Wat is CNC-bewerking, Definitie, Processen, types, Materiaalkosten en Toepassingen？
Wat is CNC-bewerking, Definitie, Processen, types, Materiaalkosten en Toepassingen CNC-bewerking is dat het een subtractief productieproces is dat doorgaans computergestuurde controles en machinegereedschappen gebruikt om lagen materiaal van een voorraadstuk—bekend als de blank of werkstuk—te verwijderen en een op maat ontworpen onderdeel produceert. Dit proces is geschikt voor een breed scala aan materialen, waaronder metalen, kunststoffen, hout, glas, schuim en composieten, en wordt toegepast in verschillende industrieën, zoals grote CNC-bewerking, het bewerken van onderdelen en prototypes voor telecommunicatie, en CNC-bewerking van lucht- en ruimtevaartonderdelen, die strengere toleranties vereisen dan andere industrieën. Let op dat er een verschil is tussen de definitie van CNC-bewerking en die van de CNC-machine—de ene is een proces en de andere is een machine.
Een CNC-machine (soms onjuist aangeduid als een C en C-machine) is een programmeerbare machine die in staat is om autonoom de bewerkingen van CNC-bewerking uit te voeren.
CNC-bewerking als productieproces en dienst is wereldwijd beschikbaar. Je kunt gemakkelijk CNC-bewerkingsdiensten vinden in Europa, evenals in Azië, Noord-Amerika en elders op de wereld.
Subtractieve productieprocessen, zoals CNC-bewerking, worden vaak afgezet tegen additieve productieprocessen, zoals 3D-printen, of vormgevingsproductieprocessen, zoals vloeistofinjectiemodellering. Terwijl subtractieve processen lagen materiaal van het werkstuk verwijderen om op maat gemaakte vormen en ontwerpen te produceren, assembleren additieve processen lagen materiaal om de gewenste vorm te creëren en vervormingsprocessen het voorraadmateriaal vervormen en verplaatsen in de gewenste vorm. De geautomatiseerde aard van CNC-bewerking maakt de productie van hoogprecisie en hoge nauwkeurigheid, eenvoudige onderdelen en kosteneffectiviteit mogelijk bij het uitvoeren van eenmalige en middelgrote productievolumes. Hoewel CNC-bewerking bepaalde voordelen toont ten opzichte van andere productieprocessen, is de mate van complexiteit en detaillering die mogelijk is voor onderdeelontwerp en de kosteneffectiviteit van het produceren van complexe onderdelen beperkt.
Hoewel elk type productieproces zijn voordelen en nadelen heeft, richt dit artikel zich op het CNC-bewerkingsproces, waarin de basisprincipes van het proces worden uiteengezet, evenals de verschillende componenten en gereedschappen van de CNC-machine. Daarnaast onderzoekt dit artikel diverse mechanische CNC-bewerkingsoperaties en presenteert het alternatieven voor het CNC-bewerkingsproces.
In een oogopslag behandelt deze gids:
Overzicht van het CNC-bewerkingsproces
Types CNC-bewerkingsoperaties
CNC-bewerkingsapparatuur en componenten
Materialen voor CNC-bewerking
Grootteoverwegingen voor CNC
Alternatieven voor het gebruik van een CNC-machine
Geschiedenis van CNC-bewerking
Ben je momenteel tussen banen of een werkgever die wil aannemen? Wij bieden je uitgebreide bronnen voor industriële werkzoekenden en werkgevers die vacatures willen invullen. Als je een openstaande functie hebt, kun je ook ons formulier invullen voor een kans om deze te laten opnemen in de Thomas Monthly Update nieuwsbrief.
