Wat is een CNC-machine?
Een CNC-machine (Computer Numerical Control) is een productiemachine die wordt aangestuurd door geprogrammeerde instructies om nauwkeurige snij-, boor-, draai- of andere bewerkingen uit te voeren. In plaats van op handmatige bewegingen te vertrouwen, volgt de machine digitale gereedschapspaden om de positie en beweging van het snijgereedschap en het werkstuk te regelen.
CNC-machines zijn verkrijgbaar in verschillende uitvoeringen, afhankelijk van de bewerkingsmethode, het aantal assen en de geometrie van het werkstuk. Tot de meest voorkomende typen behoren CNC-freesmachines, CNC-draaibanken en CNC-bewerkingscentra, waarbij 3-assige, 4-assige en 5-assige configuraties worden gebruikt voor verschillende complexiteitsniveaus.
De keuze van de juiste CNC-machine hangt in de eerste plaats af van de geometrie van het onderdeel, vereiste kenmerken, materiaal, tolerantie en aantal opstellingen in plaats van louter het aantal asen van de machine.
CNC-frezen versus CNC-draaien
CNC-frezen en CNC-draaien zijn twee van de meest gebruikte CNC-bewerkingsmethoden, maar ze verwijderen materiaal op verschillende manieren.
CNC Frezen
Bij CNC-frezen draait het snijgereedschap terwijl het werkstuk op de machinetafel of in een opspanning is bevestigd. Het gereedschap beweegt langs geprogrammeerde assen om materiaal af te nemen en vormen te creëren, zoals uitsparingen, sleuven, gaten, trapjes, contouren en complexe oppervlakken.
CNC-frezen is bijzonder geschikt voor:
- Prismatische en onregelmatig gevormde onderdelen
- Behuizingen en beugels
- Platen en constructieonderdelen
- Onderdelen met meerdere vlakken of elkaar snijdende elementen
- Complexe 3D-geometrieën
Afhankelijk van de configuratie van de machine kan er met 3, 4, 5 of meer assen worden gefreesd.
CNC Draaien
Bij CNC-draaien draait het werkstuk rond zijn centrale as, terwijl een snijgereedschap ertegenaan beweegt. Hierdoor is draaien bijzonder geschikt voor het vervaardigen van roterende onderdelen met een constante diameter.
CNC-draaien wordt vaak gebruikt voor:
- Schachten
- Pinnen
- Bussen
- Afstandhouders
- Cilindrische behuizingen
- Onderdelen met schroefdraad
- Onderdelen met concentrische kenmerken
Draaien is over het algemeen de efficiëntere keuze wanneer de hoofdgeometrie rond, cilindrisch of rotatiesymmetrisch.
Wanneer frezen en wanneer draaien?
De keuze wordt voornamelijk bepaald door de geometrie van het onderdeel.
| Vereiste | CNC Frezen | CNC Draaien |
|---|---|---|
| Vlakke oppervlakken | Uitstekend | Beperkt |
| Zakken en vakjes | Uitstekend | Beperkt |
| Complexe contouren | Uitstekend | Beperkt |
| Cilindrische kenmerken | Geschikt | Uitstekend |
| Concentrische diameters | Geschikt | Uitstekend |
| Discussies | Mogelijk | Uitstekend |
| Onregelmatige vormen | Uitstekend | Beperkt |
Voor sommige onderdelen, frezen en draaien worden gecombineerd. Frees-draaimachines kunnen beide bewerkingen combineren wanneer een werkstuk zowel gedraaide als gefreesde elementen bevat, waardoor er minder vaak hoeft te worden omgebouwd.
Wat is een CNC-bewerkingscentrum?
Een CNC-bewerkingscentrum is een CNC-machine die is ontworpen om meerdere bewerkingen uit te voeren binnen één enkele instelling. Naast gecontroleerde asbewegingen beschikken bewerkingscentra doorgaans over een automatische gereedschapswisseling, waardoor verschillende snijgereedschappen kunnen worden gebruikt voor bewerkingen zoals frezen, boren en tappen.
De twee gangbare configuraties zijn verticale bewerkingscentra (VMC's) en horizontale bewerkingscentra (HMC's).
Verticale bewerkingscentra
Een verticaal bewerkingscentrum heeft een verticaal geplaatste spil, waarbij het snijgereedschap het werkstuk van bovenaf benadert.
VMC’s worden op grote schaal gebruikt omdat ze het volgende bieden:
- Flexibele toegang tot het werkstuk
- Efficiënte instelling voor vele soorten onderdelen
- Goed zicht tijdens de bewerking
- Zeer geschikt voor prototypes en productie in kleine tot middelgrote oplagen
Ze worden vaak gebruikt voor beugels, behuizingen, platen, bevestigingselementen en andere algemeen inzetbare, machinaal bewerkte onderdelen.
