עיבוד שבבי 101: מה זה סיבוב?|סדנה מכנית מודרנית

סיבוב משתמש במחרטה כדי להסיר חומר מבחוץ של חומר עבודה מסתובב, בעוד שעמום מסיר חומר מהחלק הפנימי של חומר מסתובב.#בסיס
סיבוב הוא תהליך של הסרת חומר מהקוטר החיצוני של חומר מסתובב באמצעות מחרטה.חותכי נקודה אחת חותכים מתכת מחומר העבודה לשבבים קצרים וחדים (באופן אידיאלי) שקל להסירם.
מחרטת CNC עם בקרת מהירות חיתוך קבועה מאפשרת למפעיל לבחור את מהירות החיתוך, ולאחר מכן המכונה מתאימה אוטומטית את הסל"ד כאשר כלי החיתוך מעביר קטרים ​​שונים לאורך קו המתאר החיצוני של חומר העבודה.מחרטות מודרניות זמינות גם בתצורות צריח יחיד וצריח כפול: לצריחים בודדים יש ציר אופקי ואנכי, ולצריחים כפולים יש זוג צירים אופקיים ואנכיים לכל צריח.
כלי מפנה מוקדמים היו חלקים מלבניים מוצקים עשויים פלדה במהירות גבוהה עם פינות מגרפה ופינוי בקצה אחד.כאשר כלי נעשה עמום, המנעולן משחיז אותו במטחנה לשימוש חוזר.כלי HSS עדיין נפוצים במחרטות ישנות יותר, אך כלי קרביד הפכו פופולריים יותר, במיוחד בצורת נקודה אחת מולחמת.לקרביד יש עמידות וקשיות בלאי טובים יותר, מה שמגדיל את הפרודוקטיביות ואת חיי הכלים, אך הוא יקר יותר ודורש ניסיון לטחינה מחדש.
סיבוב הוא שילוב של תנועה ליניארית (כלי) ותנועה סיבובית (חלק עבודה).לכן, מהירות חיתוך מוגדרת כמרחק סיבוב (נכתב כ-sfm – רגל פני השטח לדקה – או smm – מטר מרובע לדקה – תנועת נקודה על פני החלק בדקה אחת).קצב ההזנה (מבוטא באינצ'ים או מילימטרים לסיבוב) הוא המרחק הליניארי שהכלי עובר לאורך או על פני השטח של חומר העבודה.הזנה מתבטאת לפעמים גם כמרחק הליניארי (in/min או mm/min) שכלי עובר בדקה אחת.
דרישות קצב ההזנה משתנות בהתאם למטרת הפעולה.לדוגמה, בעיבוד גס, הזנות גבוהות עדיפות לרוב למקסום שיעורי הסרת מתכות, אך נדרשות קשיחות חלקים וכוח מכונה גבוהים.יחד עם זאת, גימור סיבוב יכול להאט את קצב ההזנה כדי להשיג את חספוס פני השטח המצוין בשרטוט החלק.
היעילות של כלי חיתוך תלויה במידה רבה בזווית הכלי ביחס לחומר העבודה.המונחים המוגדרים בסעיף זה חלים על תוספות חיתוך ופינוי וחלים גם על כלים חד-נקודתיים מולחמים.
זווית גריפה עליונה (הידועה גם בשם זווית גריפה אחורית) היא הזווית הנוצרת בין זווית ההחדרה לקו המאונך לחומר העבודה במבט מהצד, הקדמי והאחורי של הכלי.זווית הגריפה העליונה חיובית כאשר זווית הגריפה העליונה משופעת מטה מנקודת החיתוך לתוך השוק;ניטרלי כאשר הקו בחלק העליון של התוספת מקביל לחלק העליון של השוק;ונייטרלי כאשר הוא מוטה למעלה מנקודת החיתוך.הוא גבוה ממחזיק הכלי, זווית הגריפה העליונה שלילית..להבים וידיות מחולקים גם לזוויות חיוביות ושליליות.לתוספות עם נטייה חיובית יש דפנות משופשפות ומתאימים למחזיקים עם זוויות גריפה חיוביות וצדדיות.תוספות שליליות מרובעות ביחס לחלק העליון של הלהב ומתאימות לידיות עם זוויות גריפה שליליות עליון וצד.זווית הגריפה העליונה היא ייחודית בכך שהיא תלויה בגיאומטריה של התוסף: שוברי שבבים טחונים או מעוצבים בצורה חיובית יכולים לשנות את זווית הגריפה העליונה האפקטיבית משלילי לחיובית.זוויות הגריפה העליונות נוטות להיות גדולות יותר עבור חומרי עבודה רכים וגמישים יותר הדורשים זוויות גזירה חיוביות גדולות, בעוד שחומרים קשים ונוקשים יותר עדיף לחתוך עם גיאומטריה ניטרלית או שלילית.
