מה זה CAD ולמה זו טכנולוגיה קריטית לעיבוד שבבי CNC?

תכנון הנדסי מדויק הוא הבסיס לכל תהליך ייצור מוצלח. בתהליכי עיבוד שבבי CNC, איכות התכנון משפיעה ישירות על התוצאה הסופית, זמני הייצור והעלויות. מהו בעצם CAD, כיצד הוא משתלב בתהליך הייצור וכיצד תכנון הנדסי נכון חוסך לכם כסף ובעיות בהמשך הדרך? כל התשובות.

מה זה CAD (תכנון בעזרת מחשב)?

CAD הם ראשי תיבות של Computer Aided Design, או בעברית: תכנון בעזרת מחשב. למעשה, מדובר בטכנולוגיה המחליפה את שיטות השרטוט הידניות שהיו נהוגות בעבר בהנדסה ובתעשייה, ובפרט בעולם ה-CNC, ומאפשרת למהנדסים ומתכננים ליצור מודלים דיגיטליים מדויקים של חלקים ורכיבים. התוכנות הנפוצות בתחום כוללות את SolidWorks, AutoCAD ו-Inventor, כאשר כל תוכנה מציעה יכולות שונות המתאימות לסוגי פרויקטים שונים.

באמצעות תוכנות CAD ניתן ליצור מודלים דו מימדיים (2D) לחלקים שטוחים, וכן מודלים תלת מימדיים (3D) לחלקים מורכבים. מודל דיגיטלי אשר נוצר על ידי CAD כולל את כל המידע הנדרש לייצור חלקים לרבות מידות מדויקות, טולרנסים, זוויות, רדיוסים וגיאומטריה מלאה. אלה נתונים המשמשים כבסיס לתכנון הנדסי של רכיבים ומערכות תעשייתיות בתחומים מגוונים כמו אלקטרוניקה, רפואה וביטחון.

היתרון המרכזי של תכנון בעזרת מחשב הוא היכולת לבצע שינויים ותיקונים בקלות לפני תחילת הייצור. כאשר מתכננים באמצעות שרטוט ידני, כל שינוי דורש עבודה מחדש. לעומת זאת, עם טכנולוגיית CAD כל עדכון של פרמטר במודל מעדכן אוטומטית את כל האלמנטים הקשורים אליו. בנוסף, תוכנה מאפשרת לבצע סימולציות והדמיות אשר עוזרות לזהות בעיות עוד לפני שמגיעים לשלב של ייצור אב טיפוס פיזי.

מהו התפקיד של CAD בתהליכי ייצור?

תכנון באמצעות CAD מתבצע בתחילת שרשרת הייצור, בשלב שבו רעיון הופך למודל מוחשי. מתחילים את התהליך על ידי אפיון הדרישות ההנדסיות, עוברים לתכנון המודל הדיגיטלי ואז מכינים את הקבצים לייצור. כל שלב בתהליך תלוי באיכות השלב הקודם, ולכן השקעה בתכנון איכותי מניבה תוצאות טובות יותר בכל שלבי הפרויקט.

תכנון CAD מדויק מאפשר לזהות בעיות פוטנציאליות עוד לפני שמתחילים לייצר. למשל, לפעמים מגלים שאי אפשר לייצר חלק מסוים בגלל גיאומטריה בעייתית, או כי הדרישות לגבי טולרנסים אינן מתאימות לשיטת הייצור הנבחרת. גילוי מוקדם של בעיות חוסך עלויות הכרוכות בשינויים בשלבים הבאים ומונע פסילה של חלקים לאחר הייצור.

מעבר לכך, תכנון CAD מקצועי מאפשר תקשורת ברורה בין כל הגורמים המעורבים בפרויקט. אי הבנות וטעויות נמנעות כאשר מהנדסים, מנהלי רכש, צוות הייצור ואנשי בקרת איכות עובדים על בסיס אותו מודל מדויק.

יתרונות של תכנון CAD איכותי:

• איתור מוקדם של בעיות הנדסיות לפני תחילת הייצור.
• חיסכון בעלויות הנובעות משינויים מאוחרים.
• קיצור זמני ייצור בזכות תכנון מיטבי.
• שיפור התקשורת בין צוותי התכנון והייצור.
• תיעוד מלא של כל גרסאות התכנון.

הקשר בין CAD לבין עיבוד שבבי CNC

קבצי CAD מהווים בסיס עבור הגדרה של מכונות עיבוד שבבי CNC. מודל ה-CAD משמש כבסיס לתהליך ה-CAM, שבו מוגדרים מסלולי הכלים והקוד שמפעיל את מכונת ה-CNC. ללא קובץ CAD תקין, אי אפשר להתחיל בתהליך הייצור.

רמת הדיוק של מודל CAD משפיעה ישירות על איכות החלק הסופי. אם מודל מכיל שגיאות או חוסרים, אלה מתורגמים לתהליך הייצור ויגרמו לכם לפסול חלקים או לעבד אותם מחדש. לכן, השקעה בתכנון איכותי מראש משתלמת בטווח הארוך. מפעלי עיבוד שבבי מקצועיים בודקים את קבצי ה-CAD לפני הייצור במטרה לזהות בעיות פוטנציאליות.

