CNC-bewerking uitgelegd: Kernprocessen, operaties en voordelen

Moderne productproductie vereist processen en technieken die precisie en nauwkeurigheid garanderen, gezien de toenemende complexiteit van productontwerpen. Hierdoor is er een grote vraag naar ontwikkeling en innovatie in productietechnieken, met name de introductie van automatisering.

Door automatisering is CNC-bewerking een gangbaar productieproces geworden, bekend om zijn precisie, nauwkeurigheid en mogelijkheden voor complexe productontwerpen. In dit artikel bespreken we de basisprincipes van CNC-bewerking, het proces, toepassingen en voordelen.

Wat betekent Computer Numerical Control (CNC)?

Computer Numerical Control (CNC) houdt in dat een machinegereedschap wordt bestuurd door een microcomputer die aan het gereedschap is gekoppeld. De microcomputer kan dit doen door te reageren op een programmeertaal genaamd G-code en M-code, die instructies bevat over bewerkingsparameters zoals voedsnelheid, spindelsnelheid, snijgereedschap en koelvloeistofstroom.

De microcomputer geeft de instructies vervolgens door aan het machinegereedschap. Daarom vereist CNC-bewerking geen handmatige bediening, wat het geschikt maakt voor het creëren van foutloze onderdelen, ongeacht de complexiteit van het productontwerp.

Wat is CNC-bewerking?

CNC-bewerking is een subtractief productieproces waarbij materiaal van een werkstuk wordt verwijderd op basis van instructies uit een CAD-model om een product te maken. De CNC-machine verwijdert delen van het werkstuk door bewerkingsoperaties zoals draaien, boren of frezen, volgens codes (G-code en M-code) afgeleid van het CAD-model en die instructies bevatten over bewerkingsparameters.

Het CNC-bewerkingsproces is compatibel met veel metalen, kunststoffen, hout en composietmaterialen. Naast additieve en formatieve productieprocessen, zoals 3D-printen en spuitgieten, vormt het een standaardproces voor onderdeelfabricatie. CNC-bewerking heeft echter enkele voordelen ten opzichte van deze methoden, zoals hoge toleranties. Lees verder.

4 Hoofdstappen in het CNC-bewerkingsproces

Er zijn vier basisstappen in CNC-bewerking, ongeacht het specifieke CNC-bewerkingsproces. Hieronder volgt een stapsgewijze procedure van de algemene werking:

Stap 1: Een CAD-model voorbereiden

Dit omvat het maken van een 2D- of 3D-modelontwerp van het product. Er is veel software geschikt voor dit proces, met populaire opties zoals AutoCAD en SolidWorks. Bovendien is het mogelijk om 2D-ontwerpen om te zetten in 3D-ontwerpen, afhankelijk van de productvereisten.

Hoewel sommige productontwerpen simpel kunnen zijn, kan het voorbereiden van sommige CAD-modellen geavanceerde kennis vereisen, met name bij complexe productontwerpen.

Het CAD-model moet correct zijn ontworpen en de operator moeiteloos kritieke kenmerken laten zien zoals toleranties, constructielijnen, draadgangen en andere parameters voor een effectieve bewerkingsoperatie.

Stap 2: Omzetting naar CNC-compatibel formaat

CNC-machines begrijpen het CAD-model niet. Daarom moet u het CAD-model omzetten in een CNC-compatibel formaat, zodat de machine het kan interpreteren. Voor deze stap kunt u CAM-software gebruiken zoals AutoCAD, Fusion 360 of andere online softwarediensten.

Deze software kan converteren naar een CNC-compatibel formaat en stuurt de CNC-machine aan over parameters zoals rotatie- en lineaire beweging, snijvolgorde, gereedschappad, werkstuk, machinesnelheid, enz., geassocieerd met de bewerkingsoperatie.

Stap 3: Uitvoering van de opstelling

Dit omvat het kiezen van het juiste type CNC-machine en het configureren van bepaalde operaties voordat de bewerkingsoperatie begint. Het selecteren van de juiste machine hangt af van het werkstuk, de complexiteit van het productontwerp en de kosten. Vervolgens wordt het werkstuk op de machine gemonteerd.