Overzicht van het CNC-bewerkingsproces
Evoluerend uit het numerieke controle (NC) bewerkingsproces dat gebruik maakte van geperforeerde tapekaarten, is CNC-bewerking een productieproces dat gebruikmaakt van geautomatiseerde controles om machine- en snijgereedschappen te bedienen en te manipuleren om voorraadmateriaal—bijvoorbeeld metaal, kunststof, hout, schuim, composiet, enz.—om te vormen tot op maat gemaakte onderdelen en ontwerpen. Hoewel het CNC-bewerkingsproces verschillende mogelijkheden en operaties biedt, blijven de fundamentele principes van het proces grotendeels hetzelfde. Het basis CNC-bewerkingsproces omvat de volgende fasen:
Het ontwerpen van het CAD-model
Het converteren van het CAD-bestand naar een CNC-programma
Het voorbereiden van de CNC-machine
Uitvoeren van de bewerkingsoperatie
CAD-modelontwerp
Het CNC-bewerkingsproces begint met het maken van een 2D-vector of 3D-gevormd onderdeel CAD-ontwerp, hetzij intern, hetzij door een CAD/CAM-ontwerpbureau. Computer-ondersteund ontwerp (CAD) software stelt ontwerpers en fabrikanten in staat om een model of rendering van hun onderdelen en producten te produceren, samen met de benodigde technische specificaties, zoals afmetingen en geometrieën, voor het vervaardigen van het onderdeel of product.
Ontwerpen voor CNC-bewerkte onderdelen worden beperkt door de mogelijkheden (of onmogelijkheden) van de CNC-machine en gereedschappen. Bijvoorbeeld, de meeste CNC-gereedschappen zijn cilindrisch, waardoor de geometrieën van het onderdeel via het CNC-bewerkingsproces beperkt zijn, omdat het gereedschap gebogen hoeksecties creëert. Daarnaast beperken de eigenschappen van het te bewerken materiaal, het ontwerp van het gereedschap en de werkhouder-capaciteiten van de machine de ontwerpmogelijkheden verder, zoals de minimale diktes van het onderdeel, maximale grootte van het onderdeel en de inclusie en complexiteit van interne holtes en functies.
Zodra het CAD-ontwerp is voltooid, exporteert de ontwerper het naar een CNC-compatibel bestandsformaat, zoals STEP of IGES.
Tabel met toleranties voor CNC-bewerking
Bij het specificeren van onderdelen aan een machinewerkplaats is het belangrijk om eventuele noodzakelijke toleranties op te nemen. Hoewel CNC-machines zeer nauwkeurig zijn, laten ze nog steeds een lichte variatie toe tussen duplicaten van hetzelfde onderdeel, over het algemeen rond + of – .005 inch (.127 mm), wat ongeveer twee keer de breedte van een mensenhaar is. Om kosten te besparen, moeten kopers alleen toleranties specificeren in gebieden van het onderdeel die bijzonder nauwkeurig moeten zijn omdat ze in contact komen met andere onderdelen. Hoewel er standaardtoleranties zijn voor verschillende niveaus van bewerking (zoals weergegeven in de onderstaande tabellen), zijn niet alle toleranties gelijk. Als een onderdeel bijvoorbeeld absoluut niet groter mag zijn dan de maat, kan het een gespecificeerde tolerantie hebben van +0.0/-0.5 om aan te geven dat het iets kleiner mag zijn, maar niet groter in dat gebied.
Tabel 1: Lineaire toleranties in CNC-bewerking
Afmeting Bereik (mm) Fijn (F) +/- Medium (M) +/- Grof (C) +/- Zeer grof (V) +/-
.5-3 .05 .1 .2 —
3-6 .05 .1 .3 .5
6-30 .1 .2 .5 1.0
30-120 .15 .3 .8 1.5
120-400 .2 .5 1.2 2.5
400-1000 .3 .8 2.0 4.0
1000-2000 .5 1.2 3.0 6.0
2000-4000 — 2.0 4.0 8.0
Tabel 2: Hoek toleranties in CNC-bewerking
Afmeting Bereik (mm) Fijn (F) +/- Medium (M) +/- Grof (C) +/- Zeer grof (V) +/-
0-10 1o 1o 1o 30’ 3o
10-50 0 o 30’ 0 o 30’ 1o 2o
50-120 0 o 20’ 0 o 20’ 0 o 30’ 1o
120-400 0 o 10’ 0 o 10’ 0 o 15’ 0 o 30’
400 0 o 5’ 0 o 5’ 0 o 10’ 0 o 20’
Tabel 3: Radius- en afschuif toleranties in CNC-bewerking
Afmeting Bereik (mm) Fijn (F) +/- Medium (M) +/- Grof (C) +/- Zeer grof (V) +/-
.5-3 .2 .2 .4 .4
3-6 .5 .5 1 1
6 1 1 2 2
Conversie van CAD-bestand
Het geformatteerde CAD-ontwerpbestand wordt door een programma gehaald, meestal computer-ondersteunde fabricage (CAM) software, om de geometrie van het onderdeel te extraheren en genereert de digitale programmeercode die de CNC-machine zal aansturen en het gereedschap zal manipuleren om het op maat gemaakte onderdeel te produceren.
