Wat is CNC-frezen:een uitgebreid overzicht van het freesproces

CNC-frezen is een essentieel proces als het gaat om de productie van complexe componenten. Als een van de mogelijkheden onder de brede paraplu van precisie-CNC-bewerking, helpt dit proces bij het maken van nauwkeurige onderdelen voor veel industrieën. Met zijn brede scala aan toepassingen blijft deze technologie snel groeien en evolueren.

We zullen het maalproces dus gedetailleerd bekijken en de verschillende bewerkingen en hun toepassingen onderzoeken. Dit zal u helpen de verschillende facetten van het proces te begrijpen en hoe u er het beste uit kunt halen. Zonder verder oponthoud, laten we erop ingaan.

Definitie:wat is CNC-frezen?

CNC-frezen is een computergestuurd proces waarbij delen van een werkstuk worden verwijderd met een snijgereedschap. De basisopstelling omvat een machinetafel en snijgereedschap(pen) die aan de spil zijn bevestigd. Het werkstuk wordt op de werktafel van de machine geplaatst terwijl het (de) snijgereedschap(pen) roteren om het werkstuk vorm te geven.

De rotatie van het snijgereedschap hangt af van het type CNC-freesmachine en het niveau van verfijning. De meeste CNC-gefreesde onderdelen kunnen hoge toleranties bereiken van +/- 0,001 inch tot +/- 0,005 inch. Sommige machines kunnen zelfs toleranties tot +/- 0,0005 inch bereiken.

Als zodanig is dit proces zeer veelzijdig en kan het werken met een uitgebreid scala aan materialen, waaronder metalen, kunststoffen, hout en glas. Het kan ook helpen bij het creëren van een breed scala aan aangepaste producten om aan unieke vereisten te voldoen.

Het freesproces analyseren:hoe werkt CNC-frezen?

Het is essentieel om een ​​volledig overzicht te geven van het maalproces. Dit zal u helpen een volledig beeld te krijgen van hoe het werkt. Over het algemeen vindt de CNC-freesbewerking plaats in drie fasen:

1. De CAD-bestanden ontwerpen 

De eerste fase omvat het maken van een virtuele weergave van uw beoogde product met behulp van CAD-software. U kunt verschillende CAD-CAM-programma's gebruiken om de benodigde G-code voor bewerking te ontwikkelen. Het is essentieel om het CAD-ontwerp te vertalen naar een CNC-programmeertaal, want dat is wat de machine zal begrijpen.

U kunt de code controleren en wijzigen om aan de mogelijkheden van de machine te voldoen. De software stelt productie-ingenieurs ook in staat om het hele freesproces te simuleren. Als gevolg hiervan kunnen ze controleren op ontwerpfouten en voorkomen dat ze complexe modellen maken die te moeilijk te bewerken zijn.

De operator heeft ook een technische technische tekening nodig die informatie bevat zoals: 

• Afmetingen en kritische kenmerken van een onderdeel
• Toleranties
• Bouwlijnen
• Indicatie van discussies
• Voorkeuren voor afwerking

2. De freesmachine instellen

Hoewel de CNC-freesmachines de werkstukken automatisch snijden, vereisen sommige aspecten van het proces een machinebediener. Een operator moet bijvoorbeeld het werkstuk aan de werktafel bevestigen en de snijgereedschappen voor de spil aanvallen.

Moderne freesmachines hebben live tooling-mogelijkheden. Daarom hebben ze de mogelijkheid om tijdens het freesproces van gereedschap te wisselen. Dit vermindert het aantal stops dat tijdens de operatie zal plaatsvinden. Er is echter nog steeds behoefte aan initiële installatie en programmacontroles voordat het proces wordt gestart.

3. De componenten produceren

Zoals eerder vermeld, maakt CNC-frezen gebruik van roterende gereedschappen die spanen afsnijden wanneer deze in contact komen met het werkstuk. Doorlopende rotatie van het gereedschap geeft de gewenste vorm. Het proces kan verschillende bewerkingen omvatten, afhankelijk van het type grondstof en de gewenste vorm van het eindproduct.

