עיבוד שבבי CNC הוא תהליך ייצור שבו תוכנת מחשב מתוכנתת מראש מכתיבה את תנועת כלי העבודה והמכונות של המפעל. ניתן להשתמש בתהליך כדי לשלוט במגוון מכונות מורכבות, החל ממכונות ליטוש ומחרטות ועד כרסומים ונתבים. בעזרת עיבוד שבבי CNC, ניתן לבצע משימות חיתוך תלת-ממדיות בסט אחד של הנחיות.
תהליך ה-CNC, קיצור של "בקרה נומרית ממוחשבת", פועל בניגוד - ובכך גובר על - המגבלות של בקרה ידנית, שבה נדרשים מפעילים חיים כדי להנחות ולכוון את הפקודות של כלי עיבוד שבבי באמצעות ידיות, כפתורים וגלגלים. לצופה מהצד, מערכת CNC עשויה להידמות למערכת רכיבי מחשב רגילה, אך תוכנות וקונסולות המשמשות בעיבוד שבבי CNC מבדילות אותה מכל צורות החישוב האחרות.
כיצד עובד עיבוד שבבי CNC?
כאשר מערכת CNC מופעלת, החיתוכים הרצויים מתוכנתים בתוכנה ומוכתבים לכלים ולמכונות המתאימים, אשר מבצעים את משימות המימד כפי שצוין, בדומה לרובוט.
בתכנות CNC, מחולל הקוד בתוך המערכת הנומרית יניח לעתים קרובות שהמנגנונים הם ללא רבב, למרות האפשרות לשגיאות, שגדולה יותר כאשר מכונת CNC מכוונת לחתוך ביותר מכיוון אחד בו זמנית. מיקום הכלי במערכת בקרה נומרית מתואר על ידי סדרה של קלטים המכונים תוכנית חלקים.
במכונת בקרה נומרית, תוכניות מוזנות באמצעות כרטיסי ניקוב. לעומת זאת, התוכניות עבור מכונות CNC מוזנות למחשבים באמצעות מקלדות קטנות. תכנות CNC נשמר בזיכרון המחשב. הקוד עצמו נכתב ונערך על ידי מתכנתים. לכן, מערכות CNC מציעות קיבולת חישובית רחבה בהרבה. והכי חשוב, מערכות CNC אינן סטטיות בשום אופן, מכיוון שניתן להוסיף הנחיות חדשות יותר לתוכניות קיימות באמצעות קוד מתוקן.
תכנות מכונות CNC
ב-CNC, מכונות מופעלות באמצעות בקרה נומרית, שבה תוכנה מיועדת לשלוט באובייקט. השפה העומדת מאחורי עיבוד שבבי CNC מכונה לסירוגין קוד G, והיא נכתבת כדי לשלוט בהתנהגויות השונות של מכונה מתאימה, כגון מהירות, קצב הזנה וקואורדינציה.
בעיקרון, עיבוד שבבי CNC מאפשר לתכנת מראש את המהירות והמיקום של פונקציות של כלי מכונה ולהפעיל אותן באמצעות תוכנה במחזורים חוזרים וצפויים, והכל עם מעורבות מועטה של מפעילים אנושיים. הודות ליכולות אלו, התהליך אומץ בכל קצוות מגזר הייצור והוא חיוני במיוחד בתחומי ייצור המתכת והפלסטיק.
ראשית, נוצר שרטוט CAD דו-ממדי או תלת-ממדי, אשר לאחר מכן מתורגם לקוד מחשב עבור מערכת ה-CNC. לאחר הזנת התוכנית, המפעיל מבצע אותה ניסיון כדי לוודא שאין טעויות בקידוד.
מערכות עיבוד שבבי פתוח/סגור
בקרת מיקום נקבעת באמצעות מערכת בלולאה פתוחה או בלולאה סגורה. בראשונה, האיתות עובר בכיוון אחד בין הבקר למנוע. במערכת בלולאה סגורה, הבקר מסוגל לקבל משוב, מה שמאפשר תיקון שגיאות. לפיכך, מערכת בלולאה סגורה יכולה לתקן אי סדרים במהירות ובמיקום.
