Een korte introductie tot CNC-technologie
CNC (Computer numerieke besturing) technologie is een hoeksteen van de moderne productie, nauwkeurig mogelijk maken, geautomatiseerde bewerkingsprocessen in verschillende industrieën.
CNC-technologiebewegingen zijn gebaseerd op de X, Y, en Z-assen. Het gereedschap wordt gepositioneerd met behulp van stappen- of servomotoren,
die inwerkt op de bewegingen op basis van de code verkregen uit het originele 3D-model van het onderdeel dat u wilt maken – de G-code genoemd.
Numerieke bedieningselementen beschrijven hoe snel de spil moet worden verplaatst (het roterende deel dat de gereedschapshouder ronddraait), welke richting te bewegen,
welk hulpmiddel je moet gebruiken (als de machine meerdere gereedschappen gebruikt en hiertussen kan schakelen), evenals andere factoren zoals het gebruik van koelvloeistof.
Hoe CNC-bewerking werkt?
CNC (Computer numerieke besturing) machining werkt door ontwerpgegevens van Computer-Aided Design te vertalen (CAD) bestanden om in gecodeerde opdrachten die door een machinecontroller worden begrepen.
Deze commando's instrueren de werktuigmachines over waar en hoe snel ze moeten bewegen.
De CNC-bewerking Proces: Van CAD tot onderdelen
Dit proces omvat verschillende stappen:
- Ontwerp: Het creëren van de specificaties van het onderdeel met CAD-software.
- Conversie: Het ontwerp transformeren naar G-code via CAM (Computerondersteunde productie) software.
- Installatie: Het voorbereiden van de machine, gereedschapspaden instellen, en het werkstuk op zijn plaats bevestigen.
- Bewerking: Het uitvoeren van de geprogrammeerde G-code op het materiaal.
- Nabewerking: Afwerkingen zoals ontbramen en oppervlaktebehandeling.
CNC-bewerking Materialen
1. Metalen in CNC-bewerking
Metalen behoren vanwege hun sterkte tot de meest bewerkte materialen, duurzaamheid, en scala aan eigendommen. Hier is een overzicht van de meest gebruikte metalen:
- Eigenschappen: Lichtgewicht, corrosiebestendig, en gemakkelijk te bewerken. Het biedt een goede balans tussen kracht en gewicht.
- Toepassingen: Lucht- en ruimtevaartcomponenten, auto-onderdelen, elektronische behuizingen, en medische apparaten.
- Populaire legeringen: 6061, 7075, En 2024 aluminium.
- Eigenschappen: Zeer goed bestand tegen corrosie, warmte, en slijtage, waardoor het duurzaam is, zelfs in ruwe omgevingen.
- Toepassingen: Apparatuur voor voedselverwerking, medische instrumenten, chemische containers, en auto-onderdelen.
- Populaire kwaliteiten: 304, 316, En 17-4 PH.
- Eigenschappen: Uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding, corrosiebestendigheid, en hoge temperatuurbestendigheid.
- Toepassingen: Lucht- en ruimtevaartcomponenten, medische implantaten, en auto-onderdelen.
- Populaire kwaliteiten: Cijfer 2 (commercieel zuiver) en Ti-6Al-4V (legering).
- Eigenschappen: Gemakkelijk te bewerken met goede sterkte en corrosiebestendigheid. Messing heeft ook een uitstekende elektrische geleidbaarheid.
- Toepassingen: Elektrische componenten, uitrusting, en decoratieve onderdelen.
- Populaire legeringen: C360 (gratis bewerking van messing).
- Eigenschappen: Uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid, waardoor het ideaal is voor elektronische componenten.
- Toepassingen: Elektrische connectoren, koellichamen, en radiatoren.
- Populaire legeringen: C110 (puur koper) en C182 (chroom koper).
Inconel
- Eigenschappen: Een superlegering die bekend staat om zijn vermogen om extreme temperaturen en hoge spanningsniveaus te weerstaan zonder te vervormen of te corroderen.
- Toepassingen: Onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart en gasturbines, maritieme toepassingen, en warmtewisselaars.
- Populaire kwaliteiten: Inconel 718 en Inconel 625.
2. Kunststoffen in CNC-bewerking
Plastic materialen worden vaak gekozen voor CNC-bewerking als ze licht van gewicht zijn, chemische bestendigheid of elektrische isolatie is nodig. Veelgebruikte kunststoffen zijn onder meer:
ABS (Acrylonitril-butadieen-styreen)
- Eigenschappen: Sterk, moeilijk, en slagvast. ABS is gemakkelijk te bewerken en wordt veel gebruikt in verschillende industrieën.
