Het CNC-bewerkingsproces in een oogopslag
Bij CNC-bewerking wordt een digitaal ontwerp van een onderdeel omgezet in een fysiek onderdeel door middel van een gecontroleerde reeks van ontwerp, programmering, instelling van de machine, materiaalverwijdering en inspectie. Bij Dakings Rapid beschouwen we elke fase als onderdeel van één samenhangend productieproces, in plaats van als afzonderlijke bewerkingen.
Het proces begint met een CAD-model en technische specificaties. Het ontwerp wordt vervolgens beoordeeld en klaargemaakt voor productie, via CAM-software omgezet in CNC-bewerkingsbanen en als geprogrammeerde instructies naar de machine gestuurd. Voordat met het verspanen wordt begonnen, worden het werkstuk, het gereedschap, de werkstukopspanning en de machinecoördinaten zorgvuldig voorbereid. De machine volgt vervolgens het geprogrammeerde traject om materiaal af te nemen en de vereiste geometrie te produceren, waarna het afgewerkte onderdeel wordt gecontroleerd.
Deze werkwijze is in grote lijnen toepasbaar op CNC-frezen en -draaien, hoewel de specifieke instellingen en bewerkingsstrategie variëren naargelang de machine, het materiaal, de geometrie en de productie-eisen.
Stap 1 — Ontwerp van CNC-onderdelen
CNC-bewerking begint al voordat de machine wordt ingeschakeld. Het ontwerp van het onderdeel moet voldoende informatie bevatten zodat het productieteam het kan begrijpen wat er moet worden geproduceerd, welk materiaal moet worden gebruikt, welke afmetingen cruciaal zijn en welke mate van nauwkeurigheid vereist is.
Bij Dakings Rapid is de ontwerpfase ook het moment waarop we mogelijke productieproblemen opsporen voordat ze tot productieproblemen uitgroeien. Een technisch correct CAD-model kan nog steeds elementen bevatten die moeilijk, inefficiënt of onnodig duur zijn om te bewerken.
CAD-modellen
Een CAD (Computerondersteund ontwerpen) Het model bevat de driedimensionale geometrie die de fysieke vorm van het CNC-onderdeel bepaalt. Het omvat de oppervlakken, gaten, uitsparingen, contouren, schroefdraden en andere kenmerken die tijdens het bewerkingsproces moeten worden gereproduceerd.
Voor CNC-bewerking zijn veelgebruikte bestandsformaten onder meer STEP, IGES, Parasolid en andere CAD-formaten die in productiesoftware kunnen worden geïmporteerd. Een foutloos en volledig 3D-model biedt het productieteam een betrouwbare geometrische referentie voor het uitwerken van het bewerkingsproces.
In dit stadium is het model nog geen CNC-programma. Hierin wordt beschreven hoe het onderdeel eruit moet zien, terwijl de daaropvolgende productiestappen bepalen hoe de machine het zal vervaardigen.
Technische tekeningen
Een 3D-model geeft de geometrie weer, maar een technische tekening bevat productie-informatie die door het model alleen wellicht niet volledig wordt weergegeven.
In tekeningen kunnen kritische afmetingen, toleranties, schroefdraad, oppervlakteafwerkingen, materiaaleisen, geometrische toleranties en andere technische eisen worden gespecificeerd. Ze zijn met name van belang wanneer bepaalde kenmerken strenger moeten worden gecontroleerd dan andere.
Voor de productiebewerking moeten het CAD-model en de tekening consistente informatie bevatten. Als het model en de tekening tegenstrijdige specificaties bevatten, heeft het productieteam mogelijk opheldering nodig voordat met het programmeren wordt begonnen.
Afmetingen en toleranties
Afmetingen bepalen de vereiste grootte en de plaats van de kenmerken van een onderdeel, terwijl toleranties het aanvaardbare variatiebereik rond die afmetingen aangeven.
Niet elk onderdeel vereist dezelfde mate van precisie. Het hanteren van onnodig strakke toleranties kan de bewerkingstijd, de inspectie-eisen en de productiekosten verhogen, zonder dat de daadwerkelijke functie van het onderdeel daardoor wordt verbeterd.
Tijdens de ontwerpbeoordeling moet het productieteam daarom onderscheid maken tussen kritieke afmetingen en standaardkenmerken. Bij Dakings Rapid helpt dit ons om te bepalen welke bewerkingen en inspectiemethoden geschikt zijn voor het onderdeel, in plaats van elke afmeting als even veeleisend te beschouwen.
Uitgebreide besprekingen van CNC-toleranties en -nauwkeurigheid komen apart aan bod in de Toleranties en nauwkeurigheid bij CNC-bewerking artikel.
