CNC-bewerking
CNC-bewerking is een geavanceerd subtractief productieproces waarbij materialen worden bewerkt en gemanipuleerd met behulp van computergestuurde gereedschapsmachines. Computerprogramma's sturen de bediening van snijgereedschappen en andere machineonderdelen.
Dit automatische en uiterst precieze proces begint met computerondersteund ontwerp (CAD) van het onderdeel, gevolgd door het maken van het CNC-programma, het instellen van de machine, het bewerkingsproces en tot slot de afwerkingsstappen.
CNC-bewerking is niet alleen een nauwkeurig proces waarmee nauwe toleranties kunnen worden bereikt, maar is ook herhaalbaar, kostenefficiënt, minder foutgevoelig en zeer veelzijdig qua ontwerp en materiaal.
De veelzijdigheid strekt zich uit tot de verschillende beschikbare bewerkingen: CNC-frezen, CNC-draaien, CNC-gaten maken en meer. De processen kunnen in combinatie worden gebruikt, afhankelijk van de complexiteit van een onderdeel.
Met zoveel opties en mogelijkheden van CNC-bewerking is het de moeite waard om vanaf het begin van een bewerkingsproject professionals in te schakelen voor CNC-bewerking, zodat u tijd, materiaalkeuze, kosten, enzovoort kunt optimaliseren.
Lees verder voor meer informatie over CNC-bewerking en hoe dit waarde kan toevoegen aan uw projecten.
Wat is CNC-bewerking?
Computer Numerical Control (CNC)-bewerking is een geavanceerd subtractief productieproces dat fabrikanten waarderen vanwege de kosteneffectiviteit, precisie en nauwkeurigheid. Ze gebruiken het om kant-en-klare producten te maken en prototypes.
Bij dit proces wordt gebruikgemaakt van een specifiek mechanisme waarmee G-codeprogramma's nauwkeurige materiaalverwijderingsbewerkingen kunnen aansturen.
G-code is een speciale CNC-programmeertaal die in CNC-machines wordt gebruikt. Het is een "geometrische code" die de machine instructies geeft over positie, snelheid en tijd.
Het merendeel van de CNC-bewerkingen wordt uitgevoerd met conventionele snijbewerkingen, maar er zijn ook bewerkingen zoals lasersnijden, watersnijden en vonkverspaning (EDM), waarbij de precisie van computerbesturing centraal staat.
De fundamentele onderdelen van CNC-machines zijn invoerapparaten, de Machine Control Unit (MCU), het aandrijfsysteem, de werktuigmachines, het feedbacksysteem en de display-unit. Bij conventionele CNC-machines, zoals de CNC-draaibank, behoren de losse kop, de vaste kop, de klauwplaat en het koelsysteem tot de overige onderdelen.
CNC-bewerking is enorm populair vanwege de mogelijkheid om herhaaldelijk nauwkeurige onderdelen te produceren en een verscheidenheid aan bewerkingen in verschillende materialenen kosteneffectief op grote schaal opereren.
Geschiedenis van CNC-bewerking
De pioniers van Numerical Control (NC)-machines dateren uit de jaren 1940, voordat technologische vooruitgang de moderne CNC-bewerkingsmogelijkheden introduceerde. Veel van de eerste CNC-bewerkingsinspanningen worden algemeen toegeschreven aan John Parsons en zijn ponskaartinnovatie.
Ponskaarten
CNC-bewerking werd oorspronkelijk gebruikt voor de automatisering van freesmachines met als doel de tijd die nodig is voor het ontwerpen en invoeren van instructies in een freesmachine te verkorten. De behoefte aan een ervaren machinist was aanvankelijk een grote uitdaging.
Dit was voor het Massachusetts Institute of Technology (MIT) de aanleiding om een programmeertaal te ontwikkelen voor het automatisch genereren van coördinaten.
In de loop der tijd zijn computers aanzienlijk verbeterd en toegankelijker geworden, waardoor CNC-bewerking zeer efficiënt, veelzijdig en kosteneffectief is geworden voor CNC-precisiebewerkingsonderdelen.
