א. עקרונות וגורמי השפעה של כרסום בטיפוס וכרסום קונבנציונלי במכונות כרסום CNC
(א) עקרונות והשפעות קשורות של כרסום בטיפוס
במהלך תהליך העיבוד השבבי של מכונת כרסום CNC, כרסום בטיפוס הוא שיטת כרסום ספציפית. כאשר כיוון הסיבוב של החלק שבו חותך הכרסום נוגע בחומר העבודה זהה לכיוון ההזנה של חומר העבודה, זה נקרא כרסום בטיפוס. שיטת כרסום זו קשורה קשר הדוק למאפייני המבנה המכני של מכונת הכרסום, ובמיוחד למרווח בין האום לבורג. במקרה של כרסום בטיפוס, מכיוון שכוח רכיב הכרסום האופקי ישתנה ויש מרווח בין הבורג לאום, הדבר יגרום לשולחן העבודה ולבורג לנוע שמאלה וימינה. תנועה מחזורית זו היא בעיה חשובה איתה מתמודדים כרסום בטיפוס, מה שהופך את תנועת שולחן העבודה לבלתי יציבה ביותר. הנזק לכלי החיתוך הנגרם מתנועה לא יציבה זו הוא ברור וקל לגרום נזק לשיניים של כלי החיתוך.
במהלך תהליך העיבוד השבבי של מכונת כרסום CNC, כרסום בטיפוס הוא שיטת כרסום ספציפית. כאשר כיוון הסיבוב של החלק שבו חותך הכרסום נוגע בחומר העבודה זהה לכיוון ההזנה של חומר העבודה, זה נקרא כרסום בטיפוס. שיטת כרסום זו קשורה קשר הדוק למאפייני המבנה המכני של מכונת הכרסום, ובמיוחד למרווח בין האום לבורג. במקרה של כרסום בטיפוס, מכיוון שכוח רכיב הכרסום האופקי ישתנה ויש מרווח בין הבורג לאום, הדבר יגרום לשולחן העבודה ולבורג לנוע שמאלה וימינה. תנועה מחזורית זו היא בעיה חשובה איתה מתמודדים כרסום בטיפוס, מה שהופך את תנועת שולחן העבודה לבלתי יציבה ביותר. הנזק לכלי החיתוך הנגרם מתנועה לא יציבה זו הוא ברור וקל לגרום נזק לשיניים של כלי החיתוך.
עם זאת, לכרסום בטיפוס יש גם יתרונות ייחודיים. כיוון הכוח האנכי של הכרסום במהלך כרסום בטיפוס הוא ללחוץ את חומר העבודה על שולחן העבודה. במקרה זה, תופעת ההחלקה והחיכוך בין שיני כלי החיתוך למשטח המעובד הן קטנות יחסית. יש לכך משמעות רבה לתהליך העיבוד השבבי. ראשית, הדבר מועיל להפחית את הבלאי של שיני כלי החיתוך. הפחתת הבלאי של שיני כלי החיתוך פירושה שניתן להאריך את חיי השירות של כלי החיתוך, מה שמפחית את עלות העיבוד השבבי. שנית, חיכוך קטן יחסית זה יכול להפחית את תופעת הקשיית העבודה. הקשיית העבודה תגדיל את קשיות חומר חומר העבודה, דבר שאינו תורם לתהליכי העיבוד השבבי הבאים. הפחתת הקשיית העבודה מסייעת להבטיח את איכות העיבוד השבבי של חומר העבודה. בנוסף, כרסום בטיפוס יכול גם להפחית את חספוס פני השטח, מה שהופך את פני השטח של חומר העבודה המעובד לחלקים יותר, וזה יתרון מאוד לעיבוד חומרי עבודה עם דרישות גבוהות לאיכות פני השטח.
יש לציין כי ליישום כרסום בכיוון טיפוס ישנן מגבלות תנאי מסוימות. כאשר ניתן לכוונן את המרווח בין הבורג לאום של שולחן העבודה לפחות מ-0.03 מ"מ, ניתן לממש טוב יותר את היתרונות של כרסום בכיוון טיפוס מכיוון שניתן לשלוט ביעילות בבעיית התנועה בשלב זה. בנוסף, בעת כרסום חומרים דקים וארוכים, כרסום בכיוון טיפוס הוא גם בחירה טובה יותר. חומרים דקים וארוכים דורשים תנאי עיבוד יציבים יותר במהלך תהליך העיבוד. כוח הרכיב האנכי של כרסום בכיוון טיפוס מסייע בקיבוע חומר העבודה ומפחית בעיות כגון עיוות במהלך תהליך העיבוד.