גורמים בתכנון CAD בעלי פוטנציאל להשפיע על הייצור:

• טולרנסים: הגדרה מדויקת של טווחי הסטייה המותרים במהלך העיבוד השבבי.
• גיאומטריה: בניית מודל לעיצוב חלקים שניתן לייצר בפועל.
• חומר: בחירת חומר מתאים לשיטת העיבוד השבבי שנבחרה כחלק מתהליך הייצור.
• גימור: הגדרת רמת החספוס הנדרשת בפני השטח של הרכיב.

בתהליכי עיבוד שבבי (ידני או CNC) ניתן לעבד מגוון חומרים כולל מתכות (אלומיניום, פלדה, פלדת אל חלד, נחושת, טיטניום), פלסטיק הנדסי וחומרים מרוכבים. בחירת החומר משפיעה על פרמטרים רבים בתכנון כמו עובי דפנות, רדיוסי פינות ומהירויות חיתוך.

הבדלים בין CAD ל-CAM בהיבט תכנוני ויצרני

CAD ו-CAM הם שני שלבים שונים בתהליך הייצור. CAD, כאמור, הוא תכנון הנדסי של החלק שרוצים לייצר, המתבצע באמצעות מחשב (בניגוד לתכנון ידני). בשלב זה מגדירים את הגיאומטריה, המימדים והטולרנסים של החלק. CAM (ייצור בעזרת מחשב) מתבצע בתהליך הייצור עצמו. בשלב זה מגדירים את מסלולי מכונת העיבוד השבבי, מהירויות החיתוך, סדר הפעולות והפרמטרים הטכניים של המכונה.

תוצר תהליך ה-CAM אינו מודל (כמו ב-CAD), אלא קוד בשפת G-code, שפת התכנות של מכונות CNC. הקוד מכיל את כל ההוראות לתנועות המכונה, מהירויות הסיבוב, עומקי החיתוך ופרמטרים נוספים. תפקידם של מתכנתי CAM הוא לייעל את פעילות מכונת העיבוד השבבי כדי לקצר זמני ייצור ולשפר את איכות פני השטח.

השוואה בין CAD ל-CAM:

• CAD: תכנון החלק על ידי יצירת מודל עם מידות וטולרנסים. 
• CAM: תכנון תהליך הייצור עצמו על ידי כתיבת קוד G-code לתכנות מכונת העיבוד השבבי CNC.

אילו פורמטים של CAD נפוצים בעיבוד שבבי?

קיימים פורמטים רבים של קבצי CAD, וחשוב לדעת איזה פורמט מתאים לפרויקטים מכל סוג. בחירת הפורמט הנכון חוסכת זמן ומונעת בעיות בהעברת קבצי CAM לייצור. בפורמטים שונים נשמרות רמות שונות של מידע, כלומר המרה בין פורמטים עלולה לגרום לאובדן נתונים חשובים.

פורמטים עיקריים:

• STEP: פורמט אוניברסלי לקבצי 3D, מתאים לרוב יישומי העיבוד השבבי ונתמך בכל המערכות.
• IGES: פורמט ותיק לקבצי 3D, נפוץ במערכות ישנות יחסית, פחות מדויק מ-STEP.
• DXF/DWG: פורמטים לקבצי 2D, מתאימים לפעולות כמו חיתוך לייזר וכרסום דו מימדי.
• Parasolid (x_t / x_b): פורמטים מתקדמים המבוססים על ליבת מודל גיאומטרי, נפוצים במיוחד במערכות CAD מתקדמות ובתעשיות הרכב והאווירונאוטיקה.

פורמט STEP הוא הבחירה המומלצת עבור פרויקטים של עיבוד שבבי תלת מימדי, בזכות יכולתו לשמור על כל המידע הגיאומטרי והעובדה שנתמך בכל מערכות ה-CAM. עבור פרויקטים פחות מורכבים, קבצי DXF מספיקים ולעתים אף עדיפים בגלל הפשטות שלהם.

מומלץ לשמור את קובץ ה-CAD המקורי בפורמט של התוכנה בה עבדתם (Native format) ובנוסף לייצא עותק בפורמט STEP. כך תוכלו לערוך שינויים בעתיד בקלות, ובמקביל לספק למפעל שיבצע עבורכם את הפרויקט קובץ אוניברסלי שניתן לפתוח בכל מערכת.

טעויות נפוצות בתכנון CAD המשפיעות על הייצור

אפילו מומחים מנוסים עושים לפעמים טעויות אשר מתגלות רק בשלב הייצור. כדאי להיות מודעים לטעויות הנפוצות, וכך להימנע מהן מראש ולחסוך עיכובים ועלויות מיותרות.

אי הגדרת טולרנסים היא טעות יחסית שכיחה. אם מודל CAD לא מציין את טווחי הסטייה המותרים, המפעל צריך לנחש או לפנות אליכם לבירורים. טעות נוספת היא תכנון גיאומטריה שלא ניתן לייצר בפועל כגון חריצים צרים מדי עבור כלי החיתוך, פינות חדות ללא רדיוס או חורים עמוקים מדי ביחס לקוטר שלהם.