Horizontale bewerkingscentra
Bij een horizontaal bewerkingscentrum staat de spil horizontaal, waardoor het snijgereedschap het werkstuk vanaf de zijkant kan benaderen.
Deze configuratie kan voordelig zijn voor:
- Onderdelen die aan meerdere zijden moeten worden bewerkt
- Diepe holtes en gaatjes
- Grotere productieseries
- Toepassingen waarbij de afvoer van spanen van belang is
Dankzij de uitlijning van de machine kunnen meerdere oppervlakken met minder omstellingen worden bewerkt, wat de consistentie en de productie-efficiëntie voor geschikte onderdelen verbetert.
Wat is 3-assige CNC-bewerking?
3-assige CNC-bewerking is de meest elementaire en meest gebruikte configuratie voor CNC-bewerking. Het snijgereedschap beweegt langs drie lineaire assen – X, Y en Z – om het werkstuk te bewerken.
De drie assen staan doorgaans voor:
- X-as: beweging van links naar rechts
- Y-as: Beweging van voren naar achteren
- Z-as: op-en-neerbeweging
Een 3-assige machine kan een breed scala aan onderdelen vervaardigen wanneer de vereiste kenmerken vanuit de beschikbare gereedschapsrichting bereikbaar zijn.
Hoe een 3-assige CNC werkt
Bij 3-assige bewerking blijft het werkstuk vast staan, terwijl het snijgereedschap volgens het geprogrammeerde gereedschapspad langs de X-, Y- en Z-assen beweegt.
Bij onderdelen met bewerkingspunten aan meerdere zijden kan het nodig zijn om het werkstuk tussen de bewerkingsstappen door te verplaatsen of opnieuw vast te zetten. Hierdoor is de planning van de instelling een belangrijk aandachtspunt bij complexere onderdelen.
Bij 3-assige bewerking wordt vaak de voorkeur gegeven wanneer de geometrie van het werkstuk efficiënt kan worden bereikt vanuit één of een klein aantal gereedschapsoriëntaties.
Typische toepassingen
3-assige CNC-bewerking wordt vaak gebruikt voor:
- Beugels
- Borden
- Omslagen
- Behuizingen
- Wedstrijden
- Eenvoudige constructie-elementen
- Onderdelen met toegankelijke uitsparingen, gaten en contouren
Het is bijzonder effectief voor eenvoudige geometrieën en kostenbewuste productie, terwijl voor complexere onderdelen met meerdere zijden 4-assige of 5-assige bewerking de voorkeur kan genieten.
Wat is 4-assige CNC-bewerking?
Bij 4-assige CNC-bewerking wordt aan de drie lineaire assen X, Y en Z een rotatieas toegevoegd. Dankzij deze extra as kunnen het werkstuk of het snijgereedschap draaien, waardoor de machine toegang krijgt tot meerdere zijden van een onderdeel zonder dat dit volledig uit de opspanning hoeft te worden verwijderd.
Hoe een 4-assige CNC werkt
Een 4-assige machine combineert doorgaans Lineaire verplaatsing in de X-, Y- en Z-richting, met een draaiende beweging van de A-as rond de X-as. De draaias kan het werkstuk tijdens de bewerking verplaatsen, waardoor er aan verschillende zijden bewerkingen kunnen worden uitgevoerd.
In vergelijking met 3-assige bewerking kan 4-assige bewerking het aantal handmatige herpositioneringsstappen verminderen dat nodig is voor bepaalde werkstukken. Dit is met name nuttig wanneer er meerdere elementen rondom een onderdeel moeten worden bewerkt.
Wanneer is 4-assige bewerking nuttig?
4-assige bewerking kan een geschikte keuze zijn voor onderdelen waarvoor het volgende vereist is:
- Bewerking aan meerdere zijden
- Radiale gaten of elementen
- Elementen die rond een centrale as zijn geplaatst
- Herhalende elementen rondom een onderdeel
- Minder handmatige herpositioneringen
Het biedt een praktisch compromis wanneer een onderdeel complexer is dan een standaard 3-assige bewerking, maar geen gelijktijdige bewegingen van het gereedschap in meerdere richtingen vereist, zoals bij 5-assige bewerking.
Wat is 5-assige CNC-bewerking?
Bij 5-assige CNC-bewerking kunnen het snijgereedschap en het werkstuk langs vijf assen bewegen, waarbij drie lineaire assen worden gecombineerd met twee rotatieassen. Hierdoor kan het gereedschap tijdens een bewerking het werkstuk vanuit meerdere richtingen benaderen.
De precieze opstelling van de draaiassen verschilt per machine, maar het fundamentele voordeel blijft hetzelfde: er kunnen meer gereedschapsoriëntaties worden gerealiseerd zonder dat het werkstuk herhaaldelijk opnieuw moet worden gepositioneerd.
