Boormachines Uitgelegd: Definities, Types en Operaties

Het boorproces is an sich simpel. Waarschijnlijk de meest voor de hand liggende techniek van aftrekende bewerking (subtractive machining). Maar elke expert ingenieur weet hoeveel valkuilen er in het proces kunnen ontstaan. De manier om ze te vermijden is om jezelf zo diep mogelijk in het onderwerp te verdiepen.

Hier is een gedetailleerde uitleg van elk aspect van de booroperatie, types boormachines, en nog veel meer.

Wat is Boren?

Boren is een aftrekend bewerkingsproces dat rond gaten produceert met behulp van een roterend snijgereedschap.

En nu laten we wat dieper ingaan. Boren wordt beschouwd als een van de belangrijkste methoden van aftrekende bewerking. Het wordt uitgevoerd door materiaal af te snijden van een werkstuk (in tegenstelling tot additieve bewerkingsprocessen zoals 3D-printen). Het proces omvat het gebruik van een roterend snijgereedschap (vaak boorbout genoemd) om ronde gaten in een stationair werkstuk te produceren.

Een boorbout is meestal gemaakt van high-speed steel (HSS). Het heeft een "spiraal" (helische fluiten) die de eenvoudige afvoer van de spaan toelaten die tijdens de booroperatie ontstaat. De scherpe snijden voeren het snijwerk uit zodra ze versneld worden tot honderden omwentelingen per minuut door een boormachine.

De geproduceerde gaten zijn bedoeld voor de accommodatie van schroeven of bouten voor montage of esthetische doeleinden. Gaten kunnen vergroot worden, en hun binnenoppervlakken kunnen afgewerkt worden voor betere gladheid en uiterlijk.

Zie een voorbeeld van boren en een boorbout in de afbeeldingen hieronder.

Definitie Boormachine

Een boormachine is een machine die gebruikt wordt om gaten te boren, meestal van cirkelvormige dwarsdoorsnede, en vergelijkbare taken zoals uittrekken, afrijmen, etc.

In boormachines wordt het gat gemaakt door de draaiende snijrand van een snijgereedschap genaamd de boorbout. Het gat wordt geboord door afschuifkracht toe te passen op het werkstuk om het materiaal in de vorm van spaan te verwijderen.

Types Operaties op Boormachines

Het boren zelf is niet het enige fabricageproces dat op een CNC-boormachine kan worden uitgevoerd. Afhankelijk van het type machine, kunnen 8 typen operaties mogelijk worden ondersteund:

1. Boren. Met deze operatie bent u al bekend. Het is de productie van eenvoudige, ronde gaten. Het ondersteunt matige tot extra hoge productiesnelheid.
2. Afrijmen (Reaming). Dit proces dient voor de productie van zeer nauwkeurige gaten. Afrijmen omvat het vergroten van de opening van een al geboord gat. Het eindresultaat is een perfect cirkelvormig gat van de exacte diameter. Afrijmen wordt beschouwd als een afwerkproces uitgevoerd met een meervoudig snijgereedschap. Het ondersteunt lage tot matige productiesnelheid.
3. Uittrekken (Boring). Het is ook het vergroten van een bestaand gat, maar wordt niet beschouwd als een afwerkproces. Het omvat het gebruik van een enkelpunt snijgereedschap – uittrekbout van een grotere diameter dan een eerder geboord gat. Uittrekken kan de diameter van het gat vergroten maar niet de diepte. Het kan ook gebruikt worden om een cilindervormig gat om te zetten in een getaperd gat. Uittrekken ondersteunt matige tot hoge productiesnelheid.
4. Insenken (Counterboring). Is het vergroten van het einde van een bestaand gat. Het doel is om bouten, stiften en pennen te accommoderen. Het is dus veel als uittrekken maar uitgevoerd over een deel van de diepte van het gat. Het ondersteunt lage tot matige productiesnelheid.
5. Afkwijnen (Countersinking). Het is een ander proces dat dient om ruimte te creëren voor de kop van een bout of schroef. Het wordt uitgevoerd op metalen objecten om een kegelvormig gat te snijden. Afkwijnen kan ook gebruikt worden om graten van boren of tappen te verwijderen. Het is een goede praktijk om corrosie te voorkomen en een dichte afdichting te garanderen. Het ondersteunt lage tot matige productiesnelheid.
6. Platvriezen (Spot facing). Deze operatie is simpelweg het vriezen van een locatie van een werkstuk om het een gladde, plate afwerking te geven. Dit is nuttig voor het creëren van een goede zetplaats voor een moer of de kop van een cilinderkopschroef. Normaal wordt platvriezen uitgevoerd op gietstukken en gesmede stukken. Het ondersteunt lage tot hoge productiesnelheid.
7. Tappen (Tapping). Het is het proces van het snijden van een binnengewinde en het plaatsen van schroeven, bouten en andere gewindefittingen in binnen gaten en gewinden. Het gebruikt een snijgereedschap genaamd een tap. Het is een cilindrisch of kegelvormig snijgereedschap dat in de gewenste vorm kan worden ontworpen. Het ondersteunt lage tot matige productiesnelheid.
8. Uittrekken met kern (Trepanning). Dit is een vrij zeldzame techniek bedoeld voor doorboorgaten. Het snijgereedschap verwijdert materiaal aan de periferie, zo een ring vormend. De kern blijft in het midden van het gat (zie voorbeeld in de afbeelding hieronder). De methode wordt gebruikt om grote gatdiameters te produceren, waarbij de machinevermogens niet voldoende zijn. Het ondersteunt lage productiesnelheid.