(ב) עקרונות והשפעות קשורות של כרסום קונבנציונלי
כרסום קונבנציונלי הוא ההפך מכרסום טיפוסי. כאשר כיוון הסיבוב של החלק שבו חותך הכרסום נוגע בחומר העבודה שונה מכיוון ההזנה של חומר העבודה, זה נקרא כרסום קונבנציונלי. במהלך כרסום קונבנציונלי, כיוון הכוח האנכי של רכיב הכרסום הוא להרים את חומר העבודה, מה שיגרום למרחק ההחלקה בין שיני כלי החיתוך למשטח המעובד להגדיל ולחיכוך להגדיל. חיכוך גדול יחסית זה יביא לסדרה של בעיות, כגון הגברת הבלאי של כלי החיתוך והחמרת תופעת הקשיית העבודה של המשטח המעובד. הקשיית העבודה של המשטח המעובד תגדיל את קשיות המשטח, תפחית את קשיחות החומר, ועשויה להשפיע על הדיוק ואיכות המשטח של תהליכי העיבוד הבאים.
כרסום קונבנציונלי הוא ההפך מכרסום טיפוסי. כאשר כיוון הסיבוב של החלק שבו חותך הכרסום נוגע בחומר העבודה שונה מכיוון ההזנה של חומר העבודה, זה נקרא כרסום קונבנציונלי. במהלך כרסום קונבנציונלי, כיוון הכוח האנכי של רכיב הכרסום הוא להרים את חומר העבודה, מה שיגרום למרחק ההחלקה בין שיני כלי החיתוך למשטח המעובד להגדיל ולחיכוך להגדיל. חיכוך גדול יחסית זה יביא לסדרה של בעיות, כגון הגברת הבלאי של כלי החיתוך והחמרת תופעת הקשיית העבודה של המשטח המעובד. הקשיית העבודה של המשטח המעובד תגדיל את קשיות המשטח, תפחית את קשיחות החומר, ועשויה להשפיע על הדיוק ואיכות המשטח של תהליכי העיבוד הבאים.
עם זאת, לכרסום קונבנציונלי יש גם יתרונות משלו. כיוון הכוח האופקי של הכרסום במהלך כרסום קונבנציונלי הוא הפוך לכיוון תנועת ההזנה של חומר העבודה. מאפיין זה עוזר לבורג ולאום להתאים היטב. במקרה זה, תנועת שולחן העבודה יציבה יחסית. בעת כרסום חומרים בעלי קשיות לא אחידה כגון יציקות וחישולים, בהם ייתכנו שכבות קשות על פני השטח ומצבים מורכבים אחרים, יציבות הכרסום הקונבנציונלי יכולה להפחית את הבלאי של שיני כלי החיתוך. מכיוון שבעיבוד שבבי של חומרים כאלה, כלי החיתוך צריך לעמוד בכוחות חיתוך גדולים יחסית ובתנאי חיתוך מורכבים. אם תנועת שולחן העבודה אינה יציבה, היא תחמיר את הנזק לכלי החיתוך, וכרסום קונבנציונלי יכול להקל על מצב זה במידה מסוימת.
II. ניתוח מפורט של מאפייני כרסום מטפס וכרסום קונבנציונלי במכונות כרסום CNC
(א) ניתוח מעמיק של מאפייני כרסום בטיפוס
- שינויים בעובי החיתוך ובתהליך החיתוך
במהלך כרסום בעלייה, עובי החיתוך של כל שן בכלי החיתוך מראה דפוס של עלייה הדרגתית מקטן לגדול. כאשר שן כלי החיתוך נוגעת בחומר העבודה, עובי החיתוך הוא אפס. משמעות הדבר היא ששן כלי החיתוך מחליקה על משטח החיתוך שהותירה השן הקודמת של כלי החיתוך בשלב הראשוני. רק כאשר שן כלי החיתוך מחליקה מרחק מסוים על משטח חיתוך זה ועובי החיתוך מגיע לערך מסוים, שן כלי החיתוך באמת מתחילה לחתוך. דרך זו של שינוי עובי החיתוך שונה באופן משמעותי מזו של כרסום קונבנציונלי. באותם תנאי חיתוך, לשיטת התחלה ייחודית זו של חיתוך יש השפעה חשובה על שחיקת כלי החיתוך. מכיוון שלשן כלי החיתוך יש תהליך החלקה לפני תחילת החיתוך, ההשפעה על קצה החיתוך של כלי החיתוך קטנה יחסית, דבר המועיל להגנה על כלי החיתוך. - נתיב חיתוך ובלאי כלים