Hoe een 5-assige CNC werkt
Een 5-assige machine combineert Lineaire bewegingen in de X-, Y- en Z-richting, aangevuld met twee rotatiebewegingen. Dankzij deze gecoördineerde bewegingen kan het snijgereedschap de juiste stand ten opzichte van complexe oppervlakken behouden.
In tegenstelling tot standaard 3-assige bewerking kan bij 5-assige bewerking de hoek van het gereedschap continu worden aangepast terwijl een complex gereedschapspad wordt gevolgd. Hierdoor is het mogelijk om onderdelen te bewerken waarvoor anders meerdere instellingen of gespecialiseerde opspanningen nodig zouden zijn.
Voordelen van 5-assige bewerking
Complexe geometrieën
5-assige bewerking is bijzonder geschikt voor onderdelen met diepe holtes, schuine vlakken, samengestelde krommingen en onderdelen die vanuit één richting moeilijk te bereiken zijn.
Door de extra draaiende beweging kan het snijgereedschap deze elementen onder de juiste hoeken benaderen.
Minder instellingen
Een complex onderdeel moet op een 3-assige machine mogelijk in verschillende posities worden bewerkt. Met 5-assige bewerking kunnen veel van deze posities binnen dezelfde opstelling worden afgehandeld.
Minder instellingen kunnen leiden tot:
- Inrichtingstijd
- Wijzigingen in de werkstukopspanning
- Uitlijningsfouten
- Handmatige tussenkomst
Dit is vooral van groot belang wanneer meerdere elementen nauwkeurig ten opzichte van elkaar gepositioneerd moeten blijven.
Verbeterde toegankelijkheid
Dankzij de extra assen kan het snijgereedschap vanuit verschillende richtingen op de bewerkingspunten afkomen, waardoor de toegankelijkheid tot gebieden die op een conventionele 3-assige machine mogelijk moeilijk bereikbaar zijn, wordt verbeterd.
Hierdoor kunnen in sommige toepassingen ook kortere gereedschappen worden gebruikt, wat bijdraagt aan een betere stabiliteit bij het verspanen van diepe of complexe onderdelen.
Wat is 7-assige CNC-bewerking?
Bij 7-assige CNC-bewerking worden meerdere lineaire en roterende bewegingen gecombineerd, waardoor er meer bewegingsvrijheid ontstaat dan bij conventionele 3-, 4- of 5-assige machines. De exacte configuratie verschilt per machine en kan bestaan uit een meerassige bewerkingsspil in combinatie met aanvullende roterende of scharnierende bewegingen.
7-assige systemen bieden niet alleen "twee extra assen", maar zijn ontworpen om verschillende bewegingen op elkaar af te stemmen, zodat complexe vormen kunnen worden bewerkt en de stand van het gereedschap kan worden geoptimaliseerd.
Waarin verschillen 7-assige machines?
Het belangrijkste verschil is de groter bereik van gecoördineerde bewegingen.
Een 7-assig systeem biedt de volgende mogelijkheden:
- Flexibelere positionering van gereedschap
- Betere toegang tot lastige elementen
- Minder herpositioneringshandelingen
- Meer vrijheid bij het bewerken van complexe geometrieën
Extra assen zorgen echter ook voor een grotere complexiteit van de machine, strengere programmeervereisten, meer aandachtspunten bij het instellen en hogere totale kosten van de apparatuur.
Typische toepassingen en beperkingen
7-assige bewerking wordt doorgaans alleen toegepast bij gespecialiseerde onderdelen waarbij conventionele meerassige bewerking niet op efficiënte wijze de benodigde toegang of bewegingsvrijheid kan bieden.
Typische toepassingen zijn onder meer:
- Complexe onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart
- Onderdelen voor turbines en waaiers
- Componenten met een sterk uitgesproken vormgeving
- Gespecialiseerde robotonderdelen of scharnierende onderdelen
- Onderdelen die een uitgebreide bewerking in meerdere richtingen vereisen
Voor veel conventionele CNC-onderdelen is een 7-assige capaciteit niet nodig. Het doel is niet om zoveel mogelijk assen te gebruiken, maar om de eenvoudigste machineconfiguratie te kiezen waarmee de vereiste geometrie en kwaliteit op efficiënte wijze kunnen worden gerealiseerd.