Stap 4: Het deel bewerken

De operator bevestigt de benodigde snijgereedschappen en start het proces. Het proces is geautomatiseerd en loopt totdat het computerprogramma het compleet acht. Tijdens en na het bewerkingsproces voeren machinisten verschillende inspectieniveaus uit voor kwaliteitsborging.

De Belangrijke Rol van Machinisten in CNC-bewerking

Hoewel het CNC-bewerkingsproces geautomatiseerd is, zijn er CNC-machinisten om voorziene en onvoorziene fouten aan te pakken. Hieronder staan de belangrijke rollen van CNC-machinisten:

• Productspecificaties vaststellen.
• Blauwdrukken, schetsen en CAD/CAM-bestanden lezen.
• CAE-modellen maken.
• Snijgereedschappen en andere machinematerialen uitlijnen en afstellen.
• CNC-machinegereedschappen installeren, gebruiken en demonteren.
• De machinesnelheid observeren.
• Afgewerkte producten controleren en testen op fouten.
• Zorgen dat een onderdeel overeenkomt met het CAD-model.

Typen CNC-machines

Elk CNC-bewerkingsproces heeft zijn eigen machine. Machines voor CNC-frezen heten CNC-freesmachines, en die voor CNC-draaien heten CNC-draaibanken. Het type CNC-machines hangt echter meer af van de assen waarop ze kunnen bewegen en draaien. Hier zijn de veelvoorkomende typen die worden gebruikt in onderdeelfabricatie:

2-assen CNC-machines

2-assen CNC-machines kunnen een onderdeel alleen op de x- en z-as bewerken, dus verticaal en horizontaal. Daarom zijn ze de eenvoudigste CNC-machines die in onderdeelfabricatie worden gebruikt.

3-assen CNC-machine

3-assen CNC-machines gaan een stap verder dan 2-assen machines, omdat ze kunnen bewegen in de x-, y- en z-as. Ze zijn de meest voorkomende machines in CNC-bewerking. Er kan echter een beperking zijn in de mogelijkheid om onderdelen met complexe ontwerpen te bewerken, door het ontbreken van rotatie.

4-assen CNC-machines

De 4-assen CNC-machine heeft een spindel die langs de drie assen kan reizen. In eenvoudige termen: de machine kan omhoog en omlaag, van links naar rechts, vooruit en achteruit, en draaien langs de X- en A-as. Al dit gebeurt zonder dat het werkstuk beweegt. Ze zijn de meest voorkomende CNC-machines voor het bewerken van complexe onderdelen vanwege hun snelheid, precisie en nauwkeurigheid.

5-assen CNC-machines

Een 5-assen CNC-machine heeft een spindel en snijgereedschap die op dezelfde manier kunnen bewegen als de 4-assen machine. In tegenstelling tot de 4-assen machine kunnen ze echter draaien langs twee van de drie assen. Ze worden beschouwd als de meest complete multi-assen CNC-machine vanwege hun vermogen om het werkstuk vanuit alle richtingen te benaderen zonder handmatige herpositionering tijdens de bewerking. 5-assen CNC-bewerking maakt perfecte operaties van precisie- en complexe onderdelen mogelijk.

3 Veelvoorkomende Ondersteunende Software voor CNC-bewerking

Afhankelijk van de vereisten van het CNC-bewerkingsproces, gebruikt elke bewerking een of meer van de onderstaande softwaretypen:

1. CAD-software

CAD-software stelt de operator in staat om 2D- en 3D-modellen van fysieke componenten te produceren die worden gebruikt in productontwerp en -productie. Daarnaast fungeren ze als leverancier van ontwerpgegevens aan fabricanten. Voorbeelden zijn AutoCAD (2D en 3D), Inventor (3D), Blender en SketchUp.

2. CAM-software

CAM-software is geschikt voor het maken van G-codes uit CAD-modellen die CNC-machines besturen. Hierdoor heeft een CNC-machine automatisering. Topvoorbeelden zijn Fusion 360, SolidWorks en AutoCAD.

3. CAE-software

CAE-software stelt productontwerpers in staat om de prestaties van een beoogd product na te bootsen. Hierdoor kunnen ze productontwerpen verbeteren en ingenieurs helpen bij het oplossen van technisch gerelateerde problemen. Voorbeelden zijn elementenmethode, multibody-dynamica en computationele vloeistofdynamica.

