Kiezen Tussen Horizontaal en Verticaal Frezen & Draaien: Belangrijkste Verschillen Uitgelegd

Als het gaat om CNC-frees- en draaimachines, zijn er veel details die een significante verschil in je workflow maken. Geen enkele machine kan elke mogelijke productieoperatie aan, dus het is slim om de kenmerken te noteren die het meest geschikt zouden zijn voor je operaties.

Er zijn veel dergelijke berekeningen om rekening te houden, maar een van de belangrijkste onderscheidingen om te maken bij het kiezen van een bewerkingsset-up is of de configuratie verticaal of horizontaal moet zijn.

Horizontale bewerkingscentra (HMC's) en verticale freesmachines (VMC's) verschillen op verschillende manieren buiten hun oriëntatie alleen. De twee freestypen hebben verschillende componenten en zijn geschikt voor verschillende snijoperaties: als vuistregel kan een horizontale freesmachine diepe gootjes snijden met minimale trilling of vervorming van het gereedschap, terwijl een verticale freesmachine beter kan zijn voor fijn detail.

Dit artikel bekijkt de belangrijkste verschillen tussen horizontaal en verticaal frezen. Het kijkt naar de voordelen en beperkingen van elk proces, noemt enkele veelvoorkomende machines op de markt, en biedt tips over het kiezen tussen horizontaal en verticaal frezen.

Wat Is Een Verticale Freesmachine?

Een verticale freesmachine is een freesmachine waarin de spindel (die de spanninghouder vasthoudt, die op zijn beurt het freesgereedschap vasthoudt) verticaal georiënteerd is. Het is de meest voorkomende configuratie voor een CNC-freesmachine, en kan gebruikt worden voor frezen, nuten frezen, boren of uitboren.

Verticale freesmachines vormen eigenlijk de meerderheid van freesmachines in industrieën als metaalbewerking, wat toegeschreven kan worden aan hun lagere kosten in vergelijking met horizontale systemen. Zoals de naam impliceert, hebben verticale freesmachines een verticale oriëntatie op hun snijkopf of spindel. De specificaties van de besturing kunnen variëren van machine tot machine.

Populaire verticale freesmachines omvatten de Integrex, VCN, en VTC productranges van Mazak; de VF, VR, en Universele series van Haas (3ERP gebruikt modellen uit de VF en Universele reeks); de FANUC ROBODRILL; en de CMX V, DMV, en NVX ranges van DMG MORI.

De twee hoofdtypes verticale frezen zijn touretfrezen en bedfrezen.

Touretfreesmachine

Bij touretfrezen blijft de spindel vast op zijn plaats, terwijl het bedgedeelte van de machine het materiaal vasthoudt. Dit bed beweegt horizontaal of verticaal, wat de machine in staat stelt de positie van het materiaal in beide richtingen te manipuleren. De touretfrees is een uiterst veelzijdig apparaat, maar kan beperkt zijn door de grootte van de stukken die het produceert.

Bedfreesmachine

Bedfrezen bewegen het materiaal langs de horizontale as met een spindel die beperkt is tot de verticale as. De spindel kan omhoog en omlaag bewegen zoals nodig en het materiaal in vorm brengen. Bedfrezen hebben een behoorlijk bereik aan beweging, aangezien het spindelgedeelte combineert met de horizontale beweging van het bed, wat het frezen van een grote verscheidenheid aan vormen en dieptes toestaat.

Wat Is Een Horizontale Freesmachine?

Een horizontale freesmachine kan veel vergelijkbare operaties uitvoeren als een verticale frees, maar het is anders geconfigureerd, met de spindel horizontaal georiënteerd. Robuuster en steviger dan verticale frezen, kunnen deze machines zware snijoperaties en zware onderdelen aan.

De snijters van de horizontale frees lijken op het blad van een cirkelzaag, met een cruciale verschil dat ze doorgaans dikker, kleiner zijn en hun vorm snellere freeswerk biedt dan de spindels op hun verticale tegenhangers.