בהשוואה לכרסום קונבנציונלי, המסלול שעוברות שיני כלי החיתוך על גבי חומר העבודה במהלך כרסום במעלה הוא קצר יותר. הסיבה לכך היא ששיטת החיתוך של כרסום במעלה הופכת את נתיב המגע בין כלי החיתוך לחומר העבודה לישיר יותר. בנסיבות כאלה, באותם תנאי חיתוך, הבלאי של כלי החיתוך בעת שימוש בכרסום במעלה הוא קטן יחסית. עם זאת, יש לציין שכרסום במעלה אינו מתאים לכל חומרי העבודה. מכיוון ששיני כלי החיתוך מתחילות לחתוך מפני השטח של חומר העבודה בכל פעם, אם יש שכבה קשה על פני השטח של חומר העבודה, כגון חלקים מסוימים לאחר יציקה או חישול ללא טיפול, כרסום במעלה אינו מתאים. מכיוון שקשיות שכבת החיתוך גבוהה יחסית, תהיה לכך השפעה גדולה יחסית על שיני כלי החיתוך, היא תאיץ את הבלאי של כלי החיתוך ואף עלולה לגרום נזק לכלי החיתוך. - חיתוך עיוות וצריכת חשמל
עובי החיתוך הממוצע במהלך כרסום בטיפוס הוא גדול, מה שהופך את עיוות החיתוך לקטנה יחסית. עיוות חיתוך קטן פירושו שחלוקת המאמצים והמעוות של חומר העבודה במהלך תהליך החיתוך אחידה יותר, מה שמפחית את בעיות העיבוד הנגרמות על ידי ריכוז מאמצים מקומי. יחד עם זאת, בהשוואה לכרסום קונבנציונלי, צריכת החשמל של כרסום בטיפוס נמוכה יותר. הסיבה לכך היא שחלוקת כוח החיתוך בין כלי החיתוך לחומר העבודה במהלך כרסום בטיפוס סבירה יותר, מה שמפחית הפסדי אנרגיה מיותרים ומשפר את יעילות העיבוד. בסביבות ייצור או עיבוד בקנה מידה גדול עם דרישות לצריכת אנרגיה, למאפיין זה של כרסום בטיפוס יש משמעות כלכלית חשובה.
(ב) ניתוח מעמיק של מאפייני הטחינה הקונבנציונלית
- יציבות תנועת שולחן העבודה
במהלך כרסום קונבנציונלי, מכיוון שכיוון כוח החיתוך האופקי שמפעיל חותך הכרסום על חומר העבודה הפוך לכיוון תנועת ההזנה של חומר העבודה, הבורג והאום של שולחן העבודה יכולים תמיד לשמור על צד אחד של ההברגה במגע הדוק. מאפיין זה מבטיח את היציבות היחסית של תנועת שולחן העבודה. במהלך תהליך העיבוד, תנועה יציבה של שולחן העבודה היא אחד הגורמים המרכזיים המבטיחים דיוק עיבוד. בהשוואה לכרסום מטפס, במהלך כרסום מטפס, מכיוון שכיוון כוח הכרסום האופקי זהה לכיוון תנועת ההזנה של חומר העבודה, כאשר הכוח שמפעילות שיני כלי החיתוך על חומר העבודה גדול יחסית, עקב קיומו של מרווח בין הבורג לאום של שולחן העבודה, שולחן העבודה ינוע למעלה ולמטה. תנועה זו לא רק משבשת את יציבות תהליך החיתוך, משפיעה על איכות העיבוד של חומר העבודה, אלא גם עלולה לפגוע קשות בכלי החיתוך. לכן, בתרחישי עיבוד מסוימים עם דרישות גבוהות לדיוק עיבוד ודרישות מחמירות להגנה על הכלי, יתרון היציבות של כרסום קונבנציונלי הופך אותו לבחירה מתאימה יותר. - איכות המשטח המעובד
במהלך כרסום קונבנציונלי, החיכוך בין שיני כלי החיתוך לחומר העבודה גדול יחסית, וזהו מאפיין בולט של כרסום קונבנציונלי. החיכוך הגדול יחסית יגרום לתופעת הקשיית פני השטח המעובדים להיות חמורה יותר. הקשיית פני השטח המעובדים תגביר את קשיות פני השטח, תפחית את קשיחות החומר, ועשויה להשפיע על הדיוק ואיכות פני השטח של תהליכי העיבוד הבאים. לדוגמה, בעיבוד חומר עבודה מסוים הדורש השחזה נוספת או הרכבה בדיוק גבוה, פני השטח הקשים בקור לאחר כרסום קונבנציונלי עשויים לדרוש תהליכי טיפול נוספים כדי להסיר את שכבת הקשיות הקרה כדי לעמוד בדרישות העיבוד. עם זאת, במקרים ספציפיים מסוימים, כגון כאשר קיימת דרישה מסוימת לקשיות פני השטח של חומר העבודה או שתהליך העיבוד שלאחר מכן אינו רגיש לשכבת הקשיות הקרה של פני השטח, ניתן גם להשתמש במאפיין זה של כרסום קונבנציונלי.