- Toepassingen: Auto-onderdelen, consumentenproducten, en elektronische behuizingen.
POM (Polyoxymethyleen of acetaal)
- Eigenschappen: Hoge stijfheid, lage wrijving, en uitstekende maatvastheid.
- Toepassingen: Versnellingen, lagers, en precisieonderdelen die lage wrijving vereisen.
Nylon
- Eigenschappen: Hoge sterkte en flexibiliteit met uitstekende slijtvastheid.
- Toepassingen: Mechanische onderdelen zoals tandwielen, lagers, en bussen.
KIJKJE (Polyether Ether Keton)
- Eigenschappen: Hoge mechanische sterkte, chemische weerstand, en thermische stabiliteit, waardoor het een van de meest duurzame kunststoffen is.
- Toepassingen: Lucht- en ruimtevaart, medisch, en auto-onderdelen, evenals elektrische isolatiedelen.
PTFE (Polytetrafluorethyleen of teflon)
- Eigenschappen: Lage wrijving, chemische weerstand, en hoge temperatuurbestendigheid.
- Toepassingen: Zeehonden, pakkingen, en antiaanbaklagen.
HDPE (Polyethyleen met hoge dichtheid)
- Eigenschappen: Duurzaam, lichtgewicht, en zeer goed bestand tegen schokken en vocht.
- Toepassingen: Tanks, leidingen, en snijplanken.
3. Composieten in CNC-bewerking
Composieten worden steeds vaker gebruikt voor CNC-bewerking vanwege hun hoge sterkte-gewichtsverhouding, corrosiebestendigheid, en duurzaamheid. Enkele populaire composietmaterialen zijn onder meer:
Met koolstofvezel versterkte polymeren (CFRP)
- Eigenschappen: Extreem sterk, lichtgewicht, en corrosiebestendig. Koolstofvezel wordt vaak gebruikt in toepassingen waar zowel sterkte als gewichtsvermindering van cruciaal belang zijn.
- Toepassingen: Lucht- en ruimtevaartcomponenten, sportuitrusting, en auto-onderdelen.
Glasvezelversterkte polymeren (GFRP)
- Eigenschappen: Hoge sterkte en stijfheid met uitstekende corrosieweerstand.
- Toepassingen: Windturbinebladen, auto-onderdelen, en bouwmaterialen.
4. Keramiek in CNC-bewerking
Hoewel minder gebruikelijk, keramiek wordt gebruikt vanwege hun uitzonderlijke hardheid, hittebestendigheid, en corrosiebestendigheid. Deze materialen worden vaak gekozen voor gespecialiseerde toepassingen:
Aluminiumoxide (Aluminiumoxide)
- Eigenschappen: Extreem hard en slijtvast, warmte, en corrosie.
- Toepassingen: Snijgereedschappen, elektrische isolatoren, en medische apparaten.
Zirkonia (Zirkoniumdioxide)
- Eigenschappen: Uitstekende taaiheid, thermische isolatie, en slijtvastheid.
- Toepassingen: Tandheelkundige implantaten, snijgereedschappen, en componenten voor hoge temperaturen.
Hoeveel kost CNC-bewerking?
De kosten voor CNC-bewerkingen worden beïnvloed door verschillende factoren, inclusief materiaalkeuze, ontwerpcomplexiteit, bewerkingstijd, keuze van gereedschapswerktuigen, productievolume, arbeidskosten, indirecte kosten, en sloop en herbewerking.
Materiaalkosten
Het type en de kosten van materialen hebben een aanzienlijke invloed op de CNC-bewerkingskosten.
Hoogwaardige legeringen, zoals titanium of roestvrij staal, zijn doorgaans duurder dan kunststoffen of zachtere metalen.
Aanvullend, de bewerkbaarheid van het materiaal beïnvloedt de kosten, omdat moeilijker te bewerken materialen mogelijk meer tijd en middelen vergen.
Ontwerpcomplexiteit
De complexiteit van het onderdeelontwerp heeft rechtstreeks invloed op de bewerkingskosten. Complexe geometrieën, strenge tolerantie-eisen,
en speciale ontwerpkenmerken kunnen geavanceerde bewerkingstechnieken en gespecialiseerd gereedschap vereisen, waardoor de kosten stijgen.
Bewerkingstijd
Bewerkingstijd, inclusief de werkelijke snijtijd en insteltijd voor gereedschapswisselingen en configuraties, draagt bij aan de kosten.
