فرزکاری مدادی

فرزکاری مدادی (انگلیسی: Pencil Milling) یک نوع مسیر ابزار برای پاک‌سازی نهایی است که توسط نرم‌افزارهای ساخت به کمک رایانه (CAM) تولید می‌شود. این مسیر برای ماشین‌کاری گوشه‌های داخلی و فیلت‌هایی طراحی شده که ابزارهای بزرگ‌تر در مراحل قبلی مانند خشن‌کاری، نیمه‌نهایی و نهایی‌کاری نتوانسته‌اند به آن‌ها دسترسی پیدا کنند. نام این روش از شباهت حرکت ابزار به حرکت طبیعی یک مداد در امتداد این گوشه‌ها گرفته شده است. گاهی نیز به آن مسیر «توپ غلتان» گفته می‌شود.
بندانگشتی|مدلی فانتزی از فرزکاری مدادی

در بسیاری موارد، از یک مسیر مدادی اولیه، مسیرهای موازی با فاصله ثابت (step-over) استخراج می‌شود تا پاک‌سازی دقیق‌تری در گوشه‌ها و فیلت‌هایی انجام شود که هنوز مقداری مواد اضافی از ابزار بزرگ‌تر باقی مانده است.

در زمینه تولید مسیرهای Pencil، چند الگوریتم مختلف وجود دارد. رایج‌ترین روش که در مقالات علمی منتشر شده، شامل ایجاد آفست سطح ابزار از سطوح مدل و سپس تقاطع آن‌هاست تا خط مشترکی به‌دست آید که در آن ابزار به‌طور همزمان با دو سطح تماس دارد. یکی از نمونه‌های پیاده‌سازی این روش، استفاده از تکنیک ZMap است که توسط Park و همکارانش معرفی شده است.

فرزکاری مدادی یک نوع مسیر ابزار برای پاک‌سازی نهایی است که توسط نرم‌افزارهای ساخت به کمک رایانه (CAM) تولید می‌شود. این مسیر برای ماشین‌کاری گوشه‌های داخلی و فیلت‌هایی طراحی شده که ابزارهای بزرگ‌تر در مراحل قبلی مانند خشن‌کاری، نیمه‌نهایی و نهایی‌کاری نتوانسته‌اند به آن‌ها دسترسی پیدا کنند. نام این روش از شباهت حرکت ابزار به حرکت طبیعی یک مداد در امتداد این گوشه‌ها گرفته شده است. گاهی نیز به آن مسیر «توپ غلتان» گفته می‌شود.

در بسیاری موارد، از یک مسیر مدادی اولیه، مسیرهای موازی با فاصله ثابت (step-over) استخراج می‌شود تا پاک‌سازی دقیق‌تری در گوشه‌ها و فیلت‌هایی انجام شود که هنوز مقداری مواد اضافی از ابزار بزرگ‌تر باقی مانده است.

در زمینه تولید مسیرهای Pencil، چند الگوریتم مختلف وجود دارد. رایج‌ترین روش که در مقالات علمی منتشر شده، شامل ایجاد آفست سطح ابزار از سطوح مدل و سپس تقاطع آن‌هاست تا خط مشترکی به‌دست آید که در آن ابزار به‌طور همزمان با دو سطح تماس دارد. یکی از نمونه‌های پیاده‌سازی این روش، استفاده از تکنیک ZMap است که توسط Park و همکارانش معرفی شده است.

## مسیر مدادی
در مسیر مدادی، هدف این است که ابزار در نقطه‌ای حرکت کند که همزمان با **دو سطح مجاور تماس داشته باشد**. این نقطه دقیقاً جایی است که ابزار می‌تواند بدون برخورد با قطعه، مواد باقی‌مانده را از گوشه یا فیلت حذف کند. برای رسیدن به این نقطه، نرم‌افزار CAM باید بفهمد کجا ابزار با دو سطح تماس پیدا می‌کند و در عین حال مسیر حرکتش بدون برخورد باشد.
بندانگشتی|مسیر فرزکاری مدادی
### الگوریتم‌های تولید مسیر مدادی

#### تقاطع آفست‌های سطحی (Surface Offset Intersection)
در این روش، نرم‌افزار ابتدا از سطوح مدل، آفست‌هایی به اندازه شعاع ابزار ایجاد می‌کند. سپس محل تقاطع این آفست‌ها را محاسبه می‌کند. این خط تقاطع همان مسیر مدادی است، چون نشان می‌دهد ابزار در آن نقطه با هر دو سطح تماس دارد.

#### روش ZMap
در این تکنیک، سطح قطعه به‌صورت یک نقشه ارتفاعی (ZMap) نمایش داده می‌شود. سپس نرم‌افزار بررسی می‌کند که ابزار در کدام نقاط می‌تواند با دو سطح تماس داشته باشد بدون اینکه برخورد کند. این روش برای قطعات پیچیده و منحنی‌دار بسیار مؤثر است.

#### روش‌های مبتنی بر منحنی‌های هندسی
در برخی نرم‌افزارها، مسیر مدادی از طریق تحلیل منحنی‌های لبه و فیلت‌ها تولید می‌شود. نرم‌افزار بررسی می‌کند که ابزار چگونه می‌تواند در امتداد این منحنی‌ها حرکت کند و نقاط تماس را شناسایی می‌کند.
#### الگوریتم‌های تطبیقی و هیبریدی
در مدل‌های پیشرفته‌تر، از ترکیب چند الگوریتم استفاده می‌شود تا مسیر مدادی بهینه‌تری تولید شود. مثلاً ابتدا ZMap برای شناسایی نواحی بحرانی، سپس آفست‌گیری برای تولید مسیر دقیق.