De eerste paar bewerkingen gebruiken grotere gereedschappen om materialen uit te snijden en een geschatte vorm te krijgen. Vervolgens zal een gereedschapswissel helpen om nauwkeuriger bewerkte onderdelen te creëren. Het precisie CNC-frezen wordt bereikt in de laatste fasen, met ongeëvenaarde niveaus van oppervlakteruwheid en technische toleranties.

Diverse CNC-freesbewerkingen

Een CNC-freescentrum kan verschillende complexe functies met hoge nauwkeurigheid produceren. Dergelijke functies omvatten schroefdraad, afschuining, sleuven, enz. Het maken van deze functies vereist echter verschillende freesbewerkingen, zoals: 

Normaal frezen

Het is ook bekend als vlakfrezen, deze bewerking maakt gebruik van een horizontale frees. Het snijgereedschap heeft dus een rotatie-as evenwijdig aan de werktafel. Vlakfrezen maakt gebruik van verschillende frezen met verschillende vormen en oriëntaties op basis van het gewenste resultaat. Een combinatie van een brede frees (met hoge voedingssnelheid) en fijnere snijtanden (met hogere snijsnelheid) is een uitstekende keuze voor kosteneffectiviteit. Het zorgt ook voor een betere oppervlakteafwerking en hoogwaardige eindproducten.

Vlakfrezen

Dit type frezen maakt gebruik van snijgereedschappen met tanden aan de zijkanten en het uiteinde. De zijtanden doen het belangrijkste snijwerk, terwijl andere tanden op de punt helpen bij de oppervlakteafwerking. Vlakfrezen komt meestal na vlakfrezen omdat het ingewikkelde contouren kan creëren en een hoogwaardige afwerking kan achterlaten.

Hoekfrezen

Dit is een van de beste freesbewerkingen om groeven, afschuiningen, sleuven en andere ingewikkelde functies te maken. De traditionele 3-assige freesmachines gebruiken verschillende frezen - zwaluwstaartfrezen voor schuine groeven of conische snijkoppen om afschuiningen te maken. De as van de frees staat vaak loodrecht of in lijn met het snijoppervlak.

 

Formulierfrezen

Deze freesbewerking maakt gebruik van speciaal gereedschap voor het maken van complexere contouren. Concave en convexe frezen zijn hier de meest voorkomende. Ze helpen bij het creëren van oppervlaktecontouren, ronde randen en ronde uitsparingen in slechts één snede.

Andere freesbewerkingen

Afgezien van de bovengenoemde freesbewerkingen, kunnen CNC-freesmachines andere soorten gespecialiseerde freesbewerkingen uitvoeren, zoals:

Profielfrezen :Hier creëert het gereedschap een snijpad langs een schuin of verticaal oppervlak op de voorraadbalk. Het proces maakt gebruik van een profielfreesgereedschap dat evenwijdig aan of loodrecht op het oppervlak van het werkstuk kan staan.

Gangfrezen :Dit is een subcategorie van vormfrezen waarbij meerdere frezen worden gebruikt om tegelijkertijd patronen te maken. De snijders hebben typisch verschillende vormen, maten of breedtes. Ze kunnen vergelijkbare of verschillende bewerkingen uitvoeren om complexere functies of ingewikkelde onderdelen binnen kortere perioden te creëren.

Straddle-frezen :Met deze freesbewerking kan een werktuigmachine met een enkele snede op twee of meer parallelle werkstukken werken. Aan weerszijden van het werkstuk zijn twee frezen aangebracht om beide zijden op dezelfde machinedoorn te frezen.

Voor- en nadelen van CNC-frezen in de productie van onderdelen

Het CNC-freesproces is vanwege zijn voordelen essentieel voor verschillende industriële processen. Toch zijn er nadelen op te merken. Hier zijn enkele van de voor- en nadelen van deze productietechniek.

Voordelen van CNC-frezen

Nauwkeurigheid en precisie

De aard van CNC-freesbewerkingen laat minimale ruimte voor fouten, waardoor een hogere nauwkeurigheid en precisie wordt gegarandeerd. Deze techniek kan onderdelen produceren die voldoen aan exacte technische specificaties en tolerantie-eisen.

