עיבוד שבבי ב-CNC הוא אחד מתהליכי הייצור המרכזיים בתעשייה המודרנית. באמצעות מכונות CNC ניתן לייצר חלקים מדויקים מאלומיניום, פלדה, נירוסטה, טיטניום, פלסטיקים הנדסיים וחומרים נוספים, החל מאבות-טיפוס בודדים ועד סדרות ייצור גדולות.

אבל כדי להפיק את המקסימום מעיבוד CNC, לא מספיק לדעת להפעיל מכונה.

צריך להבין איזו מכונה מתאימה לחלק, איך לבחור את החומר, כיצד לתכנן את החלק לייצור, איך מתבצע המעבר מקובץ CAD למכונה ומה משפיע על עלות העיבוד.

במדריך הזה נעבור על כל השלבים – מסוגי מכונות CNC ועד תכנון DFM, בחירת חומרים, CAD/CAM, G-code ותמחור.

מה זה עיבוד שבבי ב-CNC?

עיבוד שבבי הוא תהליך שבו מסירים חומר מחומר גלם כדי להגיע לצורה ולמידות הרצויות.

במכונת CNC, תהליך העיבוד נשלט באמצעות מחשב. במקום שהמפעיל יכוון ידנית את כל תנועות המכונה, תוכנית דיגיטלית מגדירה את תנועת כלי החיתוך בהתאם לגיאומטריה של החלק ולתהליך העיבוד.

ניתן לבצע באמצעות CNC פעולות כמו:

• כרסום

• קידוח

• חריטה

• יצירת חריצים

• יצירת כיסים

• הברגות

• עיבוד משטחים

• חיתוך

• חריטה תלת-ממדית

• עיבוד גיאומטריות מורכבות

היתרון הגדול של CNC הוא השילוב בין דיוק, חזרתיות, אוטומציה וגמישות בייצור.

אותו קובץ יכול לשמש לייצור חלקים זהים פעם אחר פעם, עם מינימום התערבות ידנית.

אילו סוגי מכונות CNC קיימים?

המונח "מכונת CNC" מתאר משפחה גדולה של מכונות. לא כל מכונת CNC מיועדת לאותה עבודה.

לפני שבוחרים מכונה, חשוב להבין את ההבדלים בין סוגי המכונות המרכזיים.

כרסום CNC – CNC Milling

מכונת כרסום CNC משתמשת בכלי חיתוך מסתובב שמסיר חומר מחומר הגלם.

היא מתאימה במיוחד לייצור חלקים שבהם קיימים:

• משטחים

• כיסים

• חריצים

• חורים

• הברגות

• מדרגות

• גיאומטריות מורכבות

כרסום CNC נפוץ מאוד בעיבוד:

• אלומיניום

• פלדות

• נירוסטה

• פלסטיקים הנדסיים

• חומרים מרוכבים

• חומרים נוספים

זהו אחד מסוגי עיבוד ה-CNC המרכזיים בתעשייה, במיוחד כאשר נדרשת גמישות גבוהה בעיבוד חלקים.

חריטת CNC – CNC Lathe / Turning

בניגוד לכרסום, שבו כלי החיתוך מסתובב סביב החלק, בחריטה החלק עצמו מסתובב בזמן שכלי החיתוך מבצע את העיבוד.

חריטה מתאימה במיוחד לחלקים בעלי גיאומטריה סיבובית, כגון:

• צירים

• טבעות

• תותבים

• ברגים

• פינים

• מחברים

• חלקים גליליים

אם החלק שלכם מבוסס בעיקר על צורה עגולה וסימטרית סביב ציר מרכזי, חריטת CNC עשויה להיות הפתרון המתאים יותר מכרסום.

CNC Router – רוטר CNC

CNC Router הוא סוג נוסף של מכונת CNC, הנפוץ מאוד בעבודה עם לוחות וחומרים שטוחים.

הוא משמש בין היתר לעיבוד:

• עץ

• MDF

• סנדוויץ'

• PVC

• פרספקס

• HPL

• לוקובונד

• חומרים מרוכבים

• ולעיתים גם אלומיניום, בהתאם למכונה ולתהליך

רוטרים נפוצים מאוד בתעשיית השילוט, נגריות, יצרני ריהוט, חברות חיפוי ועסקים שעובדים עם לוחות גדולים.

אחד היתרונות המרכזיים הוא האפשרות לעבוד עם שטחי עבודה גדולים יחסית ולהשתמש בשולחן ואקום לקיבוע חומר הגלם.

