Wat is een CNC-machine? Van handmatig bewerken tot moderne CNC-productie.

Een CNC-machine is een werktuigmachine die wordt bestuurd door een computerprogramma. In plaats van dat een operator het snijgereedschap handmatig beweegt, voert de machine geprogrammeerde instructies uit om frees-, boor-, draai- en andere bewerkingshandelingen te verrichten.

CNC staat voor Computer Numerical Control (computergestuurde numerieke besturing).

CNC-machines zijn tegenwoordig onmisbare apparatuur in de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart, de elektronica, de medische apparatuur, de industriële machinebouw, de productie van spuitgietmatrijzen en vele andere industrieën.

Maar voordat CNC-technologie bestond, moest bijna elke bewerkingsbeweging handmatig worden uitgevoerd.

In dit artikel leggen we uit wat een CNC-machine is, hoe CNC-technologie zich heeft ontwikkeld, hoe deze verschilt van traditionele handmatige bewerking en waarom CNC-bewerking belangrijk is bij het gieten van matrijzen en de productie van mallen.

Wat is een CNC-machine?

Een CNC-machine is een werktuigmachine die computerinstructies gebruikt om de beweging van het snijgereedschap, de werktafel en andere machineonderdelen te besturen.

Het programma vertelt de machine:

• Waar het snijgereedschap naartoe moet bewegen
• Hoe snel het gereedschap moet bewegen
• Hoe snel de spindel moet draaien
• Hoe diep het gereedschap moet snijden
• Wanneer het gereedschap moet starten of stoppen
• Wanneer een gereedschapswissel nodig is

Afhankelijk van de machineconfiguratie kan een CNC-machine bewerkingen uitvoeren zoals:

• Frezen
• Draai
• Boren
• Tapping
• Boren
• Ruimen
• Contourbewerking
• Driedimensionale oppervlaktebewerking

Doordat de machine een geprogrammeerd gereedschapspad volgt, kan deze herhaaldelijk onderdelen produceren met consistente afmetingen en complexe geometrieën.

Hoe machinale bewerking werkte vóór CNC-bewerking

Voordat CNC-machines op grote schaal werden gebruikt, vertrouwden productiebedrijven voornamelijk op conventionele werktuigmachines, waaronder:

• Handmatige draaibanken
• Handmatige freesmachines
• Handmatige boormachines
• Handmatige slijpmachines

Deze machines beschikten al over veel van dezelfde basismechanische componenten die ook in moderne CNC-apparatuur te vinden zijn, zoals de spindel, de werktafel, het snijgereedschap en de machine-assen.

Het belangrijkste verschil zat hem in de controlemethode.

Bij een traditionele handmatige machine bestuurde de operator de beweging door aan handwielen te draaien en schaalverdelingen af ​​te lezen. De operator moest handmatig de X-, Y- en Z-richting regelen en tegelijkertijd de snijdiepte, de aanvoersnelheid en de maatnauwkeurigheid inschatten.

Een zeer ervaren machinebankwerker kon met deze methode zeer nauwkeurige onderdelen produceren. De uiteindelijke kwaliteit hing echter sterk af van de vaardigheid, concentratie en ervaring van de operator.

Waarom handmatige werktuigmachines beperkt waren

Handmatige bewerking speelde een belangrijke rol in de industriële ontwikkeling, maar kende wel een aantal beperkingen.

Lagere productie-efficiëntie

Elke snijbeweging moest door de operator worden uitgevoerd of gecontroleerd.

Bij het bewerken van een complex onderdeel moest de operator gedurende het hele proces uiterst geconcentreerd blijven. Dit verhoogde de arbeidsbehoefte en beperkte de productiesnelheid.

Inconsistente kwaliteit van onderdelen

Zelfs wanneer dezelfde operator hetzelfde onderdeel vervaardigde, konden er kleine maatverschillen optreden tussen het eerste en het laatste onderdeel.

De verschillen zouden duidelijker zichtbaar kunnen worden wanneer een andere operator het proces overneemt.

Moeilijkheden bij het bewerken van complexe vormen

Een complex gebogen oppervlak kan vereisen dat twee of meer machine-assen gelijktijdig en nauwkeurig bewegen.

Dit soort gecoördineerde bewegingen is handmatig extreem moeilijk te realiseren. CNC-besturing maakt het mogelijk om deze bewegingen automatisch te berekenen en te controleren.

