Alles wat je wilt weten over verspanen, CAD & CAM

Geschreven door Arno de Knegt op 24-6-20 11:01

Waar gewerkt wordt vallen spaanders luidt het spreekwoord. Maar wat weet jij eigenlijk over verspanen? Er is veel bekend over verspanen en CAD - CAM software, maar al die informatie zorgt misschien ook wel voor de nodige verwarring. In dit artikel duiken we de diepte in met alles omtrent CNC verspanen.

Wat is verspanen?
In zijn algemeenheid betekent verspanen het verwijderen van materiaal waardoor er spanen (kleine deeltjes) van het originele materiaal afvallen. Door deze 'reductieve' bewerkingstechniek kan een verspaner het originele materiaal zo omvormen tot een gewenst eindresulaat. De term verspanen wordt voornamelijk toegepast in de metaalbewerking, maar dit geldt ook voor het bewerken van hout en kunststof. Er zijn verschillende methodes beschikbaar om te verspanen. De twee meest gebruikte technieken zijn frezen (milling) en draaien (turning). 

Frezen
Bij het frezen draait het gereedschap in een roterende beweging tegen het materiaal aan om kleine deeltjes te verwijderen. De meeste freesmachines zijn tegenwoordig CNC aangestuurd, dit betekent: Computer Numerical Control. Dit betekent dat de machine door een code aangestuurd wordt. Verschillende freestechnieken om bepaalde bewerkingen te voltooien zijn bijvoorbeeld boren, tappen en kotteren. 

CNC-frezen-verspanen

3-assig, 4-assig en 5-assig frezen
Afhankelijk van de complexiteit van de bewerking zijn er 3, 4 of 5 assen nodig. 

  • 3-assig: De 3-assige freesbank kent drie lineaire bewegingen, namelijk de X, de Y en de Z (zie afbeelding rechts). De frees beweegt zich over drie richtingen op deze assen, waarbij het product enkel van bovenaf wordt bewerkt. 
  • 4-assig: Hier gaat het om een 3-assige freesbank, maar dan met een as die kan roteren. Deze extra as kan worden gebruikt om het werkstuk te verdraaien.
  • 5-assig: Bij 5-assig frezen is de freesbank voorzien van een vijfde as. In deze as draait de gereedschapshouder naar links en rechts. Met een 5-assige machine bestaat de mogelijkheid om een product van vijf verschillende kanten te verspanen, zonder het materiaal uit de freesmachine te moeten halen.

Simultaan en geïndexeerd
Simultaan of geïndexeerd frezen geeft aan of de assen gelijktijdig moeten bewegen om tot een bepaalde vorm van het materiaal te komen. Bijvoorbeeld is het bij 5-assig simultaan frezen mogelijk om het materiaal vanuit vijf assen tegelijkertijd te verspanen zonder het materiaal uit de machine te halen. Deze methode wordt vaak ingezet om de meest complexe producten te bewerken en is de meest geavanceerde verspaningstechniek. 

Geïndexeerd frezen houdt in dat er onder een vooraf ingestelde hoek een bewerking wordt uitgevoerd. Om een geïndexeerde bewerking met de freesmachine te maken is het noodzakelijk om de richting van de rotatieassen vooraf te definiëren in het CAM systeem. Daarover later meer. 

Draaien
Een andere verspanende bewerking is draaien. Bij het draaien wordt het gereedschap vastgezet in de bank, en draait het materiaal in een roterende beweging tegen de beitel aan om het beginmateriaal te vormen tot eindproduct. 

Draaien-CNC

Het verschil tussen draaien en frezen
Samenvattend is het verschil tussen frezen en draaien als volgt; Bij frezen draait het gereedschap en ligt het materiaal stil. Bij draaien is dit andersom en draait dus het materiaal, waar het gereedschap stil staat.

Conventioneel verspanen
Wat betekent het dan wanneer een bedrijf kiest voor conventioneel verspanen? De betekenis van het woord conventioneel geeft aan dat het hier gaat om de klassieke manier. Bij deze techniek moet men op een handmatige manier de assen positioneren. Alle varianten van verspanen, zoals boren, frezen, kotteren en tappen kunnen onder de conventionele manier vallen.

conventioneel-verspanen

CNC verspanen
Naast conventioneel verspanen kennen we het zogeheten CNC verspanen. Dit staat voor Computer Numerical Control. CNC verspanen wordt vaak ingezet voor twee bewerkingstechnieken, namelijk draaien en frezen. Bij het frezen en draaien kan de vorm van materiaal snel en in sterke mate worden gewijzigd. Dat kan ook op de conventionele manier gebeuren, maar het gebeurt vaak op de computergestuurde manier vanwege het automatiseren van deze processen en de nauwkeurigheid van het eindresultaat.