Materiaalkeuze
Het in het ontwerp gespecificeerde materiaal heeft een directe invloed op de manier waarop het onderdeel wordt bewerkt. Verschillende materialen gedragen zich anders onder snijkrachten en warmte, wat van invloed is op de keuze van het gereedschap, de snijparameters, de bewerkingstijd en de oppervlakteafwerking.
Aluminium is bijvoorbeeld over het algemeen gemakkelijker te bewerken bij hoge snijsnelheden, terwijl roestvrij staal en titanium andere snijstrategieën vereisen. Bij technische kunststoffen spelen nog andere factoren een rol, zoals warmteontwikkeling, vervorming en werkstukopspanning.
Bij de materiaalkeuze moet daarom zowel rekening worden gehouden met de prestaties van het onderdeel als met de verwerkbaarheid. Het materiaal moet de vereiste mechanische of milieukenmerken bezitten en tegelijkertijd geschikt blijven voor het beoogde CNC-proces.
Stap 2 — CNC-programmering en CAM
Zodra duidelijk is wat de ontwerp- en productie-eisen voor het onderdeel zijn, moet de digitale geometrie worden omgezet in instructies die de CNC-machine kan uitvoeren.
Hier komt CAM om de hoek kijken (Computerondersteunde productie) wordt een essentieel onderdeel van de CNC-workflow. CAM-software zet de geometrie van het werkstuk om in bewerkingshandelingen en gereedschapspaden, waarbij de programmeur kan bepalen hoe het materiaal wordt verwijderd.
Wat is CAM?
CAM staat voor Computer-Aided Manufacturing. Bij CNC-bewerking wordt CAM-software gebruikt om bewerkingsstrategieën op te stellen en gereedschapspaden te genereren op basis van het CAD-model.
De programmeur bepaalt factoren zoals de bewerkingsvolgorde, de snijgereedschappen, de snijrichtingen, de snijdieptes en de aanrijwijzen naar afzonderlijke elementen. De software berekent vervolgens de gereedschapsbewegingen die nodig zijn om de geometrie te vervaardigen.
CAM maakt technische beslissingen niet overbodig. Een door software gegenereerd freespad moet nog steeds worden gecontroleerd en aangepast aan de hand van de machine, het gereedschap, het materiaal, de werkstukopspanning en de eisen die aan het werkstuk worden gesteld.
CNC-bewerkingsbanen
Een gereedschapspad bepaalt de route die een snijgereedschap volgt bij het verwijderen van materiaal uit het werkstuk.
Verschillende bewerkingskenmerken vereisen verschillende bewerkingsstrategieën. Een voorbewerkingsbaan kan snel grote hoeveelheden materiaal verwijderen, terwijl nabewerkingsbanen worden gebruikt om de uiteindelijke geometrie en oppervlaktekwaliteit te verkrijgen. Boren, zakken frezen, contourfrezen, vlakfrezen en andere bewerkingen vereisen elk de juiste gereedschapsbewegingen.
Bij het plannen van bewerkingsbanen moet ook rekening worden gehouden met de bereikbaarheid van het gereedschap en het voorkomen van botsingen. Bij complexe werkstukken kan het nodig zijn dat de programmeur de bewerkingsrichtingen aanpast of het proces opsplitst in meerdere bewerkingen en instellingen.
Het doel is niet alleen om een pad te vinden waarmee de geometrie kan worden gegenereerd. Een goed gereedschapspad moet een evenwicht bieden tussen de nauwkeurigheid van het werkstuk, de bewerkingstijd, de standtijd van het gereedschap, de oppervlaktekwaliteit en de processtabiliteit.
G-code en machine-instructies
Nadat de bewerkingsstrategie en de gereedschapspaden zijn vastgesteld, zet de CAM-software deze om in machinespecifieke instructies, ook wel G-code en bijbehorende CNC-commando’s genoemd.
Deze instructies geven de CNC-besturing aan hoe de machine moet bewegen en bewerkingen moet uitvoeren. Afhankelijk van de machine en de besturing kan het programma opdrachten bevatten voor asbewegingen, spiltoerental, voedingssnelheid, gereedschapswisselingen, koelvloeistof, werkstukcoördinaten en andere machinefuncties.
Het uiteindelijke programma moet zijn afgestemd op de specifieke CNC-machine en -besturing die worden gebruikt. Een programma dat voor één machineconfiguratie is gemaakt, moet mogelijk eerst worden bewerkt voordat het veilig op een andere machine kan worden uitgevoerd.
Vóór de productie moeten CNC-programma’s daarom worden gecontroleerd en, indien nodig, gesimuleerd om mogelijke botsingen, onjuiste bewegingen of andere programmeerfouten op te sporen.