זווית הגריפה הצידית נוצרה בין הקצה הקצה של הלהב לקו הניצב לחומר העבודה, כפי שניתן לראות מחזית הקצה.זוויות אלו הן חיוביות כאשר הן מרוחקות מקצה החיתוך, ניטרליות כאשר הן מאונכות לקצה החיתוך, ושליליות כאשר הן מכוונות כלפי מעלה.העובי האפשרי של הכלי תלוי בזווית הגריפה הצדדית, זוויות קטנות יותר מאפשרות שימוש בכלים עבים יותר המגבירים חוזק אך דורשים כוחות חיתוך גבוהים יותר.זוויות גדולות יותר מייצרות שבבים דקים יותר ודרישות כוח חיתוך נמוכות יותר, אך מעבר לזווית המקסימלית המומלצת, קצה החיתוך נחלש והעברת החום מצטמצמת.
שפוע החיתוך הקצה נוצר בין קצה החיתוך של הלהב בקצה הכלי לקו מאונך לחלק האחורי של הידית.זווית זו מגדירה את הפער בין כלי החיתוך למשטח המוגמר של חומר העבודה.
תבליט הקצה ממוקם מתחת לקצה החיתוך של הקצה ונוצר בין קצה הקצה של התוספת לקו מאונך לבסיס השוק.מעבר קצה מאפשר לך להפוך את זווית ההקלה (שנוצרת על ידי קצה השוק והקו הניצב לשורש השוק) לגדולה מזווית ההקלה.
זווית המרווח הצידי מתארת ​​את הזווית מתחת לקצה החיתוך הצדדי.הוא נוצר על ידי הצדדים של הלהב וקו מאונך לבסיס הידית.כמו עם בוס הקצה, התלייה מאפשרת לתבליט הצד (שנוצר על ידי הצד של הידית והקו הניצב לבסיס הידית) להיות גדול יותר מההקלה.
זווית העופרת (הידועה גם כזווית קצה החיתוך הצדדי או זווית העופרת) נוצרת בין קצה החיתוך הצדדי של התוספת לבין הצד של המחזיק.זווית זו מובילה את הכלי לתוך חומר העבודה, וככל שהיא גדלה, נוצר שבב רחב ודק יותר.הגיאומטריה ומצב החומר של חומר העבודה הם גורמים עיקריים בבחירת זווית ההובלה של כלי החיתוך.לדוגמה, כלים בעלי זווית סליל מודגשת יכולים לספק ביצועים משמעותיים בעת חיתוך משטחים מחוטאים, לא רציפים או מוקשים מבלי לפגוע קשות בשולי כלי החיתוך.על המפעילים לאזן את התועלת הזו עם הסטת חלקים ורטט מוגברים, שכן זוויות הרמה גדולות יוצרות כוחות רדיאליים גדולים.כלי סיבוב אפס מעניקים רוחב שבב השווה לעומק החיתוך בפעולות סיבוב, בעוד שכלי חיתוך בעלי זווית חיבור מאפשרים לעומק החיתוך האפקטיבי ולרוחב השבב המתאים לעלות על עומק החיתוך בפועל על חומר העבודה.רוב פעולות הפנייה יכולות להתבצע ביעילות עם טווח זווית גישה של 10 עד 30 מעלות (המערכת המטרית הופכת את הזווית מ-90 מעלות להפוכה, מה שהופך את טווח זווית הגישה האידיאלי של 80 עד 60 מעלות).