Langere bewerkingstijden leiden tot hogere kosten. Het optimaliseren van het bewerkingsproces en het verbeteren van de productie-efficiëntie kunnen de kosten verlagen.
Werktuigmachines
De selectie en het beheer van werktuigmachines hebben een aanzienlijke invloed op de kosten. De kosten van snijgereedschap, hun levensduur, en frequentie van vervanging hebben allemaal invloed op de totale bewerkingskosten.
De juiste gereedschapskeuze en het juiste onderhoud zijn van cruciaal belang voor kostenbeheersing.
Volume en batchgrootte
Productie in grote volumes kan de kosten per eenheid verlagen, omdat de vaste instelkosten over meer onderdelen worden gespreid.
Productie van kleine batches kan resulteren in hogere kosten per onderdeel vanwege de proportioneel grotere impact van de insteltijd.
Arbeidskosten
De lonen van bekwame operators en ingenieurs maken deel uit van de CNC-bewerkingskosten. Arbeidsintensieve handelingen of onderdelen met complexe vereisten kunnen extra arbeidskosten met zich meebrengen.
Indirecte kosten
Indirecte kosten die verband houden met CNC-bewerking, zoals facilitaire kosten, nutsvoorzieningen, en administratieve kosten, hebben ook invloed op de totale kosten.
Schrapen en herwerken
Effectieve kwaliteitscontrole- en inspectieprocessen kunnen de uitval en herbewerking tot een minimum beperken, wat tot kostenbesparingen leidt.
Hoe CNC-bewerkingskosten te verlagen/besparen?
Het verlagen van de kosten bij CNC-bewerkingen impliceert het optimaliseren van verschillende aspecten, van ontwerp tot uitvoering.
Hier volgen de belangrijkste strategieën om de CNC-bewerkingskosten effectief te beheren en te verlagen:
- Optimaliseer het ontwerp om de complexiteit te minimaliseren: Tijdens de ontwerpfase, vermijd kenmerken zoals dunne muren, diepe holtes, en scherpe hoeken van 90 graden, wat de bewerkingsmoeilijkheden en -kosten kan verhogen.
- Selecteer geschikte materialen: Kies materialen op basis van de functionele eisen van het onderdeel, het vermijden van overspecificatie, en kies voor materialen die gemakkelijker te bewerken en goedkoper zijn.
- Beperk de diepte van holtes en draden: Ontwerp met beperkte holtedieptes om de bewerkingstijd en -kosten te verminderen. Ook, houd de draadlengte minimaal om de noodzaak van gespecialiseerd gereedschap en extra kosten te vermijden.
- Vergroot de wanddikte: Dikkere wanden kunnen de bewerkingsstabiliteit verbeteren en de kosten verlagen. Voor metalen onderdelen, de voorgestelde minimale wanddikte is groter dan 0.8 mm, en voor kunststoffen, het is meer dan 1.5 mm.
- Gebruik standaard gereedschapsmaten: Ontwerp onderdelen die compatibel zijn met standaard CNC-gereedschapsgroottes om gereedschapswisselingen en bewerkingstijd te minimaliseren.
- Vermijd buitensporige toleranties: Tenzij absoluut noodzakelijk, vermijd het definiëren van nauwe toleranties, waardoor de complexiteit en kosten van de bewerking kunnen toenemen.
- Maak gebruik van batchproductie: Grotere bestelhoeveelheden kunnen de vaste kosten over meer onderdelen spreiden, het verlagen van de kosten per eenheid.
- Minimaliseer oppervlakteafwerking: Onnodige oppervlaktebehandelingen kunnen de kosten verhogen, ze moeten dus worden bepaald op basis van de werkelijke behoeften van het onderdeel.
- Investeer in automatisering en technologische innovatie: Uitgaven aan robotautomatisering en moderne CNC-technologieën kunnen de efficiëntie vergroten, arbeidskosten verlagen, en de productiekwaliteit verbeteren.
- Optimaliseer bewerkingsparameters: Door parameters zoals snijsnelheid nauwkeurig af te stemmen, voedingssnelheid, en spilsnelheid, u kunt de kwaliteit behouden en tegelijkertijd het energieverbruik en de kosten verlagen.
Soorten CNC-machines
CNC (Computer numerieke besturing) machines zijn er in allerlei soorten, elk ontworpen voor specifieke functies in de productie. Dit zijn de belangrijkste typen:
- CNC-frezen Machines: Wordt gebruikt om materiaal van een werkstuk te verwijderen met behulp van roterende snijgereedschappen. Ze kunnen complexe vormen en uiterst nauwkeurige onderdelen met meerdere assen produceren (tot 5 bijlen).
