האם ניתן ליצור צורות גאומטריות מורכבות בעזרת סיבוב CNC?

איך סיבוב CNC מודרני מאפשר ייצור של גאומטריה מורכבת

כלים חיים, ציר Y וצמד משני: הפיכת אפשריים מאפיינים לא מרכזיים ולא סימטריים

העיבוד באמצעות מיכון CNC פותר היום את ההגבלות הישנות של סיבוב הודות לשלוש התקדמות משמעותיות. הראשונה היא כלים פעילים, שבהם מקבצים את כלמי החציבה ישירות על המגדל של המסב. זה מאפשר לנו לחפור בצדדים, לחצב שקי חציבה ואפילו לבצע עבודות חציבה על חלקים מסתובבים, הכל בתהליך אחד, ללא צורך להעביר את החלקים למקום אחר לביצוע פעולות נוספות. שנית, יש את ציר Y שמביא תנועה אנכית בזווית ישרה לציר הראשי. זה מאפשר למכונאים ליצור צורות בעלות מרכז לא מרכזי ועיצובים א-סימטריים כמו שטחים משוחלבים או פרופילים מרובי צדדים. ולסיום, הציר המשני שינה הכול לעיבוד מלא של חלקים. הוא מעביר את חומר העבודה באופן אוטומטי לעיבוד הצד האחורי, כגון חריטת שפה, ריסוק או גימור קצה, מבלי שמישהו יצטרך לטפל ידנית בחלק. שילבו את כל אלה יחד, ומה מתקבל? חלקים שהיו בלתי אפשריים בעבר הופכים למציאות. אנו מדברים על מעבר מצורות גליל בסיסיות לרכיבים מורכבים יותר עם התרחבות, חורים בשוליים, חריצים ופני שיפוע. והחלק הטוב ביותר? כל המורכבות הזו לא מחליקה על דיוק. המכונות עדיין מצליחות להגיע לסובלנות של מיקרון, וחברות דיווחו על הקטנת הכנות כמעט ב-70% בהשוואה לשיטות ישנות יותר.

דוגמה מחיי היום-יום: ייצור בקוביה אחת של פלנזה לאווירוס페이ס עם חריטים, שוחקות, קריצוע ולחורים רדיאליים

צורך בפלנזה מורכבת בתחום האוויר והחלל בערך 15 תכונות שונות, כולל הפאות המתעקלות הקשות, חריצים מדויקים במיוחד, שדרוגי עבודה, ועוד שמונה חורים רדיאליים. כל הדבר כולו יוצר בהגדרה אחת בלבד על מרכז הפנייה רב-ציריanguard מתקדם. לצורך המתיחות, השתמשו בקווי conturing של ציר Y כדי להשיג את הסובלנות הצריכה הנדרשת. כלים חיים טיפלו בחישול וחיטוב החורים הרדיאליים ללא צורך בשינוי מיקום בכלל. בינתיים, ציר המשנה עבד על השדרוג בצד האחורי בזמן שכל שאר העיבוד היה בתהליך. החריצים? היה צריך להיות בדיוק בתוך פלוס או מינוס 0.005 אינץ', מה שנעשה באמצעות שילוב חכם בין הצירים C ו-Y. על ידי ביצוע כל התהליכים יחדיו בצורה זו, לא הייתה שום حاجة לצעדים נוספים של טיפול. מה זה אומר מבחינה מעשית? זמן המחזור ירד דרמטית משלוש שעות ארוכות ל-22 דקות בלבד. מראה למה ניתן להשיג עם מכונת CNC כאשר לעיבוד סימטריה סיבובית היא אלמנט העיצוב הבסיסי.

סיבוב CNC לעומת פחית 5 צירים: מתי לבחור בסיבוב CNC לחלקים מורכבים

היתרון של הסימטריה: למה שליטה סיבובית הופכת את סיבוב CNC ליעיל ביחס לגאומטריותهجוניות