Software voor CNC-bewerking
Bij CNC-bewerking wordt gebruikgemaakt van verschillende soorten software in plaats van één enkel programma. CAD-software definieert de geometrie van het onderdeel, CAM-software stelt bewerkingsstrategieën en gereedschapspaden op, en een postprocessor zet die gereedschapspaden om in instructies die compatibel zijn met de betreffende CNC-besturing.
Bij een productiebedrijf als Dakings Rapid maakt software deel uit van een bredere technische workflow. Het programmeerproces moet de ontwerpvereisten van de klant koppelen aan de daadwerkelijke machine, de snijgereedschappen, de werkstukopspanning en de productiestrategie.
Bij eenvoudige onderdelen kan het programmeerproces relatief eenvoudig zijn. Complexe onderdelen met meerdere assen kunnen aanzienlijk gedetailleerdere programmering, simulatie en controle vereisen voordat het programma naar de machine wordt gestuurd.
Stap 3 — Instellen van de CNC-machine
Het feit dat een CNC-programma voltooid is, betekent nog niet dat de machine klaar is om te snijden. De fysieke instellingen moeten overeenkomen met de aannames die tijdens het programmeren zijn gedaan.
Het werkstuk moet stevig worden vastgezet, het juiste gereedschap moet worden aangebracht, de machinecoördinaten moeten worden vastgesteld en het materiaal en de machine moeten worden voorbereid voor de productie. Een goed geplande instelling zorgt ervoor dat de geprogrammeerde bewegingen van de CNC-machine correct overeenkomen met het daadwerkelijke werkstuk.
Werkstukopspanning en opspanning
Door het werkstuk vast te klemmen blijft het stevig op zijn plaats terwijl er snijkrachten op worden uitgeoefend. Afhankelijk van het onderdeel kan hiervoor gebruik worden gemaakt van een bankschroef, een spantang, klemmen, zachte bekken of een op maat gemaakte opspanning.
Het werkstukopspansysteem moet voldoende stijfheid bieden zonder het snijgereedschap te hinderen. Bij werkstukken met een complexe geometrie of dunne wanden kan het ontwerp van de opspanning bijzonder belangrijk zijn, omdat een te grote klemkracht het werkstuk kan vervormen.
Bij productieonderdelen kan een speciale opspanning ook de herhaalbaarheid verbeteren, doordat elk werkstuk hiermee op een consistente manier kan worden gepositioneerd.
Gereedschapselectie
De juiste snijgereedschappen worden gekozen op basis van de materiaal, geometrie van het onderdeel, bewerkingsproces, vereiste oppervlakteafwerking en machinecapaciteit.
Voor verschillende bewerkingen zijn soms verschillende gereedschappen nodig, zoals frezen, boren, ruimers, tappen, boorgereedschappen of gespecialiseerde snijgereedschappen. De diameter en geometrie van het gereedschap zijn ook van invloed op welke plaatsen bereikbaar zijn en hoe efficiënt materiaal kan worden verwijderd.
De gereedschapskeuze hangt nauw samen met het programmeren. Het gereedschap dat in de fysieke opstelling wordt gebruikt, moet overeenkomen met het gereedschap waarvan in het CNC-programma wordt uitgegaan, inclusief de afmetingen en de positie binnen het gereedschapssysteem van de machine.
Instellen van werkcoördinaten
De CNC-machine heeft een vastgelegd referentiepunt nodig dat het geprogrammeerde coördinatensysteem koppelt aan het fysieke werkstuk. Dit wordt vastgelegd via het werkstukcoördinatensysteem.
De machineoperator of insteltechnicus bepaalt de positie van het werkstuk en noteert de juiste coördinaatverschuivingen. Hierdoor kunnen de geprogrammeerde gereedschapspaden op de juiste plaats ten opzichte van het daadwerkelijke materiaal worden uitgevoerd.
Bij onderdelen met meerdere zijden is de instelling van de coördinaten van bijzonder groot belang, omdat bij elke oriëntatie de vereiste verhouding tussen de machine en het onderdeel behouden moet blijven.
Voorbereiding van materiaal en machines
Voordat met de bewerking wordt begonnen, moet worden gecontroleerd of de juiste grondstof voldoet aan de productie-eisen. De afmetingen van het materiaal moeten voldoende materiaalreserve bieden voor de bewerkingen, terwijl de toestand ervan geschikt moet zijn voor het beoogde proces.
Ook de machine zelf wordt voorbereid door de snijgereedschappen, de werkstukopspanning, het koel- of smeersysteem, de spil en andere relevante onderdelen te controleren. Het CNC-programma wordt geladen en getoetst aan de beoogde machineconfiguratie.
