CNC-bewerking met gecombineerd draaien en frezen is een productietechnologie waarin meerdere processen worden geïntegreerd, zoals draaien, frezen, en boren op dezelfde bewerkingsmachine, waardoor de bewerking in één enkele opspanning kan worden voltooid. Dit is met name geschikt voor onderdelen met complexe structuren en hoge precisie-eisen, en kan de bewerkingsnauwkeurigheid en de productie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren.
Voordelen van gecombineerde frees-draaibewerking:
Kortere opspantijden: één enkel werkstuk kan op dezelfde frees-draaimachine worden bewerkt, inclusief de bewerking van de buitendiameter, binnenste gat verspaning, bewerking van sleuven, boren en frezen van vlakken. Hierdoor worden meerdere pick-and-place-bewerkingen en positioneringsfouten voorkomen.
Hoge bewerkingsnauwkeurigheid: dankzij minder positioneringsfouten en een grotere stijfheid van de bewerkingsmachine zijn geometrische toleranties gemakkelijker te beheersen.
Kortere procesketen: Door het combineren van frezen en draaien worden de stappen van voorbewerking, halffinish en afwerking verminderd, waardoor een snellere levering mogelijk wordt.
Aanpassingsvermogen aan complexe geometrieën en moeilijk te bewerken materialen: Voor onderdelen met complexe geometrieën, onregelmatige gaten of dunwandige constructies bieden frees-draaimachines grotere voordelen dan traditionele, afzonderlijke draai- en freesmachines.
Casestudy: WELDO PTFE + 15% grafietfittingen
Hieronder volgt een typisch toepassingsvoorbeeld van WELDO Machining (WELDO) dat de praktische waarde illustreert van frees-draaibewerking bij onderdelen van ongelijksoortige composietmaterialen.
Montagemateriaal/specificaties
Materiaal: PTFE matrix + 15% grafiet vulstof (verbetert de slijtvastheid en de glij-eigenschappen)
Type onderdeel: Samengestelde constructie van bus en schijf, met kenmerken zoals buitendiameter, binnenboring, groeven en gefreesde oppervlakken
Aantal: Vanaf prototype voor serieproductie (ongeveer 10.000 stuks)
Bewerkingsmethode
WELDO maakt gebruik van een frees-draaicentrum om de volgende bewerkingen in één opspanning uit te voeren:
Voorbewerking van de buitendiameter (draaien)
Frezen en groeven maken in de buitendiameter
Vlakfrezen en boren
Oppervlakteafwerking en inspectie
Resultaten
Het aantal instellingen werd teruggebracht van 3 naar 1, waardoor de positioneringsfouten met ongeveer 30% werden verminderd.
De bewerkingscyclustijd werd met ongeveer 40% verkort.
De toleranties van de afgewerkte onderdelen worden binnen ±0,02 mm gehouden, en de oppervlakteruwheid bedraagt Ra ≤ 1,6 μm.
Het materiaal (PTFE + 15%-grafiet) vertoont complexe glij- en thermische uitzettingskenmerken; door het combineren van frezen en draaien wordt het risico op vervorming verminderd.
Waarom kiezen voor frezen en draaien?
Omdat dit onderdeel is vervaardigd uit een composietmateriaal van kunststof en grafietvulstof, is het tijdens de bewerking gevoelig voor thermische vervorming, snijtrillingen en microverplaatsingen. Dankzij de hoge stijfheid, de mogelijkheid om het werkstuk in één opspanning te bewerken en de koppeling van meerdere bewerkingsprocessen, die frees-draaimachines bieden, is het eenvoudiger om risico’s zoals thermische uitzetting en snijvervorming te beheersen. WELDO Ingenieurs wijzen erop: “Het uitvoeren van meerdere frees- en draaibewerkingen in één opspanning verhoogt niet alleen de efficiëntie, maar zorgt ook voor een aanzienlijk betere consistentie van de bewerking.”
Typische soorten onderdelen waarvoor dit product geschikt is:
Asonderdelen: Zoals aandrijfassen voor auto’s, spindels van werktuigmachines, rotorassen van motoren, enz. Bij deze onderdelen moeten vaak buitendiameters, schroefdraad en vlakken worden bewerkt. Met frees-draaibewerking kunnen meerdere bewerkingen in één opspanning worden uitgevoerd, waardoor coaxialiteit en nauwkeurigheid worden gewaarborgd.