גם לקצה וגם לדפנות יש הקלה והקלה מספקת כדי לאפשר לכלי להיכנס לחתך.אם אין פער, לא יווצרו שבבים, אבל אם אין מספיק פער, הכלי ישפשף ויוצר חום.כלי מפנה נקודתיים דורשים גם הקלה על הפנים והצד כדי להיכנס לחתך.
בעת הפניה, חומר העבודה נתון לכוחות חיתוך משיקים, רדיאליים וציריים.ההשפעה הגדולה ביותר על צריכת האנרגיה מופעלת על ידי כוחות משיקים;כוחות צירים (הזנות) לוחצים על החלק בכיוון האורך;וכוחות רדיאליים (עומק חיתוך) נוטים לדחוף את חומר העבודה ומחזיק הכלי זה מזה."כוח חיתוך" הוא הסכום של שלושת הכוחות הללו.עבור אפס זווית גובה, הם נמצאים ביחס של 4:2:1 (טנגנציאלי: צירי: רדיאלי).ככל שזווית ההובלה גדלה, הכוח הצירי פוחת וכוח החיתוך הרדיאלי גדל.
גם לסוג השוק, לרדיוס הפינות ולצורת ההוספה יש השפעה רבה על אורך קצה החיתוך המקסימלי האפקטיבי של מוסיף סיבוב.שילובים מסוימים של רדיוס הוספה ומחזיק עשויים לדרוש פיצוי ממדי על מנת לנצל את מלוא היתרונות של קצה החיתוך.
איכות פני השטח בפעולות פנייה תלויה בקשיחות הכלי, המכונה וחומר העבודה.לאחר ביסוס הקשיחות, ניתן להשתמש ביחס בין הזנת המכונה (in/rev או mm/rev) לבין פרופיל חוטם של תוספת או כלי כדי לקבוע את איכות פני השטח של חומר העבודה.פרופיל האף מתבטא במונחים של רדיוס: במידה מסוימת, רדיוס גדול יותר פירושו גימור משטח טוב יותר, אך רדיוס גדול מדי עלול לגרום לרטט.עבור פעולות עיבוד שדורשות פחות מהרדיוס האופטימלי, ייתכן שיהיה צורך להפחית את קצב ההזנה כדי להשיג את התוצאה הרצויה.
ברגע שמגיעים לרמת הכוח הנדרשת, הפרודוקטיביות עולה עם עומק החיתוך, ההזנה והמהירות.
עומק החיתוך הוא הקל ביותר להגדלה, אבל שיפורים אפשריים רק עם מספיק חומר וכוחות.הכפלת עומק החיתוך מגדילה את הפרודוקטיביות מבלי להגדיל את טמפרטורת החיתוך, חוזק המתיחה או כוח החיתוך לאינץ' מעוקב או סנטימטר (הידוע גם ככוח חיתוך ספציפי).זה מכפיל את ההספק הנדרש, אך חיי הכלי אינם מצטמצמים אם הכלי עומד בדרישות לכוח חיתוך משיק.
גם שינוי קצב ההזנה קל יחסית.הכפלת קצב ההזנה מכפילה את עובי השבב ומגדילה (אך לא מכפילה) את כוחות החיתוך המשיקים, טמפרטורת החיתוך וההספק הנדרשים.שינוי זה מקטין את חיי הכלי, אך לא בחצי.כוח חיתוך ספציפי (כוח חיתוך הקשור לכמות החומר שהוסר) יורד אף הוא עם הגדלת קצב ההזנה.ככל שקצב ההזנה גדל, הכוח הנוסף הפועל על קצה החיתוך עלול לגרום להיווצרות גומות על משטח הגריפה העליון של התוסף עקב החום והחיכוך המוגברים הנוצרים במהלך החיתוך.על המפעילים לפקח בקפידה על משתנה זה כדי למנוע כשל קטסטרופלי שבו השבבים מתחזקים מהלהב.
