עיבוד שבבי מדויק הוא תהליך להסרת חומר מחומר עבודה במהלך החזקת גימורים בעלי סובלנות קרובה.למכונת הדיוק סוגים רבים, כולל כרסום, חריטה ועיבוד שבבי פריקה חשמלית.מכונת דיוק כיום נשלטת בדרך כלל באמצעות בקרה מספרית של מחשב (CNC).
כמעט כל מוצרי המתכת משתמשים בעיבוד שבבי מדויק, וכך גם בחומרים רבים אחרים כמו פלסטיק ועץ.מכונות אלו מופעלות על ידי מכונאים מומחים ומיומנים.על מנת שכלי החיתוך יעשה את עבודתו, יש להזיז אותו בכיוונים שצוינו כדי לבצע את החיתוך הנכון.תנועה ראשונית זו נקראת "מהירות חיתוך".ניתן גם להזיז את חומר העבודה, המכונה התנועה המשנית של "הזנה".יחד, תנועות אלו וחדות כלי החיתוך מאפשרים למכונת הדיוק לפעול.
עיבוד עיבוד מדויק ואיכותי דורש את היכולת לעקוב אחר שרטוטים ספציפיים ביותר שנעשו על ידי תוכניות CAD (תכנון בעזרת מחשב) או CAM (ייצור בעזרת מחשב) כמו AutoCAD ו-TurboCAD.התוכנה יכולה לסייע בהפקת דיאגרמות תלת מימדיות או קווי מתאר מורכבים הדרושים על מנת לייצר כלי, מכונה או אובייקט.יש להקפיד על שרטוטים אלה בפירוט רב כדי להבטיח שהמוצר ישמור על שלמותו.בעוד שרוב חברות העיבוד המדויק עובדות עם צורה כלשהי של תוכניות CAD/CAM, הן עדיין עובדות לעתים קרובות עם סקיצות מצוירות ביד בשלבים הראשונים של עיצוב.
נעשה שימוש בעיבוד שבבי מדויק במספר חומרים, כולל פלדה, ברונזה, גרפיט, זכוכית ופלסטיק.בהתאם לגודל הפרויקט ולחומרים בהם יש להשתמש, ייעשה שימוש בכלי עיבוד מדויקים שונים.ניתן להשתמש בכל שילוב של מחרטות, מכונות כרסום, מכונות מקדחים, מסורים ומטחנות, ואפילו רובוטיקה במהירות גבוהה.התעשייה האווירית עשויה להשתמש בעיבוד שבבי במהירות גבוהה, בעוד שתעשיית ייצור כלי עץ עשויה להשתמש בתהליכי תחריט וכרסום פוטו-כימיים.היציאה של ריצה, או כמות מסוימת של פריט מסוים, יכולה להגיע לאלפים, או להיות רק כמה.עיבוד שבבי מדויק דורש לעתים קרובות תכנות של התקני CNC מה שאומר שהם נשלטים מספרית במחשב.מכשיר ה-CNC מאפשר לעקוב אחר מידות מדויקות לאורך כל הריצה של המוצר.
כרסום הוא תהליך העיבוד של שימוש בחותכים סיבוביים כדי להסיר חומר מחומר עבודה על ידי התקדמות (או הזנה) של החותך לתוך חומר העבודה בכיוון מסוים.ניתן להחזיק את החותך בזווית ביחס לציר הכלי.כרסום מכסה מגוון רחב של פעולות ומכונות שונות, בקנה מידה מחלקים בודדים קטנים ועד פעולות כרסום גדולות וכבדות.זהו אחד התהליכים הנפוצים ביותר עבור עיבוד חלקים מותאמים אישית לסובלנות מדויקת.
כרסום יכול להתבצע עם מגוון רחב של כלי מכונות.המעמד המקורי של מכונות כרסום היה מכונת כרסום (המכונה לעתים קרובות כרסום).לאחר הופעתה של בקרה מספרית ממוחשבת (CNC), מכונות כרסום התפתחו למרכזי עיבוד שבבי: מכונות כרסום מתוגברות על ידי מחליפי כלים אוטומטיים, מגזיני כלים או קרוסלות, יכולת CNC, מערכות נוזל קירור ומארזים.מרכזי כרסום מסווגים בדרך כלל כמרכזי עיבוד אנכיים (VMCs) או מרכזי עיבוד אופקיים (HMCs).