De meeste CNC-gefreesde onderdelen kunnen hoge toleranties bereiken tussen +/- 0,001 inch tot +/- 0,005 inch, terwijl sommige tot +/- 0,0005 inch kunnen zijn. De automatisering van het proces beperkt ook menselijke fouten. Zelfs als u een oppervlaktebehandeling nodig heeft, kunt u met microfrezen enige dikte verwijderen om te voorkomen dat de afmetingen van het onderdeel worden beïnvloed.

Efficiëntie en herhaalbaarheid

CNC-freescentra bieden een hoge productieoutput vanwege de betrokken automatisering. Geavanceerde freesmachines kunnen onderdelen sneller produceren met een consistentere kwaliteit en afwerking.

Brede materiaalcompatibiliteit

Dit proces is geschikt voor een uitgebreide reeks materialen, waaronder metalen, kunststoffen, glas en hout. Dit vergroot zijn veelzijdigheid verder en maakt hem perfect voor verschillende toepassingen.

Minder arbeidsintensief

De automatisering en hoge output van CNC-freesmachines verminderen de arbeid die voor het proces wordt gebruikt aanzienlijk. Deze machines maken ook live tooling mogelijk, waardoor gereedschapswisselingen mogelijk zijn zonder de bewerking te stoppen. Er zijn maar heel weinig operators nodig voor het proces.

Kosteneffectief

CNC-freesmachines produceren op efficiënte wijze complexe producten sneller en nauwkeuriger. Dit vermindert de tijd die in de productiefase wordt doorgebracht. Bovendien verlagen de lagere arbeidsvereisten de kosten van het proces verder.

Nadelen van CNC-frezen

Hoge machinekosten

De initiële investeringskosten voor CNC-freesmachines zijn hoger dan bij traditionele handmatige apparatuur. Dit kan de totale productiekosten opdrijven.

Vereist intensieve training van operators

Niet zomaar iedereen kan CNC-freesmachines bedienen. Van ontwerpers tot programmeurs en machinebedieners, er is behoefte aan adequate training om het beste uit het proces te halen.

Hoog onderhoudsniveau

Freesmachines moeten constant worden onderhouden om ervoor te zorgen dat ze goed werken en de standtijd verlengen. Dit verhoogt de uitvaltijd van het gebruik van de freesmachines.

Veelgebruikte materialen voor CNC-freesbewerkingen

CNC-frezen werkt op een breed scala aan materialen. Uw materiaalkeuze hangt af van de vereisten en specificaties van uw toepassingen. De meest voorkomende materialen zijn:

Metalen materialen voor frezen

• Aluminium legeringen
• Roestvrij staal
• Zacht staal
• Gereedschapsstaal
• Messing
• Koperlegeringen
• Titaniumlegeringen

Kunststofmaterialen voor frezen

• POM
• ABS
• Nylon
• Polycarbonaat
• KIJKEN
• PTFE (Teflon)
• Polyethyleen
• PMMA (acryl)
• HDPE
• PVC
• Polypropyleen

Vier classificaties van freesmachines

Er zijn meerdere freesmachines beschikbaar in de huidige markt, met verschillende manieren om ze te classificeren. Hoewel de basis hetzelfde blijft, maken een paar aanpassingen elke molen uniek.

De beschikbare categorieën freesmachines zijn: 

1. Bed-type freesmachines

Hun ontwerp omvat een standaard lang machinebed dat de bevestiging van meerdere werkstukken mogelijk maakt. Dit vermindert de stilstandtijden en verhoogt de efficiëntie. De werktafel wordt bevestigd aan het machinebed en kan in twee richtingen bewegen. Door de oriëntatie van deze frezen kan de spilkop axiaal bewegen, waardoor de diepte van de snede wordt bepaald.

Er zijn verticale, horizontale en universele bedfreesmachines. De meest voorkomende is de CNC-universele freesmachine, die meer flexibiliteit biedt. Het gebruik van een standaard voor twee machines voor deze molens zal de productiviteit helpen verhogen. Hiermee kan de operator een groot onderdeel of meerdere onderdelen op de werktafel monteren voor gelijktijdige verwerking.

