Wat is CNC-frezen?

Wat is CNC-frezen?

CNC-frezen, volledige naam is Computer Numerical Control Milling, is een bewerkingsproces waarbij computergestuurde en roterende meerpunts snijgereedschappen worden gebruikt om geleidelijk materiaal van een werkstuk te verwijderen en een op maat ontworpen onderdeel of product te produceren. Het proces is geschikt voor het bewerken van een verscheidenheid aan materialen, zoals metaal, plastic, hout, en voor het produceren van een verscheidenheid aan op maat ontworpen onderdelen en producten.
Onder de paraplu van precisie-CNC-bewerkingsdiensten zijn meerdere mogelijkheden beschikbaar, waaronder mechanische, chemische, elektrische en thermische bewerkingen. CNC-frezen is een mechanisch proces dat boren, draaien en verschillende andere bewerkingsprocessen omvat, wat betekent dat materiaal op mechanische wijze van een werkstuk wordt verwijderd, zoals de werking van het snijgereedschap van een freesmachine.
Dit artikel richt zich op het CNC-freesproces, waarin de basisprincipes van het proces worden geschetst, evenals de componenten en gereedschappen van een CNC-freesmachine. Bovendien onderzoekt dit artikel verschillende freesbewerkingen en biedt het alternatieven voor het CNC-freesproces.

De definitie van Milling

Wat is frezen? Dit is een soort bewerking waarbij een gereedschap wordt gebruikt om het werkstuk vorm te geven op een tafel die meestal verplaatsbaar is, hoewel sommige freesmachines ook verplaatsbare gereedschappen hebben. Frezen was oorspronkelijk een handmatige bewerking die door arbeiders werd uitgevoerd, maar tegenwoordig wordt het meeste frezen gedaan door CNC-freesmachines, die computers gebruiken om toezicht te houden op het freesproces. CNC-frezen kan grotere precisie, nauwkeurigheid en productiviteit opleveren, maar er zijn situaties waarin handmatig frezen nuttig kan zijn. Handmatig frezen vereist veel technische vaardigheden en ervaring, waardoor de doorlooptijd wordt verkort. Het heeft ook het extra voordeel dat handmatige freesmachines goedkoper zijn en dat gebruikers zich geen zorgen hoeven te maken over het programmeren van de machine.

Overzicht van CNC-frezen

Zoals de meeste traditionele mechanische CNC-bewerkingsprocessen, maken CNC-freesprocessen gebruik van computerbesturingen voor het bedienen en manipuleren van werktuigmachines die blanco's snijden en vormen. Bovendien volgt het proces dezelfde basisproductiestadia als alle CNC-bewerkingsprocessen, waaronder:

• CAD-modellen ontwerpen
• Converteer CAD-modellen naar CNC-programma's
• De CNC-freesmachine instellen
• Een freesbewerking uitvoeren

Wat is CNC-frezen?

De CNC frezen proces begint met het maken van een 2D- of 3D CAD-onderdeelontwerp. Het volledige ontwerp wordt vervolgens geëxporteerd naar een CNC-compatibel bestandsformaat en door CAM-software omgezet in een CNC-machineprogramma dat de beweging van de machine en de beweging van het gereedschap over het werkstuk dicteert. Voordat de operator het CNC-programma uitvoert, bereiden ze de CNC-freesmachine voor door het werkstuk aan het werkoppervlak van de werktuigmachine (dwz de tafel) of aan de werkstukhouder (zoals een bankschroef) te bevestigen en het freesgereedschap op de machine te monteren gereedschap spindel. Het CNC-freesproces maakt gebruik van horizontale of verticale CNC-krachtige freesmachines - afhankelijk van de specificaties en vereisten van de freestoepassing - evenals roterende meerpunts (dwz multi-tand) snijgereedschappen zoals frezen en boren. Wanneer de machine gereed is, start de operator een programma via de machine-interface dat de machine vraagt ​​om een ​​freesbewerking uit te voeren.