Schijfremonderdelen: Waaronder vliegwielen, flenzen, kleppendeksels, enz. Het draaien van eindvlakken, het frezen van sleuven en het boren kunnen op dezelfde machine worden uitgevoerd, waardoor de omsteltijd wordt verkort.
Hulzen en ringvormige onderdelen:zoals cilinderbussen voor hydraulische cilinders, lagerbussen en ringen voor mechanische afdichtingen. Met frees-draaien kunnen binnen- en buitencirkelvlakken, oliegroeven en schroefdraden in één bewerking worden bewerkt, waardoor een hoge concentriciteit wordt gegarandeerd.
Ondervormige onderdelen:zoals constructieonderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, medische onderdelen en robotgewrichten. Vanwege hun complexe vormen, waaronder onderdelen met schuine gaten of gebogen oppervlakken, is meerassige bewerking vereist; door frezen en draaien kan een zeer nauwkeurige bewerking worden gerealiseerd.
Assen met schroefdraad of spievertanding:zoals tandwielassen en hydraulische stuurstangen. Bij traditionele methoden zijn meerdere bewerkingsmachines nodig, terwijl met frees-draaitechnologie in één bewerking kan worden gevormd, wat de efficiëntie aanzienlijk verbetert.
Toepassingen in de industrie van gecombineerde CNC-draai- en freesbewerkingen
Lucht- en ruimtevaart: Zeer nauwkeurige onderdelen, zoals turbineassen en koppelstukken.
Autobouw: Onderdelen waarbij consistentie van belang is, zoals aandrijfassen, flenzen en drijfstangen.
Medische hulpmiddelen: Onderdelen met een hoge oppervlaktekwaliteit, zoals klepkernen en implantaten.
Industriële apparatuur: Onderdelen waarbij de binnen- en buitendiameters concentrisch moeten zijn, zoals klephuizen en cilinderbussen.
Voorzorgsmaatregelen voor de gebruiker
Om een soepele, stabiele en efficiënte werking van de gecombineerde bewerking met draai- en freesmachines te garanderen, moeten operators op het volgende letten:
Kalibratie van bewerkingsmachines en ontwerp van opspanningsvoorzieningen: Zorg voor een uitstekende geometrische nauwkeurigheid van de werktuigmachines, een hoge stijfheid van de opspanning en een goede herhaalbaarheid van de positionering.
Programma-optimalisatie: Bij frees-draaibewerkingen wordt doorgaans gebruikgemaakt van meerassige/aangedreven gereedschappen, wat hoge eisen stelt aan de gereedschapscompensatie, de snijparameters en het beheer van het gereedschapsmagazijn. Het programma moet vooraf worden gecontroleerd en gesimuleerd.
Inzicht in materiaaleigenschappen: Net als in het bovenstaande geval met PTFE+grafiet verschillen de thermische uitzetting, de snijwarmte en de taaiheid van die van metalen, waardoor de juiste gereedschapscoatings en snijvoorwaarden moeten worden gekozen.
Instelling van de snijparameters: Bij het afwisselen van draaien en frezen op hetzelfde werkstuk moet rekening worden gehouden met de invloed van verschillende snijomstandigheden, snijrichtingen en de in- en uitgang van het gereedschap op de vervorming van het werkstuk.
Koeling/smeringbeheer: Vooral bij het snijden van composietmaterialen of met vulstoffen versterkte kunststoffen hebben de smeer- en koelomstandigheden een directe invloed op de oppervlaktekwaliteit en vervorming.
Bewaking van de temperatuur en vervorming van het werkstuk: Let bij continu bewerken op de temperatuurstijging en vervormingstrends van het werkstuk en maak indien nodig gebruik van tussentijdse of online meet- en regeltechnieken.
Veiligheid en bescherming van werktuigmachines: Tijdens het frees- en draaiproces vinden er tal van handelingen plaats, zoals het wisselen van gereedschap, het omkeren van de spilrichting en het inzetten van elektrisch gereedschap. Operators moeten letten op veiligheidsmaatregelen, de status van de automatische gereedschapswisseling en het voorkomen van botsingen.