Verschillende Typen CNC-bewerkingsoperaties

CNC-bewerking omvat verschillende technieken waarbij materiaal van een werkstuk wordt verwijderd om het beoogde product te maken. De wijze van verwijdering hangt echter af van het proces. Veelvoorkomende CNC-bewerkingsoperaties in onderdeelfabricatie zijn:

CNC-boren

CNC-boren omvat het gebruik van een roterend snijgereedschap of boorkop om cylindrische gaten in een stationair werkstuk te maken. Het is een belangrijke CNC-bewerkingsoperatie die wordt gebruikt bij het maken van producten die onderdeelmontage vereisen.

CNC-frezen

CNC-frezen is de meest voorkomende bewerkingsoperatie, waarbij een snijgereedschap dat kan roteren en langs assen kan bewegen, materiaal van een werkstuk verwijdert. De gemakkelijkheid van snijden hangt af van de sophistication van de CNC-machine.

CNC-draaien

CNC-draaien is een bewerkingsoperatie waarbij een product wordt gedraaid terwijl het wordt voed aan een snijgereedschap dat is ontworpen om het bewerkte deel te maken.

Overige bewerkingsoperaties

• Slijpen
• Brochen
• Lappen
• Zagen
• Honen

Materialen Compatibel met CNC-bewerking

Metalen: koper, roestvrij staal legeringen, titanium, messing, aluminiumlegeringen, staal, magnesium, etc.

Kunststoffen: acetal, PEEK, polycarbonaat, nylon, acrylaat, PVC, polypropyleen, etc.

Composiet: epoxy, fenolen, glasvezel en koolstofvezel.

Hout: hardhout en multiplex.

Schuim: rigide en snijschuim.

CNC-bewerking is compatibel met veel materialen. Voordat u een CNC-materiaal kiest, overweeg het volgende:

• Hardheid
• Mechanische eigenschappen
• Onderdefuncties
• Dimensionele tolerantie
• Bedrijfstemperatuur
• Kosten

Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking?

CNC-bewerking heeft brede toepassingen in industriële onderdeelfabricatie vanwege verschillende voordelen. Hieronder staan enkele voordelen van het proces ten opzichte van andere productieoperaties.

Nauwkeurigheid en precisie

CNC-bewerking is nauwkeurig, waardoor productfabrikanten onderdelen kunnen maken volgens het beoogde ontwerp. Daarnaast heeft het een hoge precisie en tolerantie; u kunt dus verschillende batches van een product produceren zonder nauwkeurigheid te verliezen. Bovendien vermindert het geautomatiseerde proces fouten tijdens de bewerking.

Snel en efficiënt

U kunt een CNC-bewerkt onderdeel in enkele dagen krijgen. Daarom is het productie-efficiënt. De snelheid en efficiëntie hangen echter af van het type CNC-machine en de complexiteit van het product.

Kosteneffectiviteit

CNC-bewerking heeft een hoge initiële investeringskost. Het heeft echter lagere operationele kosten. Daarnaast verhogen de hoge uitvoersnelheid, weinig tot geen menselijke fouten en lage productiekosten de kosteneffectiviteit. Bovendien is voor de meeste bewerkingsoperaties minder training vereist, en is training meestal online beschikbaar.

Betere mogelijkheden

De meeste CNC-machines kunnen veel gereedschappen voor verschillende doeleinden dragen. Daarnaast hebben ze gesofisticeerde software die hen in staat stelt om te werken aan verschillende producten en complexe werkstukken. Daarom hebben ze verbeterde mogelijkheden en compatibiliteit met werkstukken van verschillende formaten, vormen of texturen.

Wijd bereik aan compatibele materialen

Bewerkingsoperaties zijn compatibel met een grote basis aan materialen. Veelvoorkomende voorbeelden zijn metaal, kunststof en composiet.