Zodra het CNC-freesproces is gestart, begint de bewerkingsmachine het snijgereedschap te roteren met snelheden tot enkele duizenden omwentelingen per minuut. Afhankelijk van het type freesmachine dat wordt gebruikt en de vereisten van de freestoepassing, zal de machine, wanneer het gereedschap in het werkstuk steekt, een van de volgende handelingen uitvoeren om de nodige sneden in het werkstuk te maken:

1. Voer het werkstuk langzaam in het stationaire roterende gereedschap
2. Het gereedschap verplaatsen op een stationair werkstuk
3. Relatieve beweging van gereedschap en werkstuk

In tegenstelling tot het handmatige freesproces, voedt de werktuigmachine bij CNC-frezen het beweegbare werkstuk meestal door de rotatie van het snijgereedschap in plaats van door de rotatie van het snijgereedschap. Freesbewerkingen die voldoen aan deze conventie worden klimfreesbewerkingen genoemd, terwijl de tegenovergestelde bewerking conventionele freesbewerkingen wordt genoemd.
In het algemeen is frezen het meest geschikt als hulp- of afwerkingsproces voor een bewerkt werkstuk om de definitie van onderdeelkenmerken zoals gaten, sleuven en schroefdraad te geven, of om onderdeelkenmerken te produceren. Het proces kan echter ook worden gebruikt om grondstofmateriaal van begin tot eind vorm te geven. In beide gevallen verwijdert het freesproces geleidelijk materiaal om de gewenste vorm en onderdeelvorm te creëren. Eerst snijdt het gereedschap kleine stukjes of spanen van het werkstuk om een ​​geschatte vorm te creëren. Het werkstuk wordt vervolgens met een hoger schema en met grotere precisie gefreesd om het onderdeel met zijn precieze kenmerken en specificaties af te werken. Vaak moet het voltooide onderdeel meerdere keren worden bewerkt om de gewenste nauwkeurigheid en toleranties te bereiken. Voor onderdelen met complexere geometrieën gaat het gefreesde onderdeel, zodra de freesbewerking is voltooid en het onderdeel is geproduceerd volgens op maat ontworpen specificaties, naar de afwerkings- en nabewerkingsfasen van de productie.
CNC-freesbewerking

CNC frezen is een bewerkingsproces dat geschikt is voor het produceren van onderdelen met hoge precisie en hoge tolerantie in prototype, eenmalige en kleine tot middelgrote productieruns. Terwijl onderdelen doorgaans worden vervaardigd met toleranties variërend van +/- 2 filamenten tot +/- 10 filamenten, kunnen sommige freesmachines toleranties bereiken van wel +/- 1 filament of zelfs hoger. Door de veelzijdigheid van het freesproces kan het worden gebruikt in een breed scala van industrieën en voor een verscheidenheid aan onderdelen en ontwerpen, waaronder sleuven, afschuiningen, schroefdraad en holtes. De meest voorkomende CNC-freesbewerkingen zijn:

• Vlakfrezen
• Vlak frezen
• Hoek frezen
• Vorm frezen

vlakfrezen

Vlakfrezen waarbij de rotatie-as van het snijgereedschap loodrecht op het werkstukoppervlak staat. Deze methode maakt gebruik van een vlakfrees met tanden aan zowel de omtrek als het gereedschapsvlak, waarbij de omtrektanden voornamelijk worden gebruikt voor snijden en de vlaktanden worden gebruikt voor afwerkingstoepassingen. Gewoonlijk wordt vlakfrezen gebruikt om vlakke oppervlakken en contouren op het afgewerkte onderdeel te creëren en kan een afwerking van hogere kwaliteit worden geproduceerd dan andere freesprocessen. Zowel verticale als horizontale freesmachines ondersteunen dit proces.
Soorten vlakfrezen omvatten vingerfrezen en zijfrezen, die respectievelijk vingerfrezen en zijfrezen gebruiken.

Vlak frezen

Vlakfrezen, ook wel vlakfrezen of plaatfrezen genoemd, waarbij de rotatie-as van het snijgereedschap evenwijdig is aan het oppervlak van het werkstuk. Het proces maakt gebruik van gewone freestanden om snijbewerkingen aan de periferie uit te voeren. Afhankelijk van de specificaties van de freestoepassing, zoals snedediepte en werkstukgrootte, zijn smalle en brede frezen beschikbaar. Smalle messen zorgen voor diepere sneden, terwijl brede messen kunnen worden gebruikt om grotere oppervlakken te snijden. Als voor een vlakfreestoepassing een grote hoeveelheid materiaal van een werkstuk moet worden verwijderd, begint de operator met het gebruik van een groftandfrees, lage snijsnelheden en hoge voedingssnelheden om de geometrie van het op maat ontworpen onderdeel te produceren. Operators introduceren vervolgens frezen met fijnere tanden, hogere snijsnelheden en lagere voedingen om de details van het voltooide onderdeel te produceren.

Hoek frezen

Hoekfrezen is waar de rotatie-as van het snijgereedschap een hoek maakt ten opzichte van het werkstukoppervlak. Het proces maakt gebruik van frezen met één hoek (gehoekt volgens het specifieke ontwerp dat wordt bewerkt) om hoekige kenmerken te creëren, zoals afschuiningen, vertandingen en groeven. Een veel voorkomende toepassing voor hoekfrezen is de productie van zwaluwstaarten, waarbij gebruik wordt gemaakt van 45°, 50°, 55° of 60° zwaluwstaartfrezen, afhankelijk van het ontwerp van de zwaluwstaart.