2. Kniefreesmachines

Deze machines helpen bij het produceren van kleine tot middelgrote componenten. Ze bieden echter minder stabiliteit dan machines van het bedtype. Traditionele kniefrezen zijn geweldige opties voor het maken van eenmalige componenten voor voorbereidende taken, onderhoudswerkzaamheden, enz. 

Fabrikanten gebruiken ze vaak om werkstukken voor te bereiden voor verdere verfijning op CNC-stations. De snijkop beweegt slechts in één richting, waardoor de kans op ongelukken wordt beperkt. Bij frezen van het knietype moet het gereedschap echter na elke bewerking handmatig worden verwisseld. Dit maakt het proces relatief traag.

3. Ram-type freesmachines

Deze molens hebben hun snijkoppen gemonteerd op een ram die heen en weer schuift. Als gevolg hiervan kan het gereedschap gemakkelijk in twee assen bewegen - X en Y. Er zijn zowel verticale als horizontale opties beschikbaar, en deze maken het vaak mogelijk om de snijkop te draaien.

4. Schaaffreesmachines

Deze freesmachines lijken veel op bed-type molens. Ze gebruiken grotere werktafels en hun spindels kunnen in drie richtingen bewegen. De schaafmachines kunnen echter meer gereedschappen tegelijkertijd opnemen. Ze kunnen maximaal vier gereedschappen tegelijk gebruiken. Dit verhoogt hun flexibiliteit en efficiëntie en vermindert de noodzaak om gereedschap te wisselen tijdens het freesproces.

Verschillende soorten CNC-freesmachines

Er zijn drie hoofdtypen CNC-freesmachines die worden gebruikt door productiebedrijven. Dit zijn: 

Verticale freesmachines

Deze gereedschappen hebben verticale assen, waardoor ze beter geschikt zijn voor vingerfrezen. De machines hebben hun snijkoppen aan het uiteinde van de ram, terwijl hun spindels aan het uiteinde zijn bevestigd. Moderne verticale freesmachines kunnen onderdelen draaien voor betere toegang en snellere bewerkingen. Ze maken ook de automatisering van bewegingen mogelijk voor meer precisie en herhaalbaarheid.

Verticale freesmachines zijn aanzienlijk goedkoper dan hun horizontale tegenhangers. Ze zijn ook kleiner, waardoor er minder ruimte nodig is in CNC-machinewerkplaatsen.

Horizontale freesmachines

In tegenstelling tot verticale freesmachines hebben deze machines horizontaal liggende assen. De snijgereedschappen die aan de doorn zijn bevestigd, en de gereedschappen kunnen eenvoudig worden vervangen door de afstandhouders en de asbeugels te verwijderen. Horizontale freesmachines kunnen meerdere spindels hebben met veel gereedschappen voor een snellere verwerking. Bovendien kunnen de tafel en het gereedschap in verschillende richtingen bewegen.

Dit soort CNC-freesmachines kunnen complexere onderdelen produceren met minder bewerkingen. Ze zijn veel sneller en leveren een betere oppervlakteafwerking.

Meerassige freesmachines

Deze machines kunnen langs verschillende assen bewegen en onder verschillende hoeken frezen. Meerassige freesmachines kunnen zijn:

3-assige frees

3-assige verticale freesmachines zorgen ervoor dat de tafel in de X- en Y-richtingen kan bewegen. Bij deze machines kunnen de werkstukken ten opzichte van het snijgereedschap worden gepositioneerd. De operator kan dan de Z-as toevoegen door het snijgereedschap te laten zakken. CNC-gereedschappen zorgen voor gelijktijdige bewegingen van de drie assen en bieden de nodige flexibiliteit voor uw behoeften.

4-assige frees

Deze molens hebben alle drie de assen, zoals hierboven vermeld. Maar hier komt nog een andere as binnen - de A-as. Door een andere as toe te voegen, kan de tafel rond de X-as draaien. Dit biedt ruimte voor vlakfrezen zonder het werkstuk te verplaatsen.