Sterke afhankelijkheid van ervaren operators

Handmatig bewerken is sterk afhankelijk van de ervaring van de machinist.

Vakkundige operators blijven waardevol in de moderne maakindustrie, maar CNC-technologie maakt het mogelijk om hun bewerkingskennis om te zetten in herhaalbare programma's en gestandaardiseerde processen.

De geboorte en ontwikkeling van CNC-technologie

De ontwikkeling van numerieke besturingstechnologie werd gedreven door de vraag naar nauwkeurigere en complexere componenten, met name in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Vliegtuigconstructies, turbineonderdelen en andere hoogwaardige onderdelen kunnen niet efficiënt in grote hoeveelheden worden geproduceerd met uitsluitend handmatige bewerkingsmethoden.

1952: De eerste numeriek gestuurde freesmachine

In 1952 ontwikkelden het Massachusetts Institute of Technology en Parsons Corporation een van de eerste praktische numeriek gestuurde freesmachines.

Het systeem gebruikte geperforeerde papieren tape om coördinatengegevens op te slaan.

De machine las de gatenpatronen op de tape en zette de informatie om in elektrische signalen. Deze signalen stuurden de motoren aan en bewogen de machine-assen automatisch.

Dit is de oorsprong van de term numerieke besturing : getallen en coördinaten werden gebruikt om de beweging van de machine te besturen.

Jaren 1950-1960: Vroege elektronische besturing

De eerste numerieke besturingssystemen maakten gebruik van vacuümbuizen en complexe elektronische componenten.

De systemen waren groot, duur en werden voornamelijk gebruikt in de militaire en ruimtevaartindustrie.

Jaren 1970: Computers doen hun intrede in numerieke besturing.

Naarmate er kleinere computers beschikbaar kwamen, vervingen deze geleidelijk veel van de vroegere, bedrade controllers.

Programma's konden gemakkelijker worden opgeslagen en aangepast, waardoor het minder vaak nodig was om een ​​nieuwe ponsband te maken wanneer een bewerkingsprogramma veranderde.

Deze ontwikkeling legde de basis voor het moderne concept van computergestuurde numerieke besturing , ofwel CNC.

Jaren 1980-1990: CNC werd op grote schaal beschikbaar

Dankzij de vooruitgang in microprocessoren zijn de kosten en de omvang van CNC-besturingssystemen aanzienlijk gedaald.

Gespecialiseerde fabrikanten van CNC-besturingen ontwikkelden betrouwbaardere en gebruiksvriendelijkere systemen, waardoor CNC-machines op veel grotere schaal in algemene productiebedrijven konden worden ingezet.

Van de jaren 2000 tot nu: CNC en slimme productie

Moderne CNC-machines bieden mogelijkheden zoals:

• Bewerking op hoge snelheid
• Meerassige besturing
• Automatische gereedschapswisseling
• Bewaking van gereedschapslijtage
• Meting tijdens het proces
• Netwerkprogramma-overdracht
• Productiegegevensverzameling
• Integratie met CAD- en CAM-software
• Automatisering en robotgestuurd laden

CNC-machines zijn niet langer alleen geautomatiseerde snijmachines. Het zijn belangrijke productie-eenheden binnen moderne digitale en intelligente productiesystemen.

Handmatig bewerken versus CNC-bewerken

Vergelijk	Handmatige bewerking	CNC Machining
Machinebeweging	Bediening door de operator	Bestuurd door een computerprogramma
Productie efficiëntie	Lager voor repetitieve productie	Geschikt voor middelgrote en grote productievolumes.
Herhaalbaarheid	Sterk afhankelijk van de vaardigheid van de operator.	Hoge herhaalbaarheid na procesvalidatie
Complexe oppervlakken	Moeilijk te vervaardigen	Meerassige bewerking is mogelijk.
Instelkosten	Vaak lager voor eenvoudig, eenmalig werk.	Programmering en voorbereiding van de armaturen zijn vereist.
Productieconsistentie	Meer afhankelijk van de operator	Stabieler en gestandaardiseerder
Programma-opslag	Niet van toepassing	Programma's kunnen worden opgeslagen en hergebruikt.
Beste applicatie	Reparatie, eenvoudige onderdelen en werk in kleine series.	Nauwkeurige, complexe en herhaalbare productie

Handmatige bewerking is niet verdwenen.