זה לא חכם להגביר את מהירות החיתוך בהשוואה לשינוי עומק החיתוך וקצב ההזנה.העלייה במהירות הביאה לעלייה משמעותית בטמפרטורת החיתוך ולירידה בכוחות הגזירה ובכוחות החיתוך הספציפיים.הכפלת מהירות החיתוך דורשת כוח נוסף ומקצרת את חיי הכלי ביותר מחצי.ניתן להפחית את העומס בפועל על המגרפה העליונה, אך טמפרטורות חיתוך גבוהות יותר עדיין גורמות למכתשים.
שחיקה של התוספת היא אינדיקטור נפוץ להצלחה או כישלון של כל פעולת פנייה.אינדיקטורים נפוצים אחרים כוללים שבבים בלתי מקובלים ובעיות בחומר העבודה או במכונה.ככלל, על המפעיל להדביק את התוספת לבלאי של 0.030 אינץ' (0.77 מ"מ).עבור פעולות גימור, על המפעיל לבצע אינדקס במרחקים של 0.015 אינץ' (0.38 מ"מ) או פחות.
מחזיקי תוספות ניתנות לחיבור מהודקים מכנית עומדים בתשעה תקני מערכות זיהוי ISO ו-ANSI.
האות הראשונה במערכת מציינת את אופן הצמדת הקנבס.ארבעה סוגים נפוצים שולטים, אך כל סוג מכיל מספר וריאציות.
מוסיף סוג C משתמשים במהדק עליון עבור מוסיף שאין להם חור מרכזי.המערכת מסתמכת לחלוטין על חיכוך והיא מתאימה ביותר לשימוש עם תוספות חיוביות בפנייה בינונית עד קלה ויישומים משעממים.
תוספות M מחזיקים את כרית ההגנה של חלל ההוספה עם נעילת פקה הלוחצת את התוסף אל דופן החלל.מהדק העליון מחזיק את החלק האחורי של התוסף ומונע ממנו להתרומם כאשר עומס החיתוך מופעל על קצה התוסף.תוספות M מתאימים במיוחד לתוספות שליליות עם חור מרכזי בחריטה בינונית עד כבדה.
תוספות מסוג S משתמשות בברגי טורקס או אלן רגילים אך דורשות שקיעה נגדית או שקיעה נגדית.ברגים יכולים להיתקע בטמפרטורות גבוהות, כך שמערכת זו מתאימה ביותר לפנייה קלה עד מתונה ופעולות משעממות.
תוספות P עומדות בתקן ISO להפיכת סכינים.התוסף נלחץ אל דופן הכיס על ידי ידית מסתובבת, אשר נוטה כאשר בורג הכוונון מוגדר.תוספות אלו מתאימים ביותר לתוספות וחורים שליליים לגריפה ביישומי סיבוב בינוני עד כבד, אך הם אינם מפריעים להרמת התוסף במהלך החיתוך.
החלק השני משתמש באותיות כדי לציין את צורת הלהב.החלק השלישי משתמש באותיות כדי לציין שילובים של שוקיים ישרים או מאופקים וזוויות סליל.
האות הרביעית מציינת את הזווית הקדמית של הידית או את הזווית האחורית של הלהב.עבור זווית גריפה, P היא זווית גריפה חיובית כאשר הסכום של זווית מרווח הקצה וזווית הטריז קטן מ-90 מעלות;N היא זווית גריפה שלילית כאשר סכום הזוויות הללו גדול מ-90 מעלות;O היא זווית הגריפה הנייטרלית, שסכומה הוא בדיוק 90 מעלות.זווית המרווח המדויקת מצוינת באחת מכמה אותיות.
החמישית היא האות שמציינת את היד עם הכלי.R מציין שמדובר בכלי ימני שחותך מימין לשמאל, בעוד ש-L מקביל לכלי שמאלי שחותך משמאל לימין.כלים N הם ניטרליים ויכולים לחתוך לכל כיוון.