Vorm frezen

Profielfrezen verwijst naar freesbewerkingen met onregelmatige oppervlakken, contouren en profielen, zoals onderdelen met gebogen en vlakke oppervlakken of volledig gebogen oppervlakken. Het proces maakt gebruik van profiel- of vliegensnijders die zijn ontworpen voor specifieke toepassingen, zoals convexe, concave en hoekfiletsnijders. Enkele veel voorkomende toepassingen voor vormfrezen zijn de productie van halfronde en halfronde holtes, kralen en profielen, evenals complexe ontwerpen en ingewikkelde onderdelen vanuit een enkele machine-opstelling.

Andere freesbewerkingen

Naast de bovenstaande bewerkingen kunnen freesmachines worden gebruikt om andere gespecialiseerde frees- en bewerkingsbewerkingen uit te voeren. Voorbeelden van andere soorten freesbewerkingen die beschikbaar zijn, zijn:

Stap frezen: Stapsgewijs frezen verwijst naar een freesbewerking waarbij een werktuigmachine twee of meer parallelle werkstukoppervlakken in een enkele snede bewerkt. Het proces maakt gebruik van twee frezen op dezelfde machinespil, zo opgesteld dat de frezen zich aan weerszijden van het werkstuk bevinden en beide zijden tegelijk kunnen frezen

Gecombineerd frezen: Wat is gecombineerd frezen? Gecombineerd frezen is een freesbewerking die wordt uitgevoerd met twee of meer gereedschappen (meestal van verschillende afmetingen, vormen of breedtes) op dezelfde machinedoorn. Elke snijplotter kan tegelijkertijd dezelfde snijbewerking of verschillende snijbewerkingen tegelijkertijd uitvoeren, waardoor complexere onderdelen in kortere productietijden kunnen worden geproduceerd.

Contourfrezen: Contourfrezen is waar een werktuigmachine een snijpad op een werkstuk creëert langs een verticaal of hellend oppervlak. Het proces maakt gebruik van profielfreesapparatuur en snijgereedschappen, die evenwijdig aan of loodrecht op het werkstukoppervlak kunnen staan.

Versnelling snijden: Tandwielsnijden is een freesbewerking waarbij een ingewikkelde tandwielfrees wordt gebruikt om tandwieltanden te maken. Deze frezen zijn een type profielfrees en zijn verkrijgbaar in verschillende vormen en spoedmaten, afhankelijk van het aantal tanden dat nodig is voor een bepaald tandwielontwerp. In dit proces kunnen ook speciale draaigereedschapbits worden gebruikt om tandwieltanden te produceren.

Andere bewerkingsprocessen: Omdat freesmachines het gebruik van andere gereedschapswerktuigen dan freesgereedschappen ondersteunen, kunnen ze worden gebruikt voor andere bewerkingsprocessen dan frezen, zoals boren, kotteren, ruimen en tappen.
Zoals de meeste CNC-bewerkingsprocessen, gebruikt het CNC-freesproces CAD-software om het eerste onderdeelontwerp te genereren en CAM-software om het CNC-programma te genereren dat de bewerkingsinstructies levert om het onderdeel te produceren. Het CNC-programma wordt vervolgens op de CNC-machine naar keuze geladen om het freesproces te starten en uit te voeren.

Voorzorgsmaatregelen voor freesmachines

Over het algemeen zijn freesmachines verdeeld in horizontale en verticale machineconfiguraties en worden ze onderscheiden door het aantal bewegingsassen.

Op een verticale freesmachine is de machineas verticaal georiënteerd, terwijl in een horizontale oriëntatie de freesmachineas horizontaal is gepositioneerd. Horizontale machines bevatten ook spindels tijdens het frezen voor extra ondersteuning en stabiliteit, evenals de mogelijkheid om een ​​breed scala aan snijgereedschappen te ondersteunen, zoals bij wielfrezen en straddle-frezen.