Het blijft nuttig voor reparatiewerkzaamheden, machine-afstelling, prototype-aanpassingen en bepaalde eenvoudige componenten. CNC-bewerking biedt echter duidelijke voordelen wanneer het project herhaalbaarheid, complexe geometrie en stabiele serieproductie vereist.

Wat is het verschil tussen NC en CNC?

NC en CNC zijn verwant, maar niet precies hetzelfde.

Item	NC	CNC
Voor- en achternaam	Numerieke besturing	Computer numerieke controle
Controle systeem	Hoofdzakelijk bekabelde elektronische besturing	Computergestuurde besturing
Programma-opslag	Meestal gaat het om externe media zoals geperforeerde tapes.	Opgeslagen in de controller of digitaal overgedragen.
Programma-bewerking	Moeilijk en tijdrovend	Programma's kunnen worden bewerkt en geoptimaliseerd.
Flexibiliteit	Beperkt	Hoge
Netwerkcapaciteit	Over het algemeen niet beschikbaar	Programma's en gegevens kunnen via netwerken worden overgedragen.
Huidig ​​gebruik	Voornamelijk historische of gespecialiseerde systemen	Standaardtechnologie in moderne werktuigmachines

NC was de vroege vorm van numerieke besturing.

CNC is ontwikkeld uit NC door de introductie van computergestuurde besturing. Hierdoor konden bewerkingsprogramma's gemakkelijker worden opgeslagen, bewerkt, gekopieerd en overgedragen.

Tegenwoordig is de meeste apparatuur die "numeriek gestuurde machine" wordt genoemd, in feite een CNC-machine.

Het is ook belangrijk te begrijpen dat een bewerkingscentrum een ​​type CNC-machine is , doorgaans uitgerust met een automatische gereedschapswisselaar en in staat om meerdere bewerkingshandelingen in één opspanning uit te voeren.

Hoe werkt een CNC-machine?

Hoewel CNC-machines zeer geavanceerd kunnen zijn, kan hun basiswerkproces in verschillende stappen worden onderverdeeld.

1. Bekijk de onderdeeltekening.

Het engineeringteam bekijkt eerst de 2D-tekening of het 3D-model.

Belangrijke informatie omvat:

• Materiaal
• Afmetingen
• Toleranties
• Oppervlakte eisen
• Specificaties voor gaten en schroefdraad
• Datumlocaties
• Inspectie-eisen

2. Plan het bewerkingsproces

De ingenieur stelt vast:

• Welke oppervlakken moeten worden bewerkt?
• De bewerkingsvolgorde
• Opspaninrichting en opspaninrichting ontwerp
• Selectie van snijgereedschap
• Snijparameters
• Inspectiemethoden

3. Maak het CNC-programma aan

Voor eenvoudige onderdelen kan het programma direct op de CNC-controller worden geschreven.

Voor complexe onderdelen wordt doorgaans CAM-software gebruikt om het gereedschapspad te creëren en te simuleren.

Het voltooide programma bevat commando's voor machinebeweging, spindelsnelheid, voedingssnelheid, gereedschapsselectie en andere bewerkingen.

4. Stel de machine in

De operator installeert het werkstuk, de opspaninrichting en het snijgereedschap.

Ook het juiste werkcoördinatensysteem en de juiste gereedschapscompensaties moeten worden vastgesteld.

Een onjuiste instelling kan leiden tot maatafwijkingen, gereedschapsschade of zelfs een botsing.

5. Voer het bewerkingsprogramma uit.

De CNC-controller leest het programma en beweegt de machine-assen volgens de geprogrammeerde instructies.

De machine voert automatisch de benodigde snijhandelingen uit.

6. Inspecteer het afgewerkte onderdeel

Na de bewerking wordt het onderdeel geïnspecteerd met behulp van geschikte meetapparatuur.

Afhankelijk van het project kan de inspectie het volgende omvatten:

• Schuifmaat
• micrometers
• Hoogtemeters
• Draadmeters
• Coördinaten meetmachines
• Oppervlakteruwheidstesters
• Op maat gemaakte inspectie-armaturen

CNC-bewerking in de matrijzenbouw en de productie van mallen

CNC-bewerking is met name belangrijk in de spuitgietindustrie.