ג. אסטרטגיות בחירה של כרסום בטיפוס וכרסום קונבנציונלי בעיבוד שבבי בפועל
בעיבוד שבבי בפועל של מכונת כרסום CNC, הבחירה בין כרסום מטפס או כרסום קונבנציונלי צריכה לקחת בחשבון מספר גורמים באופן מקיף. ראשית, יש לקחת בחשבון את מאפייני החומר של חומר העבודה. אם קשיות חומר החומר גבוהה יחסית ויש שכבה קשה על פני השטח, כגון יציקות וחישולים מסוימים, כרסום קונבנציונלי עשוי להיות בחירה טובה יותר מכיוון שכרסום קונבנציונלי יכול להפחית את הבלאי של כלי החיתוך במידה מסוימת ולהבטיח את יציבות תהליך העיבוד. עם זאת, אם קשיות חומר החומר אחידה ויש דרישה גבוהה לאיכות פני השטח, כמו בעיבוד שבבי של חלקים מכניים מדויקים מסוימים, לכרסום מטפס יש יתרונות רבים יותר. הוא יכול להפחית ביעילות את חספוס פני השטח ולשפר את איכות פני השטח של חומר העבודה.
בעיבוד שבבי בפועל של מכונת כרסום CNC, הבחירה בין כרסום מטפס או כרסום קונבנציונלי צריכה לקחת בחשבון מספר גורמים באופן מקיף. ראשית, יש לקחת בחשבון את מאפייני החומר של חומר העבודה. אם קשיות חומר החומר גבוהה יחסית ויש שכבה קשה על פני השטח, כגון יציקות וחישולים מסוימים, כרסום קונבנציונלי עשוי להיות בחירה טובה יותר מכיוון שכרסום קונבנציונלי יכול להפחית את הבלאי של כלי החיתוך במידה מסוימת ולהבטיח את יציבות תהליך העיבוד. עם זאת, אם קשיות חומר החומר אחידה ויש דרישה גבוהה לאיכות פני השטח, כמו בעיבוד שבבי של חלקים מכניים מדויקים מסוימים, לכרסום מטפס יש יתרונות רבים יותר. הוא יכול להפחית ביעילות את חספוס פני השטח ולשפר את איכות פני השטח של חומר העבודה.
צורת וגודל חומר העבודה הם גם שיקולים חשובים. עבור חומרי עבודה דקים וארוכים, כרסום מטפס מסייע בהפחתת העיוות של חומר העבודה במהלך תהליך העיבוד, מכיוון שכוח הרכיב האנכי של כרסום מטפס יכול ללחוץ את חומר העבודה טוב יותר על שולחן העבודה. עבור חומרי עבודה מסוימים בעלי צורות מורכבות וגדלים גדולים, יש צורך לשקול באופן מקיף את יציבות תנועת שולחן העבודה ואת הבלאי של כלי החיתוך. אם הדרישה ליציבות תנועת שולחן העבודה במהלך תהליך העיבוד היא גבוהה יחסית, כרסום קונבנציונלי עשוי להיות בחירה מתאימה יותר; אם מוקדשת תשומת לב רבה יותר להפחתת הבלאי של כלי החיתוך ולשיפור יעילות העיבוד, ובתנאים העומדים בדרישות העיבוד, ניתן לשקול כרסום מטפס.
בנוסף, הביצועים המכניים של מכונת הכרסום עצמה ישפיעו גם הם על הבחירה בין כרסום במעלה לבין כרסום קונבנציונלי. אם ניתן לכוונן במדויק את המרווח בין הבורג לאום של מכונת הכרסום לערך קטן יחסית, כגון פחות מ-0.03 מ"מ, אזי ניתן לממש טוב יותר את היתרונות של כרסום במעלה. עם זאת, אם הדיוק המכני של מכונת הכרסום מוגבל ולא ניתן לשלוט ביעילות בבעיית המרווח, כרסום קונבנציונלי עשוי להיות בחירה בטוחה יותר כדי למנוע בעיות איכות עיבוד ונזק לכלי הנגרם מתזוזת שולחן העבודה. לסיכום, בעיבוד שבבי במכונת כרסום CNC, יש לבחור באופן סביר את שיטת הכרסום המתאימה של כרסום במעלה או כרסום קונבנציונלי בהתאם לדרישות העיבוד הספציפיות ותנאי הציוד כדי להשיג את אפקט העיבוד הטוב ביותר.