חלקים 6 ו-7 מתארים את ההבדלים בין מערכות המדידה האימפריאליות והמטריות.במערכת האימפריאלית, קטעים אלה תואמים למספרים דו ספרתיים המציינים את הקטע של הסוגר.עבור שוקיים מרובעים, המספר הוא סכום של שש עשרה מהרוחב והגובה (5/8 אינץ' הוא המעבר מ-"0x" ל-"xx"), בעוד עבור שוקיים מלבניים, המספר הראשון משמש לייצוג שמונה מתוך את הרוחב.רבע, הספרה השנייה מייצגת רבע מהגובה.ישנם כמה חריגים למערכת זו, כגון הידית 1¼" x 1½" המשתמשת בכינוי 91. המערכת המטרית משתמשת בשני מספרים לגובה ולרוחב.(איזה סדר.) לפיכך, להב מלבני בגובה 15 מ"מ ורוחב של 5 מ"מ יקבל את המספר 1505.
גם סעיפים VIII ו-IX נבדלים בין יחידות אימפריאליות ומטריות.במערכת האימפריאלית, סעיף 8 עוסק במידות הוספה, וסעיף 9 עוסק בפנים ובאורך הכלי.גודל הלהב נקבע לפי גודל העיגול הכתוב, במרווחים של שמינית אינץ'.אורכי קצה וכלי מסומנים באותיות: AG עבור גדלים מקובלים של כלי אחורי וקצה, ו-MU (ללא O או Q) עבור גדלים מקובלים של כלי קדמי וקצה.במערכת המטרית, חלק 8 מתייחס לאורך הכלי, וחלק 9 מתייחס לגודל הלהב.אורך הכלי מצוין באותיות, בעוד שעבור גדלי הוספה מלבניים ומקבילים, מספרים משמשים לציון אורך קצה החיתוך הארוך ביותר במילימטרים, תוך התעלמות מעשרוניות וספרות בודדות שלפניהן אפסים.צורות אחרות משתמשות באורכי צלעות במילימטרים (קוטר של להב עגול) וגם מתעלמות מעשרוניות ומקידומת של ספרות בודדות עם אפסים.
המערכת המטרית משתמשת בחלק העשירי והאחרון, הכולל מיקומים לסוגריים מוסמכים עם סובלנות של ±0.08 מ"מ לחלק האחורי והקצה (Q), הקדמי והאחורי (F), ומאחור, קדמי וקצה (B).
מכשירים חד-נקודתיים זמינים במגוון סגנונות, גדלים וחומרים.חותכי נקודה מוצקים יכולים להיות עשויים מפלדה במהירות גבוהה, פלדת פחמן, סגסוגת קובלט או קרביד.עם זאת, כאשר התעשייה עברה לכלי חרטה עם חוד מולחמים, העלות של הכלים הללו הפכה אותם כמעט ללא רלוונטיים.
כלים עם חוד מולחמים משתמשים בגוף של חומר זול ובקצה או ריק של חומר חיתוך יקר יותר המולחם עד לנקודת החיתוך.חומרי הקצה כוללים פלדה במהירות גבוהה, קרביד ובורון ניטריד מעוקב.כלים אלה זמינים בגדלים A עד G, וסגנונות ההיסט A, B, E, F ו-G יכולים לשמש ככלי חיתוך ביד ימין או שמאל.עבור שוקיים מרובעים, המספר אחרי האות מציין את גובה או רוחב הסכין בשש עשרה אינץ'.עבור סכיני שוק מרובעים, המספר הראשון הוא סכום רוחב השוק בשמינית אינץ', והמספר השני הוא סכום גובה השוק ברבע אינץ'.
רדיוס הקצה של כלים מולחמים תלוי בגודל השוק ועל המפעיל לוודא שגודל הכלי מתאים לדרישות הגימור.
משעמם משמש בעיקר לגימור חורים חלולים גדולים ביציקות או ניקוב חורים בפרזול.רוב הכלים דומים לכלי מפנה חיצוניים מסורתיים, אך זווית החיתוך חשובה במיוחד עקב בעיות פינוי שבבים.