CNC-machines gebruiken verschillende programmeertalen, waaronder G-code en M-code. De bekendste van de CNC-programmeertalen, algemene of geometrische code, aangeduid als G-code, regelt wanneer, waar en hoe de machinegereedschappen bewegen—bijvoorbeeld wanneer ze aan of uit moeten, hoe snel ze naar een bepaalde locatie reizen, welke paden ze moeten volgen, enzovoort—over het werkstuk. Diverse functiecodes, aangeduid als M-code, regelen de hulpfuncties van de machine, zoals het automatisch verwijderen en vervangen van de machinekap bij het begin en einde van de productie.
Zodra het CNC-programma is gegenereerd, laadt de operator het in op de CNC-machine.
Machine-instelling
Voordat de operator het CNC-programma uitvoert, moet hij de CNC-machine voorbereiden voor gebruik. Deze voorbereidingen omvatten het direct bevestigen van het werkstuk in de machine, op machine-spindels, of in machineklemmen of soortgelijke werkhoudingsmiddelen, en het bevestigen van de benodigde gereedschappen, zoals boorbits en freesjes, op de juiste machineonderdelen.
Zodra de machine volledig is ingesteld, kan de operator het CNC-programma uitvoeren.
Uitvoering van bewerkingsoperaties
Het CNC-programma fungeert als instructies voor de CNC-machine; het geeft machinecommando’s die de acties en bewegingen van het gereedschap bepalen aan de geïntegreerde computer van de machine, die de machinegereedschappen bedient en manipuleert. Het starten van het programma zorgt ervoor dat de CNC-machine begint met het CNC-bewerkingsproces, en het programma begeleidt de machine tijdens het hele proces terwijl het de benodigde machinebewerkingen uitvoert om een op maat ontworpen onderdeel of product te produceren.
CNC-bewerkingsprocessen kunnen intern worden uitgevoerd—als het bedrijf investeert in het verkrijgen en onderhouden van eigen CNC-apparatuur—of uitbesteed aan gespecialiseerde CNC-bewerkingsdienstverleners.
Types CNC-bewerkingsoperaties
CNC-bewerking is een productieproces dat geschikt is voor een breed scala aan industrieën, waaronder automobiel, luchtvaart, bouw en landbouw, en in staat is om een reeks producten te produceren, zoals auto-frames, chirurgisch materiaal, vliegtuigmotoren, tandwielen en hand- en tuin gereedschap. Het proces omvat verschillende computer-gestuurde bewerkingsoperaties—inclusief mechanische, chemische, elektrische en thermische processen—die het benodigde materiaal uit het werkstuk verwijderen om een op maat gemaakt onderdeel of product te maken. Hoewel chemische, elektrische en thermische bewerkingsprocessen in een later gedeelte worden behandeld, verkent dit gedeelte enkele van de meest voorkomende mechanische CNC-bewerkingsoperaties, waaronder:
Boren
Frezen
Draaien
CNC-boren
Boren is een bewerkingsproces dat gebruikmaakt van meervoudige boorbits om cilindrische gaten in het werkstuk te maken. Bij CNC-boren voert de CNC-machine meestal de roterende boor loodrecht op het vlak van het oppervlak van het werkstuk, wat verticale gaten met diameters gelijk aan de diameter van de gebruikte boor oplevert. Angular boren kan ook worden uitgevoerd door het gebruik van gespecialiseerde machineconfiguraties en werkhoudingsmiddelen. Operationele mogelijkheden van het boorproces omvatten dieper boren, verzonken boren, reaming en tappen.