3 צירים, 4 צירים או 5 צירים – מה ההבדל?

מספר הצירים של המכונה משפיע על סוג הגיאומטריות שניתן לעבד ועל האופן שבו ניתן לגשת לחלק.

CNC עם 3 צירים

מכונת 3 צירים נעה לאורך:

• X

• Y

• Z

זו התצורה הנפוצה ביותר ומתאימה למגוון עצום של עבודות.

עבור חלקים רבים, אין צורך במכונה מורכבת יותר.

CNC עם 4 צירים

הציר הרביעי מוסיף יכולת תנועה נוספת, לרוב סיבובית.

הדבר מאפשר לבצע עבודות שאינן נוחות או אפשריות באותה קלות במכונת 3 צירים.

CNC עם 5 צירים

במכונת 5 צירים ניתן לשנות את זווית הגישה של כלי החיתוך לחלק, ובכך לעבד גיאומטריות מורכבות יותר ולהגיע למשטחים מזוויות שונות.

5 צירים יכולים להיות שימושיים במיוחד ב:

• תעשיית התעופה

• תעשיית הביטחון

• ייצור תבניות

• חלקים מורכבים

• חלקים בעלי משטחים בזוויות שונות

• יישומים הדורשים מינימום סט-אפים

אבל חשוב לזכור:

5 צירים לא הופכים אוטומטית כל עבודה לטובה יותר.

אם החלק שלכם ניתן לייצור ב-3 צירים, לעיתים זו תהיה הדרך הפשוטה והיעילה יותר.

איך מתכננים חלק ל-CNC? עקרונות DFM

אחד הנושאים החשובים ביותר בעיבוד שבבי הוא DFM – Design for Manufacturing.

כלומר:

תכנון החלק כך שיהיה קל, יעיל וזול יותר לייצר אותו.

הדרך שבה המהנדס מתכנן את החלק יכולה להשפיע באופן משמעותי על זמן העיבוד, מספר הכלים, מספר הסט-אפים ולבסוף גם על מחיר החלק.

למה אי אפשר לייצר פינה פנימית חדה לחלוטין?

זו אחת הטעויות הנפוצות בתכנון חלקים ל-CNC.

כלי הכרסום הוא עגול.

לכן כאשר הוא נכנס לפינה פנימית, הוא משאיר רדיוס.

כלומר, אם בתכנון קיימת פינה פנימית חדה לחלוטין:

└

המכונה לא יכולה בהכרח ליצור אותה בדיוק בצורה הזאת באמצעות כרסום רגיל.

במקום זאת תתקבל פינה עם רדיוס:

╰

לכן כדאי לתכנן מראש Radius בפינות הפנימיות.

ככל שהרדיוס מתאים יותר לכלי העיבוד, כך ניתן להימנע מפעולות עיבוד מיוחדות ויקרות.

עובי דופן – דק מדי עלול לייקר את החלק

כאשר מתכננים חלק CNC, כדאי להימנע מדפנות דקות במיוחד ללא צורך.

דופן דקה עלולה:

• לרעוד במהלך העיבוד

• להתעוות

• לדרוש מהירות חיתוך נמוכה יותר

• להצריך מספר מעברים

• להקשות על הקיבוע

• להאריך את זמן העיבוד

לכן כאשר אין דרישה הנדסית לעובי דופן מינימלי, עדיף לתכנן מבנה יציב יותר.

עומק כיסים וחורים

גם עומק העיבוד משפיע על מורכבות הייצור.

ככל שהכלי צריך להיכנס עמוק יותר, כך יכולה לגדול הבעיה של:

• יציבות הכלי

• פינוי שבבים

• רעידות

• חום

• זמן עיבוד

אם אפשר להשיג את אותה תוצאה באמצעות גיאומטריה פשוטה יותר, הדבר עשוי להוזיל את הייצור.

הברגות ב-CNC

גם הברגות הן שיקול שכדאי לקחת בחשבון כבר בשלב התכנון.

כאשר חלק כולל מספר גדול של הברגות, יש יותר פעולות עיבוד, יותר כלים וזמן עבודה ארוך יותר.

לפעמים ניתן לשנות את תכנון החלק או לבחור פתרון חיבור אחר ולחסוך פעולה משמעותית.

העיקרון פשוט:

אל תוסיפו תכונה לחלק רק כי אפשר – בדקו שהיא באמת נדרשת מבחינה הנדסית.

סט-אפ – אחד הגורמים שמשפיעים על המחיר

סט-אפ הוא תהליך הקיבוע וההכנה של החלק במכונה.