Basisprincipes van een CNC-machine en werkproces
In principe is de CNC-machine gebouwd om een CNC-programma te gebruiken om een onderdeel te bewerken. Het productieproces van de CNC-machine kan worden onderverdeeld in vier hoofdstappen: CAD-modelontwerp, CNC-machinevoorbereiding, CAD-bestandsconversie naar een CNC-programma en bewerking.
Gedurende deze stappen werken verschillende machinecomponenten samen om het eindresultaat te bereiken. De CNC-besturing leest het programma, de machine-assen bewegen in vooraf bepaalde richtingen, snijgereedschappen draaien op de spindel (indien van toepassing), de werktafel houdt het werkstuk vast, enzovoort.
Stap 1: CAD-modelontwerp
Een CAD-model
De eerste stap is het genereren van een 3D CAD-ontwerp, dat informatie bevat zoals het type geometrie, de hoeveelheid te bewerken materiaal en de geometrische maatvoering en toleranties (GD&T).
Stap 2: CAD-bestandsconversie
Het genereren van de G-code voor het CAD-model is de volgende stap. U wilt de CNC-machine voorzien van instructies die hij begrijpt. Dit proces vereist een CAM-programma (Computer-Aided Manufacturing) dat zich op de computer van de machine bevindt. Of de conversie handmatig of robotisch verloopt, hangt af van de specifieke CNC-machine.
Stap 3: Voorbereiding van de CNC-machine
CNC-machine-instelling
Bij het voorbereiden van de CNC-machine op de taak komt het er vooral op neer dat het CNC-programma naar de machine wordt geüpload.
Stap 4: Bewerkingsbewerking
De bewerking wordt voorafgegaan door het instellen van de aanloopbeweging van de machine. Vervolgens kan de CNC-machine worden aangestuurd om het programma uit te voeren met behulp van de G-code-instructies om het werkstuk te bewerken.
Probeer Prolean nu!
Meer over CNC-programmering
CNC-programmering verwijst naar het toepassen van een reeks commando's om het CNC-bewerkingsproces aan te sturen. De meest populaire programmeertaal voor CNC-machines is de G-code, ook wel RS-274D genoemd. De codes beginnen meestal met de letter 'G' en elke code instrueert een specifieke machinebeweging.
Hieronder vindt u enkele veelvoorkomende G-codes met hun betekenis:
Enkele G-codes en betekenissen
Naast G-codes zijn er M-codes, oftewel diverse codes. Deze commando's zijn bedoeld voor niet-geometrische bewerkingen, zoals het uitschakelen van de machine en het activeren van de koelvloeistof.
Deze codes worden voorafgegaan door een 'M'. Hier zijn voorbeelden:
M00 – Programmastop
M02 – Programma-einde
M05 – Spilstop
Toleranties bij CNC-bewerking
Tolerantiespecificaties zijn essentieel voor een uitgebreid CAD-ontwerp voor CNC-bewerking. De ontwerper moet de toepassingen en kostenimplicaties van de belangrijkste tolerantiecategorieën begrijpen.
Nauwere bewerkingstoleranties zijn duurder omdat ze moeilijk te behalen zijn. Een standaardtolerantie van minimaal ±0.1 mm wordt aanbevolen waar geen tolerantie is opgegeven. Anders dient de ontwerper een 2D-tekening met de drie toleranties te verstrekken.
De belangrijkste soorten toleranties voor het definiëren van CNC-bewerkingsonderdelen zijn maattoleranties, geometrische toleranties (GD&T), oppervlaktetextuurtoleranties, pasvorm- en limiettoleranties (gat-/as-systeem) en positie- en datumgebaseerde toleranties.
Dimensionale toleranties
Dit geldt voor diameter, dikte, lengte en andere elementgroottes. Hoektolerantie en lineaire tolerantie vallen in deze categorie. Indien niet vermeld in de tekening, dient de machinist ISO 2768-1 te gebruiken voor algemene toleranties.
Tabel 1: Lineaire toleranties bij CNC-bewerking
Geometrische toleranties (GD&T)
De GD&T-categorie wordt gebruikt voor de oriëntatie, positie en vorm van een element. Specifieke toleranties die in aanmerking worden genomen, zijn vormtolerantie, locatietolerantie, oriëntatietolerantie en uitlooptolerantie.
De Britse norm BS 8888, die gerelateerd is aan ISO 1101, definieert GD&T.