בעיה נפוצה נוספת היא פרטים חסרים במודל ה-CAD. חשוב לרדת לפרטים הקטנים ביותר ולהגדיר פרמטרים כמו סוג הברגה (מטרי/אינצ׳י, עדין/גס), גימור פני השטח, כיוון הסיבים בחומר וכו׳. כל פרט אשר חסר במודל דורש בירור ומאריך את זמן ההכנה לייצור. מומלץ להשתמש בטבלת דרישות טכניות (Technical Data Sheet) המפרטת את כל המידע הנדרש.

אדמתי סוכנויות – פתרונות ייצור מתקדמים

באדמתי סוכנויות אנחנו מתמחים בייצור רכיבים, תתי רכיבים ותתי מערכות לתעשיות המוליכים למחצה, הרפואה והביטחון. יש לנו ניסיון של עשרות שנים ואנו מציעים ליווי מקצועי מלא, החל משלב האפיון הראשוני ועד לאספקת המוצר המוגמר, כולל שירותי עיבוד שבבי CNC ברמת דיוק גבוהה.

מחלקת בקרת האיכות שלנו מצוידת בכלי מדידה מתקדמים על מנת להבטיח עמידה בטולרנסים הנדרשים. אנו עובדים לפי תקני ISO ומקפידים על תהליכי בקרה קפדניים בכל שלבי הייצור. הידע ההנדסי המצטבר שלנו מאפשר לנו לזהות בעיות פוטנציאליות בשלבים מוקדמים ולהציע פתרונות אשר חוסכים זמן וכסף.

אם אתם מתכננים פרויקט הדורש רכיבים בעיבוד שבבי CNC, נשמח לבחון את קבצי ה-CAD שלכם ולתת לכם משוב מקצועי. צרו איתנו קשר לייעוץ ראשוני או על מנת לבצע בדיקת היתכנות לפרויקט לפני תחילת הייצור.

שאלות ותשובות על CAD ועיבוד שבבי CNC

מה ההבדל בין CAD ל-CNC?

תוכנת CAD משמשת לתכנון הנדסי ויצירת מודל דיגיטלי של החלק אשר יש כוונה לייצר. לעומת זאת, מכונת CNC מבצעת את הייצור בפועל באמצעות עיבוד שבבי. קובץ ה-CAD משמש כבסיס להגדרת מכונת CNC, דרך תהליך CAM.

באיזה פורמט כדאי לשלוח קבצי CAD לייצור?

עבור פרויקטים של עיבוד שבבי תלת מימדיים, קובץ CAD בפורמט STEP הוא הבחירה המומלצת מכיוון שהוא אוניברסלי ושומר על כל המידע הגיאומטרי. עבור פרויקטים של עיבוד שבבי דו מימדיים, כמו חיתוך לייזר, קבצי DXF מתאימים.

האם צריך להגדיר טולרנסים בקובץ ה-CAD?

כן, הגדרת טולרנסים היא קריטית. ללא הגדרה ברורה של טולרנסים בקובץ ה-CAD, המפעל לא יודע מה רמת הדיוק הנדרשת בייצור החלקים. התוצאה עלולה להיות חלקים שלא עומדים בדרישות או לכל הפחות עיכובים בשל בירורים.

מה זה G-code ומה הקשר שלו ל-CAD?

G-code היא שפת התכנות של מכונות CNC. קובץ ה-CAD עובר המרה בתוכנת CAM לקוד G-code, כדי שהמכונה תבין את המודל ותוכל להשתמש בו. תהליך ה-CAM מייצר קוד G-code, המכיל את כל ההוראות לפעילות מכונת העיבוד השבבי.

אילו חומרים ניתן לעבד באמצעות עיבוד שבבי CNC?

ניתן לעבד ב-CNC מגוון רחב של חומרים כולל מתכות (אלומיניום, פלדה, פלדת אל חלד, נחושת, טיטניום), פלסטיק הנדסי כמו PEEK ו-Delrin, חומרים מרוכבים ואפילו קרמיקה במקרים מסוימים.

כמה זמן לוקח מרגע שיש קובץ CAD עד שנוצר חלק מוגמר?

זמן הייצור תלוי במורכבות החלק, בכמות היחידות שיש לייצר ובעומס העבודה במפעל. חלק פשוט יכול להיות מוכן תוך ימים ספורים, בעוד חלק מורכב עם דרישות מיוחדות עשוי לקחת מספר שבועות, כולל זמן הכנה וייצור.

מה קורה אם יש שגיאה בקובץ CAD?

שגיאות בקבצי CAD מתגלות בדרך כלל בשלב ה-CAM או כאשר בודקים את הקובץ לפני הייצור. אם אכן מתגלות שגיאות, המפעל פונה ללקוח על מנת שיתקן את הקובץ לפני תחילת הייצור. אם מזהים שגיאות בקובץ ה-CAD בשלב מוקדם של הפרויקט, ניתן לחסוך עלויות משמעותיות.