Daarnaast is het mogelijk dat de CNC aangestuurde machine (wanneer de machine over deze functie beschikt) zelf het gereedschap verwisselt, zonder dat hier menselijke handen aan te pas komen. Investeren in automatiseren betekent tijdwinst en daar komt bij dat CNC verspanen een stuk minder arbeidsintensief is.

CAD & CAM
Stel je voor, een bedrijf wil een volledig metalen stuurwiel ontwikkelen voor een auto. Wat is hier dan voor nodig en wat is de toepassing van CAD/CAM?

1. Een idee wordt uitgewerkt binnen een CAD (Computer Aided Design) omgeving. Dit houdt in dat de oorspronkelijke schets in een 3D tekening wordt uitgewerkt. 

2. De engineer schakelt over naar zijn CAM (Computer Aided Manufacturing) omgeving en bepaalt zijn uitgangsmateriaal (het materiaal waar het stuur uit gefreesd moet worden). Binnen deze omgeving kan hij ook bepalen welk gereedschap hij wilt gaan gebruiken, wat de spindel snelheid moet zijn en hoe goed het werkstuk gekoeld moet worden. 

3. Om problemen te voorkomen kan de engineer een machinesimulatie maken binnen zijn CAM omgeving, waarbij virtueel wordt getest of de uiteindelijke bewerkingen een gewenst eindresultaat opleveren. 

ezgif.com-optimize (2)

4. Om de machine aan te sturen is een bepaalde code nodig. De code die een CAM pakket genereert staat beter bekend als G-code (of NC-code). Echter zijn er veel verschillende machines die niet allemaal dezelfde  (code)taal kunnen omzetten tot bewerkingen (in vakjargon de gereedschapspaden). Met een zogenaamde post-processor maakt CAM software de vertaling voor de machine. 

5. Tijd voor productie van het stuur. 


‘Investeren in automatiseren betekent tijdwinst en daar komt bij dat CNC verspanen een stuk minder arbeidsintensief is.’


De voordelen van een CAD - CAM systeem
Het gebruik van een CAD - CAM systeem brengt een aantal voordelen met zich mee, namelijk:

  • Productiefouten worden gereduceerd. Hierdoor wordt de productie in zijn algemeenheid geoptimaliseerd. 
  • Producten zijn goed te reproduceren vanwege de mogelijkheid data op te slaan.
  • Efficiëntie wordt verhoogd doordat het gehele productieproces met een CAD-CAM systeem via een vooraf bepaalde volgorde wordt uitgevoerd.

Wanneer het toevoegen van een CAD-CAM systeem is uitgevoerd kan vervolgens het volume van de productie verhoogd worden. Mocht het zo zijn dat er ergens in het proces een wijziging moet worden doorgevoerd is dat snel en eenvoudig te verrichten. Een organisatie die kiest voor een CAD-CAM systeem heeft de mogelijkheid sneller te schakelen wanneer de productie dit vraagt. 

machine-simulatie-cnc

Tevens is de volledige integratie tussen CAD en CAM software ook bevorderlijk voor het totale productieproces. Dit komt omdat wijzigingen in de CAD omgeving herkent worden door het CAM systeem. Een geïntegreerd CAD - CAM systeem is onder andere die van SOLIDWORKS met SolidCAM.


Historisch weetje

In 1949 financierde de Amerikaanse luchtmacht John T. Parsons om een geautomatiseerde machine te bouwen die beter kon presteren dan de huidige NC- Machines. Met wat hulp van Massachusetts Institute of Technology (MIT) was Parsons in staat om het eerste prototype te ontwikkelen.

Van daaruit begon de wereld van de CNC-bewerking op gang te komen. In de jaren vijftig kocht het Amerikaanse leger een NC-machine en leende deze uit aan fabrikanten. Het idee was om bedrijven te stimuleren de nieuwe technologie toe te passen in hun productieproces. In deze periode zagen we ook dat MIT de eerste universele programmeertaal voor CNC-machines ontwikkelde: de G-code.


CAD2M en CAD - CAM
CAD2M is reseller van een aantal CAD-CAM systemen en onderhouden een duurzame relatie met deze partijen. Naast dat u bij ons terecht kunt voor licenties SOLIDWORKS, SolidCAM, InventorCAM, SWOOD en DCAM ondersteunen wij u graag in het volledige proces van idee naar product. Dit doen we met behulp van de kennis van onze medewerkers. 

Verspanen met CAD2M

Geschreven door Arno de Knegt