Oppervlaktetextuurtoleranties
Oppervlaktetextuurtoleranties bepalen de oppervlakteafwerking of -ruwheid van een CNC-gefreesd onderdeel. De norm voor deze toleranties is BS EN ISO 1302, nu ISO 21920-1:2021.
Passingen en limieten toleranties (gat/as systeem)
Deze toleranties gelden voor twee in elkaar passende delen en zijn vastgelegd in BS EN ISO 286, voorheen BS 4500. Hierbij zijn de spelingpassing, overgangspassing en perspassing van toepassing.
Tabel 2: Een gedeelte van de ISO-tolerantietabel voor gaten (bron: https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)
Positie- en datumgebaseerde toleranties
Deze toleranties hebben betrekking op de locatie van kenmerken ten opzichte van andere kenmerken.
Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking?
CNC precisiebewerking Diensten kunnen een bedrijf naar ongekende hoogten brengen, omdat ze vele voordelen bieden. Ze leveren consistente resultaten met de hoogste precisie, zijn veelzijdig en bieden een oplossing voor wisselende eisen. Bovendien besparen ze veel tijd en geld. Hieronder vindt u een lijst met de voordelen van CNC-bewerking.
Superieure precisie
De nauwkeurigheid van CNC-machines is meestal het eerste voordeel dat een gebruiker en klant van onderdelen opmerkt in vergelijking met alternatieve technologieën of zelfs meer handmatige bewerkingsmethoden.
Met computerbesturing als kern kan CNC-bewerking toleranties tot ± 0.0025 mm bereiken! Handmatige bewerkingen komen hier niet eens in de buurt. De bewerkingsresultaten zijn dus consistent, ongeacht het aantal productieruns.
Kosten- en tijdbesparing
CNC-bewerking bespaart veel tijd en geld. Zodra het programma klaar is, doet de machine de rest, met minimale menselijke inspanning. Omdat er geen menselijke fouten zijn, worden onderdelen binnen de gestelde tijd geproduceerd. Ook worden kosten die verband houden met menselijke fouten vermeden.
Er zijn ook verschillende manieren om te verbeteren CNC-bewerkingskosten besparingen op producten, waaronder;
- Optimaliseren van ontwerpelementen
- Juiste materiaalkeuze
- Batchproductie
- Automatische gereedschapswisselaars gebruiken
- Preventief onderhoud en verzorging van de CNC-machine
Veelzijdig – Materiaalopties
De fabrikant kan met opmerkelijk succes een breed scala aan materialen gebruiken voor CNC-bewerking. Of het nu gaat om metalen zoals roestvrij staal, aluminiumlegeringen en titaniumlegeringen, of kunststoffen zoals polyamide, acryl en PEEK, CNC-bewerking is meestal een populaire optie voor de productie van onderdelen.
Wat zijn de nadelen/beperkingen van CNC-bewerking?
CNC-bewerking kent beperkingen vanwege de hoge initiële kosten, traagheid en de behoefte aan training.
Hoge initiële kosten
De aanschaf van CNC-machines is duur en de bijbehorende instelkosten kunnen ook ontmoedigend zijn. Het is echter opmerkelijk dat de kosten per onderdeel voor grote CNC-bewerking is meestal beheersbaar voor grote productieseries.
Gerelateerde lezen:
CNC-bewerking in kleine batches
Relatief langzaam proces
CNC-bewerking kan als langzaam worden beschouwd vergeleken met alternatieven zoals spuitgieten en spuitgieten.
Trainingsvereisten
CNC-machinist vereist
Ondanks de automatisering is het CNC-bewerkingsproces niet voor iedereen weggelegd. Machinisten zijn erkende professionals met kennis van wiskunde, machinesoftware, machineonderhoud en probleemoplossend vermogen.
Dit geldt vooral voor meerassige bewerking, bijvoorbeeld, 5-assig bewerking. Zelfs 3-assige CNC-bewerkingscentrum vereist een niveau van deskundigheid dat hoger ligt dan dat van een gemiddelde fabrieksarbeider.
Lees verder:
Probeer Prolean nu!