Het gebruik van de draaibank en zijn lengte kan ook betekenen dat een horizontale frees meerdere snijters tegelijk kan gebruiken.

Voor complexere freesoperaties hebben sommige horizontale freesmachines een draaitafel, zodat het freesgereedschap het werkstuk vanuit verschillende hoeken kan benaderen. Deze horizontale freesopstelling heet een universele tafel.

Populaire horizontale freesmachines omvatten de FF, HCN, en MEGA productranges van Mazak; de EC en Universele series van Haas (3ERP gebruikt de Universele); en de NH, NHX, en i-Series ranges van DMG MORI.

Wat Is CNC Draaien

Wanneer het gaat om CNC draaicentra, net als de freesmachines, kunnen ze ook verdeeld worden in horizontale en verticale configuraties.

Horizontaal Draaien

Horizontale draaicentra zijn de meer prominente type in de meeste industrieën. Ze hebben een horizontaal georiënteerde spindel, met gereedschappen gemonteerd aan de zijkant van de gereedschapshouder. Dit helpt ze snijden over het te verwerken object. Net als het frees-gedeelte, profiteert dit type draaicenter ook van de zwaartekracht omdat het de spaan van het werkstuk wegtrekt.

Verticaal Draaien

Verticale draaicentra worden ook verticale touwlatten of VTL genoemd. De verticale en horizontale draaicentra zijn erg vergelijkbaar maar hun configuratie en vorm zijn omgekeerd, zodat de hoofdstuk op de vloer zit en de vlakplaat een horizontale draaiende tafel wordt. Geïnverteerde verticale draaicentra zijn als de reguliere maar ze hebben omgekeerde posities voor de spindel en klem.

Verticaal Frezen – Voordelen & Nadelen

Verticaal frezen is meest toepasbaar op projecten waar de hoofdfocus van het object op één specifieke kant ligt. Dit kan iets zijn als een grote metalen plaat of een zakvorm.

Voordelen

1. Eenvoud: Verticale freesmachines hebben ook het voordeel dat ze doorgaans minder complex zijn dan horizontale freesmachines, zowel goedkoper als makkelijker te gebruiken en te onderhouden om deze reden.
2. Vielzijdigheid: Met verticale bewerkingscentra zijn er enkele varianten op basis van wat voor type het is. Touretfrezen zijn doorgaans beperkt tot kleinere projecten vanwege hoe de tweeesige beweging uitdagend kan zijn met grotere stukken materiaal. In tegenstelling, bedfrezen zijn beter geschikt voor projecten die zwaardere, grotere werkstukken vereisen (nog steeds veel minder vaardig in het verwerken van dergelijke items vergeleken met horizontale frezen).
3. Voetafdruk: Verticale freesmachines hebben een veel lagere voetafdruk dan hun horizontale tegenhangers. Dit, samen met het prijspunt, maakt ze wenselijk voor kleinere werkplaatsen. Ze hebben ook meer gebruikers en dus een groter bassin van bekwame freeswerkers.
4. Kosten: Verticale bewerkingscentra zijn meer voorkomend dan horizontale en zijn goedkoper — zowel in termen van machinekosten als onderhoudskosten.
5. Detail: Verticale freesmachines zijn goed in het frezen van fijn kenmerken op onderdelen met strakke toleranties.

Nadelen

Waar VMC's tekortschieten is de mogelijkheid om in hogere volumes en complexiteiten te produceren. Zwaardere materialen kunnen ook een probleem zijn voor de operaties van de verticale freesmachine aangezien ze moeilijker te tillen en te dalen zijn.

