است. اساس سنگ‌زن استوانه‌­ای امروزی برای اولین بار در دهه 1830 توسط دو نفر به نام­‌های جاناتان بریجیز و جیمز ویتون که به طور مستقل کار می‌­کردند ساخته شد. مشخص نیست که چه کسی برای اولین بار این ماشین را تولید کرده است، اما اختراع هر دو ارتباط نزدیکی با اولین ظاهر تاریخی این ماشین و نوع امروزی آن دارند، همچنین حدود 40 سال طول کشید تا بهبود و اصلاح این ابزار اتفاق بیفتد. 

شرکت براون اند شارپ ( Brown & Sharpe ) یکی از اولین سازندگان ماشین چرخ خیاطی بود. جوزف براون معتقد بود سوزن چرخ خیاطی و میله آن باید از فولاد سخت شده ساخته شود، این موضوع منجر به آزمایش و ساخت یک ماشین سنگ­‌زنی استوانه‌­ای شد. اولین تلاش صرفاً یک ماشین تراش کوچک بود که یک چرخ سنگ­‌زنی روی آن نصب شده بود. تلاش‌های بعدی منجر به نمایش ماشین سنگ­‌زنی استوانه‌­ای در نمایشگاه صدمین سالگرد اختراع در سال 1876 شد. 

شرکت برانون اند شارپ را نمی‌­توان تنها به خاطر پیشرفت‌­های پیشگام در سنگ­‌زنی استوانه‌­ای نسبت داد. مردی در والتام ماساچوست، آمبروز وبستر، در سال 1860 یک ماشین سنگ‌زنی کوچک درست کرد که حاوی تمام پیشرفت­‌هایی بود که براون و شارپ ادعا می­‌کردند اختراع اصلی خودشان است. همچنین اهمیت دقت و ضریب اطمینان آن توسط چارلز نورتون مورد توجه قرار گرفت.

نورتون کارمند براون اند شارپ بود که شرکت را ترک کرد و به این فکر بود که ماشین سنگ‌­زنی استوانه‌ای فقط یک ابزار تکمیلی نیست، بلکه می‌تواند جزء اصلی ماشین‌آلات باشد. شرکت سنگ­‌زنی نورتون را تأسیس کرد و در آنجا به بهبود ماشین­‌های سنگ­زنی استوانه‌ای با استفاده از بهبود مقادیر سرعت دوران (دور در دقیقه) سریع‌تر و تلرانس‌های دقیق‌تر پرداخت. او در 18 آوریل 1925 مدال جان اسکات و ممتاز را برای اختراع "دستگاه‌های سنگ­‌زنی دقیق با قدرت بالا" به دست آورد و مورد تقدیر قرار گرفت. این استانداردهای توسعه یافته توسط نورتون تا اواسط قرن بیستم موجود بود. 

باقی‌مانده نوآوری‌های تکنولوژیکی قابل اعمال در ماشین سنگ‌­زنی استوانه­‌ای تقریباً به با بقیه ماشین‌­های ابزار یکسان و درهم تنیده است. نوآوری 70 سال گذشته را می‌­توان با سه موج تغییر مشخص کرد. اولین موج ایجاد کنترل عددی توسط جان تی پارسونز در دهه 1940 بود. نیروی هوایی ایالات متحده که به دنبال ابزاری سریع‌­تر، ارزان­تر و کارآمدتر برای تولید قطعات و ابزار برای هواپیماها بود، نقش بزرگی در توسعه کنترل عددی(NC ) هم از نظر سیاسی و هم از نظر مالی ایفا کرد. اولین پیاده سازی NC در ماشین ابزار در دهه 1950 رخ داد و تا دهه 1960 ادامه یافت. موج دوم نوآوری که در دهه‌­های 1970 و 1980 رخ داد، با تقاضای انبوه برای میکروکامپیوترها برای هدایت NC مشخص شد. پیوستن کامپیوترها نشانگر تولد کنترل عددی کامپیوتری بود که یک بار دیگر توانایی ماشین سنگ‌­زنی استوانه ای را متحول کرد. اکنون این دستگاه قادر به دریافت دستورالعمل از یک کامپیوتر است که به آن جهت دقیق در مورد هر ابعاد و اندازه‌­گیری برای تولید محصول مورد نظر را می­دهد. این یک محیط کاری کاملاً متفاوت در مقایسه با تولید اواسط قرن بود که در آن یک کارگر مجبور بود ماشین را در هر نقطه کنترل کند که چگونه کار را انجام دهد. موج سوم تغییر در دهه 1990 با ظهور رایانه شخصی آغاز شد. ادغام CNC و رایانه شخصی در یک سیستم پویا امکان کنترل بیشتر فرآیند تولید را فراهم می‌­کند که نیاز به نظارت کمی یا بدون نظارت انسانی داشت.