Belangrijkste soorten CNC-machines
Er bestaan verschillende soorten CNC-machines, elk gebouwd voor verschillende taken, waaronder CNC-draaibanken, CNC-freesmachines, CNC-slijpmachines, CNC-boormachines en CNC-Zwitserse draaibanken. Andere voorbeelden zijn elektrische ontladingsmachines (EDM), plasmasnijders, lasersnijders, waterstraalsnijders en CNC-freesmachines.
CNC draaibanken
CNC-draaibanken zijn ontworpen voor draaibewerkingen, waarbij een stationair snijgereedschap een roterend werkstuk bewerkt om symmetrische vormen te produceren. Er zijn verschillende categorieën CNC-draaibanken, afhankelijk van de voordelen en functies die ze bieden:
- Motordraaibank – Een standaard draaibanktype dat een motor gebruikt in plaats van een katrolaandrijfsysteem
- Gereedschapskamer Draaibank – Ontworpen voor het maken van gereedschappen en matrijzen, en soortgelijke klussen met een laag volume en hoge precisie in de CNC-machinewerkplaats.
- turret Lathe – Dit type heeft een onderscheidend gereedschapssysteem voor een foutlozere onderdelenproductie
Een revolverdraaibank
- Snelle draaibank – Deze heeft een eenvoudige opstelling voor snelle, efficiënte draaiwerkzaamheden
- CNC-draaicentrum – Deze is geavanceerder dan de rest, met een revolverfunctie, freesmogelijkheden en kan twee spindels hebben. Sommige zijn verticaal en andere horizontaal.
CNC-freesmachines
Een CNC-freesmachine verwijdert materiaal van een werkstuk met behulp van een roterende frees om eenvoudige tot complexe geometrieën te produceren. De freesmachine is ontworpen om verschillende soorten materialen te bewerken, van metalen tot niet-metalen.
De twee brede categorieën CNC-freesmachines zijn verticale bewerkingscentra (VMC) en horizontale bewerkingscentra (HMC).
Verticaal bewerkingscentrum (VMC) – De spindel is verticaal georiënteerd
Horizontaal bewerkingscentrum (HMC) – De spindel is horizontaal georiënteerd
Horizontaal bewerkingscentrum (HMC)
CNC-slijpmachines
Een CNC-slijpmachine bestaat uit een slijpschijf die met behulp van computergestuurde besturing nauwkeurig materiaal van een werkstuk verwijdert. Deze machine kan vlakslijpen, rondslijpen, centerloos slijpen, inwendig slijpen en speciaal slijpen.
Een CNC-slijpmachine
CNC-boormachines
Een CNC-boormachine is gebouwd om nauwkeurige gaten in een materiaal te maken. Hij kan helpen bij het maken van complexe onderdelen.
CNC-boormachine
CNC Zwitserse draaimachines
Een CNC-gestuurde Zwitserse draaibank of Zwitserse draaibank is ontworpen om kleine, complexe onderdelen te produceren.
Elektrische ontladingsmachines (EDM)
Deze technologie produceert elektrische vonken die een werkstuk in de gewenste vorm brengen. Ideaal voor het bewerken van harde materialen die met conventionele methoden niet te bewerken zijn.
Plasmasnijders
Bij CNC-plasmasnijden snijdt een nauwkeurig geregelde, zeer snelle straal geïoniseerd gas (plasma) elektrisch geleidend materiaal.
CNC plasmasnijder
Lasersnijders
Een lasersnijder gebruikt een gecontroleerde, krachtige laser om materialen te snijden of te graveren. Een computerprogramma regelt de beweging van de laserkop, die een laser aanstuurt om een materiaal te smelten of te verdampen.
Waterstraalsnijders
Een krachtige straal, meestal gecombineerd met schuurmiddelen, wordt computergestuurd gebruikt om door een materiaal te snijden. Het kan door graniet, metaal, composieten en hout snijden.
CNC Router
CNC-freesmachines worden doorgaans gebruikt in de houtbewerkingsindustrie, waar ze nauwkeurige sneden, graveringen en profielen maken. Ze kunnen ook op andere zachte materialen worden gebruikt.
Verschillende CNC-bewerkingen
Het aantal CNC-bewerkingen is hoog omdat er veel verschillende componenten mogelijk zijn. Deze bewerkingen kunnen grofweg worden onderverdeeld in draaien, frezen, gaten maken en andere bewerkingen.