Problemen en oplossingen
| Probleem | Oplossing |
| Meerdere bewerkingen en het wisselen van gereedschap leiden tot complexe programmering en een hoog risico op fouten. | Gebruik speciale CAM-software ter ondersteuning van frees-draaimachines, voer simulatiecontroles uit en stel veilige trajecten in om botsingen te voorkomen. |
| Vervorming van het werkstuk of thermische uitzetting tijdens één opspanning leidt tot een verminderde nauwkeurigheid. | Het ontwerp van de opspanningen optimaliseren (opspanningen ter beperking van vervorming, koelopspanningen), de snijtemperatuur regelen, gesegmenteerde bewerking uitvoeren en online meetgegevens terugkoppelen. |
| Materiaaleigenschappen (bijv. composietkunststoffen, met vulstoffen versterkte materialen) leiden tot slijtage van het gereedschap en onstabiele bewerking. | Kies gereedschap dat geschikt is voor het materiaal, stel de snijsnelheid en de aanvoer in, zorg voor extra smering of gebruik koelmiddelen, en houd de slijtage van het gereedschap in de gaten. |
| De complexe geometrie van het werkstuk en de moeilijke toegankelijkheid van het freesgebied. | Gebruik 5-assig of configuraties van elektrisch gereedschap, zodat het gereedschap moeilijk te bewerken plaatsen rechtstreeks kan bereiken, waardoor het aantal gereedschaps- en opspanwisselingen wordt verminderd. |
| Hoge investeringen in apparatuur en hoge kosten voor personeelsopleiding. | Ontwikkel een ROI-model, waarbij in eerste instantie een proef wordt uitgevoerd met gangbare onderdelen; train operators en programmeurs, en breid het programma vervolgens uit naarmate er meer ervaring is opgedaan. |
Samenvatting
De bewerking met een frees-draaicombinatie, een belangrijke trend in de moderne verspaningstechnologie, kan de bewerkingsefficiëntie, de nauwkeurigheid en de mogelijkheden voor het bewerken van complexe onderdelen aanzienlijk verbeteren. In de WELDO Uit de bovenstaande casestudy over PTFE- en grafietcomponenten blijkt welke meerwaarde een gecoördineerde werking met meerdere processen in één opstelling oplevert.
Als u soortgelijke onderdelen hebt die bewerkt moeten worden en u momenteel vooral let op bewerkingssnelheid, kwaliteit en kosten, dan kunt u neem contact met ons op voor hulp.
Veelgestelde vragen over gecombineerde bewerking met CNC-draai- en freesmachines
Welke soorten onderdelen zijn geschikt voor frees-draaibewerking?
Onderdelen die zowel draaiende elementen aan de buiten- en binnendiameter hebben als vlakke, gegroefde, geboorde en gefreesde elementen. Dit is met name geschikt voor onregelmatig gevormde onderdelen, dunwandige constructies, moeilijk te bewerken materialen en toepassingen waarbij meerdere bewerkingen in één opspanning moeten worden uitgevoerd.
Welke kostenbesparingen kunnen worden gerealiseerd door middel van frees-draaibewerking?
De belangrijkste besparingen zijn onder meer: minder instellingen, minder handmatige handelingen en minder tijd voor het wisselen van gereedschap en opspanningen, kortere bewerkingstijd en minder opspanningen. Bovendien zorgt de verbeterde nauwkeurigheid voor minder herbewerkingen en minder uitval, waardoor de kosten voor kwaliteitscontrole dalen.
Wat is het grootste risico in vergelijking met het traditionele, afzonderlijke draaien en frezen?
Het grootste risico is vervorming van het werkstuk of afwijkingen in de afmetingen als gevolg van een enkele fout bij het instellen of een onjuist ontwerp van de opspanning of de programmering. Ook een gebrekkige beheersing van het wisselen van gereedschap, de stijfheid van de machine en trillingen kunnen leiden tot kwaliteitsschommelingen.
Op welke parameters moeten operators zich concentreren bij het bewaken van het bewerkingsproces tijdens frees-draai-bewerkingen?
De volgende factoren moeten worden gecontroleerd: de toestand van het gereedschap (slijtage, breuk), de temperatuur van het werkstuk en de thermische uitzetting, trillingen van de bewerkingsmachine, de belasting van de spil, de snijkracht en de voedingssnelheid, de positioneringsstabiliteit van de opspanning en de feedback van online metingen. Als er sprake is van een temperatuurstijging of een neiging tot vervorming, moet de kalibratie onmiddellijk worden onderbroken.