השילוב של כרסום בסביבות חרטה, ולהיפך, החל עם כלי עבודה חי למחרטות ושימוש מזדמן במכבשים לצורך פעולות חריטה.זה הוביל לסוג חדש של כלי מכונות, מכונות ריבוי משימות (MTMs), שנבנו ייעודי כדי להקל על כרסום וחריטה בתוך אותה מעטפת עבודה.
עבור מהנדסי תכנון, צוותי מו"פ ויצרנים התלויים במיקור חלקים, עיבוד CNC מדויק מאפשר יצירת חלקים מורכבים ללא עיבוד נוסף.למעשה, עיבוד CNC מדויק מאפשר לרוב לייצר חלקים מוגמרים במכונה אחת.
תהליך העיבוד מסיר חומר ומשתמש במגוון רחב של כלי חיתוך כדי ליצור את העיצוב הסופי, ולעתים קרובות מאוד מורכב, של חלק.רמת הדיוק מוגברת באמצעות שימוש בבקרה מספרית ממוחשבת (CNC), המשמשת לאוטומציה של השליטה בכלי העיבוד.
תפקידו של "CNC" בעיבוד שבבי מדויק
באמצעות הוראות תכנות מקודדות, עיבוד CNC מדויק מאפשר לחתוך ולעצב חומר עבודה לפי מפרטים ללא התערבות ידנית של מפעיל מכונה.
תוך נטילת מודל תכנון בעזרת מחשב (CAD) שסופק על ידי לקוח, מכונאי מומחה משתמש בתוכנת ייצור בעזרת מחשב (CAM) כדי ליצור את ההוראות לעיבוד החלק.בהתבסס על מודל ה-CAD, התוכנה קובעת אילו נתיבי כלים נדרשים ויוצרת את קוד התכנות שאומר למכונה:
■ מהם הסל"ד וקצבי ההזנה הנכונים
■ מתי ואיפה להזיז את הכלי ו/או חומר העבודה
■ כמה עמוק לחתוך
■ מתי למרוח נוזל קירור
■ כל גורם אחר הקשור למהירות, קצב הזנה ותיאום
לאחר מכן, בקר CNC משתמש בקוד התכנות כדי לשלוט, לבצע אוטומציה ולנטר את תנועות המכונה.
כיום, CNC הוא מאפיין מובנה של מגוון רחב של ציוד, ממחרטות, כרסמות ונתבים ועד לעיבוד תיל EDM (עיבוד עיבוד פריקה חשמלי), מכונות חיתוך לייזר ופלזמה.בנוסף לאוטומציה של תהליך העיבוד ושיפור הדיוק, CNC מבטל משימות ידניות ומשחרר את המכונאים לפקח על מספר מכונות הפועלות בו זמנית.
בנוסף, לאחר שתוכנן נתיב כלי ומתכנת מכונה, היא יכולה להפעיל חלק בכל מספר פעמים.זה מספק רמה גבוהה של דיוק וחזרה, אשר בתורו הופך את התהליך לחסכוני ביותר וניתן להרחבה.
חומרים המעובדים במכונה
חלק מהמתכות המעובדות בדרך כלל כוללות אלומיניום, פליז, ברונזה, נחושת, פלדה, טיטניום ואבץ.בנוסף, ניתן לעבד גם עץ, קצף, פיברגלס ופלסטיק כמו פוליפרופילן.
למעשה, כמעט כל חומר יכול לשמש עם עיבוד CNC מדויק - כמובן, בהתאם ליישום ולדרישותיו.
כמה יתרונות של עיבוד CNC מדויק
עבור רבים מהחלקים והרכיבים הקטנים המשמשים במגוון רחב של מוצרים מיוצרים, עיבוד CNC מדויק הוא לרוב שיטת הייצור המועדפת.
כפי שנכון למעשה לכל שיטות החיתוך והעיבוד, חומרים שונים מתנהגים בצורה שונה, וגם לגודל ולצורה של רכיב יש השפעה רבה על התהליך.עם זאת, באופן כללי תהליך עיבוד CNC מדויק מציע יתרונות על פני שיטות עיבוד אחרות.