CNC-draaibewerkingen
Deze bewerkingen worden gekenmerkt door een roterend werkstuk en een stilstaand snijgereedschap. Het snijgereedschap verandert het werkstukoppervlak en verwijdert materiaal. Draaibewerkingen produceren cilindrische of ronde onderdelen, bijvoorbeeld assen en staven.
Een schacht
Hier is een lijst met CNC draaitypen;
- Boren
- Boren
- Groeven/afsteken
- threading
- Draai
CNC freesbewerkingen
In CNC frezenHet werkstuk staat stil terwijl een multipunts snijgereedschap beweegt/roteert. Het roterende gereedschap verwijdert materiaal van het werkstuk door het af te pellen.
CNC-freesbewerkingen zijn perfect voor het maken van uitsparingen, ondersnijdingen en vlakke oppervlakken op werkstukken. Net als CNC-draaien kan frezen worden toegepast op diverse materialen, waaronder metalen, kunststoffen en hout.
De specifieke opties bij CNC-frezen zijn:
- Plaat (perifeer) frezen
- Vlakfrezen
- Gewoon frezen
- Hoekig frezen
- Zak frezen
CNC-bewerking voor het maken van gaten
De veelzijdigheid van CNC-bewerking blijkt uit de mogelijkheid om gaten te maken, meestal met behulp van een boor. Naast de boormethode is het maken van gaten met een CNC-machine ook mogelijk door middel van ruimen en boren.
Met boren wordt het basisgat gemaakt, terwijl met ruimen en boren een bestaand gat wordt verbeterd. CNC-boren Vermindert defecten en vermindert de oppervlakteruwheid. Het is een zeer langzaam proces, net als ruimen, dat tot doel heeft de oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid van het gat te verbeteren.
Andere CNC-bewerkingen
Andere CNC-bewerkingen vallen buiten de hierboven genoemde basiscategorieën, maar zijn even essentieel in de CNC-productie. De meest populaire zijn:
- Elektrische ontladingsbewerking (EDM)
- Malen
- CNC lasersnijden
- CNC waterstraalsnijden
CNC waterstraalsnijden
- CNC-plasmasnijden
- CNC-honen
- CNC-brootsen
Lees meer:
CNC-bewerking versus spuitgieten,
CNC-bewerkingsmaterialen
CNC-bewerkingsmaterialen zijn meestal metalen en kunststoffen. Metalen onderdelen hebben de voorkeur vanwege hun sterkte, duurzaamheid, thermische weerstand en hardheid. Bewerkte kunststof onderdelen worden gekozen vanwege hun lage gewicht, chemische bestendigheid en elektrische isolatie.
Metaallegeringen voor CNC-bewerking
De meest voorkomende CNC-metaallegeringen voor onderdelen zijn;
Aluminiumlegeringen
Aluminiumlegeringen worden veel gebruikt in CNC-bewerkingen omdat ze goed bewerkbaar zijn, een hoge sterkte-gewichtsverhouding hebben, corrosiebestendig zijn en goed geleiden. CNC-bewerkingsdiensten voor deze legering richten zich vaak op aluminium 5083, aluminium 6061, aluminium 7075 en aluminium 6082.
CNC-gefreesde aluminium onderdelen
Gelegeerd staal
Om koolstof toe te voegen, bevat gelegeerd staal andere legeringselementen voor extra hardheid en duurzaamheid. Ondanks een slechte corrosie- en chemische bestendigheid, hebben gelegeerde staalsoorten goede mechanische eigenschappen. De soorten gelegeerd staal die worden gebruikt bij CNC-bewerking zijn 4140 en 4340.
mild Steel
Zacht staal is een andere naam voor koolstofarme staalsoorten, een categorie lasbare en bewerkbare metalen. Zacht staal, met name 1018, wordt ook veel gebruikt in CNC-bewerkingen.
Roestvast staal
Bewerkte onderdelen van roestvast staallegering staan bekend om hun sterkte en corrosiebestendigheid. De metalen zijn ook lasbaar en zeer goed bewerkbaar. Enkele populaire opties voor staal CNC-bewerking zijn roestvrij staal 304, roestvrij staal 316, roestvrij staal 303 en duplex 2205 roestvrij staal.
