אנשים העוסקים בעיבוד שבבי אינם מוכנים להודות בתבוסה בכל הנוגע לדיוק. לפעמים, נראה שחלק מהאנשים מתייחסים לדיוק עיבוד של 1 מיקרון כאל פיסת עוגה כשהם מדברים על זה. עם זאת, למעשה, עיבוד שבבי דיוק גבוה הוא נושא טכני שצריך להתייחס אליו בקפדנות. מאמר זה נועד לספק לכולם ידע מקיף יותר של עיבוד שבבי ברמת דיוק גבוהה.
01
שכל ישר בסיסי: השפעת שינויי טמפרטורה על חומרים
כפי שכולנו יודעים, חומרים מושפעים מהתפשטות והתכווצות תרמית. בעיבוד שבבי מדויק, אסור להתעלם מבעיות טמפרטורה! הפרש טמפרטורה הוא האויב של הדיוק. אם לא נשים לב לנושא המפתח של טמפרטורה, איך נוכל לדון לעומק על דיוק? מכיוון שרוב המכונות עשויות מפלדה וברזל יצוק, הן משנות צורה ואורך בהשפעת טמפרטורת החדר והחום שנוצר מהמכונה עצמה.
תְמוּנָה
מידת ההתפשטות וההתכווצות התרמית של חומר תלויה בסוג החומר ובגודל השינוי בטמפרטורה. להלן טבלה של מקדמי התפשטות של פלדה ונחושת. אם לוקחים פלדה כדוגמה, ההתפשטות הליניארית שלה תיצור שינוי של 12 מיקרומטר למטר כאשר הטמפרטורה משתנה במעלה אחת. הבנה מעמיקה של נתונים אלה היא קריטית להבטחת היציבות של עיבוד שבבי מדויק.
מקדם ההתפשטות של פלדה מוצג באיור שלהלן:
תְמוּנָה
דוגמא:
אורך חלקת העבודה: 200 מ"מ
שינוי טמפרטורה: 10 מעלות
ערך הרחבה: 0. 02 מ"מ
מקדם ההתפשטות של נחושת מוצג באיור שלהלן:
תְמוּנָה
דוגמא:
אורך האלקטרודה: 200 מ"מ
שינוי טמפרטורה: 10 מעלות
ערך הרחבה: 0.05 מ"מ
02
שגיאת זיהוי הנגרמת על ידי טמפרטורה
כאשר חלקי עבודה, מכשירי בדיקה ומדדים עשויים מחומרים שונים ואינם נמצאים בתנאי טמפרטורה סטנדרטיים במהלך הבדיקה, סטיות מהטמפרטורה הסטנדרטית (20 מעלות) תמיד יהיו גורם מפתח המוביל לטעויות בדיקה.
תְמוּנָה
שגיאת זיהוי עקב טמפרטורה
לדוגמה, חימום בלוק פלדה באורך 100 מ"מ ב-4 מעלות, כגון טמפרטורת כף היד, יגרום לשינוי באורכו ב-4.6 מיקרומטר.
ראוי לציין כי בעת מדידת חלקים בעלי דיוק גבוה, יש צורך בכלי מדידה בעלי דיוק גבוה יותר. אם תקן הדיוק של מכשיר המדידה או הציוד עצמו אינו גבוה, מאיפה מגיעות תוצאות מדידה ברמת דיוק גבוהה?
תְמוּנָה
03
תפיסת עיבוד חשובה: שמירה על יציבות תרמית
פלדה: 100 x 30 x 20 מ"מ
שינויים בגודל כאשר הטמפרטורה יורדת מ-25 מעלות ל-20 מעלות: ב-25 מעלות, הגודל גדול יותר ב-6μm. כאשר הטמפרטורה יורדת ל-20 מעלות, הגודל גדול רק ב-0.12μm. זהו תהליך יציב מבחינה תרמית, גם אם הטמפרטורה יורדת במהירות, עדיין נדרש פרק זמן מתמשך כדי לשמור על דיוק. עצמים גדולים יותר דורשים יותר זמן כדי להחזיר את הדיוק והיציבות כאשר הטמפרטורה משתנה.
תְמוּנָה
עבור מפעלים ללא ניסיון בעיבוד שבבי מדויק, דיוק לא יציב מואשם לרוב בדיוק הציוד בעת ביצוע עיבוד שבבי מדויק. להיפך, מפעלים בעלי ניסיון בעיבוד שבבי מדויק יודעים שזו ההבנה הבסיסית ביותר. הם מבינים שהאיזון התרמי בין טמפרטורת הסביבה לכלי מכונות הוא קריטי לשמירה על דיוק עיבוד יציב. מפעלים מנוסים אלו מבינים בבירור שגם עם כלי מכונה בעלי דיוק גבוה, ניתן להשיג דיוק עיבוד יציב רק על ידי שמירה על סביבת טמפרטורה יציבה ואיזון תרמי.