אם ניתן לייצר חלק שלם בסט-אפ אחד, התהליך בדרך כלל פשוט יותר.

אם צריך:

1. לעבד צד ראשון

2. להפוך את החלק

3. לקבע מחדש

4. למדוד מחדש

5. לעבד צד שני

העבודה הופכת מורכבת יותר.

לכן בתכנון DFM כדאי לחשוב לא רק:

"האם המכונה מסוגלת לייצר את החלק?"

אלא גם:

"כמה פעמים צריך לקבע אותו כדי לייצר אותו?"

סוגי חומרים לעיבוד CNC

בחירת החומר משפיעה ישירות על תהליך העיבוד.

אותו חלק בדיוק יכול להיות קל יחסית לעיבוד באלומיניום ומורכב משמעותית כאשר מייצרים אותו מטיטניום.

אלומיניום 6061

אלומיניום 6061 הוא חומר נפוץ מאוד לעיבוד CNC.

הוא מציע שילוב טוב של:

• משקל נמוך

• חוזק

• עמידות

• זמינות

• יכולת עיבוד טובה

לכן הוא מתאים למגוון רחב של חלקים מכניים.

אלומיניום 7075

7075 הוא אלומיניום בעל חוזק גבוה יותר, ולכן הוא נפוץ ביישומים שבהם יחס חוזק-משקל חשוב במיוחד.

הוא משמש בין היתר בתעשיות שבהן נדרש חלק קל וחזק.

מבחינת עיבוד, הוא עדיין חומר נוח יחסית לעבודה בהשוואה לחומרים קשים יותר, אך בחירת תנאי העיבוד והכלים צריכה להתאים לחומר ולדרישות החלק.

נירוסטה

נירוסטה היא חומר נפוץ בתעשייה, אך בדרך כלל מורכב יותר לעיבוד מאלומיניום.

האתגרים יכולים לכלול:

• יצירת חום

• שחיקת כלי עבודה

• עבודה במהירויות מתאימות

• פינוי שבבים

• דרישות קשיחות

לכן עיבוד נירוסטה דורש התאמה נכונה של המכונה, הכלים ותהליך העיבוד.

טיטניום

טיטניום הוא חומר בעל יחס חוזק-משקל מצוין ותכונות מכניות מרשימות, אך הוא נחשב מאתגר יותר לעיבוד.

הסיבות כוללות בין היתר:

• מוליכות תרמית נמוכה

• יצירת חום באזור החיתוך

• עומסים על כלי העבודה

• רגישות לתנאי העיבוד

לכן בעבודה עם טיטניום נדרשת שליטה גבוהה יותר בתהליך.

פלסטיקים הנדסיים – PEEK ו-Delrin

לא כל CNC מיועדת רק למתכת.

פלסטיקים הנדסיים כמו PEEK ו-Delrin משמשים בתעשיות שבהן נדרשות תכונות מיוחדות.

Delrin

Delrin, המבוסס על POM, נחשב לחומר נוח יחסית לעיבוד CNC.

הוא מתאים לייצור:

• חלקים מכניים

• גלגלי שיניים

• תותבים

• מרווחים

• חלקים בעלי חיכוך נמוך

PEEK

PEEK הוא חומר הנדסי מתקדם בעל תכונות מכניות, תרמיות וכימיות מרשימות.

עם זאת, עיבודו דורש תשומת לב רבה יותר לתנאי העיבוד, חום, קיבוע ודיוק.

השוואת חומרים לעיבוד CNC

הטבלה היא כללית בלבד. בפועל, הקושי בעיבוד תלוי גם בסגסוגת, בגיאומטריית החלק, בכלי העבודה, במכונה ובפרמטרי העיבוד.

מ-CAD ל-CNC – איך נראה תהליך הייצור?

כדי שחלק שתכננתם במחשב יהפוך לחלק פיזי, הוא צריך לעבור מספר שלבים.

התהליך נראה בדרך כלל כך:

CAD → CAM → Toolpath → G-code → Setup → CNC → בדיקה

בואו נפרק אותו.

שלב 1: תכנון CAD

החלק מתוכנן בתוכנת CAD.

בשלב זה מגדירים:

• מידות

• גיאומטריה

• קדחים

• הברגות

• רדיוסים

• סבילות

• דרישות הנדסיות

כאן למעשה נולד החלק.

שלב 2: CAM

בשלב הבא משתמשים בתוכנת CAM כדי לתכנן כיצד המכונה תייצר את החלק.