Bij een nieuwe opstelling wordt de eerste uitvoering doorgaans met extra zorg uitgevoerd. Het programma en de machinebewegingen moeten worden gecontroleerd voordat de normale productie van start gaat.
Bij Dakings Rapid vormt deze voorbereidingsfase de schakel tussen de het digitale productieplan afstemmen op de fysieke productieomgeving. Zodra de werkstukopspanning, het gereedschap, de coördinaten, het materiaal en de machine correct zijn uitgelijnd, kan het proces overgaan naar de daadwerkelijke fase van materiaalverwijdering.
Stap 4 — CNC-bewerkingen
Zodra de machine is ingesteld, kan het CNC-programma worden uitgevoerd om het ruwe materiaal stap voor stap om te vormen tot het afgewerkte onderdeel. In plaats van al het materiaal in één bewerking te verwijderen, worden de meeste CNC-onderdelen vervaardigd via een reeks bewerkingen, waarbij elke fase een specifiek doel dient.
De exacte volgorde hangt af van de geometrie van het onderdeel, het materiaal, de toleranties, de eisen aan het oppervlak en de configuratie van de machine. Bij Dakings Rapid worden bewerkingsstrategieën gekozen om een evenwicht te vinden tussen de materiaalafname, de maatnauwkeurigheid, de standtijd van het gereedschap, de oppervlaktekwaliteit en de algehele productie-efficiëntie.
Voorbewerking
Voorbewerking is de eerste belangrijke fase waarin materiaal wordt verwijderd. Het doel ervan is om snel grote hoeveelheden overtollig materiaal te verwijderen en tegelijkertijd een gecontroleerde hoeveelheid materiaal over te laten voor de volgende bewerkingen.
Bij het voorbewerken wordt doorgaans gebruikgemaakt van relatief agressieve snijomstandigheden en grotere gereedschappen, voor zover de geometrie dat toelaat. Het doel is niet om de definitieve afmetingen of oppervlakteafwerking te bereiken, maar om de basisvorm van het onderdeel op efficiënte wijze vast te leggen.
Een goed doordachte voorbewerkingsstrategie kan de totale bewerkingstijd aanzienlijk verkorten, omdat hiermee overtollig materiaal wordt verwijderd voordat kleinere gereedschappen worden ingezet voor het bewerken van fijnere details.
Voorbewerking
Halffinishen vormt de overgang tussen voorbewerking en nabewerking. Nadat het grootste deel van het overtollige materiaal is verwijderd, zorgt halffinishen ervoor dat de resterende oppervlakken dichter bij hun uiteindelijke afmetingen komen en worden er gelijkmatigere uitgangscondities gecreëerd voor de nabewerkingsbewerkingen.
Deze fase is met name nuttig bij complexe onderdelen met gebogen oppervlakken, diepe uitsparingen of variërende afmetingen van de details. Door de hoeveelheid resterend materiaal vóór de afwerking te regelen, kan het snijgereedschap tijdens de laatste bewerkingsgangen onder beter voorspelbare omstandigheden werken.
Niet elk onderdeel vereist een afzonderlijke voorbewerking. Bij eenvoudigere onderdelen kan de voorbewerking direct worden gevolgd door de nabewerking.
Afwerking
Bij de nabewerking worden de definitieve geometrie en oppervlakteafwerking gerealiseerd die het ontwerp vereist. Er kan gebruik worden gemaakt van kleinere of meer gespecialiseerde snijgereedschappen om kritieke oppervlakken, randen, profielen, gaten en andere kenmerken nauwkeurig te bewerken.
Bij afwerkingsbewerkingen wordt doorgaans een relatief kleine hoeveelheid materiaal verwijderd in vergelijking met voorbewerkingen. De nadruk verschuift van de materiaalafname naar maatnauwkeurigheid, oppervlakteafwerking en definitie van kenmerken.
Bij onderdelen met nauwe toleranties of strenge eisen aan het oppervlak kan de nabewerking bestaan uit meerdere zorgvuldig gecontroleerde bewerkingsgangen in plaats van één enkele eindbewerking.
Boren en tappen
Bij het boren worden gaten in het werkstuk gemaakt, terwijl bij het tappen inwendige schroefdraden worden aangemaakt waarmee bevestigingsmiddelen of andere onderdelen met schroefdraad kunnen worden aangebracht.
Een CNC-machine kan boren en tappen uitvoeren als onderdeel van hetzelfde geprogrammeerde productieproces, waardoor de positionele relatie tussen gaten en andere kenmerken van het werkstuk behouden blijft.