Alternatieve productieprocessen voor CNC-bewerking

CNC-bewerking is een veelzijdig proces dat wijd wordt geaccepteerd in onderdeel- en productproductie. Soms is het echter niet de beste methode. Hier zijn verschillende alternatieve methoden die u kunt overwegen:

3D-printen

3D-printen is een additief productieproces dat omvat het smelten, depositeren en solidificeren van een materiaal met behulp van instructies uit een CAD- of digitaal 3D-model. Net als CNC-bewerking is het geautomatiseerd. In tegenstelling tot CNC-bewerking is het echter meer geschikt voor eenvoudige ontwerpen.

Spuitgieten

Spuitgieten is een kunststofproductieproces waarbij materiaal wordt gesmolten en in een voorbereide vorm geïnjecteerd en laat uitasluiten. Het werkt met hetzelfde mechanisme als andere productieprocessen, zoals blaasvormen, overvormen en inlegvormen. Het is een belangrijk onderdeel van de massafabricage van producten.

Drukgieterij

Drukgieterij lijkt op spuitgieten. Het is echter geschikt voor metalen zoals aluminium. Het omvat het smelten van het metaal en het injecteren ervan in een voorbereide vorm. De injectiemethode kan laag of hoog zijn, afhankelijk van de kwaliteit van het product.

Korte Geschiedenis van CNC-bewerking

Voordat de elektronische tijdperk aanbrak, creëerden ontwerpers onderdelen met de hand of met handmatig bediende machines. De productieprocessen die in dat stadium werden gebruikt, waren beperkt in nauwkeurigheid, precisie, geschiktheid voor complexe producten en, het meest belangrijk, massaproductie. Als gevolg daarvan was er onderzoek en ontwikkeling naar nieuwe productieprocessen.

De eerste blik op numerieke controle was toen John T. Parsons, in samenwerking met MIT, in de jaren '40 numerieke controlemachines ontwikkelde voor onderdeelfabricatie bij de Amerikaanse luchtmacht. Deze machines stonden fabrikanten toe om een set gereedschappen te besturen met instructies van perforatiekaarten. Ze ontbraken echter nog volledige automatisering. Daarom werden ze gebruikt met aanwezige operators.

Met de uitvinding van snellere computers, begon de CNC-machine digitale codes te gebruiken in plaats van perforatiekaarten om de machinegereedschappen te besturen. CNC-bewerking kan onderdelen sneller en nauwkeuriger produceren dan het eerdere bewerkingssysteem.

Conclusie

CNC-bewerking is een wijd geaccepteerde set processen in onderdeel- en productproductie vanwege haar nauwkeurigheid, precisie en tolerantie. Dit maakt het voor productontwerpers en -fabrikanten gemakkelijk om producten van verschillende complexiteit te creëren.

Zoekt u naar hoogwaardige CNC-bewerkte onderdelen? Dan kunt u terecht bij WayKen voor kwaliteit tegen een competitieve prijs.

Veelgestelde Vragen

Wat zijn M-code en G-code?

Aan de ene kant zijn G-codes een set codes die een CNC-machine instrueren hoe te bewegen. Aan de andere kant voert M-code de niet-snijende operaties van de machine uit.

Wat zijn de belangrijkste uitdagingen in CNC-bewerking?

Aanpassing is niet bijzonder eenvoudig met CNC-bewerking. Machinisten moeten de CAD-bestanden in de initiële stap wijzigen om kleine aanpassingen aan de afgewerkte producten te maken. Ook stelt technologische verbetering alleen een gekwalificeerde operator in staat om de programma's te schrijven.

In welke industrieën wordt CNC-bewerking gebruikt?

CNC-bewerking heeft toepassingen in veel productie-industrieën. Veelvoorkomende industrieën die het productieproces adopteren, zijn automotive, luchtvaart, militair, defensie, maritiem en medisch.

Wat zijn de terminologieën in CNC-bewerking?

Veelvoorkomende terminologieën in CNC-bewerking zijn:

-CAD: Computer-Aided Design
-CAM: Computer-Aided Manufacturing
-CAE: Computer-Aided Engineering
-DNC: Distributed Numerical Control
-G-code: Geometrische Codes
-M-code: Diverse Machinecodes

Wat zijn de trends in de CNC-bewerkingsindustrie?

De trends in de CNC-bewerkingsindustrie omvatten volledige automatisering van de procedure, het toevoegen van meer assen aan CNC-machines en het ontwikkelen van meer functies voor eenvoudigere aanpassing.