בעת עבודה עם חלקים שצורתם עגולה ברובה, חיתוך CNC מספק למהריקים מהירות טובה יותר וחוסך כסף בהשוואה לשיטות אחרות. התהליך פועל על ידי סיבוב חומר הגלם בזמן שכלים חותכים נשארים במקומם או נעים יחד איתו, מה שמאפשר הסרת חומר מהירה לצורך יצירת קטרים חיצוניים, חרוטים, ריסוקים וחריצים. תכונות מסוג זה ידרשו שינויים רבים בהתקנה ויעבדו הרבה יותר לאט על מילוי 5 צירים. מילוי 5 צירים אכן מתמודד היטב עם משטחים בזוויות מורכבות וצורות לא רגולריות, אך כל החלקים المتحרכים משמעם זמני תכנות ארוכים יותר ועמלות מכונה גבוהות יותר. קחו חלקים שבהן יותר ממחצית הנפח הכולל הוא גלילי, כמו דלפקים עם חורים סביב הקצה או רכיבי גוף עם חריצים לאורך ההיקף. לסוגים אלו של חלקים, חיתוך CNC יכול לצמצם את עבודת ההכנה בכ-40 אחוז ולחתוך את מחזורי הייצור עד 60 אחוז. יתרה מכך, הוא שומר על סובלנות הדוקה מתחת ל-0.005 אינץ' מבלי לשבור את הבנק, במיוחד בייצור של יותר מ-1,000 יחידות.

מסגרת החלטה: הערכת מיקום תכונות, כמות ודרישות צירים כדי לקבוע עדיפות לכרסום ב-CNC

בחירת התהליך האופטימלי תלויה בשלושה קריטריונים שקשורים זה בזה:

1. צפיפות תכונות סיבוביות : קבעו עדיפות לכרסום ב-CNC כאשר 70% מהתכונות הקריטיות (למשל קטרים, חורים, ריסוקים, חריטות) הן סימטריות סיבובית.
2. עומק מורכבות לא סיבובית : העדיפו מכונת חיתוך 5 צירים כאשר החלק כולל יותר מ-3 פאות עצמאיות שאינן על הציר, כגון משטחי התקנה בזוויות או כיסים לא רדיאליים שלא ניתן לגשת אליהם באמצעות כלים חיים או תנועת ציר Y.
3. איזון נפח-עלות : כרסום ב-CNC מפחית את עלות ליחידה בכ-30% בהרצות נפח גבוה בזכות זמני מחזור קצרים יותר וציוד תחبيון מינימלי, בעוד שמכונת חיתוך 5 צירים נשארת עדיפה ליצירת דמויות ניסיונית בנפחים קטנים או לגאומטריות מאוד לא רגילות. כלל אצבע: אם המבנה המרכזי הוא גלילי, גם עם חיתוך צידי מתון, הגישה הממוקדת כרסום תניב בדרך כלל תפוקה טובה יותר, דיוק ושליטה בעלויות.

הנחיות עיצוב ומגבלות מעשיות במחטובה CNC

הימנעות מלכודת 'מסובך אך לא אסימטרי': מגבלות עיקריות על חציצים פנימיים, תאים עמוקים ופני שטח שאינם סיבוביים

כוחו של עיבוד CNC בסיבוב נמצא בסימטריה סיבובית, אך הפיזיקה שלו מציבה גבולות ברורים לתכונות אסימטריות. שלוש מגבלות מכניות מגדירות את הגבולות לייצור:

• שקעים : חציצים פנימיים שמעבר ל-~135° אינם נגישים בעזרת כלים סטנדרטיים עקב הפרעה מצד הספינדל וחופן; נדרשים אז מחזיקי כלים מיוחדים או פעולות משניות.
• תאים עמוקים : יחס עומק לקוטר הגדול מ-4:1 עלול לגרום לעיוות כלים ולסיום משטח לקוי, במיוחד בחומרים רכים או דביקים; מומלץ לשמור על עומק התאים עד 3 פעמים קוטר הכלי.
• פני שטח שאינם סיבוביים : פנים שטוחים, כתפות מרובעות או תכונות זוויתיות דורשות כלים פעילים, אינדוקס ציר C או תנועת ציר Y, מה שמגדיל את המורכבות, זמן המחזור והסתברות לשגיאות יישור.