מגדירים:

• כלי עבודה

• מסלולי חיתוך

• עומק חיתוך

• מהירויות

• סדר פעולות

• כניסה ויציאה מהחומר

• קירור

• פרמטרים נוספים

זהו שלב קריטי, משום שתכנון CAD אומר מה צריך לייצר, בעוד CAM קובע במידה רבה איך לייצר אותו.

שלב 3: יצירת G-code

לאחר יצירת מסלולי העיבוד, תוכנת ה-CAM יכולה לייצר G-code.

זהו קוד שהבקר של מכונת ה-CNC יודע לקרוא ולתרגם לתנועות.

הפקודות מגדירות בין היתר:

• תנועות

• מהירויות

• מיקומים

• הפעלת ספינדל

• החלפת כלים

• פעולות נוספות בהתאם לבקר ולמכונה

שלב 4: Setup במכונה

לפני שמתחילים לייצר, צריך להכין את המכונה.

התהליך יכול לכלול:

• קיבוע חומר הגלם

• התקנת הכלים

• הגדרת אפס

• מדידת כלי

• טעינת התוכנית

• בדיקת מסלולים

• הגדרת קירור ושאיבה

ככל שהחלק מורכב יותר, כך שלב ה-Setup הופך משמעותי יותר.

שלב 5: עיבוד ובקרת איכות

לאחר ההכנה המכונה מבצעת את העבודה.

בסיום ניתן לבצע מדידות ובדיקות כדי לוודא שהחלק עומד בדרישות התכנון.

בייצור סדרתי, תהליך הבקרה מאפשר לשמור על חזרתיות ולזהות סטיות לאורך הייצור.

מה משפיע על מחיר עיבוד CNC?

אין מחיר אחיד לעיבוד CNC.

שני חלקים שנראים דומים יכולים להיות שונים מאוד בעלות הייצור שלהם.

הגורמים המרכזיים הם:

1. זמן המכונה

ככל שהחלק דורש יותר זמן עיבוד, העלות עולה.

2. חומר הגלם

חומרים שונים עולים מחירים שונים וגם דורשים זמני עיבוד שונים.

3. מורכבות החלק

יותר כיסים, חריצים, קדחים, רדיוסים וגיאומטריות מורכבות יכולים להאריך את זמן העבודה.

4. מספר הסט-אפים

כל קיבוע נוסף של החלק מוסיף עבודה.

5. מספר הכלים

חלק שדורש מספר רב של כלי עיבוד עשוי להיות מורכב יותר לייצור.

6. סבילות ודיוק

ככל שהדרישות מחמירות יותר, כך תהליך הייצור והבקרה עלולים להיות מורכבים יותר.

7. גימור

דרישות מיוחדות כמו גימור פני שטח, הברקות או פעולות לאחר העיבוד מוסיפות לעלות.

8. כמות

ייצור של חלק בודד אינו מתומחר באותה צורה כמו סדרה של מאות או אלפי חלקים.

איך להוזיל את עלות העיבוד ב-CNC?

הדרך הטובה ביותר להוזיל עיבוד CNC מתחילה לעיתים עוד לפני שהחלק מגיע למכונה.

תכננו את החלק לייצור

הימנעו מגיאומטריות מורכבות כאשר אין להן צורך אמיתי.

השתמשו ברדיוסים שמתאימים לכלי העבודה

כך ניתן להפחית פעולות מיוחדות.

צמצמו מספר סט-אפים

אם ניתן לעבד יותר פעולות באותו קיבוע, התהליך עשוי להיות פשוט ומהיר יותר.

אל תדרשו דיוק שאינכם צריכים

אם חלק אינו דורש סבילות קיצונית, אין סיבה להגדיר אותה.

דרישות דיוק גבוהות מדי יכולות להוסיף זמן ועלות.

בחרו חומר בהתאם ליישום

אם אין צורך בטיטניום או PEEK, חומר פשוט יותר לעיבוד עשוי להיות פתרון כלכלי יותר.

תכננו את הכמות

בייצור סדרתי, ניתן לפזר חלק מעלויות התכנות וה-Setup על מספר גדול יותר של חלקים.

מתי כדאי להשתמש ב-CNC ומתי בטכנולוגיה אחרת?

CNC היא טכנולוגיה ורסטילית מאוד, אבל היא לא בהכרח הפתרון הטוב ביותר לכל עבודה.

לדוגמה, אם המטרה היא חיתוך מהיר של פחי מתכת, Fiber Laser עשוי להיות יעיל יותר.

אם צריך לבצע חיתוך וחריטה של עץ, פלסטיק או חומרים מסוימים, CO₂ Laser יכול להיות רלוונטי.