Afhankelijk van het ontwerp kunnen aanvullende bewerkingen, zoals ruimen of boren, nodig zijn wanneer een gat een nauwkeurigere maatvoering of een specifieke toestand van het binnenoppervlak vereist. Welk proces het meest geschikt is, hangt af van de diameter, de diepte, de tolerantie, het materiaal en de functionele eisen van het gat.
Contouren en uitsparingen
Bij contourfrezen wordt het buiten- of binnenprofiel van een onderdeel gevolgd om de gewenste vorm te creëren, terwijl bij uitsparingsfrezen materiaal wordt verwijderd uit ingesloten ruimtes zoals uitsparingen, holtes en sleuven.
Deze bewerkingen komen vaak voor bij CNC-frezen, omdat veel onderdelen een combinatie van buitenprofielen en inwendige kenmerken bevatten. De diameter van het gereedschap, de hoekradius, de diepte van de uitsparing en de toegankelijkheid voor het gereedschap zijn allemaal van invloed op hoe efficiënt deze kenmerken kunnen worden bewerkt.
Bij complexe onderdelen kunnen contour- en zakbewerkingen in meerdere richtingen of met verschillende gereedschappen worden uitgevoerd om oppervlakken te bereiken die vanuit één richting niet toegankelijk zijn.
Stap 5 — Inspectie en kwaliteitscontrole
Na de bewerking moet het onderdeel worden gecontroleerd aan de hand van de technische specificaties. Door deze controle wordt vastgesteld of het afgewerkte onderdeel voldoet aan de vereiste afmetingen, toleranties, geometrie en oppervlaktegesteldheid.
Bij Dakings Rapid wordt inspectie beschouwd als een onderdeel van het productieproces en niet als iets dat pas na afloop van de bewerking wordt toegevoegd. De inspectiemethode wordt gekozen op basis van de belangrijke kenmerken, vereiste toleranties, materiaal, geometrie van het onderdeel en eisen van de klant.
Maatcontrole
Bij een maatcontrole worden de fysieke afmetingen van het afgewerkte onderdeel vergeleken met het CAD-model of de technische tekening.
Afhankelijk van de eigenschap en de vereiste nauwkeurigheid kunnen metingen worden uitgevoerd met behulp van schuifmaten, micrometers, hoogtemeters, boringmeters, optische meetapparatuur of coördinatenmeetmachines (CMM’s).
Typische inspectiepunten zijn onder meer de totale afmetingen, de diameters van de gaten, de posities van de gaten, de wanddiktes, de lengtes, de breedtes, de dieptes en andere cruciale kenmerken.
Het is niet per se de bedoeling om elke afmeting van elk onderdeel te meten. De inspectie moet zich richten op de kenmerken die van belang zijn voor de functie van het onderdeel en op de gespecificeerde kwaliteitseisen.
Controle van de tolerantie
Bij een tolerantiecontrole wordt nagegaan of de gemeten afmetingen binnen het opgegeven toegestane bereik vallen.
Als een maat bijvoorbeeld is gespecificeerd als 20,00 ± 0,02 mm, moet een aanvaardbare meting binnen het gedefinieerde tolerantiebereik vallen. Bij complexere eisen kan het gaan om geometrische toleranties die kenmerken zoals positie, vlakheid, loodrechtheid of concentriciteit regelen.
Bij precisiecomponenten helpt tolerantiecontrole niet alleen om te bevestigen dat de afzonderlijke afmetingen correct zijn, maar ook dat de bijbehorende elementen de verhoudingen behouden die nodig zijn voor de montage en de werking.
De inspectieapparatuur en de meetmethode moeten bovendien geschikt zijn voor de te beoordelen tolerantie. Een meetsysteem moet voldoende resolutie en herhaalbaarheid bieden om op betrouwbare wijze te kunnen vaststellen of een kenmerk aan de specificatie voldoet.
Inspectie van de oppervlakteafwerking
Maatnauwkeurigheid alleen is niet voldoende om de kwaliteit van een onderdeel volledig te bepalen. Sommige onderdelen vereisen ook een bepaalde oppervlakteafwerking, met name op afdichtingsvlakken, glijvlakken, lagerzittingen, optische elementen of zichtbare oppervlakken.
De oppervlakteafwerking kan worden beïnvloed door de geometrie van het gereedschap, de snijparameters, het gedrag van het materiaal, de toestand van het gereedschap, de bewerkingsstrategie en de uiteindelijke nabewerking. Afhankelijk van de vereisten kunnen fabrikanten gebruikmaken van visuele vergelijkingsmethoden of van speciale meetapparatuur voor oppervlakteruwheid.
Als er aanvullende bewerkingen zoals anodiseren, galvaniseren, polijsten of coaten nodig zijn, moet de uiteindelijke toestand van het oppervlak mogelijk ook na afwerking worden beoordeeld.