De besturing van zowel verticale als horizontale freesmachines is afhankelijk van het type machine dat wordt gebruikt. Sommige machines kunnen bijvoorbeeld de spil omhoog en omlaag brengen en de tafel zijwaarts verplaatsen, terwijl andere machines een vaste spil en tafel hebben die horizontaal, verticaal en roterend kunnen bewegen. Bij het kiezen van verticale en horizontale freesmachines moeten fabrikanten en winkels rekening houden met de vereisten van de freestoepassing, zoals het aantal te frezen oppervlakken en de grootte en vorm van het onderdeel. Zo zijn zware werkstukken beter geschikt voor horizontale freesbewerkingen, terwijl zinkloodtoepassingen beter geschikt zijn voor verticale freesbewerkingen. Er is ook hulpapparatuur beschikbaar waarmee verticale of horizontale machines achteraf kunnen worden gemonteerd om het tegenovergestelde proces te ondersteunen.

De meeste CNC-freesmachines kunnen 3 tot 5 assen gebruiken, wat doorgaans prestaties levert langs de XYZ-as en (indien van toepassing) rond de rotatie-as. De X- en Y-as vertegenwoordigen horizontale beweging (respectievelijk naar links en rechts en heen en weer bewegend op het vlak), terwijl de Z-as verticale beweging vertegenwoordigt (op en neer bewegen), en W staat voor horizontale beweging. – De as geeft de diagonale beweging in het verticale vlak weer. In standaard CNC-freesmachines is horizontale beweging mogelijk in twee assen (XY), terwijl nieuwere modellen extra bewegingsassen mogelijk maken, zoals 3-, 4- en 5-assige CNC-machines. Hieronder vindt u een overzicht van enkele kenmerken van freesmachines ingedeeld naar het aantal bewegingsassen.

3 as

• In staat om aan de meeste bewerkingsbehoeften te voldoen
• Het instellen van de machine is eenvoudig.
• Er is slechts één werkstation vereist
• Hogere kennisvereisten voor operators
• lagere efficiëntie en kwaliteit

4 as

• Betere mogelijkheden dan machines met 3 assen
• Hogere precisie en nauwkeurigheid dan 3-assige machines
• Machine-instelling is complexer dan 3-assige machines
• Duurder dan een drieassige machine

5 as

• Kan worden geconfigureerd met meerdere assen (bijv. 4+1, 3+2 of 5)
• krachtiger
• Afhankelijk van de configuratie zijn snellere sleutels gemakkelijker te bedienen dan machines met drie en vier assen
• Hoger niveau van kwaliteit en precisie
• Afhankelijk van de configuratie werkt het langzamer dan 3-assige en 4-assige bewerking
• Duurder dan 3-assige en 4-assige machines

Afhankelijk van het gebruikte type freesmachine kan de machine, de machinetafel of beide componenten dynamisch zijn. Doorgaans bewegen dynamische tabellen langs de XY-as, maar ze kunnen ook op en neer bewegen om de snedediepte aan te passen, en draaien langs de verticale of horizontale as om de snede uit te breiden. Voor freestoepassingen die dynamische gereedschappen vereisen, beweegt de bewerkingsmachine, naast de inherente rotatiebeweging, verticaal langs meerdere assen, waardoor de omtrek van het gereedschap (in plaats van alleen de punt) in het werkstuk kan snijden. CNC-freesmachines met grotere vrijheidsgraden zorgen voor een grotere veelzijdigheid en complexiteit van de geproduceerde gefreesde onderdelen.

Type freesmachine

Er zijn verschillende soorten freesmachines beschikbaar voor verschillende bewerkingstoepassingen. Freesmachines kunnen niet alleen worden geclassificeerd op basis van de machineconfiguratie of het aantal bewegingsassen, maar kunnen ook worden geclassificeerd op basis van hun specifieke kenmerken. Enkele van de meest voorkomende soorten freesmachines zijn:

• knie type
• Ram-type:
• Bedtype (of fabricagetype)
• schaafmachine

Knietype: Kniefreesmachines hebben een vaste spindel en een verticaal verstelbare tafel die rust op een zadel dat door de knie wordt ondersteund. Afhankelijk van de positie van de machine kan de knie op de kolom worden neergelaten en verhoogd. Enkele voorbeelden van kniefrezen zijn vloerstaande en tafelblad horizontale frezen.

Ramtype: freesmachines van het ramtype gebruiken een spil die aan een kolom is bevestigd, waardoor de machine langs de XY-as kan bewegen met een beweegbare behuizing (dwz RAM). De twee meest voorkomende typen verticale freesmachines zijn onder meer vloerstaande horizontale freesmachines voor algemeen gebruik en freesmachines met roterende snijkop.

