מחשבון מהירות ציר

מחשבון מהירות ציר מוצא את מהירות הסיבוב, בסיבובים לדקה (סל״ד), שבה ציר מכונת העיבוד צריך לפעול עבור מהירות חיתוך וקוטר כלי נתונים. חרטים ומפעילי מכונות משתמשים בו להכנת כרסומות, מחרטות, מכונות קידוח ומכונות CNC לפני החיתוך.

מהי מהירות ציר?

מהירות ציר היא המהירות שבה הציר מסתובב, ונמדדת בסיבובים לדקה (סל״ד). הציר הוא הפיר המסתובב שמחזיק את כלי החיתוך (בכרסום ובקידוח) או את חומר הגלם (בחריטה). הפעלה של הציר במהירות גבוהה מדי או נמוכה מדי עלולה לשחוק במהירות את הכלי, לחרוך את החומר או להשאיר משטח מחוספס.

מהירות הציר הנכונה תלויה בשני דברים: המהירות שבה שפת החיתוך צריכה לנוע דרך החומר (מהירות החיתוך), וקוטר הכלי או חומר העבודה (הקוטר).

נוסחת מהירות הציר

$\text{מהירות ציר (סל״ד)} = \frac{\text{מהירות חיתוך} \times 1000}{\pi \times \text{קוטר הכלי}}$

• מהירות חיתוך היא מהירות שפת החיתוך ביחס לחומר, במטרים לדקה (m/min). היא תלויה בחומר הנחתך ובחומר שממנו עשוי הכלי.
• קוטר הכלי הוא קוטר כלי החיתוך במילימטרים (mm). בחריטה, זהו קוטר חומר הגלם במקום זאת.
• המקדם 1000 ממיר מטרים למילימטרים, כדי שהיחידות יתאימו זו לזו.
• π (פאי) הוא בקירוב 3.14159. הוא מופיע משום ששפת הכלי מתווה מעגל פעם אחת בכל סיבוב, והיקף המעגל הוא π כפול הקוטר.

כלי רחב יותר עובר מרחק גדול יותר בכל סיבוב, ולכן זקוק לפחות סיבובים בדקה כדי להגיע לאותה מהירות חיתוך. כלי צר יותר זקוק ליותר סיבובים בדקה.

כיצד לחשב את מהירות הציר

1. מצאו את מהירות החיתוך המומלצת עבור החומר והכלי שבשימוש, במטרים לדקה. ספקי כלים וחומרים מפרסמים נתונים אלה.
2. מדדו את קוטר הכלי (או את קוטר חומר הגלם בחריטה) במילימטרים.
3. הכפילו את מהירות החיתוך ב־1000.
4. הכפילו את קוטר הכלי ב־π (בקירוב 3.14159).
5. חלקו את התוצאה הראשונה בשנייה. התשובה היא מהירות הציר בסל״ד.

דוגמה פתורה

חרטן מכרסם פלדה עדינה באמצעות כרסומת קצה מקרביד בקוטר 10 mm. מהירות החיתוך המומלצת לפלדה עדינה היא כ־25 m לדקה.

$\text{RPM} = \frac{25 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{25{,}000}{31.42} \approx 795.8 \text{ RPM}$

החרטן מכוון את הציר למהירות של כ־796 סל״ד.

מהירויות ציר אופייניות לפי חומר

נתונים אלה משתמשים בכלי בקוטר 10 mm ובמהירויות חיתוך נפוצות לכלי פלדה מהירה או קרביד. אלה ערכי התחלה ולא כללים קבועים, משום שהערכים המדויקים תלויים בכלי ובמכונה.

מתכות רכות יותר ובעלות מוליכות תרמית גבוהה יותר, כגון אלומיניום, סובלות מהירויות חיתוך גבוהות בהרבה ממתכות קשות יותר או רגישות לחום, כגון טיטניום.