Wat beïnvloedt de cyclustijd bij CNC-bewerking?
De cyclustijd bij CNC-bewerking is de machinetijd die nodig is om een onderdeel te vervaardigen of een bepaalde bewerkingsreeks te voltooien. Deze heeft een directe invloed op de productiecapaciteit, de leveringsschema’s en de productiekosten.
De cyclustijd wordt niet alleen bepaald door de snijsnelheid. De geometrie van het werkstuk, het materiaal, de gereedschapspaden, de instellingen, de gereedschapswisselingen, de capaciteit van de machine en het aantal bewerkingsstappen dragen allemaal bij aan de uiteindelijke productietijd.
Materiaal en geometrie van onderdelen
Het materiaal en de geometrie van een onderdeel hebben een directe invloed op hoe snel het kan worden bewerkt.
Materialen die goed te bewerken zijn, kunnen over het algemeen efficiënter worden bewerkt, terwijl voor hardere of moeilijker te bewerken materialen wellicht conservatievere snijparameters en frequentere gereedschapswisselingen nodig zijn. Voor titanium, gehard staal en sommige roestvrije staalsoorten zijn bijvoorbeeld heel andere bewerkingsstrategieën nodig dan voor aluminium.
De geometrie van het onderdeel is net zo belangrijk. Een eenvoudig onderdeel met goed bereikbare oppervlakken vereist wellicht relatief weinig bewerkingen, terwijl een complex onderdeel met diepe holtes, dunne wanden, gebogen oppervlakken of moeilijk bereikbare elementen meerdere gereedschappen en verschillende bewerkingsrichtingen kan vereisen.
Snijparameters en gereedschapspaden
Snijparameters en de strategie voor het gereedschapspad hebben een grote invloed op de cyclustijd. Het toerental van de spil, de voedingssnelheid, de snijdiepte, de stapafstand en de gereedschapsaansnijding bepalen hoe snel materiaal kan worden verwijderd met behoud van stabiele bewerkingsomstandigheden.
Het simpelweg verhogen van de snijsnelheid leidt echter niet noodzakelijkerwijs tot de kortste of meest economische cyclus. Te agressieve snijparameters kunnen de slijtage van het gereedschap versnellen, de oppervlaktekwaliteit verminderen, overmatige warmteontwikkeling veroorzaken of het risico op instabiliteit tijdens de bewerking vergroten.
Bij freesbanen moet daarom een evenwicht worden gevonden tussen de efficiëntie van de materiaalafname, de levensduur van het gereedschap en de kwaliteit van het werkstuk. Geoptimaliseerde banen kunnen onnodige gereedschapsbewegingen, snijden in de lucht en overbodige passages verminderen, terwijl de vereiste geometrie behouden blijft.
Aantal opstellingen
Elke extra instelling kan de productietijd verlengen, omdat het werkstuk opnieuw moet worden gepositioneerd, vastgezet en uitgelijnd voordat de bewerking kan worden voortgezet.
Een onderdeel dat in één opstelling kan worden vervaardigd, kan daarom een aanzienlijk tijdvoordeel opleveren ten opzichte van een verder vergelijkbaar onderdeel waarvoor meerdere opstellingen nodig zijn.
Dit is een van de redenen waarom meerassige bewerking de productiviteit bij bepaalde complexe onderdelen kan verbeteren. Doordat er met minder opstellingen toegang wordt verkregen tot meerdere oppervlakken, kan de herpositioneringstijd worden verkort en tegelijkertijd de positionele consistentie tussen de verschillende elementen worden verbeterd.
Gereedschapswisselingen en machinecapaciteit
Ook het aantal benodigde gereedschappen is van invloed op de cyclustijd. Voor een onderdeel waarvoor talrijke boren, frezen, boorgereedschappen, tappen en afwerkingsgereedschappen nodig zijn, zijn uiteraard meer gereedschapswisselingen nodig dan bij een eenvoudig onderdeel.
De mogelijkheden van de machine kunnen deze tijd gedeeltelijk verkorten. Dankzij automatische gereedschapswisselaars kunnen gereedschappen zonder handmatige tussenkomst worden verwisseld, terwijl geavanceerde bewerkingscentra meerdere bewerkingen in één opspanning kunnen combineren.
Bij Dakings Rapid wordt bij de optimalisatie van de cyclustijd dan ook gekeken naar het gehele bewerkingsproces, in plaats van de aandacht te richten op één enkele snijparameter. Het doel is om een efficiënte combinatie te vinden van machinecapaciteit, gereedschap, gereedschapspaden, instellingen en snijomstandigheden waarmee de vereiste onderdeelkwaliteit consistent kan worden gerealiseerd.