אם צריך לבצע כרסום, קידוח, חריצים, כיסים או עיבוד גיאומטרי, CNC היא לרוב הבחירה הטבעית.

לכן בחירת טכנולוגיית הייצור צריכה להתחיל מהשאלה:

מה אנחנו רוצים לייצר וכיצד?

ולא מהשאלה:

איזו מכונה הכי חזקה?

CNC במפעל – לא רק מכונה, אלא מערכת ייצור

כאשר CNC נכנסת למפעל, חשוב להסתכל על התמונה הרחבה.

מכונת CNC היא רק חלק מתהליך הכולל:

תכנון → CAM → חומר גלם → קיבוע → עיבוד → שאיבה/קירור → בקרת איכות → מוצר מוגמר

לכן בבחירת מכונה מקצועית חשוב להתייחס גם ל:

• ספינדל

• מנועים

• מסילות

• קשיחות

• מערכת ואקום

• מערכת שאיבה

• קירור

• ATC

• בקר

• תוכנה

• שירות

• זמינות חלקי חילוף

במכונות המיועדות לייצור אינטנסיבי, כל אחד מהמרכיבים האלה יכול להשפיע על הפרודוקטיביות ועל זמן ההשבתה.

האם כדאי לבחור CNC עם ATC?

כאשר המכונה מבצעת מספר פעולות עיבוד שונות, מחליף כלים אוטומטי – ATC – יכול לחסוך זמן ולהפחית את הצורך בהתערבות המפעיל.

לדוגמה, חלק יכול לדרוש:

כלי 1 → כרסום גס → כלי 2 → כרסום עדין → כלי 3 → קידוח → כלי 4 → הברגה

במכונה עם ATC, המעבר בין הכלים מתבצע באופן אוטומטי בהתאם לתוכנית.

במיוחד בייצור סדרתי, הדבר יכול להיות משמעותי.

עם זאת, אם רוב העבודה מתבצעת עם כלי יחיד, ייתכן שהיתרון של ATC יהיה קטן יותר.

איך לבחור מכונת CNC לעסק או למפעל?

בסופו של דבר, בחירת מכונת CNC צריכה להתבסס על תהליך העבודה.

לפני הרכישה כדאי לענות על השאלות הבאות:

איזה חומר אנחנו מעבדים?

מה גודל חומר הגלם?

מה גודל החלקים?

כמה שעות ביום המכונה תעבוד?

כמה חלקים אנחנו מייצרים?

כמה פעולות יש בכל חלק?

האם נדרש ATC?

האם נדרש שולחן ואקום?

איזה ספינדל מתאים לעבודה?

כמה צירים באמת צריך?

האם נדרשת אוטומציה?

איזו מערכת שאיבה וקירור נדרשת?

מי מספק שירות ותמיכה לאחר הרכישה?

רק לאחר שעונים על השאלות האלה אפשר להתחיל לבנות מפרט נכון.

סיכום: עיבוד CNC מתחיל הרבה לפני הפעלת המכונה

עיבוד שבבי ב-CNC הוא שילוב בין הנדסה, תכנון, תוכנה ומכונות.

כדי להגיע לתוצאה טובה צריך לחבר בין:

תכנון CAD נכון → DFM → בחירת חומר → CAM → G-code → Setup → מכונת CNC → בקרת איכות

בחירת המכונה היא רק חלק מהתמונה.

כאשר מתכננים חלק בצורה שמתאימה לייצור, בוחרים את החומר הנכון, מצמצמים סט-אפים מיותרים ומתאימים את המכונה לתהליך העבודה, ניתן לשפר את היעילות ולהפחית את עלויות הייצור.

ולכן, לפני שרוכשים מכונת CNC, כדאי להגדיר קודם את העבודה שהמכונה צריכה לבצע.

מחפשים מכונת CNC לעסק או למפעל?

בי.א.ר. הנדסה אנו מתאימים פתרונות CNC בהתאם לסוג החומר, גודל החלק, אופי העיבוד ונפח הייצור.

בין אם אתם מחפשים CNC לעיבוד לוחות, כרסום אלומיניום, עבודה עם פלסטיקים וחומרים מרוכבים או מכונה לייצור סדרתי עם ATC – המפרט הנכון צריך להתחיל מהיישום ולא מהקטלוג.

רוצים להבין איזו מכונת CNC מתאימה לתהליך הייצור שלכם? התחילו מהעבודה שאתם רוצים לבצע – ומשם בונים את המכונה.