- CNC-draaibanken: Gespecialiseerd in het produceren van cilindrische onderdelen door het werkstuk te roteren terwijl een stationair snijgereedschap materiaal verwijdert. Ze zijn ideaal voor het vervaardigen van symmetrische componenten zoals assen en fittingen.
- CNC-plasmasnijders: Gebruik plasma (een geïoniseerd gas met hoge temperatuur) om door metalen zoals staal te snijden, aluminium, en messing. Ze worden doorgaans gebruikt in fabricagewerkplaatsen voor het snijden van plaatmetaal.
- CNC-lasersnijders: Gebruik een gerichte laserstraal om materialen met hoge precisie te snijden of te graveren. Ze zijn perfect voor ingewikkelde ontwerpen en worden vaak gebruikt in industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en elektronica.
- CNC-routers: Ontworpen om te snijden, snijwerk, en graveermaterialen zoals hout, kunststoffen, en zachte metalen. Ze worden vaak gebruikt in kasten, het maken van borden, en architecturale modellering.
- CNC-slijpmachines: Gebruik schuurschijven om oppervlakken af te werken of een fijne afwerking te bereiken. Deze machines zijn essentieel voor het realiseren van onderdelen met hoge tolerantie in industrieën zoals de automobiel- en ruimtevaartsector.
- CNC-machines voor elektrische ontlading (EDM): Gebruik elektrische ontladingen of vonken om metalen te vormen door materiaal van een werkstuk te eroderen. Ze zijn ideaal voor het creëren van complexe holtes of vormen in harde materialen zoals staal.
- CNC-waterstraalsnijders: Gebruik water onder hoge druk (Vaak gemengd met schuurmiddelen) materialen te snijden. Waterjets worden gebruikt voor het snijden van diverse materialen, inclusief metalen, kunststoffen, en steen, zonder warmte te genereren.
CNC-bewerkingscentrum vs. Gewone CNC-machine
CNC-machines hebben een revolutie teweeggebracht in de productie, en er zijn verschillende categorieën, zoals CNC-bewerkingscentra en gewone CNC-machines.
Terwijl beide precisie bieden, automatisering, en efficiëntie, ze dienen verschillende doelen en functies in het productieproces.
Laten we de belangrijkste verschillen tussen een CNC-bewerkingscentrum en een gewone CNC-machine opsommen.
1. Definitie en functionaliteit
- CNC-bewerkingscentrum: Een CNC-bewerkingscentrum is een geavanceerd proces, multifunctionele machine ontworpen voor een verscheidenheid aan bewerkingen, zoals frezen, boren, tikken, en saai, alles in één opstelling.
Het is sterk geautomatiseerd en uitgerust met een gereedschapsmagazijn voor automatische gereedschapswissels, waardoor het ideaal is voor complexe onderdelen en productieprocessen die uit meerdere stappen bestaan. - Gewone CNC-machine: Verwijst doorgaans naar basis-CNC-apparatuur zoals CNC-draaibanken of -frezen die zich richten op specifieke taken (bijv., draaien, frezen).
Deze machines zijn over het algemeen beperkter in functionaliteit, in staat om slechts één of twee handelingen tegelijk uit te voeren, met minder geautomatiseerde functies.
2. Gereedschapscapaciteit en veranderlijkheid
- CNC-bewerkingscentrum: Wordt geleverd met een automatische gereedschapswisselaar (ATC) waardoor meerdere gereedschappen tijdens werkzaamheden kunnen worden verwisseld zonder handmatige tussenkomst.
Dankzij deze functie kan de machine een breed scala aan taken uitvoeren in één enkele opstelling, waardoor de stilstandtijd drastisch wordt verminderd en de productie-efficiëntie wordt verhoogd. - Gewone CNC-machine: De meeste gewone CNC-machines vereisen handmatige gereedschapswisselingen, vooral lagere modellen.
Terwijl ze zorgen voor een nauwkeurige bewerking, het ontbreken van een ATC beperkt de veelzijdigheid en vereist een frequentere betrokkenheid van de operator, het vertragen van meerstapsprocessen.
3. Complexiteit van het werkstuk
- CNC-bewerkingscentrum: Ideaal voor zeer complexe werkstukken die meerdere bewerkingen vereisen.
Deze machines kunnen ingewikkelde geometrieën aan, schuine oppervlakken, en diepe holten, waardoor ze essentieel zijn voor industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart, automobiel, en productie van medische apparatuur. - Gewone CNC-machine: Meest geschikt voor eenvoudigere onderdelen en bewerkingen waarvoor geen meerdere bewerkingsstappen nodig zijn.