Welke invloed heeft slijtage van gereedschap op CNC-bewerking?
Slijtage van gereedschap is een normaal verschijnsel bij CNC-bewerking, maar het kan een directe invloed hebben op de snijprestaties, de maatnauwkeurigheid, de oppervlakteafwerking en de consistentie van de productie. Naarmate een snijgereedschap wordt gebruikt, verslechteren de snijkanten geleidelijk als gevolg van wrijving, warmte, mechanische belasting en de interactie met het materiaal van het werkstuk.
Slijtage van een gereedschap betekent niet noodzakelijkerwijs dat het na een vast aantal werkstukken moet worden vervangen. De mate van slijtage hangt af van factoren zoals het materiaal van het werkstuk, de snijomstandigheden, het materiaal en de geometrie van het gereedschap, de bewerkingsstrategie en de hoeveelheid materiaal die wordt verwijderd.
Hoe slijtage van gereedschap het bewerkingsproces beïnvloedt
Naarmate een gereedschap verslijt, neemt de snijkracht af. De machine heeft dan mogelijk meer snijkracht nodig om dezelfde hoeveelheid materiaal te verwijderen, terwijl de warmteontwikkeling kan toenemen en het snijproces minder stabiel kan worden.
Zo kan een versleten frees bijvoorbeeld niet meer zo efficiënt materiaal afvoeren als een nieuw gereedschap. Bij nabewerkingen kunnen zelfs relatief kleine veranderingen aan de snijkant van invloed zijn op de uiteindelijke oppervlaktekwaliteit of maatnauwkeurigheid.
De slijtage van gereedschap kan ook toenemen bij het bewerken van moeilijke materialen. Materialen zoals gehard staal, titanium en bepaalde soorten roestvrij staal kunnen hogere eisen stellen aan snijgereedschap dan materialen die relatief gemakkelijk te bewerken zijn.
Hoe slijtage van gereedschap de nauwkeurigheid van werkstukken beïnvloedt
Een van de belangrijkste gevolgen van slijtage aan gereedschap is maatafwijking.
Naarmate de snijkant geleidelijk verslijt, kan de werkelijke snijdiameter of geometrie van het gereedschap afwijken van de oorspronkelijke toestand. Dit kan ertoe leiden dat elementen zoals uitsparingen, sleuven, gaten of profielen geleidelijk afwijken van de beoogde afmetingen.
Bij componenten die een hoge nauwkeurigheid vereisen, moet deze afwijking worden opgespoord voordat deze ertoe leidt dat onderdelen buiten de gespecificeerde toleranties vallen. Het monitoren van de toestand van gereedschappen, dimensionale inspecties en passende strategieën voor het vervangen van gereedschappen kunnen helpen om de processtabiliteit te handhaven.
Hoe slijtage van gereedschap de oppervlakteafwerking beïnvloedt
Een versleten snijkant kan ook leiden tot een slechtere oppervlakteafwerking. In plaats van het materiaal netjes af te snijden, kan de versleten snijkant meer wrijving, trillingen, bramen of onregelmatige snijsporen veroorzaken.
Dit is met name van belang bij afwerkingsbewerkingen, waarbij het snijgereedschap bepalend is voor de uiteindelijke oppervlakteafwerking. Een gereedschap dat tijdens het voorbewerken nog aanvaardbaar is, is mogelijk niet langer geschikt voor een veeleisende afwerkingsbewerking.
Hoe fabrikanten de slijtage van gereedschap beheersen
Slijtage van gereedschap wordt beheerst door een combinatie van de juiste keuze van gereedschap, geoptimaliseerde snijomstandigheden, het monitoren van de levensduur van het gereedschap, inspectie en geplande vervanging van het gereedschap.
Bij Dakings Rapid worden de gereedschapskeuze en de bewerkingsparameters afgestemd op het materiaal en de eisen van het werkstuk, in plaats van voor elk onderdeel dezelfde omstandigheden te hanteren. Bij serieproductie kan de toestand van het gereedschap ook worden gecontroleerd als onderdeel van de procesbewaking, zodat gereedschappen worden vervangen of bijgesteld voordat slijtage tot onaanvaardbare maatafwijkingen leidt.
Het doel is niet louter om de levensduur van het gereedschap te maximaliseren. Door het gereedschap te lang te gebruiken, neemt het risico op een slechte oppervlakteafwerking, maatafwijkingen of onverwacht falen van het gereedschap toe. Bij een effectieve bewerking wordt een evenwicht gevonden tussen de standtijd van het gereedschap, de cyclustijd, de kwaliteit van het werkstuk en de betrouwbaarheid van de productie.