روش­های مختلف سنگ‌­زنی استوانه­‌ای 
پنج نوع مختلف ماشین سنگ­زنی استوانه­‌ای وجود دارد: سنگ زن با قطر خارجی (OD)، سنگ زن با قطر داخلی (ID)، سنگ زن غوطه ور، سنگ زن فید خزشی و سنگ زن بدون مرکز

سنگ‌زن با قطر خارجی ( Outside diameter grinding ) 

سنگ زنی OD سایشی است که روی سطح خارجی یک جسم بین مراکز رخ می‌­دهد. مراکز واحدهای انتهایی با یک نقطه هستند که امکان چرخش جسم را فراهم می­‌کنند. چرخ سنگ­‌زنی نیز هنگام تماس با جسم در همان جهت می‌­چرخد. این حرکت به طور موثر به این معنی است که در هنگام تماس دو سطح در جهت مخالف حرکت می­‌کنند که امکان عملکرد نرم‌­تر و احتمال گیر کردن کمتر را فراهم می­‌کند.

سنگ‌زن با قطر داخلی ( Inside diameter grinding ) 

سنگ‌­زنی با قطر خارجی  ، سنگ‌زنی است که در داخل یک جسم اتفاق می‌­افتد. چرخ سنگ زنی همیشه کوچک‌تر از عرض سوراخ موجود در جسم است. جسم توسط یک کولت ( collet  ) در جای خود نگه داشته می­‌شود که همچنین جسم را در جای خود می‌­چرخاند.  درست مانند سنگ­زنی OD. چرخ سنگ‌­زنی و جسم در جهت مخالف می­‌چرخند و تماس جهت معکوس دو سطحی را که در آن سنگ‌­زنی اتفاق می‌­افتد، ایجاد می­‌کند.

سنگ­‌زن غوطه­‌ور (Plunge grinding) 
نوعی از سنگ زنی  OD است، با این حال تفاوت عمده این است که چرخ سنگ­‌زنی به جای عبور از جسم، تماس مداوم با یک نقطه از جسم برقرار می­‌کند.

سنگ‌­زن فید خزشی(Creep feed grinding) 
این حالت شکلی از سنگ‌­زنی است که در آن با یک بار عبور چرخ، عمق کامل برش برداشته می­‌شود. عملکرد موفقیت‌آمیز این تکنیک می‌تواند زمان ساخت را تا 50% کاهش دهد، اما اغلب دستگاه سنگ‌­زنی مورد استفاده باید به طور خاص برای این منظور طراحی شود. این شکل هم در سنگ­‌زن استوانه‌­ای و هم در سنگ‌­زن سطحی رخ می­‌دهد.

سنگ­‌زن بدون مرکز (Centerless grinding) 

سنگ‌­زنی بدون مرکز نوعی سنگ‌­زنی است که در آن هیچ کولت یا جفت مرکزی وجود ندارد که جسم را در جای خود نگه دارد. در عوض، یک چرخ تنظیم کننده وجود دارد که در سمت مخالف جسم با چرخ سنگ زنی قرار گرفته است. نقطه کار جسم را در ارتفاع مناسب نگه می­دارد اما تاثیری بر سرعت چرخش آن ندارد. تیغه کار کمی به سمت چرخ تنظیم زاویه دارد، با خط مرکزی قطعه کار بالاتر از خطوط مرکزی چرخ تنظیم می‌­شود و این بدان معنی است که نقاط بالا تمایلی به ایجاد نقاط پایین متناظر مخالف ندارند و از این رو می­توان گردی قطعات را بهبود بخشید. ترکیب سنگ‌زنی بدون مرکز با روش­‌های بارگذاری خودکار بسیار آسان تر از سنگ‌­زن مرکزی است. سنگ‌­زنی از طریق تغذیه، جایی که چرخ تنظیم با زاویه کمی نسبت به قطعه نگه داشته می‌شود به طوری که نیرویی وارد قطعه از طریق سنگ­‌زن شود، بسیار کارآمد است.

روش­‌های کنترل 
سه روش اساسی وجود دارد که یک اپراتور می تواند با یک سنگ­زن استوانه‌­ای تعامل داشته باشد. دستکاری دستی دستگاه، کنترل عددی با سیستم کارت پانچ یا با استفاده از کنترل عددی کامپیوتری با استفاده از یک رابط از پیش موجود طراحی شده برای آن دستگاه یا با استفاده از رایانه شخصی به عنوان رابط برای برقراری ارتباط با سنگ‌­زن. دو گزینه اول امروزه به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنگ­زن­‌های استوانه‌ای CNC پیشرفته‌ترین، کارآمدترین و قابل اعتمادترین سیستم‌ها در صنعت تولید هستند.

کاربردها 
سنگ­زن استوانه­‌ای علت انبوهی از نوآوری‌­ها و اختراعات در پیشرفت علم و فناوری است. در هر موقعیتی که نیاز به فلزکاری بسیار دقیق باشد، سنگ­زن استوانه‌ای قادر است دقت بالایی را ارائه دهد. از صنعت خودرو گرفته تا کاربردهای نظامی.مزایای سنگ­زن استوانه‌­ای بسیار زیاد است.

منابع 

سنگ‌زنی و پرداخت‌کاری