Types Boormachines

Waarschijnlijk het meest spannende aan boren zijn de machines die het werk doen. Er zijn er verschillende die iets verschillende fabricagebenaderingen passen. Sommige kunnen geautomatiseerd of handmatig zijn. Andere die voor industriële doeleinden gebruikt worden, zijn alleen computergecontroleerd, zoals PCB-fabricage.

Het is essentieel te vermelden dat in massaproductie er dure CNC-bewerkingscentra zijn die boren en andere typen werk doen. Dergelijke machines zijn doelbewust ontworpen om het werk van alle typen hieronder en meer te hanteren.

Sommige $200.000 CNC-eenheden kunnen waarschijnlijk de meeste boorwerk beter hanteren dan elke andere machine. Maar ze laten een paar kleine gaten in een lichtgewicht component produceren is als een stoomhamer gebruiken om noten te knaken.

• Gevoelige boormachine (Sensitive drilling machine).

Deze is specifiek ontworpen voor het boren van extreem kleine gaten bij hoge snelheden. Ze worden gebruikt voor nauwkeurige en lichte typen werk. Hun basissen zijn stevig op een bank of op de vloer gemonteerd met bouten en moeren. Het kan boorbouten met een diameter tot 15,5 mm aan. De ondersteunde draaisnelheid varieert normaal van 50 tot 2000 omwentelingen per minuut (RPM).

De uniekheid van deze eenheid is dat het aandrijfmechanisme met de hand kan worden bediend. Een bekwame draaier kan een nauwkeurig werk doen met deze redelijk gangbare machine-eenheid.

• Staande boormachine (Upright drilling machine).

Deze eenheid is ontworpen voor het hanteren van middelzwaar boorwerk. Het lijkt veel op een gevoelige boormachine, maar is veel groter en zwaarder. Het kan boorbouten met een diameter tot 50 mm aanwenden.

Deze machine-eenheid kan in handmatige of semi-automatische modus worden gebruikt. De operator kan het gereedschap krachtmatig in een werkstuk voeden. Voor dit doel zijn sommige staande boormachines uitgerust met tafelhefmechanismen.

• Radiale boormachine (Radial drilling machine).

Deze machine is ontworpen voor het hanteren van middelgrote tot grote en zware werkstukken. De ronde kolom is gemonteerd op een grote basis. De radiale arm kan worden opgeheven en verlaagd om werkstukken van variërende hoogtes te accommoderen. De arm kan worden uitgezwen naar elke positie, met de boorkop die op de arm glijdt.

Een radiale boormachine wordt normaal niet met de hand bediend. De werknemer stuurt de motor, en de boor penetreert de werkstukken die op de productielijn voorbijgaan.

• Gang boormachine (Gang drilling machine).

Deze heeft een gemeenschappelijke tafel en een basis. De uniekheid van de machine is dat het meerdere boorkoppen heeft. Meestal vier tot zes. Die worden naast elkaar geplaatst. Elk heeft een afzonderlijke aandrijfmotor, zodat ze allemaal een werkstuk met verschillende snelheden boren en tegelijkertijd meerdere gaten produceren.

Daarnaast kan deze machine een reeks andere operaties uitvoeren zoals afrijmen, uittrekken en tappen. Elke spindel kan uitgerust worden met verschillende gereedschappen. Dergelijke eenheden zijn nooit voor handmatig gebruik. CNC-boorcentra, niet noodzakelijk, maar kunnen geconstrueerd worden als modificaties van gang boormachines.

• Meervoudige spindel boormachine (Multiple spindle drilling machine).

Deze eenheid is een geavanceerde versie van de gang boormachine die meerdere spindels in plaats van een bank van boorkoppen incorporeert. Het wordt gebruikt om gatenpatronen te reproduceren in een aantal identieke werkstukken.

De spindels worden aangedreven door een enkele motor met een set tandwielen die elke spindel aandrijft. Hierdoor worden alle boorbouten tegelijkertijd in het werkstuk gevoerd. Wat hier mogelijk is om te veranderen is de afstand tussen de spindels langs de X- en Y-as (normaal). Boorjigs worden gebruikt om de snijgereedschappen te leiden.

• Diepgat boormachine (Deep hole drilling machine).

Deze hooggespecialiseerde machine wordt gebruikt om diepere gaten te boren in verbindingsstangen, loop van kanonnen, en andere componenten. De diepgat boormachine maakt vol gebruik van hoge snijsnelheden en lagere voedsnelheden om haar doel te vervullen.