Hoe automatisering de efficiëntie van CNC-bewerkingen verbetert
Dankzij automatisering kunnen CNC-bewerkingen worden uitgevoerd met minder handmatige tussenkomst, terwijl de productieomstandigheden consistent blijven. Dit kan variëren van relatief eenvoudige systemen, zoals automatische gereedschapswisselingen, tot geavanceerdere oplossingen waarbij gebruik wordt gemaakt van robotgestuurde materiaalverwerking, metingen, geautomatiseerde inspectie en gekoppelde productiebewaking.
Het doel van CNC-automatisering is niet louter om machines zonder bedieners te laten draaien. De grootste meerwaarde ligt in het terugdringen van repetitief werk, het tot een minimum beperken van onderbrekingen, het verbeteren van de consistentie en het efficiënter inzetten van productiemiddelen.
Automatische gereedschapswisselingen
Automatische gereedschapswisselaars behoren tot de meest voorkomende vormen van CNC-automatisering. In plaats van dat een operator het snijgereedschap na elke bewerking handmatig moet vervangen, kan de machine het benodigde gereedschap automatisch uit het gereedschapsmagazijn selecteren.
Hierdoor kan één bewerkingsprogramma meerdere bewerkingen uitvoeren, zoals voorbewerken, boren, zakken frezen, tappen en nabewerken, zonder dat er onderbrekingen nodig zijn voor het handmatig wisselen van gereedschap.
Door deze onderbrekingen te verminderen, kunnen de cyclustijden worden verkort en wordt het eenvoudiger om een consistente productie te handhaven bij de productie van herhaalde onderdelen.
Geautomatiseerde werkstukverwerking
Bij productie in grotere volumes kan geautomatiseerd laden en lossen de hoeveelheid repetitieve handmatige handelingen tussen de bewerkingscycli door verminderen.
Robotarmen of geautomatiseerde materiaaltransportsystemen kunnen onbewerkte werkstukken in de machine laden, voltooide onderdelen eruit halen en de machine voorbereiden op de volgende cyclus. Hierdoor kunnen CNC-machines langer draaien met minder directe tussenkomst van de operator.
Automatisering is met name van grote waarde voor onderdelen met een voorspelbare geometrie en stabiele bewerkingsprocessen, waarbij de volgorde van het laden en lossen kan worden gestandaardiseerd.
Metingen en controles tijdens het productieproces
Geautomatiseerde meetsystemen kunnen werkstukken of gereedschapsposities rechtstreeks op de CNC-machine meten. Dit biedt feedback tijdens het productieproces, in plaats van volledig te vertrouwen op metingen nadat het werkstuk uit de machine is gehaald.
Tasten kan worden gebruikt voor taken zoals het vaststellen van werkcoördinaten, het controleren van de positie van onderdelen, het meten van geselecteerde kenmerken en het detecteren van maatveranderingen tijdens de productie.
Als dit op de juiste manier wordt geïntegreerd, kan dit instelfouten verminderen en helpen bij het opsporen van procesvariaties voordat er een groot aantal onderdelen wordt geproduceerd.
Geautomatiseerde inspectie en procesbewaking
Automatisering kan ook verder reiken dan de machine zelf. Meetsystemen, sensoren en productiesoftware kunnen productiegegevens verzamelen en helpen bij het monitoren van de toestand van de machine, het gereedschapsgebruik, de cyclustijden en de kwaliteit van de onderdelen.
Deze gegevens kunnen helpen om problemen zoals abnormale slijtage van gereedschap, onverwachte veranderingen in de cyclustijd of procesafwijkingen sneller op te sporen.
Bij serieproductie zorgt de combinatie van CNC-bewerking, geautomatiseerde metingen en productiegegevens voor een consistentere productieomgeving dan wanneer men volledig op handmatige controles vertrouwt.
Lights-Out en connected CNC-productie
Geavanceerdere CNC-processen kunnen automatische materiaalverwerking, gereedschapsbeheer, metingen, monitoring en productieplanning combineren om uitgebreide of onbemande productie te ondersteunen.
Automatisering maakt technische expertise echter niet overbodig. Het proces moet eerst stabiel genoeg zijn om te kunnen worden geautomatiseerd. Werkstukopspanning, gereedschap, bewerkingsparameters, inspectiemethoden en procedures voor het omgaan met storingen moeten allemaal goed worden vastgelegd voordat de tussenkomst van de operator kan worden beperkt.
Bij Dakings Rapid wordt automatisering dan ook gezien als onderdeel van een bredere productiestrategie. Het doel is om machinecapaciteit, procestechniek, digitale programmering, kwaliteitscontrole en automatisering om de productie-efficiëntie te verbeteren zonder afbreuk te doen aan de maatnauwkeurigheid of consistentie die voor het eindproduct vereist zijn.