Bedtype: een bedfreesmachine gebruikt een tafel die direct op de machine is bevestigd om te voorkomen dat het werkstuk langs de Y- en Z-as beweegt. Het werkstuk bevindt zich onder het snijgereedschap, dat, afhankelijk van de machine, langs de XYZ-as kan bewegen. Enkele van de beschikbare bedfreesmachines zijn enkelzijdige, dubbelzijdige en driezijdige freesmachines. Enkelzijdige machines gebruiken een enkele spindel die langs de X- of Y-as beweegt, terwijl dubbelzijdige machines twee spindels gebruiken, terwijl driezijdige machines drie spindels gebruiken (twee horizontale en één verticale) om langs de XY- en XYZ-as te bewerken, respectievelijk.

Schaaffrezen: Schaaffrezen zijn vergelijkbaar met bedfrezen omdat ze een tafel hebben die is vastgezet langs de Y- en Z-as en een spil die langs de XYZ-as kan bewegen. Schaafmachines kunnen echter tegelijkertijd meerdere machines ondersteunen (meestal maximaal vier), waardoor de doorlooptijden voor complexe onderdelen worden verkort.

Enkele van de speciale soorten freesmachines die beschikbaar zijn, zijn draaitafel-, trommel- en planetaire freesmachines. Draaitafelfreesmachines hebben een ronde tafel die rond een verticale as draait en machines op verschillende hoogtes gebruiken voor voorbewerken en afwerken. Een trommelfreesmachine is vergelijkbaar met een draaitafelmachine, behalve dat de tafel een "trommel" wordt genoemd en rond een horizontale as draait. In een planetaire machine is de tafel vast en is het werkstuk cilindrisch. Een roterende machine beweegt over het werkstukoppervlak en snijdt zowel interne als externe functies zoals schroefdraad.

Verwerkingsmaterialen

Het CNC-freesproces kan het beste worden gebruikt als secundair bewerkingsproces om afwerkingsmogelijkheden te bieden voor op maat ontworpen onderdelen, maar kan ook worden gebruikt om op maat ontworpen en speciale onderdelen van begin tot eind te produceren. Met de CNC-freestechnologie kunnen onderdelen in een verscheidenheid aan materialen worden bewerkt, waaronder:

• Metalen (inclusief legeringen, speciale metalen, zware metalen, enz.)
• Kunststoffen (inclusief thermoharders en thermoplasten)
• elastomeer
• samengesteld materiaal
• hout

Zoals bij alle bewerkingsprocessen, moeten verschillende factoren in overweging worden genomen bij het selecteren van een materiaal voor freestoepassingen, zoals de eigenschappen van het materiaal (dwz hardheid, trek- en afschuifsterkte, en chemische en hoge temperatuurbestendigheid) en de kosteneffectiviteit van het materiaal. materiaal verwerken. Deze criteria bepalen respectievelijk of het materiaal geschikt is voor het freesproces en de budgettaire beperkingen van de freestoepassing. Het gekozen materiaal bepaalt het type machine dat wordt gebruikt en het ontwerp, evenals de optimale machine-instellingen, waaronder snijsnelheid, voedingssnelheid en snedediepte.

Dus wat is CNC-frezen?

CNC-frezen is een bewerkingsproces dat geschikt is voor het bewerken van een verscheidenheid aan materialen en het produceren van een verscheidenheid aan op maat ontworpen onderdelen. Hoewel dit proces voordelen kan hebben ten opzichte van andere bewerkingsprocessen, is het mogelijk niet geschikt voor elke productietoepassing en kunnen andere processen geschikter en kosteneffectiever blijken te zijn.

Enkele andere, meer conventionele bewerkingsprocessen omvatten boren en draaien. Net als frezen wordt boren meestal gedaan met een meerpunts gereedschap (dwz een boor), terwijl draaien wordt gedaan met een enkelpunts gereedschap. Tijdens het roteren kan het werkstuk echter bewegen en roteren zoals bij sommige freestoepassingen, terwijl het werkstuk tijdens het boren stationair blijft tijdens het boorproces.

Sommige onconventionele bewerkingsprocessen (dwz zonder het gebruik van gereedschapswerktuigen, maar nog steeds met mechanische materiaalverwijderingsprocessen) omvatten ultrasone bewerking, waterstraalsnijden en abrasieve straalbewerking. Onconventionele, niet-verspanende processen (dwz chemische, elektrische en thermische bewerkingsprocessen) bieden andere alternatieven voor het verwijderen van materiaal van werkstukken die geen gereedschapswerktuigen of mechanische materiaalverwijderingsprocessen gebruiken, waaronder chemisch frezen, elektrochemisch ontbramen, lasersnijden en plasmaboogsnijden . Deze onconventionele bewerkingsmethoden ondersteunen de productie van complexere, meer veeleisende en gespecialiseerde onderdelen die vaak niet mogelijk zijn met conventionele bewerking.