Het werkingsprincipe is dat een niet-rotterende boor langzaam wordt gevoerd in de met hoge snelheden rotterende boor. Koelvloeistof wordt constant toegevoerd om zowel het materiaal als het gereedschap te beschermen tegen oververhitting. Dergelijke machines kunnen ook nauwelijks handmatig bediend worden. Ze zijn semi-geautomatiseerd of CNC.

• CNC boormachine (CNC drilling machine).

Een CNC boormachine is een computergecontroleerde machine-eenheid die in de industriële omgeving wordt gebruikt om booroperaties uit te voeren met behulp van roterende snijgereedschappen.

Dergelijke boorcentra zijn volledig geautomatiseerde machines die geen arbeidsbetrokkenheid vereisen, behalve het instellen van een werkstuk en het wisselen van gereedschappen. Ze geïntegreerde software die hen in staat stelt CAM-bestanden met instructies te lezen.

Een CNC-boor kan het gereedschapvaste apparaat in 3 dimensies bewegen (enkele machines hebben 4 of 5 assen). Maar ongeacht de richting, moet een boorbout het werkstuk onder de juiste hoek binnengaan. De gereedschapvaste onderdelen zijn de spindel zelf (conventionele optie, gemeenschappelijk voor andere CNC-eenheden), huls, socket, spanhoofd, en een tappendereedschap.

Een CNC-boor is een complexe machine-eenheid, maar waarschijnlijk zijn de hoofddelen voldoende zelfverklarend. Zie ze in de afbeelding hieronder.

En laten we het begrip van het totale proces van begin tot eind verfijnen. Hier is de stapsgewijze procedure van CNC-boren:

1. CAD-ontwerp maken. Het omvat het maken van een 2D of 3D-model in computersoftware.
2. Het ontwerp omzetten in een CAM-bestand. Het is een document geschreven in G-code bewerktaal voor een CNC-boor om te lezen.
3. De instructies laden in de CNC-boor. Basis, die instructies invoeren en ervoor zorgen dat ze correct worden gelezen en uitgevoerd.
4. De CNC-boor instellen. Het omvat het kiezen van geschikte sets boorbouten en het instellen/fixeren van de machine.
5. De booroperatie uitvoeren. Dit deel wordt uitgevoerd door de boor alleen na initiatie van de procedure door een draaier.
6. Het component evalueren. Handmatige en automatische kwaliteitscontroles uitvoeren om het succes van de uitgevoerde boorprocedure te garanderen.

Voordelen en Beperkingen van Boormachines

Als industriële apparatuur, komen boormachines met enkele technicaliteiten om rekening te houden. Aspecten waarop u op elke boormachine kunt vertrouwen zijn de volgende:

• Nauwkeurige punten. Deze eenheden kunnen superieure nauwkeurigheid garanderen. Ze bereiken dit met stap-voor-stap verwerking van gaten met boorbouten, uittrekbouten en afrijmezen.
• Goede voercontrole. Verrassend genoeg wordt zelfs handmatig boren beschouwd als nauwkeurige bewerking. CNC-eenheden gaan een stap verder.
• Een goede keuze aan booropties. De enorme reeks beschikbare booreenheden stelt in staat om te kiezen tussen nauwkeurig, diep, gelijktijdig, patroon, en andere typen boren. Als extra bonus kunnen al die worden uitgevoerd met slechts een paar solide machinecentra.

Toch hebben deze eenheden beperkingen om te overwegen. Deze zijn gekoppeld aan specifieke gelegenheden waarop het onmogelijk is om een glad, nauwkeurig gat met een goede mate van consistentie te produceren.

• Putstabiliteit (Wellbore stability). Gatinstorting – afschuiftype putfaling vanwege rots-spanningen is een gigantisch punt van aandacht. Het ontstaat uit meerdere factoren, waaronder verkeerde traject, onvoldoende boorvloeistoffen, etc.
• De beperkte traject van boren. Normaal zijn boormachines bedoeld om onder een rechte hoek te snijden. Enige afwijkingen resulteren bijna direct in gatsmislukking. Het beperkt enigszins het bereik van mogelijke ontwerpen.

In elk geval zijn boormachines onmisbaar. Als ze wijs worden benaderd, bieden ze superieure productiekwaliteit en een reeks fabricagetechnieken die geen ander stuk machines kan bieden.

Samenvatting

In essentie is boren veel meer dan alleen gladde gaten produceren. Het betreft aspecten zoals de productie van nauwkeurige gewinden of zware klussen, accommodatie van bouten en schroeven, het maken van goede binnenafwerkingen, en meer.

Boormachines kunnen handmatig, semi-geautomatiseerd of CNC zijn. Tegenwoordig gebruiken grote fabrikanten machinecentra die alle 8 boorprocessen en meer doen. De enige aspecten om rekening te houden voor hoogwaardig boren zijn traject en geschikt gebruik van boorvloeistoffen.

Over de Auteur

Barret is een creatieve schrijver gespecialiseerd in tech-gerelateerde content, zoals CNC-bewerking en 3D-printen, bekend om hun hoge kwaliteit en innovatieve producten.