בעיבוד שבבי CNC, התנועה מכוונת בדרך כלל על פני צירי X ו-Y. הכלי, בתורו, ממוקם ומונחה באמצעות מנועי צעד או סרוו, אשר משכפלים תנועות מדויקות כפי שנקבע על ידי קוד ה-G. אם הכוח והמהירות מינימליים, ניתן להפעיל את התהליך באמצעות בקרת לולאה פתוחה. עבור כל השאר, בקרת לולאה סגורה נחוצה כדי להבטיח את המהירות, העקביות והדיוק הנדרשים ליישומים תעשייתיים, כגון עבודות מתכת.
עיבוד שבבי CNC הוא אוטומטי לחלוטין
בפרוטוקולי ה-CNC של ימינו, ייצור החלקים באמצעות תוכנה מתוכנתת מראש הוא ברובו אוטומטי. המידות של חלק נתון נקבעות באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD) ולאחר מכן מומרות למוצר מוגמר בפועל באמצעות תוכנת ייצור בעזרת מחשב (CAM).
כל חומר עבודה נתון עשוי לדרוש מגוון של כלי עבודה מכניים, כגון מקדחות וחיתוכים. על מנת לענות על צרכים אלה, רבות מהמכונות של ימינו משלבות מספר פונקציות שונות בתא אחד. לחלופין, התקנה עשויה לכלול מספר מכונות ומערכת של ידיים רובוטיות המעבירות חלקים מיישום אחד לאחר, אך כאשר הכל נשלט על ידי אותה תוכנה. ללא קשר להגדרה, תהליך ה-CNC מאפשר עקביות בייצור חלקים שיהיה קשה, אם לא בלתי אפשרי, לשכפל באופן ידני.
הסוגים השונים של מכונות CNC
מכונות הבקרה המספריות המוקדמות ביותר מתוארכות לשנות ה-40 של המאה ה-20, כאשר מנועים שימשו לראשונה לשליטה בתנועת כלים קיימים. ככל שהטכנולוגיות התקדמות, המנגנונים שופרו באמצעות מחשבים אנלוגיים, ובסופו של דבר באמצעות מחשבים דיגיטליים, מה שהוביל לעליית עיבוד שבבי CNC.
הרוב המכריע של מאגרי ה-CNC של ימינו הם אלקטרוניים לחלוטין. חלק מהתהליכים הנפוצים יותר המופעלים על ידי CNC כוללים ריתוך אולטרסאונד, ניקוב חורים וחיתוך בלייזר. המכונות הנפוצות ביותר במערכות CNC כוללות את הבאות:
כרסומי CNC
כרסומי CNC מסוגלים לפעול על תוכניות המורכבות מהנחיות מבוססות מספרים ואותיות, המנחות חלקים למרחקים שונים. התכנות המועסק עבור מכונת כרסום יכול להתבסס על קוד G או על שפה ייחודית שפותחה על ידי צוות ייצור. כרסומים בסיסיים מורכבים ממערכת שלושה צירים (X, Y ו-Z), אם כי רוב הכרסומים החדשים יותר יכולים להכיל שלושה צירים נוספים.
מחרטות
במכונות מחרטה, החלקים נחתכים בכיוון מעגלי בעזרת כלים הניתנים לאינדקס. בעזרת טכנולוגיית CNC, החיתוכים בהם משתמשים במחרטות מבוצעים בדיוק ובמהירות גבוהה. מחרטות CNC משמשות לייצור עיצובים מורכבים שלא היו אפשריים בגרסאות ידניות של המכונה. בסך הכל, פונקציות הבקרה של כרסומים ומחרטות המופעלות על ידי CNC דומות. כמו במכונות מחרטה, ניתן לכוון מחרטות באמצעות קוד G או קוד קנייני ייחודי. עם זאת, רוב מחרטות ה-CNC מורכבות משני צירים - X ו-Z.