Een spuitgietonderdeel wordt gevormd door gesmolten metaal onder druk in een stalen mal te injecteren. Hoewel het gietproces onderdelen met een vorm die dicht bij de uiteindelijke vorm ligt kan opleveren, is CNC-bewerking nog steeds nodig, zowel tijdens de fabricage van de mal als tijdens de productie van het onderdeel.

CNC-bewerking voor spuitgietmatrijzen

Een spuitgietmal bevat veel precisieonderdelen, waaronder:

• Schimmelholtes
• Kerninzetstukken
• Slides
• Heftoestellen
• Uitwerpercomponenten
• Runner-systemen
• Overloopgebieden
• Koelkanalen
• Insteekvakken
• Scheidingsvlakken

Deze onderdelen moeten worden vervaardigd met gecontroleerde afmetingen en een nauwkeurige uitlijning.

CNC-frezen, boren, slijpen, EDM en draadsnijden kunnen allemaal worden gebruikt tijdens het productieproces van de matrijs.

De nauwkeurigheid van de mal heeft directe invloed op:

• Gietafmetingen
• Mismatch in scheidingslijn
• Flitsvorming
• Oppervlak uiterlijk
• Montage prestaties
• Mold leven
• Productiestabiliteit

CNC-bewerking voor gegoten onderdelen

Spuitgieten kan efficiënt complexe metalen onderdelen produceren, maar bepaalde details worden doorgaans pas na het gieten aangebracht.

Typische CNC-gefreesde onderdelen zijn onder andere:

• Precisie gaten
• Schroefdraad gaten
• Lagerposities
• Afdichtende oppervlakken
• Montagereferentiepunten
• Connectorinterfaces
• Vlakke montageoppervlakken
• Diameters met hoge tolerantie

Een aluminium behuizing kan bijvoorbeeld worden gegoten met de belangrijkste externe vorm, ribben en interne structuur. CNC-bewerking kan vervolgens worden gebruikt om het afdichtingsvlak af te werken, montagegaten te boren en schroefdraadverbindingen te frezen.

Deze combinatie biedt de productie-efficiëntie van spuitgieten en de maatnauwkeurigheid van CNC-bewerking.

Waarom procesplanning belangrijk is

CNC-bewerking moet al in een vroeg stadium van het DFM-proces worden overwogen, en niet pas nadat de matrijs al klaar is.

Het engineeringteam moet het volgende evalueren:

• Bewerkingstoeslagen
• Gietreferentiepunten
• Locaties van de armaturen
• Klemvervorming
• Risico op poreusheid in bewerkte gebieden
• Toegang tot gereedschap
• Bewerkingsvolgorde
• Inspectie-eisen

Een goede planning kan de bewerkingstijd, het afvalpercentage en onnodige productiekosten verlagen.

CNC-bewerking bij Cast Mold

Bij Cast Mold ondersteunt CNC-bewerking zowel de productie van spuitgietmatrijzen als de nabewerking van spuitgietonderdelen van aluminium en zinklegeringen.

Ons geïntegreerde productieproces kan het volgende omvatten:

1. DFM-beoordeling
2. Moldflow-analyse
3. Ontwerp van spuitgietmatrijzen
4. Matrijzenbouw
5. Schimmelproef en monstername
6. Aluminium of zink spuitgieten
7. CNC-bewerking
8. oppervlaktebewerking
9. Inspectie en verpakking

Door gieten, gereedschap maken en CNC-bewerking in samenhang te beschouwen, kunnen we potentiële productierisico's eerder identificeren en een stabieler productieproces ontwikkelen.

Conclusie

Een CNC-machine gebruikt computerprogramma's om de bewegingen en snijbewerkingen van de machine te besturen.

Vergeleken met traditionele handmatige bewerkingstechnieken biedt CNC-technologie een betere herhaalbaarheid, een hogere productie-efficiëntie en de mogelijkheid om complexere onderdelen te produceren.

De ontwikkeling van vroege numerieke besturingssystemen naar moderne meerassige CNC-bewerking heeft een belangrijke rol gespeeld in de groei van precisieproductie.

Bij de productie van spuitgietmatrijzen wordt CNC-bewerking niet alleen gebruikt voor het vervaardigen van nauwkeurige matrijzen, maar ook voor het afwerken van cruciale details op gietstukken van aluminium en zinklegeringen.

Voor de beste resultaten dienen spuitgieten, matrijsontwerp en CNC-bewerking als één compleet productieproces te worden beschouwd.