1. Toegang: Een verticale freesmachine blinkt in enkelaansigtsfrezen (bijv. zakvormen) maar is minder uitgerust voor frezen aan alle kanten van een onderdeel, wat een nieuwe werkstukspanningsopstelling vereist.
2. Vermogen: Voor erg grote en zware onderdelen kunnen verticale freesmachines worstelen, met name touretfrezen die constant het werkstuk hoeven te bewegen.
3. Snelheid: Verticale frezen zijn nauwkeurig maar kunnen langzamer zijn dan een horizontale freesmachine wanneer hoge-volume productie vereist is.

Horizontaal Frezen – Voordelen en Nadelen

Ondanks het hogere prijspunt, zijn horizontale freesmachines de voorkeurskeuze voor complexere projecten.

Voordelen

De machines zijn veelzijdiger en kunnen aan meer kanten werken dan de verticale. Ze zijn ook beter voor zwaardere items en degene waar het snijden van een of meer gootjes met een materiaal wenselijk is. Horizontale frezen hebben een betere neiging voor het creëren van nuten ook.

Andere voordelen zijn:

1. Vermogen: De stabiliteit van de draaibank stelt zware sneden in staat, wat snelle materiaalverwijdering in grote secties mogelijk maakt — zelfs van harde materialen.
2. Snelheid: Snelle materiaalverwijdering maakt horizontale frezen ideaal voor hoge-volume productie (van relatief eenvoudige onderdelen).
3. Gang frezen: De machines kunnen ook extra snijters toelaten voor diverse toepassingen, met name het efficiënter invoegen van gootjes. Op bepaalde horizontale frezen kunnen bedden geroteerd worden om frezen op meerdere hoeken in te schakelen in plaats van strikt op een horizontaal vlak. Deze beweging van het bed voegt ook een beetje meer veelzijdigheid toe aan het arsenaal van de machine.
4. Spaanverwijdering: Horizontale freesmachines hebben ook een veel betere spaanafvoer. Dit komt neer op de configuratie die gebruikmaakt van zwaartekracht om de spaan te laten vallen. Bovendien is dit meer bevorderlijk voor een betere oppervlakteafwerking en langere gereedschapslevensduur.

Nadelen

Wat nadelen betreft, is de meest kritieke de hogere kosten geassocieerd met horizontale freesmachines.

1. Kosten: Deze kosten kunnen zo hoog als 3 tot 4 keer die van verticale frezen. HMC's kunnen ook moeilijker te monitoren zijn, met onderdelen belemmerd en het zicht op het project beperkt door het ontwerp.
2. Complexiteit: Een horizontale freesmachine kan moeilijker te bedienen zijn dan een verticale frees.
3. Voetafdruk: Een horizontale freesmachine neemt meer vloerruimte in beslag dan verticale frezen, wat ze moeilijk maakt op te zetten in kleinere machinewerkplaatsen.

Horizontaal Draaien – Voordelen en Nadelen

Horizontale draaicentra zijn vaak redelijk flexibel en hebben langere bedden, wat ze meer geschikt maakt voor langere stukken zoals assen. Dit geeft ze additionele nut en veelzijdigheid. Ze kunnen ook onderdelen gebruiken als staafvoeders en hebben doorgaans staarten, wat zeldzaam is voor verticale draaibanken.

Horizontale draaicentra zijn langer aanwezig en dus de meerderheid van machines en experts neigen ertoe om met deze configuratie te opereren. Dit betekent ook dat er een bredere rijkdom aan informatie beschikbaar is over deze machines en hun specifieke operaties. Inhuren en trainen neigen er dus naar, wat een voordeel van de machine zelf kan zijn.

Horizontale machines kunnen beperkt zijn. Bij het bewerken van grote diameter korte onderdelen, met name als ze zware onderdelen zijn, werken verticale draaicentra beter. Spaanstroom en reinigen zijn ook een kwestie met horizontale configuraties.

Verticaal Draaien – Voordelen en Nadelen

Deze configuratie is met name gunstig voor het bewerken van grote, zware en korte objecten. De neerwaartse trek van de zwaartekracht bijdraagt aan de plaatsing van het werkstuk in de werkstukspanning. Een ander voordeel is dat de aanwezigheid van zwaartekracht de spaan van het werkstuk afleidt en in de bak of bandvoerder.