קשיחות היא גם קריטית לביצועים משעממים.קוטר הקדח והצורך במרווח נוסף משפיעים ישירות על הגודל המרבי של המוט המשעמם.הסליה בפועל של מוט משעמם הפלדה הוא פי ארבעה מקוטר השוק.חריגה ממגבלה זו עלולה להשפיע על קצב הסרת המתכות עקב אובדן קשיחות וסיכוי מוגבר לרטט.
קוטר, מודול האלסטיות של החומר, אורך ועומס על הקורה משפיעים על הקשיחות והסטייה, כאשר לקוטר יש את ההשפעה הגדולה ביותר, ואחריו האורך.הגדלת קוטר המוט או קיצור האורך יגדילו מאוד את הקשיחות.
מודול האלסטיות תלוי בחומר המשמש ואינו משתנה כתוצאה מטיפול בחום.הפלדה היא הכי פחות יציבה ב-30,000,000 psi, מתכות כבדות יציבות ב-45,000,000 psi, והקרבידים יציבים ב-90,000,000 psi.
עם זאת, נתונים אלה גבוהים במונחים של יציבות, ומוטות משעמם של שוק פלדה מספקים ביצועים משביעי רצון עבור רוב היישומים עד יחס L/D של 4:1.מוטות משעממים עם שוק טונגסטן קרביד מתפקדים היטב ביחס של 6:1 L/D.
כוחות חיתוך רדיאליים וציריים במהלך הקדחת תלויים בזווית הנטייה.הגדלת כוח הדחף בזווית הרמה קטנה מועילה במיוחד בהפחתת הרטט.ככל שזווית ההובלה גדלה, הכוח הרדיאלי גדל, וגם הכוח הניצב לכיוון החיתוך גדל, וכתוצאה מכך רטט.
זווית ההרמה המומלצת לבקרת רעידות חור היא 0° עד 15° (אימפריאל. זווית הרמה מטרית היא 90° עד 75°).כאשר זווית העופרת היא 15 מעלות, כוח החיתוך הרדיאלי גדול כמעט פי שניים מאשר כאשר זווית העופרת היא 0 מעלות.
עבור רוב הפעולות המשעממות, כלי חיתוך בעלי נטייה חיובית עדיפים מכיוון שהם מפחיתים את כוחות החיתוך.עם זאת, לכלים חיוביים יש זווית מרווח קטנה יותר, ולכן על המפעיל להיות מודע לאפשרות של מגע בין הכלי לחומר העבודה.הבטחת מרווח מספק חשוב במיוחד כאשר משעמם חורים בקוטר קטן.
הכוחות הרדיאליים והמשיקים בקעמום גדלים ככל שרדיוס האף גדל, אך כוחות אלו מושפעים גם מזווית ההובלה.עומק חיתוך בעת משעמם יכול לשנות את הקשר הזה: אם עומק החיתוך גדול או שווה לרדיוס הפינה, זווית ההובלה קובעת את הכוח הרדיאלי.אם עומק החיתוך קטן מרדיוס הפינה, עומק החיתוך עצמו מגדיל את הכוח הרדיאלי.בעיה זו הופכת את זה לעוד יותר חשוב למפעילים להשתמש ברדיוס האף הקטן מעומק החתך.
Horn USA פיתחה מערכת להחלפת כלים מהירה שמפחיתה באופן משמעותי את זמני ההתקנה והחלפת הכלים במחרטות בסגנון שוויצרי, כולל אלה עם נוזל קירור פנימי.
חוקרי UNCC מציגים אפנון לנתיבי כלים.המטרה הייתה שבירת שבבים, אבל שיעור הסרת המתכות הגבוה יותר היה תופעת לוואי מעניינת.
צירי הכרסום הסיבוביים האופציונליים במכונות אלו מאפשרים עיבוד של סוגים רבים של חלקים מורכבים בהתקנה אחת, אך מכונות אלו קשות לשמצה לתכנות.עם זאת, תוכנת CAM מודרנית מפשטת מאוד את משימת התכנות.