תְמוּנָה
שמירה על יציבות תרמית היא מושג הכרחי וחשוב בעיבוד שבבי מדויק. לחלק מהאנשים יש ספקות אם יש לשמור על הטמפרטורה ב-20 מעלות או 23 מעלות. עם זאת, הדבר הקריטי ביותר הוא להבטיח שניתן לשמור על היציבות של ערך יעד. למרות שספרים תיאורטיים ממליצים בדרך כלל על 20 מעלות, סדנאות בפועל בוחרות לעתים קרובות בין תואר 22-23. ההתמקדות היא בשליטה קפדנית על תנודות הטמפרטורה.
04
הבנה נכונה של דיוק וניתוח עיבוד
באופן כללי ניתן לחלק את דיוק העיבוד לדיוק ודיוק. התמונה למטה היא המחשה ויזואלית.
תְמוּנָה
דיוק
זה מתייחס לשחזור ולעקביות בין התוצאות המתקבלות על ידי מדידות חוזרות באמצעות אותה דגימה חילוף. אפשר לקבל דיוק גבוה, אבל זה לא אומר שהתוצאות מדויקות. לדוגמה, שלוש התוצאות שהושגו בשימוש באורך של 1 מ"מ הן 1.051 מ"מ, 1.053 ו-1.052. למרות שיש להם דיוק גבוה, הם לא מדויקים.
דיוק
מתייחס לקרבה בין תוצאות המדידה שהתקבלו לבין הערך האמיתי. דיוק מדידה גבוה פירושו ששגיאת המערכת קטנה, כאשר הערך הממוצע של הנתונים הנמדדים חורג פחות מהערך האמיתי, אך כאשר הנתונים מפוזרים, כלומר, גודל השגיאה המקרית אינו ברור.
קשר בין דיוק, דיוק וטמפרטורה
באופן כללי, אם החלקים המעובדים מדויקים יותר אך אינם מדויקים, ייתכן כי טמפרטורת הסדנה משתנה בטווח קטן, אך ישנה סטייה גדולה מהטמפרטורה הסטנדרטית. לכן, גודל החלקים המתקבלים עקבי יחסית, אך ישנה סטייה גדולה מגודל היעד. להיפך, אם החלקים מדויקים יותר אך לא מדויקים, ייתכן והסיבה לכך היא שטמפרטורת הסדנה משתנה משמעותית ביחס לטמפרטורה הסטנדרטית, מה שגורם לגודל החלק להיראות דיסקרטי. הפצה; ואם החלק אינו מדויק ואינו מדויק, הדבר עשוי להצביע על כך שטמפרטורת החנות חורגת מאוד מהטמפרטורה הסטנדרטית ומשתנה מאוד.
05
חימום מכונה שנשכח
מפעלים משתמשים במכונות CNC מדויקות לעיבוד דיוק גבוה. האם אי פעם חווית את החוויה הזו: כאשר המכונה מופעלת מדי בוקר לצורך עיבוד, דיוק העיבוד של היצירה הראשונה לרוב קשה להגיע לרמה האידיאלית; כאשר המכונה מופעלת לאחר חופשה ארוכה כדי לעבד את המנה הראשונה של חלקים, הדיוק לרוב גרוע. הסיכון לכשל בולט במיוחד במהלך עיבוד יציב ובדיוק גבוה, במיוחד כשמדובר בשמירה על דיוק מיקום.
רק בסביבת טמפרטורה יציבה ואיזון תרמי יכולים כלי מכונות להבטיח דיוק עיבוד יציב. במצבים בהם נדרשים עיבוד עיבוד וייצור ברמת דיוק גבוהה מיד לאחר ההפעלה, חימום מוקדם של כלי המכונה הוא השכל הישר ביותר בעיבוד מדויק.
תְמוּנָה
מכיוון שטמפרטורת הציר וכל ציר תנועה של כלי מכונת CNC יישמרו באופן יחסי ברמה קבועה מסוימת לאחר ריצה למשך תקופה. במקביל, ככל שעובר זמן העיבוד, הדיוק התרמי של כלי מכונת CNC הופך בהדרגה ליציב. לכן, יש צורך מאוד לחמם את הציר ואת החלקים הנעים לפני ביצוע עיבוד שבבי מדויק.
עם זאת, מפעלים רבים לרוב מתעלמים או אינם מבינים את קישור ההכנה של "תרגיל חימום" של כלי מכונות. מומלץ שכאשר המכונה לא פועלת במשך יותר ממספר ימים, מומלץ לחמם מראש יותר מ-30 דקות לפני עיבוד דיוק גבוה; אם המכונה לא פועלת רק כמה שעות, מומלץ גם לחמם מראש במשך 5-10 דקות לפני עיבוד דיוק גבוה.
תהליך החימום המקדים כולל את כלי המכונה משתתף בתנועה החוזרת ונשנית של ציר העיבוד. עדיף לבצע הצמדה רב צירית. לדוגמה, תן לציר XYZ לנוע מהפינה השמאלית התחתונה לפינה הימנית העליונה של מערכת הקואורדינטות, ועבור שוב ושוב באלכסון. ניתן להשיג תהליך זה על ידי כתיבת תוכנית מאקרו בכלי המכונה.
לאחר שהמכונות עברו חימום מלא, ניתן להכניס את הכלי לעיבוד דיוק גבוה במלוא המרץ, ותשיג דיוק עיבוד יציב ועקבי.