מדוע קוטר הכלי חשוב

הקוטר ומהירות הציר נמצאים ביחס הפוך. אם קוטר הכלי מוכפל, הסל״ד הנדרש נחתך לחצי, משום ששפת הכלי הגדול כבר עוברת מרחק כפול בכל סיבוב. לכן מקדח קטן מסתובב מהר בהרבה ממקדח גדול כדי לחתוך את אותו חומר באותה מהירות חיתוך.

חריטה לעומת כרסום וקידוח

בכרסום ובקידוח, הקוטר המשמש בנוסחה הוא קוטר כלי החיתוך המסתובב. בחריטה, חומר הגלם מסתובב במקום הכלי, ולכן משתמשים בקוטר חומר הגלם. מכיוון שחומר הגלם נעשה לעיתים צר יותר ככל שמסירים חומר, מחרטות מסוימות משתמשות בבקרת מהירות היקפית קבועה כדי להעלות אוטומטית את הסל״ד כשהקוטר קטן, וכך לשמור על מהירות חיתוך קבועה.

התאמת המהירות המחושבת

הנוסחה נותנת ערך התחלתי. מפעילי מכונות מתאימים אותו לעיתים קרובות בגלל:

• מצב הכלי. כלי שחוק או קהה עשוי לדרוש מהירות נמוכה יותר.
• קשיחות המכונה. מכונה או מערכת בעלות קשיחות נמוכה יותר עלולות לרטוט במהירות המחושבת ולדרוש מהירות נמוכה יותר.
• קירור. חיתוך יבש דורש לעיתים קרובות מהירות נמוכה יותר מחיתוך עם נוזל קירור.
• מהירויות זמינות. מכונות ישנות עם גלגלות המונעות באמצעות רצועה מציעות רק כמה מהירויות קבועות, ולכן החרטן בוחר את המהירות הקרובה ביותר לערך המחושב או נמוכה ממנו.

הפעלת הציר במהירות גבוהה מדי נוטה לשחוק את הכלי או לשבור אותו, ועלולה לחרוך את חומר הגלם. הפעלה במהירות נמוכה מדי יוצרת שבבים ארוכים וחוטיים וגימור משטח ירוד, משום שהכלי מתחכך במקום לחתוך בצורה נקייה.

שאלות נפוצות

מהי מהירות ציר בעיבוד שבבי? מהירות ציר היא מהירות הסיבוב של ציר מכונת עיבוד, בסל״ד. היא קובעת באיזו מהירות כלי החיתוך או חומר הגלם מסתובבים במהלך החיתוך.

כיצד מחשבים את מהירות הציר? הכפילו את מהירות החיתוך (במטרים לדקה) ב־1000, ואז חלקו ב־π כפול קוטר הכלי (במילימטרים). התוצאה היא מהירות הציר בסל״ד.

מדוע קוטר הכלי משנה את מהירות הציר? כלי בעל קוטר גדול יותר עובר מרחק גדול יותר בסיבוב אחד. כדי לשמור על אותה מהירות חיתוך בשפה, עליו להסתובב לאט יותר מכלי קטן יותר.

מה קורה אם מהירות הציר מוגדרת לגבוהה או לנמוכה מדי? מהירות גבוהה מדי גורמת לשחיקה מהירה של הכלי, לשבירתו ולחומר עבודה חרוך או שצבעו השתנה. מהירות נמוכה מדי גורמת להיווצרות שבבים לקויה, לגימור משטח מחוספס ולחיתוך איטי יותר.

האם אותה נוסחה פועלת בחריטה, בכרסום ובקידוח? כן. הנוסחה זהה בשלושת המקרים. בכרסום ובקידוח, הקוטר הוא קוטר כלי החיתוך. בחריטה, זהו קוטר חומר הגלם בנקודת החיתוך.

האם אפשר להשתמש ברגל לדקה במקום במטר לדקה? הנוסחה שלעיל משתמשת במטרים לדקה. כדי להמיר רגל לדקה למטרים לדקה, הכפילו ב־0.3048.