Deze machines zijn effectief voor minder gecompliceerde taken zoals draaien, eenvoudig frezen, of snijden.
4. Assen van beweging
- CNC-bewerkingscentrum: Bevat doorgaans mogelijkheden voor meerdere assen, zoals 3-assig, 4-as, of zelfs 5-assige bewerking.
Dit zorgt voor meer flexibele en dynamische bewegingen, waardoor de productie van complexe onderdelen mogelijk wordt zonder dat het werkstuk meerdere keren hoeft te worden verplaatst. - Gewone CNC-machine: Werkt over het algemeen op minder assen, zoals 2-assig of 3-assig.
Terwijl het nog steeds precies is, deze machines zijn beperkter als het gaat om het maken van onderdelen met gecompliceerde geometrieën of meerdere kenmerken.
5. Automatisering en efficiëntie
- CNC-bewerkingscentrum: Sterk geautomatiseerd met minimale input van de operator, in staat om continue productiecycli uit te voeren.
De integratie van ATC en meerdere assen verhoogt de efficiëntie van bewerkingsprocessen aanzienlijk. - Gewone CNC-machine: Vereist meer handmatige tussenkomst, vooral als het gaat om gereedschapswissels of het wisselen tussen bewerkingen.
Terwijl het efficiënt is voor specifieke taken, de algehele automatisering en productiviteit zijn lager in vergelijking met bewerkingscentra.
6. Toepassingen
- CNC-bewerkingscentrum: Op grote schaal gebruikt in industrieën waar complexe onderdelen met hoge precisie vereist zijn, zoals de lucht- en ruimtevaart, automobiel, en hightech productie.
De mogelijkheid om meerdere bewerkingen in één opstelling uit te voeren, bespaart tijd en vermindert fouten. - Gewone CNC-machine: Geschikt voor industrieën die eenvoudiger vereisen, minder complexe onderdelen, zoals algemene mechanische componenten, basisuitrusting, en schachten.
Deze machines zijn geschikt voor kleine werkplaatsen of taken waarbij de complexiteit het gebruik van een bewerkingscentrum niet rechtvaardigt.
Factoren die de prijs van een CNC-machine beïnvloeden
- Technologie
- Materiaalkosten
- Productiekosten
- Configuratie
- Merk- en kwaliteitsborging
- After-sales service
De complete prijsgids voor CNC-machines – in elke prijsklasse
De kosten van een CNC-machine kunnen sterk variëren, variërend van een paar honderd dollar tot enkele tientallen of zelfs honderdduizenden dollars.
Deze aanzienlijke prijsklasse wordt beïnvloed door verschillende factoren, inclusief het type CNC-machine, zijn grootte en stijfheid, vermogen en koppelmogelijkheden, het aantal assen, en extra functies.
CNC-machine | Prijs |
---|---|
CNC-router op hobbyniveau | $200 – $3000 |
Professionele CNC-router | $3K – $ 10.000 |
Industriële CNC-router | $40K – $ 200.000 |
Productie CNC-router | $200K – $ 400.000 |
CNC-frees op hobbyniveau | $2K – 7K |
Professionele CNC-frees | $7K – $ 50.000 |
Industriële 3-assige molen | $60K – $ 100.000 |
Industriële 5-assige molen | $200K – $ 500.000 |
Productie molen (Verticaal bewerkingscentrum) | > $500K |
CNC-draaibank op hobbyniveau | $2K – $ 12K |
Professionele 2-assige CNC-draaibank | $15K – $ 50.000 |
Industriële 2-assige CNC-draaibank | $60K – $ 100.000 |
Productie CNC-draaibank (Horizontaal bewerkingscentrum met 7-13 Bijlen) | > $500K |
Conclusie
CNC-technologie speelt een cruciale rol in de moderne productie, biedt ongeëvenaarde precisie, veelzijdigheid, en het vermogen om complexe componenten efficiënt te produceren.
Terwijl de initiële investering in CNC-machines en de lopende kosten hoog lijken, de voordelen op het gebied van kwaliteit, verminderde arbeid, en geautomatiseerde processen wegen vaak op tegen de kosten, vooral in industrieën die een hoge nauwkeurigheid vereisen.
Met voortdurende vooruitgang op het gebied van automatisering en mogelijkheden voor meerdere assen, CNC-technologie zal een belangrijke speler blijven in de toekomst van de productie.