ההתנהגות של החומרים משפיעה בפועל על מה שניתן לעשות מבחינה מעשית. סלקי מתכות מותנים מעל 45 HRC נוטים לאכול את כלים חיתוך מהר יותר בעת ביצוע עבודות עיצוב עדינות. קירות דקים פחות ממילימטר וחצי פשוט מתעווים כתוצאה מכוח צנטריפוגלי במהלך עיבוד. כשחלקים כוללים תכונות לא אחידות שמפריעות למסלול זרימת הגרגירים, גם אז נוצרים בעיות. הגרגירים נתקעים ונחתכים מחדש אל פני השטח של החלק, מה שגורם לסיום רופף יותר ממה שרצוי, לפעמים גרוע יותר מ-32 Ra מיקרו אינץ'. לצורך שיפור התוצאות בתהליכי סיבוב CNC, כדאי לעצב חלקים עם רדיוסים אחידים ככל האפשר. מומלץ להקטין למינימום הפרעות ציריות ולהגביל תכונות שאינן סיבוביות לכ-15% לכל היותר מהגאומטריה הכוללת של החלק. מעבר לסף זה, שימוש בגישה היברידית המשלבת כרסום וסיבוב עובד בדרך כלל טוב יותר לגאומטריות מורכבות.

אופטימיזציה של עיצוב חלקים להצלחה בסיבוב CNC

עיצוב עם חשיבה על חיתוך CNC מאפשר יתרונות משמעותיים בהיבטי עלות וזמן משלוח, במיוחד בייצור בכמויות גדולות. יישום עקרונות מרכזיים של עיצוב לייצרנות (DFM) בשלב מוקדם מבטיח התאמה של התכונות ליתרונות התהליך, תוך הPrevיה מהתקנות יקרות. אסטרטגיות עיקריות כוללות:

• אופטימיזציה של סובלנות : ציינו סבולות קשיחות רק там שבהן נדרשות פונקציונלית. הגדרת דיוק מוגזמת מגדילה את זמן העיבוד ב-30–50% ודורשת כלים מיוחדים ואבטחת איכות מורחבת.
• הצמדה לגושי סטנדרטיים : התאימו קטרים עיקריים לגודלי גושי סטנדרט (לדוגמה: 1", 1.5", 2") כדי להפחית בזבוז חומר, לפשט אחיזה בצוק והימנעות ממגרעות מותאמות.
• הפחתת חריצים פנימיים : החליפו חריצים פנימיים בגושים חיצוניים, תapers או שיפועים בכל מקום בו מאפשרת הפונקציה, כדי לצמצם או לבטל פעולות משניות.
• בקרת דקיקה : עבור יחס אורך לקוטר שמעל 6:1, יש לכלול בתכנון תכונות תמיכה של ראש זנב (למשל קטרים מובילים או חריצי ריווח) כדי למנוע רטט והזזה.

התאמות אלו משפרות את הסרת הפסולת, מחזקות את היציבות הממדית ומצמצמות את זמן העבודה ללא חיתוך, מה שתרום להורדת עלות לחלק עד 25% והאצת מועד האספקה כאשר מיישמים בשלב סקר התכנון הראשוני.

שאלות נפוצות

מהם היתרונות העיקריים של סיבוב ב-CNC בהשוואה לשיטות עיבוד אחרות?

סיבוב ב-CNC מציע בעיקר ייצור יעיל של חלקים סימטריים סיבוביים, עם יתרונות במהירות, דיוק ועלות לייצור בכמויות גדולות. הוא מאפשר שילוב פעולות מורכבות כמו חיתוך ריס, חריטת שן ונקב רדיאלי ללא צורך בשינוי מיקום החלק.

איך שיפורים כמו כלים חיים וצירים משניים משפרים את סיבוב ה-CNC?

כלי עבודה פעיל מאפשר למרכזי סיבוב CNC לשלב פעולות פסימתי בתוך הסורית, מה שמבטל את הצורך בהגדרות נוספות. ציר משני מעביר אוטומטית את חלקי העבודה לצורך ביצוע פעולות בצד השני, ומכך נגזרת עליה במִצויינות וצמצום שגיאות ידניות.

מתי כדאי לבחור בסיבוב CNC במקום פסימתי 5 צירים?

סיבוב CNC הוא אידיאלי כאשר רוב תכונות החלק הן סימטריות סיבוביות, וכשנדרשת ייצור יעיל ובעל עלות-יעילה בכמויות גדולות. עבור חלקים הכוללים תכונות לא סימטריות מורכבות הדורשות תנועות רב-ציריות, פסימתי 5 צירים עשוי להיות מתאים יותר.