5-assige frees

Alles wat geldt voor 4-assige freesmachines is hier van toepassing, maar met een toevoeging van de B-as. Deze toevoeging helpt de tafel rond de Y-as te draaien. 5-assige CNC-freesmachines zijn duurder dan de hierboven besproken opties, maar ze maken de productie van complexe onderdelen in één bewerking mogelijk. Ze vereisen geen extra instellingen en zijn compatibel met live tooling.

6-assige frezen

6-assige freesmachines zijn vanwege hun hoge kosten nog niet standaard. Ze hebben stationaire werktafels met volledige bewegingsvrijheid voor de snijkop. Dat wil zeggen, de kop kan in en rond de X-, Y- en Z-as bewegen.

Onderdelen van een CNC-freesmachine

Hier zullen we de componenten analyseren waaruit CNC-freesmachines bestaan. Hoewel nieuwe molens een beetje complex zijn, houden we het bij de traditionele maalcentra om een ​​goed overzicht te geven. De essentiële onderdelen van freesmachines zijn:

1. Lijst

Deze hoofdstructuur ondersteunt de machine en geeft hem stijfheid en stabiliteit. Het heeft een basis en afneembare kolom(men). De kop van de machine is een essentieel onderdeel van het frame voor het monteren van de hoofdspil, waardoor trillingen of klapperen tijdens machinebewerkingen worden voorkomen. Dit voorkomt bewerkingsfouten en verlengt de levensduur van het snijgereedschap.

2. CNC-bedieningspaneel

U kunt dit het "zenuwstelsel" van maalcentra noemen. Het bestaat uit de verschillende elektronica die nodig is om de verschillende snijacties te regelen met behulp van programmeerfuncties. De belangrijkste componenten van het bedieningspaneel zijn de CNC-monitor en programmeerknoppen. De meeste CNC-freesmachines scheren gemakkelijk toegankelijke bedieningspanelen voor eenvoudigere bewerking.

3. Assen

CNC-freesmachines hebben X-, Y- en Z-assen. Afhankelijk van de configuratie worden ze ook geleverd met extra rotatie-assen (A, B en C). Ze zijn vaak geprogrammeerd met de G-code in de CNC-controller.

4. Kolom

Dit machineonderdeel biedt structuur en ondersteuning aan andere onderdelen van de molen. Het wordt geleverd met een bevestigde basis en kan interne componenten bevatten die de CNC-freesbewerking ondersteunen. Dergelijke interne kenmerken omvatten koelvloeistof- en oliereservoirs.

5. Werktafel

Dit onderdeel is de solide basis die de bevestiging van het werkstuk mogelijk maakt. Met andere woorden, het houdt de voorraadbalk, bankschroef of armatuur op zijn plaats. Afhankelijk van de gebruikte freesmachine kan het onderdeel verticaal, horizontaal of in beide richtingen worden versteld. De meeste werktafels gebruiken T-sleuven om het werkstuk gemakkelijk vast te klemmen.

6. Spindel

De spindel bestaat uit een taps deel voor het positioneren van gereedschapshouders. Het heeft ook een roterend geheel en een as voor het bevestigen van het snijgereedschap. Afhankelijk van het type freesmachine kan de spindel horizontaal of verticaal worden geplaatst.

7. Prieel

Dit is het asonderdeel dat in de spindels van horizontale freesmachines wordt geplaatst. Ze maken de montage van meerdere werktuigmachines mogelijk. Arbors zijn verkrijgbaar in verschillende lengtes en diameters op basis van de vereiste specificaties.

8. Ram

U vindt dit machineonderdeel typisch in verticale freesmachines. Het is meestal bevestigd aan de kolom die de spil ondersteunt. Operators kunnen de ram aanpassen om verschillende posities in te nemen tijdens het freesproces.

9. Werktuigmachine

Dit is het onderdeel dat de materiaalverwijdering uitvoert. Er zijn verschillende gereedschappen beschikbaar voor het frezen, afhankelijk van de freesspecificaties. Ze variëren op basis van opstelling, aantal, tandafstand, diameter, lengte en geometrie.