חותכי פלזמה
בחותך פלזמה, חומר נחתך באמצעות מבער פלזמה. התהליך מיושם בעיקר על חומרי מתכת אך ניתן ליישם אותו גם על משטחים אחרים. על מנת לייצר את המהירות והחום הדרושים לחיתוך מתכת, פלזמה נוצרת באמצעות שילוב של גז אוויר דחוס וקשתות חשמליות.
מכונות פריקה חשמליות
עיבוד שבבי חשמלי-פריקה (EDM) - המכונה לסירוגין שקיעת חותכות ועיבוד שבבי ניצוצות - הוא תהליך המעצב חלקי עבודה לצורות מסוימות בעזרת ניצוצות חשמליים. ב-EDM, פריקות זרם מתרחשות בין שתי אלקטרודות, מה שמסיר חלקים מחומר עבודה נתון.
כאשר הרווח בין האלקטרודות קטן יותר, השדה החשמלי הופך להיות אינטנסיבי יותר ולכן חזק יותר מהדיאלקטרי. זה מאפשר לזרם לעבור בין שתי האלקטרודות. כתוצאה מכך, חלקים מחומר העבודה מוסרים על ידי כל אלקטרודה. תת-סוגים של EDM כוללים:
● EDM תיל, לפיה נעשה שימוש בניצוץ סורק להסרת חלקים מחומר מוליך אלקטרונית.
● עיבוד שבבי שקוע (Sinker EDM), שבו אלקטרודה וחומר עבודה ספוגים בנוזל דיאלקטרי לצורך יצירת החלק.
בתהליך המכונה שטיפה, פסולת מכל חתיכת עבודה גמורה נסחפת על ידי דיאלקטרי נוזלי, המופיע לאחר שהזרם בין שתי האלקטרודות נפסק ונועד לחסל כל מטענים חשמליים נוספים.
חותכי סילון מים
בעיבוד שבבי CNC, סילוני מים הם כלים לחיתוך חומרים קשים, כגון גרניט ומתכת, באמצעות לחץ מים גבוה. במקרים מסוימים, המים מעורבבים עם חול או חומר שוחק חזק אחר. חלקי מכונות מפעל מעוצבים לעתים קרובות באמצעות תהליך זה.
סילוני מים משמשים כחלופה מקררת יותר עבור חומרים שאינם מסוגלים לשאת את התהליכים עתירי החום של מכונות CNC אחרות. ככאלה, סילוני מים משמשים במגוון מגזרים, כגון תעשיות התעופה והחלל והכרייה, שם התהליך עוצמתי למטרות גילוף וחיתוך, בין היתר. חותכי סילון מים משמשים גם ליישומים הדורשים חיתוכים מורכבים מאוד בחומר, מכיוון שהיעדר חום מונע כל שינוי בתכונות הפנימיות של החומר שעלול לנבוע מחיתוך מתכת על מתכת.
הסוגים השונים של מכונות CNC
כפי שהוכיחו שפע של הדגמות וידאו של מכונות CNC, המערכת משמשת לביצוע חיתוכים מפורטים ביותר של חלקי מתכת עבור מוצרי חומרה תעשייתיים. בנוסף למכונות שהוזכרו לעיל, כלים ורכיבים נוספים המשמשים במערכות CNC כוללים:
● מכונות רקמה
● כרסמים לעץ
● מחוררי צריחים
● מכונות כיפוף תיל
● חותכי קצף
● חותכי לייזר
● מטחנות גליליות
● מדפסות תלת-ממד
● חותכי זכוכית
כאשר יש צורך לבצע חיתוכים מורכבים ברמות ובזוויות שונות על גבי חומר עבודה, ניתן לבצע זאת תוך דקות במכונת CNC. כל עוד המכונה מתוכנתת עם הקוד הנכון, פונקציות המכונה יבצעו את השלבים כפי שמוכתב על ידי התוכנה. בתנאי שהכל מקודד בהתאם לתכנון, אמור להיווצר תוצר בעל פרט וערך טכנולוגי לאחר סיום התהליך.
זמן פרסום: 31 במרץ 2021