הסיבה לכך היא שעיבוד CNC מסוגל לספק:
■ רמה גבוהה של מורכבות חלק
■ סובלנות הדוקה, בדרך כלל נע בין ±0.0002 אינץ' (±0.00508 מ"מ) ל-±0.0005 אינץ' (±0.0127 מ"מ)
■ גימורי משטח חלקים במיוחד, כולל גימורים מותאמים אישית
■ יכולת חזרה, גם בנפחים גבוהים
אמנם מכונאי מיומן יכול להשתמש במחרטה ידנית כדי ליצור חלק איכותי בכמויות של 10 או 100, מה קורה כשצריך 1,000 חלקים?10,000 חלקים?100,000 או מיליון חלקים?
עם עיבוד CNC מדויק, אתה יכול לקבל את המדרגיות והמהירות הדרושים עבור סוג זה של ייצור בנפח גבוה.בנוסף, יכולת החזרה הגבוהה של עיבוד CNC מדויק מעניקה לך חלקים שכולם זהים מתחילתו ועד סופו, לא משנה כמה חלקים אתה מייצר.
ישנן כמה שיטות מיוחדות מאוד של עיבוד שבבי CNC, כולל עיבוד תיל EDM (עיבוד פריקה חשמלית), עיבוד שבבי תוסף והדפסת לייזר תלת מימדית.לדוגמה, EDM תיל משתמש בחומרים מוליכים - בדרך כלל מתכות - ופריקות חשמליות כדי לשחוק חומר עבודה לצורות מורכבות.
עם זאת, כאן נתמקד בתהליכי כרסום וחריטה - שתי שיטות חיסור הזמינות באופן נרחב ומשמשות לעתים קרובות לעיבוד CNC מדויק.
כרסום מול סיבוב
כרסום הוא תהליך עיבוד שמשתמש בכלי חיתוך גלילי מסתובב כדי להסיר חומר וליצור צורות.ציוד כרסום, המכונה טחנה או מרכז עיבוד שבבי, משיג יקום של גיאומטריות חלקים מורכבות על כמה מהאובייקטים הגדולים ביותר המעובדים מתכת.
מאפיין חשוב של כרסום הוא שחומר העבודה נשאר נייח בזמן שכלי החיתוך מסתובב.במילים אחרות, בטחנה, כלי החיתוך המסתובב נע סביב חומר העבודה, שנשאר קבוע במקומו על המיטה.
סיבוב הוא תהליך של חיתוך או עיצוב של חומר עבודה בציוד הנקרא מחרטה.בדרך כלל, המחרטה מסובבת את חומר העבודה על ציר אנכי או אופקי בזמן שכלי חיתוך קבוע (שאולי מסתובב או לא) נע לאורך הציר המתוכנת.
הכלי לא יכול להקיף פיזית את החלק.החומר מסתובב, ומאפשר לכלי לבצע את הפעולות המתוכנתות.(ישנה תת-קבוצה של מחרטות שבהן הכלים מסתובבים סביב חוט המוזן בסליל, עם זאת, שאינו מכוסה כאן.)
בסיבוב, בניגוד לכרסום, חומר העבודה מסתובב.מלאי החלקים מסתובב על הציר של המחרטה וכלי החיתוך מובא במגע עם חומר העבודה.
עיבוד ידני לעומת CNC
בעוד שגם כרסמות וגם מחרטות זמינות בדגמים ידניים, מכונות CNC מתאימות יותר למטרות של ייצור חלקים קטנים - ומציעות מדרגיות וחזרה על יישומים הדורשים ייצור בנפח גבוה של חלקים בעלי סובלנות הדוקה.
בנוסף להצעת מכונות פשוטות של 2 צירים בהן הכלי נע בצירי X ו-Z, ציוד CNC מדויק כולל דגמים מרובי צירים בהם גם חומר העבודה יכול לנוע.זאת בניגוד למחרטה שבה חומר העבודה מוגבל לסיבוב והכלים יזוזו ליצירת הגיאומטריה הרצויה.
תצורות רב-ציריות אלו מאפשרות ייצור של גיאומטריות מורכבות יותר בפעולה אחת, ללא צורך בעבודה נוספת על ידי מפעיל המכונה.זה לא רק מקל על ייצור חלקים מורכבים, אלא גם מקטין או מבטל את הסיכוי לטעות מפעיל.