### عوامل مؤثر در کیفیت مسیر مدادی

* شعاع ابزار: هرچه کوچک‌تر باشد، مسیر مدادی دقیق‌تر اما زمان‌برتر خواهد بود.
* دقت مدل CAD: اگر سطوح مدل دقیق نباشند، مسیر مدادی ممکن است برخورد ایجاد کند.
* تنظیمات step-over: فاصله بین مسیرهای موازی مدادی باید به‌گونه‌ای باشد که هیچ ماده‌ای باقی نماند.
* نوع فیلت یا گوشه: مسیر مدادی در فیلت‌های محدب و مقعر متفاوت رفتار می‌کند.

## مزایا

#### پاک‌سازی گوشه‌ها و فیلت‌های باریک

* در مراحل roughing و finishing، ابزارهای بزرگ‌تر نمی‌توانند به گوشه‌های تنگ یا فیلت‌های کوچک دسترسی پیدا کنند.
* Pencil Milling با ابزارهای کوچک‌تر وارد این نواحی شده و مواد باقی‌مانده را حذف می‌کند.

#### افزایش دقت هندسی قطعه

* در قطعاتی با هندسه پیچیده مثل قالب‌های تزریق پلاستیک یا قطعات هوافضا، فرزکاری مدادی کمک می‌کند تا انحناها و گوشه‌ها دقیقاً مطابق مدل CAD ماشین‌کاری شوند. 

#### بهبود کیفیت سطحی در نواحی حساس

* در مناطقی که تماس ابزار با دو سطح همزمان نیاز است (مثل اتصال دو فیلت یا گوشه داخلی)، Pencil Milling سطحی صاف و یکنواخت ایجاد می‌کند که در مراحل بعدی نیازی به پرداخت دستی ندارد.

#### کاهش نیاز به عملیات دستی

* در قالب‌سازی یا ساخت قطعات پزشکی، حذف کامل مواد اضافی در گوشه‌ها باعث می‌شود نیازی به سنگ‌زنی یا پرداخت دستی نباشد، که هم زمان‌بر است و هم دقت را کاهش می‌دهد.

#### کاربرد در قطعات با تلرانس بالا

* در صنایع هوافضا، خودرو، پزشکی و ابزار دقیق، قطعاتی با تلرانس‌های بسیار پایین تولید می‌شوند. Pencil Milling کمک می‌کند تا این تلرانس‌ها در نواحی بحرانی حفظ شوند.بندانگشتی|عکسی از شبیه سازی فرزکاری مدادی در نرم افزار

#### ایجاد مسیرهای موازی برای پاک‌سازی گسترده‌تر

* از یک مسیر مدادی اولیه، می‌توان مسیرهای موازی با فاصله ثابت (step-over) تولید کرد تا نواحی بیشتری از گوشه‌ها و فیلت‌ها پاک‌سازی شوند.

## مقایسه

## کاربرد در صنعت

### صنعت قالب‌سازی
* در ساخت قالب‌های تزریق پلاستیک، دایکست، و قالب‌های پرس فلز، گوشه‌ها و فیلت‌های داخلی باید کاملاً تمیز و دقیق باشند.
* فرزکاری مدادی برای حذف مواد باقی‌مانده در این نواحی استفاده می‌شود تا قالب بدون نقص و با عمر بالا تولید شود.

### صنعت هوافضا
* قطعات هواپیما مثل پره‌های توربین، بدنه‌های کامپوزیتی، و اجزای موتور نیاز به دقت بسیار بالا دارند.
* فرزکاری مدادی در نواحی‌ای که ابزارهای بزرگ‌تر نمی‌توانند وارد شوند، به‌کار می‌رود تا تلرانس‌های دقیق حفظ شود و سطح نهایی بدون نقص باشد.

### صنعت خودروسازی
* در تولید قطعات موتوری، سیستم‌های تعلیق، و قالب‌های بدنه خودرو، گوشه‌های داخلی و فیلت‌ها باید کاملاً پاک‌سازی شوند.
* این تکنیک باعث کاهش اصطکاک، بهبود جریان سیالات، و افزایش عمر قطعه می‌شود.

### صنعت پزشکی
* در ساخت ایمپلنت‌ها، ابزارهای جراحی، و قطعات ارتوپدی، دقت سطحی و هندسی بسیار حیاتی است.
* فرزکاری مدادی برای ماشین‌کاری نهایی نواحی حساس استفاده می‌شود تا قطعه با بدن انسان سازگار باشد.

### صنعت ابزار دقیق و الکترونیک
* در ساخت قالب‌های میکروالکترونیک، قطعات سنسور، و ابزارهای اندازه‌گیری، گوشه‌های تیز و فیلت‌های کوچک باید با دقت بالا ماشین‌کاری شوند.
* فرزکاری مدادی این امکان را فراهم می‌کند بدون آسیب به ساختار اصلی قطعه.
بندانگشتی|تصویری مدل شده از فرزکاری مدادی

## جستارهای وابسته

* ماشینکاری
* دستگاه تراش
* دستگاه فرز
* تیغه تراش

## منابع

رده:ماشین‌کاری
رده:شکل‌دهی فلزات
رده:مهندسی به کمک رایانه