Hoeveel kost een freesmachine?

De kosten van een freesmachine zijn een van de factoren die de CNC-bewerkingskosten beïnvloeden. Deze kosten variëren echter afhankelijk van de verfijning van de machine. Bijvoorbeeld, instap- of toolroom 3-assige verticale freesmachines kosten tussen $ 50.000 en $ 80K. Daarentegen kosten 5-assige freesmachines op instapniveau tussen $ 100K en $ 400.000.

Evenzo kosten 3-assige verticale freesmachines op productieniveau tussen $ 150.000 en $ 300K, terwijl de 5-assige frees op productieniveau meer dan $ 500K kost. Dit zijn ruwe waarderingen die afhankelijk zijn van factoren zoals:

• Gewicht en grootte van de machine (gemeten in de X/Y/Z-beweging)
• Machineconfiguratie (3, 4, 5 of 6-assen)
• Machinesnelheid
• Kracht
• Andere opties beschikbaar, bijv. koelmiddeldruk, spanentransporteur, automatische gereedschapswisselaar, gerobotiseerde deellader, enz.

Welke industrieën gebruiken CNC-frezen voor hun toepassingen?

Verschillende industrieën genieten van de voordelen en meerdere toepassingen van CNC-frezen. Hier zijn enkele van de industriële toepassingen: 

Lucht- en ruimtevaartindustrie

Het freesproces is ook geschikt voor het maken van ruimtevaartonderdelen met materialen als aluminium en titanium. Deze materialen zijn duurzaam en licht van gewicht en zorgen voor een nauwkeurige bewerking van de gewenste componenten.

Automobielindustrie

Producten gemaakt voor de auto-industrie moeten efficiënt en nauwkeurig zijn. Zo is CNC-frezen geschikt voor het vervaardigen van interieurpanelen, aandrijfassen, cilinderkoppen, versnellingsbakken, uitlaatdelen, ophangingscomponenten, etc. 

Medische industrie 

Medische en chirurgische instrumenten hebben vaak unieke ontwerpen die optimale precisie vereisen. Dit maakt CNC-frezen een van de beste methoden om dergelijke componenten te maken. Op deze manier blijven de ontwerpen behouden met verhoogde efficiëntie en productiviteit.

Consumentenproducten

CNC-freesbewerking helpt ook bij het produceren van componenten voor algemene doeleinden. Denk hierbij aan bouten en moeren, tandwielen en assen, flenzen, etc. Het proces is geschikt voor zowel korte- als grootschalige productie.

Conclusie

CNC-frezen is geschikt voor meerdere hoogwaardige toepassingen, ongeacht de complexiteit. Dit kosteneffectieve productieproces bespaart ook veel tijd, wat zorgt voor operationele efficiëntie en een sneller product op de markt.

We hebben de basisprincipes van CNC-frezen geschetst, de verschillende bewerkingen, toepassingen en de factoren die van invloed zijn op de kosten. Neem vandaag nog contact op met WayKen als u niet zeker weet of dit proces de optimale oplossing is voor uw toepassing. We staan ​​altijd klaar om te helpen.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen CNC-frezen en draaien?

Hun verschil ligt in de manier van werken. Bij CNC-frezen wordt het werkstuk op zijn plaats gehouden terwijl het snijgereedschap roteert om het onderdeel vorm te geven. Aan de andere kant maakt de definitie van CNC-draaien gebruik van een stationair snijgereedschap en een roterend werkstuk.

Welke producten kunt u maken met CNC-freesmachines?

Freesmachines kunnen elk product maken zolang het kan worden ontworpen. U kunt reguliere en aangepaste onderdelen krijgen, ongeacht de complexiteit van hun geometrieën.

Wat zijn de kosten van CNC-frezen?

Verschillende factoren zijn van invloed op de CNC-freeskosten, waaronder grondstof, onderdeelontwerp, type freesmachine, productievolume en nabewerking. Elk element speelt een unieke rol bij het bepalen van de kosten van uw CNC-freesproject.