Veel auto-onderdelen worden verticaal gedaan en doorgaans met een tweespindel. Een voordeel daarvan is dat je zwaartekracht voor je werkt; wanneer je het onderdeel in de klem zet, zet het zichzelf.

Het hebben van de spindel verticaal, in tegenstelling tot horizontaal, stelt de spindel in staat om 360° ondersteund te worden, wat spindel doorbuiging elimineert en het maximaal toelaatbare gewicht op de spindel verhoogt. De additionele ondersteuning dissipeert ook de snijkrachten die gecreëerd worden door zware en/of onderbroken snijden. Het elimineren van spindel doorbuiging stelt ook mogelijkheden in voor het bereiken van betere platheid en loodrechte nauwkeurigheden.

Verticale draaicentra hebben ook een veel lagere voetafdruk dan hun horizontale broers, wat winkels in staat stelt vloerruimte te optimaliseren. Vaak neemt een verticale draaibank de helft van de voetafdruk van een horizontale draaibank in beslag, wat het een voordeel kan geven in kleinere winkels.

Geïnverteerde verticale machines zijn ook een optie omdat ze ingebouwde automatisering toelaten die onbeschikbaar zou zijn met horizontaal. Hier komt de spindel over en pakt het onderdeel op, terwijl je in een horizontale een robot of portaal nodig hebt om te laden.

Spaan kan een probleem vormen voor verticale draaibanken en draaicentra als het te verwerken onderdeel hol is. Dit resulteert vaak in de spaan intern vastgeklikt raken. Een ander probleem dat kan opkomen is dat de spaan naar beneden valt in de spindel zelf. Beschermende maatregelen en afscherming moeten efficiënt zijn.

Hoe Te Kiezen Tussen Verticaal Frezen En Horizontaal Frezen?

De keuze van verticaal frezen vs horizontaal freesmachine komt neer op factoren als:

1. onderdelegrootte
2. onderdeelcomplexiteit
3. budget
4. hoeveelheid
5. machinewerkplaats beschikbaarheid
6. materiaal

Als vuistregel is verticaal frezen vaak beter voor:

• gedetailleerde onderdelen
• onderdelen die alleen werk aan één kant nodig hebben,
• zachtere materialen
• alledaagse onderdelen waarvoor er een beperkt budget is

Horizontaal frezen is beter voor:

• snelle materiaalverwijdering
• grote en zware onderdelen
• hardere materialen
• onderdelen die werk aan meerdere vlakken nodig hebben
• operaties die custom of specialistische freesgereedschappen vereisen

In veel gevallen zal een machinewerkplaats je project overwegen en de beste apparatuur bepalen om te gebruiken voor frezen.

Voor meer informatie over de verschillende typen frezen en hun toepassingen, raadpleeg onze gids over wat CNC-frezen is en hoe het werkt.

Eindnoot

Het is ook belangrijk om in gedachten te houden dat er ook diverse typen add-on onderdelen en snijkoppen zijn die gebruikt kunnen worden om een horizontale frees te wijzigen om verticaal te frezen, of vice versa. Dit kan dienen als een goedkopere oplossing wanneer één type machine in een mogelijke obstakel loopt.

Echter, hoewel dergelijke tools geweldig zijn, zijn ze nog steeds een beperkte oplossing vergeleken met het daadwerkelijke apparaat ter hand. Op dezelfde manier kunnen geïnverteerde verticale draaicentra ook iets zijn om in te kijken, aangezien ze additionele automatisering aan het proces kunnen toevoegen.

Hopen dat de informatie die we verstrekken helpt. 3ERP biedt CNC-freesservices en CNC-draaiservices voor zowel snel prototypen als productie. Neem contact op met onze ingenieurs als je verdere productieadviezen nodig hebt.