Gereedschapsstaal
Gereedschapsstaal is buitengewoon hard en heeft een uitstekende slijt- en thermische bestendigheid. Het materiaal is zeer geschikt voor gebruik in matrijzen, mallen en andere productiegereedschappen. Gereedschapsstaal D2 en gereedschapsstaal A2 zijn de meest populaire opties.
Kunststoffen voor CNC-bewerking
Veelvoorkomende kunststoffen voor CNC-bewerking zijn:
- ABS (Acrylonitril Butadieen Styreen)
- Acetaal/POM(polyoxymethyleen)
- PC (polycarbonaat)
- PMMA (Polymethylmethacrylaat) of acryl
- HDPE (polyethyleen met hoge dichtheid)
- PEEK (polyetheretherketon)
Elk van deze en andere kunststoffen heeft zijn eigen voor- en nadelen, dus er zijn verschillende overwegingen die u moet maken voordat u een keuze maakt. Belangrijke punten om in gedachten te houden bij het kiezen van een kunststof voor CNC-bewerking zijn:
- het Uiterlijk
- bewerkbaarheid
- Temperatuursbestendigheid
- inkrimping
- Kosten
Verschillende toepassingen van CNC-bewerking
De veelzijdigheid, precisie, kosteneffectiviteit, CNC-bewerkingssnelheid en voedingssnelheid van CNC-bewerking zijn geschikt voor een breed scala aan toepassingen binnen diverse sectoren, waaronder de lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, gezondheidszorg en medisch, elektronica, defensie, energie, automatisering en robotica, scheepvaart en sport.
CNC-bewerking voor elektronica
Hieronder vindt u een tabel met een samenvatting van deze toepassingen:
| Industrie | CNC-bewerkingstoepassingen |
| LUCHT- EN RUIMTEVAART | Onderdelen van het landingsgestel, stoelframes, cockpitonderdelen, motorcomponenten |
| Automobielsector | Cilinderkop, zuiger, ophangingsonderdelen, versnellingsbakdeksel, stuurwiel |
| Gezondheidszorg en medisch | Orthopedische implantaten, chirurgische instrumenten en onderdelen van beeldvormende apparatuur |
| Elektronica | Koellichamen, behuizingen |
| Verdediging | Voertuigonderdelen, wapenonderdelen |
| Energy | Boorapparatuur, kleppen |
| Automatisering en robotica | Tandwielen, robotframes |
| Marine | Motoronderdelen, propellers |
| Sport | Skateboards, versnellingen, golfclubkoppen |
| Consumentenproducten | Elektronica, keukenapparatuur |
Hoeveel kost CNC-bewerking?
De kosten van CNC-bewerking kunnen worden gemeten met behulp van het criterium per onderdeel of per uur. Elk van deze benaderingen levert verschillende antwoorden op, omdat er veel factoren bij betrokken zijn.
De uurtarieven zijn grotendeels afhankelijk van de CNC-machinetypen gebruikt en de bijbehorende expertise. Het tarief per onderdeel is afhankelijk van elementen zoals grondstoffen materiaal, de complexiteit van het onderdeel en het productievolume.
Natuurlijk zijn er prijsklassen, maar dit zijn slechts basislijnen. Boven deze startpunten variëren de kosten van CNC-bewerking sterk, afhankelijk van de seriegrootte. levenscyclus van CNC-onderdelenen beschikbaarheid/kosten van grondstoffen.
Voor een nauwkeurige schatting van de kosten voor CNC-bewerking kunt u het beste contact opnemen met een ervaren leverancier van CNC-bewerkingsdiensten.
Conclusie
CNC-bewerking is kenmerkend voor veel industrieën en levert nauwkeurige, duurzame en aantrekkelijke onderdelen voor tal van toepassingen. De lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie, de defensie-industrie en de robotica-industrie zijn slechts enkele van de sectoren die van deze technologie profiteren.
Of u nu op zoek bent naar op maat gemaakte CNC-gefreesde onderdelen of naar seriematig vervaardigde onderdelen: er is altijd een oplossing voor u.
Vraag het de experts. Neem vandaag nog contact op met ProleanTech!
0 reacties