3-assige vs. 4-assige vs. 5-assige vs. 7-assige CNC
| Functie | 3-assige CNC | 4-assige CNC | 5-assige CNC | 7-assige CNC |
|---|---|---|---|---|
| Basisbeweging | X, Y, Z | X, Y, Z + 1 draaias | X, Y, Z + 2 draaiassen | Meerdere lineaire en roterende assen |
| Toegang tot onderdelen | In de eerste plaats vanuit één gereedschapsoriëntatie tegelijk | Betere toegang vanaf meerdere kanten | Toegang vanuit verschillende richtingen | Zeer flexibele toegang vanuit alle richtingen |
| Complexiteit van de onderdelen | Eenvoudig tot matig complex | Matig | Complex tot zeer complex | Zeer gespecialiseerd en complex |
| Veelvoorkomende configuraties | Meer voor onderdelen met meerdere zijden | Minder dan 3 assen | Vaak aanzienlijk verlaagd | Kan het opnieuw positioneren van geschikte onderdelen tot een minimum beperken |
| Oriëntatie van het gereedschap | Beperkt | Verbeterd door middel van roterende positionering | Oriëntatie van gereedschap vanuit meerdere hoeken | Zeer flexibel |
| Het meest geschikt voor | Platen, beugels, behuizingen, basisvakken en contouren | Onderdelen met kenmerken aan meerdere zijden of langs meerdere assen | Complexe oppervlakken, diepe details, veelzijdige onderdelen | Gespecialiseerde complexe geometrieën |
| Programmeercomplexiteit | Onder | Matig | Hoger | Hoog |
| Complexiteit van de machine | Onder | Matig | Hoog | Zeer hoog |
| Productieflexibiliteit | Hoog voor standaardonderdelen | Hoger bij onderdelen met meerdere zijden | Hoog voor complexe componenten | Gespecialiseerd |
| Typisch kostenniveau | Onder | Matig | Hoger | Hoogste |
| Wanneer het zinvol is | Geometrie is beschikbaar met standaardgereedschapsoriëntaties | Extra draaibare toegang verhoogt de efficiëntie | Complexe geometrie of meerdere opstellingen rechtvaardigen meerassige bewerking | Een gespecialiseerde geometrie vereist uitgebreide, gecoördineerde bewegingen |
Meer assen betekenen niet automatisch een betere bewerking. De juiste configuratie hangt af van de geometrie, de toegankelijkheid, de tolerantie-eisen, het productievolume en de algehele economische aspecten van de productie van het onderdeel.
Hoe kies je de juiste CNC-machine voor een onderdeel?
De juiste CNC-machine moet worden gekozen op basis van de productie-eisen van het werkstuk, en niet louter op basis van het maximale aantal assen dat een machine kan bieden.
Houd rekening met de volgende factoren:
Deel: Meetkunde
Voor eenvoudige prismatische onderdelen volstaat vaak een 3-assige bewerking, terwijl onderdelen met meerdere schuine vlakken, diepe holtes of complexe contouren baat kunnen hebben bij 4-assige of 5-assige bewerkingsmogelijkheden.
Toegankelijkheid van functies
Bedenk vanuit hoeveel richtingen het snijgereedschap het werkstuk moet benaderen. Als belangrijke kenmerken niet efficiënt kunnen worden bereikt met standaardgereedschapsoriëntaties, kan het gerechtvaardigd zijn om extra rotatieassen toe te passen.
Aantal opstellingen
Als een onderdeel herhaaldelijk opnieuw moet worden gepositioneerd, kan een 4-assige of 5-assige machine de insteltijd verkorten en de consistentie verbeteren.
Tolerantie-eisen
Onderdelen waarbij de onderlinge verhoudingen tussen meerdere kenmerken streng worden gecontroleerd, kunnen baat hebben bij minder instelbewerkingen, omdat het verminderen van herpositionering mogelijke uitlijningsafwijkingen kan beperken.
Productievolume
Bij grotere productievolumes kan het zinvol zijn om te investeren in een krachtigere machine, mits dit de insteltijd en de bewerkingscyclus verkort. Voor eenvoudigere onderdelen blijft een machine met een lagere as echter wellicht de voordeligere keuze.
Afmetingen en materiaal van het onderdeel
Ook de werkruimte van de machine, de spilcapaciteit, de werkstukopspanning en de bewerkbaarheid van het materiaal moeten op het onderdeel zijn afgestemd. Een zeer krachtige meerassige machine heeft geen nut als het onderdeel buiten het werkbereik valt of als de machine niet geschikt is voor het materiaal.
Een praktische keuzegids
De beste aanpak voor CNC-bewerking is een evenwicht tussen machinecapaciteit, vormgeving van het onderdeel, nauwkeurigheid, instelvereisten, productievolume en kosten. Als ervaren partner op het gebied van CNC-bewerking, Dakings Rapid beoordeelt elk onderdeel zowel vanuit technisch als vanuit productieoogpunt om de meest efficiënte productieoplossing te bepalen. Van 3-assige en 4-assige bewerking tot 5-assige bewerking en gespecialiseerde CNC-processen: wij kiezen de juiste aanpak om de vereiste kwaliteit en precisie te bereiken en tegelijkertijd de productie-efficiëntie, doorlooptijd en kosten te optimaliseren.