CNC Frezen
Frezen is een bewerkingsproces dat gebruikmaakt van roterende meervoudige snijgereedschappen om materiaal uit het werkstuk te verwijderen. Bij CNC-frezen voert de CNC-machine meestal het werkstuk in dezelfde richting als de rotatie van het snijgereedschap, terwijl bij handmatig frezen de machine het werkstuk in de tegenovergestelde richting van de rotatie van het snijgereedschap voert. Operationele mogelijkheden van het frezen omvatten vlakfrezen—het snijden van ondiepe, vlakke oppervlakken en vlakke bodems in het werkstuk—en randfrezen—het snijden van diepe holtes, zoals sleuven en schroefdraad, in het werkstuk.
CNC Draaiwerk
CNC-draaien en meerspindelbewerkingen
Draaien is een bewerkingsproces dat gebruikmaakt van enkelpuntige snijgereedschappen om materiaal van het roterende werkstuk te verwijderen. Bij CNC-draaien, meestal met een CNC-draaimachine, voert de machine het snijgereedschap in een lineaire beweging langs het oppervlak van het roterende werkstuk, waarbij materiaal rondom de omtrek wordt verwijderd totdat de gewenste diameter is bereikt, om cilindrische onderdelen te maken met externe en interne kenmerken, zoals sleuven, tapers en schroefdraad. Operationele mogelijkheden van het draaiproces omvatten boren, afwerken, groeven en schroefdraad snijden. Als het gaat om een CNC-frees versus een draaibank, werkt frezen, met zijn roterende snijgereedschappen, beter voor complexere onderdelen. Draaibanken, met roterende werkstukken en stationaire snijgereedschappen, werken het beste voor snellere, nauwkeurigere productie van ronde onderdelen.
Wat zijn de voordelen en nadelen van CNC-bewerking?
Hoewel CNC-bewerking een haalbaar en zelfs ideaal productieproces is voor veel toepassingen, variërend van prototyping tot de middelgrote productie van eindproducten, is het niet zonder gebreken. In dit gedeelte behandelen we de voordelen en beperkingen van dit subtractieve bewerkingsproces.
CNC-bewerking biedt uitstekende nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid. Zowel frezen als draaien kunnen onderdelen produceren met zeer strakke toleranties, wat CNC ideaal maakt voor high-end toepassingen zoals in de luchtvaart-, automobiel- en ruimtevaartindustrie. De meeste materialen die in CNC-bewerking worden gebruikt, hebben uitstekende en volledig isotrope fysieke eigenschappen en zijn geschikt voor de meeste technische toepassingen.
Over het algemeen is CNC-bewerking het kosteneffectiefste productieproces voor het produceren van lage tot middelgrote aantallen metalen onderdelen. Dit betekent dat je CNC kunt gebruiken voor enkele prototypes of tot 1.000 eenheden te produceren.
Hoewel deze voordelen CNC-bewerking aantrekkelijk maken voor ingenieurs, maakt de subtractieve aard van de technologie bepaalde complexere geometrieën zeer kostbaar of zelfs onmogelijk om te vervaardigen.
Vanuit financieel oogpunt is de opstartkosten van CNC-bewerking veel hoger dan die van 3D-printen. Als je goedkope prototypes van plastic wilt produceren, kan 3D-printen een betere optie zijn qua opzet.
Levertijden voor CNC-bewerking zijn meestal langer dan voor 3D-printen, aangezien de gemiddelde doorlooptijd voor CNC 10 dagen is, vergeleken met de veel kortere 2-5 dagen voor 3D-printen. CNC-machines zijn niet zo wijdverspreid beschikbaar als 3D-printers, omdat ze meer vakkennis vereisen om effectief te bedienen.
Wat zijn de vuistregels van Protolabs Network voor CNC-bewerking?
Laten we de belangrijkste parameters bespreken die in overweging moeten worden genomen voor CNC-bewerking van zowel metalen als kunststof maatwerkonderdelen.
Belangrijke CNC-parameter Wat Protolabs Network zegt
Dimensiegerichtheid Gemiddeld: ± 0,125 mm (.005’’) Maximaal: ± 0,02 mm (.0008’’)
Minimale wanddikte Metalen: 0,75 mm (0.030″) Kunststoffen: 1,5 mm (0.060″)
Maximale bouwgrootte Frezen: 2000 x 800 x 100 mm (78’’ x 32’’ x 40’’) Draaien: Ø 500 mm (Ø 20’’)