בנוסף, השימוש בנוזל קירור בלחץ גבוה עם עיבוד CNC מדויק מבטיח ששבבים לא ייכנסו לעבודה, גם כאשר משתמשים במכונה עם ציר בכיוון אנכי.
טחנות CNC
מכונות כרסום שונות משתנות בגדלים שלהן, בתצורות הצירים, בקצבי הזנה, במהירות החיתוך, בכיוון הזנת הכרסום ובמאפיינים אחרים.
עם זאת, באופן כללי, מפעלי CNC כולם משתמשים בציר מסתובב כדי לחתוך חומר לא רצוי.הם משמשים לחיתוך מתכות קשות כגון פלדה וטיטניום אך ניתן להשתמש בהם גם עם חומרים כגון פלסטיק ואלומיניום.
מכבשי CNC בנויים לחזרה וניתן להשתמש בהם לכל דבר, החל מיצירת אב טיפוס ועד לייצור בנפח גבוה.כרסמות CNC דיוק גבוהות משמשות לעתים קרובות לעבודות סובלנות הדוקות כגון כרסום תבנית ותבניות עדינות.
בעוד כרסום CNC יכול לספק אספקה מהירה, גימור בעת כרסום יוצר חלקים עם סימני כלים גלויים.הוא עשוי גם לייצר חלקים עם קצוות חדים וקוצצים, כך שייתכן שיידרשו תהליכים נוספים אם קצוות וקוצצים אינם מקובלים עבור תכונות אלה.
כמובן שכלי פירוק כתמים שתוכנתו ברצף יתפרו, אם כי בדרך כלל משיגים 90% מהדרישה המוגמרת לכל היותר, ומשאירים כמה תכונות לגימור ידני סופי.
באשר לגימור משטח, ישנם כלים אשר יפיקו לא רק גימור משטח מקובל, אלא גם גימור דמוי מראה על חלקים ממוצר העבודה.
סוגי כרסמות CNC
שני הסוגים הבסיסיים של מכונות כרסום ידועים כמרכזי עיבוד אנכיים ומרכזי עיבוד אופקיים, כאשר ההבדל העיקרי הוא בכיוון ציר המכונה.
מרכז עיבוד אנכי הוא חרס שבו ציר הציר מיושר בכיוון ציר Z.ניתן לחלק את המכונות האנכיות הללו לשני סוגים:
■ כרסמות מיטה, בהן הציר נע במקביל לציר שלו ואילו השולחן נע בניצב לציר הציר
■ כרסמות צריחים, בהן הציר נייח והשולחן מזיז כך שהוא תמיד מאונך ומקביל לציר הציר בזמן פעולת החיתוך
במרכז עיבוד אופקי, ציר הציר של הטחנה מיושר בכיוון ציר Y.המבנה האופקי פירושו שהטחנות הללו נוטות לתפוס יותר מקום ברצפת המכונות;הם גם בדרך כלל כבדים יותר במשקל וחזקים יותר ממכונות אנכיות.
טחנת אופקית משמשת לעתים קרובות כאשר נדרש גימור משטח טוב יותר;זה בגלל שהכיוון של הציר אומר ששבבי החיתוך נושרים באופן טבעי ומוסרים בקלות.(כיתרון נוסף, הסרת שבבים יעילה עוזרת להאריך את חיי הכלי.)
באופן כללי, מרכזי עיבוד אנכיים נפוצים יותר מכיוון שהם יכולים להיות חזקים כמו מרכזי עיבוד אופקיים ויכולים להתמודד עם חלקים קטנים מאוד.בנוסף, למרכזים אנכיים יש טביעת רגל קטנה יותר ממרכזי עיבוד אופקיים.
כרסמות CNC רב ציריות
מרכזי טחנת CNC מדויקים זמינים עם מספר צירים.טחנת 3 צירים משתמשת בצירי X, Y ו-Z למגוון רחב של עבודות.עם כרסום 4 צירים, המכונה יכולה להסתובב על ציר אנכי ואופקי ולהזיז את חומר העבודה כדי לאפשר עיבוד רציף יותר.
לטחנת 5 צירים יש שלושה צירים מסורתיים ושני צירים סיבוביים נוספים, המאפשרים לסובב את חומר העבודה כאשר ראש הציר נע סביבו.זה מאפשר לעבד חמישה צדדים של חומר עבודה מבלי להסיר את חומר העבודה ולאפס את המכונה.
מחרטות CNC
למחרטה - הנקראת גם מרכז מפנה - יש ציר אחד או יותר, וציר X ו-Z.המכונה משמשת לסיבוב חומר עבודה על צירו לביצוע פעולות חיתוך ועיצוב שונות, תוך הפעלת מגוון רחב של כלים על חומר העבודה.
מחרטות CNC, הנקראות גם מחרטות כלי עבודה חי, הן אידיאליות ליצירת חלקים גליליים או כדוריים סימטריים.כמו מפעלי CNC, מחרטות CNC יכולות להתמודד עם פעולות קטנות יותר כגון יצירת אב טיפוס, אך ניתן גם להגדיר אותן לחזרות גבוהה, התומכות בייצור בנפח גבוה.
ניתן להגדיר מחרטות CNC לייצור יחסית ללא ידיים, מה שהופך אותן לשימוש נרחב בתעשיות הרכב, האלקטרוניקה, התעופה והחלל, הרובוטיקה והמכשור הרפואי.
כיצד פועלת מחרטת CNC
עם מחרטת CNC, סרגל ריק של חומר מלאי נטען לתוך הצ'אק של הציר של המחרטה.צ'אק זה מחזיק את חומר העבודה במקומו בזמן שהציר מסתובב.כאשר הציר מגיע למהירות הנדרשת, כלי חיתוך נייח מובא במגע עם חומר העבודה כדי להסיר חומר ולהשיג את הגיאומטריה הנכונה.
מחרטת CNC יכולה לבצע מספר פעולות, כגון קידוח, השחלה, קידוח, קידוח, חזית וסיבוב מחודד.פעולות שונות דורשות החלפת כלי ויכולות להגדיל את העלות וזמן ההגדרה.
לאחר השלמת כל פעולות העיבוד הנדרשות, החלק נחתך מהמלאי לעיבוד נוסף, במידת הצורך.מחרטת ה-CNC מוכנה לחזור על הפעולה, עם מעט זמן הגדרה נוסף או ללא צורך בדרך כלל בין לבין.
מחרטות CNC יכולות גם להכיל מגוון של מזיני ברים אוטומטיים, המפחיתים את כמות הטיפול הידני בחומרי גלם ומספקים יתרונות כמו הבאים:
■ צמצם את הזמן והמאמץ הנדרשים ממפעיל המכונה
■ תמכו בברסטוק כדי להפחית רעידות שעלולות להשפיע לרעה על הדיוק
■ אפשר לכלי המכונה לפעול במהירויות ציר אופטימליות
■ צמצם למינימום את זמני ההחלפה
■ הפחתת פסולת חומרים
סוגי מחרטות CNC
ישנם מספר סוגים שונים של מחרטות, אך הנפוצות ביותר הן מחרטות CNC דו-ציריות ומחרטות אוטומטיות בסגנון סין.
רוב מחרטות CNC בסין משתמשות בציר ראשי אחד או שניים בתוספת ציר אחד או שניים אחוריים (או משניים), כאשר העברה סיבובית אחראית לראשון.הציר הראשי מבצע את פעולת העיבוד העיקרית, בעזרת תותב מנחה.
בנוסף, כמה מחרטות בסגנון סין מגיעות מצוידות בראש כלי שני הפועל כחרסת CNC.
עם מחרטה אוטומטית בסגנון CNC בסין, חומר המניות מוזן דרך ציר ראש הזזה לתוך תותב מנחה.זה מאפשר לכלי לחתוך את החומר קרוב יותר לנקודה שבה החומר נתמך, מה שהופך את מכונת הסין למועילה במיוחד עבור חלקים מסובבים ארוכים ודקים ועבור עיבוד מיקרו.
מרכזי חרטת CNC מרובי צירים ומחרטות בסגנון סין יכולים לבצע פעולות עיבוד מרובות באמצעות מכונה אחת.זה הופך אותם לאופציה חסכונית עבור גיאומטריות מורכבות שאחרת היו דורשות מכונות מרובות או החלפת כלים באמצעות ציוד כגון מכבש CNC מסורתי.