10 soorten CNC-machines

Wat is een CNC-machine?

Een CNC-machine is een machine die door een computerprogramma kan worden bestuurd. Deze machine kan automatisch diverse complexe bewerkingstaken uitvoeren volgens vooraf ingestelde programma's. CNC is de afkorting van "Computer Numerical Control", oftewel computergestuurde numerieke besturing.

CNC-bewerking is een subtractief productieproces waarbij computergestuurde werktuigmachines materiaal van het werkstuk verwijderen om onderdelen te produceren. Normaal gesproken plannen CNC-werktuigmachines automatisch het bewerkingspad op basis van een driedimensionaal CAD-model en sturen ze het gereedschap aan om langs dit pad te snijden en zo de gewenste vorm van het onderdeel te verkrijgen.

Dit artikel introduceert de verschillende soorten CNC-bewerkingsmachines en legt uit hoe ze werken.

1. CNC-router

Een CNC-router is vergelijkbaar met een CNC-freesmachine, maar wordt over het algemeen gebruikt voor het bewerken van zachtere materialen en is doorgaans minder nauwkeurig dan CNC-freesmachines. CNC-routers staan ​​bekend om hun vermogen om met behulp van computergestuurde numerieke besturing (CNC) spindel- en gereedschapspaden te frezen voor het ontwerpen en vormen van materialen zoals hout, staal, schuim, composieten, aluminium en kunststof.

CNC-routers bestaan ​​doorgaans uit stappenmotoren, stappenmotorstuurprogramma's, een mechanische basis, een spindel, besturingseenheden en een voeding. CNC-routers helpen afval te verminderen, de productiviteit en nauwkeurigheid te verhogen en producten sneller te produceren.

2. CNC-boormachine

 Een CNC-boormachine wordt gebruikt voor bewerkingsprocessen waarbij cilindrische gaten in een werkstuk moeten worden geboord. De machine maakt gebruik van roterende boren waarvan het ontwerp ervoor zorgt dat het metaalafval, ook wel spanen genoemd, tijdens het boren van het gat van het werkstuk afvalt.

Er zijn verschillende gangbare soorten boren die gebruikt kunnen worden met een CNC-boormachine, elk geschikt voor verschillende toepassingen. Voorbeelden zijn centreerboren voor het starten van gaten, pendelboren voor het boren van diepe gaten, schroefboren voor nauwkeurige gaten en ruimers voor het afwerken van gaten tot de gewenste grootte.

Net als andere CNC-machines gebruikt een CNC-boormachine computergestuurde numerieke besturing (CNC) om het boorproces te automatiseren. De machine stuurt de positie en beweging van de boor aan volgens geprogrammeerde gereedschapspaden. Dit maakt het mogelijk om nauwkeurig en consistent meerdere gaten in een werkstuk te boren. CNC-boormachines zijn handig wanneer grote aantallen onderdelen identieke gatenpatronen of -afmetingen moeten hebben die via geautomatiseerde boorprocessen geproduceerd moeten worden.

3. CNC-draaibank

Een CNC-draaibank wordt gebruikt voor bewerkingsprocessen waarbij roterende werkstukken worden gedraaid of gevormd. De machine maakt gebruik van enkelpunts snijgereedschappen waarvan het ontwerp varieert afhankelijk van de specifieke draaibewerking, zoals voorbewerken, nabewerken, vlakken, schroefdraad snijden, vormen, ondersnijden, afsteken en groeven.

De CNC-draaibank automatiseert het draaiproces door middel van computergestuurde numerieke besturing. De machine stuurt de positie en beweging van het snijgereedschap aan volgens geprogrammeerde gereedschapspaden. Hierdoor kunnen complexe vormen en geometrieën met precisie en herhaalbaarheid uit cilindrische werkstukken worden vervaardigd.

Er bestaan ​​verschillende soorten CNC-draaibanken, geschikt voor diverse toepassingen. Veelvoorkomende typen zijn revolverdraaibanken, geschikt voor massaproductie met automatische gereedschapswisseling, motordraaibanken voor algemeen draaiwerk en speciale draaibanken, ontworpen voor specifieke geometrieën of materialen.

Het CNC-draaiproces verhoogt de productiviteit ten opzichte van handmatige draaibanken doordat het onbemand gebruik mogelijk maakt en de productie van meerdere onderdelen volgens exacte specificaties toestaat. CNC-draaibanken zijn met name nuttig in de automobiel-, luchtvaart- en precisie-industrie, waar een groot aantal gedraaide componenten nauwkeurig en efficiënt bewerkt moet worden.

4. 5-assige CNC-machine

Een 5-assige CNC-machine vergroot de mogelijkheden van traditionele 3-assige freesmachines door twee extra rotatieassen toe te voegen, waardoor het mogelijk wordt om complexe geometrieën in één enkele opspanning te bewerken.

Naast de drie lineaire assen (X, Y, Z) voor het positioneren van het snijgereedschap, beschikt een 5-assige CNC-machine over twee extra rotatieassen bij de snijspindel of een kantel-/draaitafel. Dit biedt twee extra vrijheidsgraden voor het positioneren van het werkstuk.

Door de werkstukhouder (draaitafel) te kantelen en te roteren, maakt de 5-assige machine het mogelijk voor het snijgereedschap om vijf vlakken van een prismatisch werkstuk onder een hoek van 90 graden te bewerken zonder het werkstuk tussen de bewerkingen opnieuw te hoeven positioneren.

De twee extra roterende assen (doorgaans A-as en C-as genoemd) verbeteren de bewerkingsefficiëntie aanzienlijk doordat meerdere opspan- en instelstappen overbodig worden. Complexe geometrieën, zoals gebeeldhouwde vormen, kunnen op een 5-assige CNC-machine in één enkele opspanbeurt volledig worden bewerkt.

Het vindt brede toepassing in de lucht- en ruimtevaart, de matrijzenindustrie en de medische sector, waar complexe onderdelen veel voorkomen. 5-assige CNC-bewerking wordt ook vaak gebruikt voor beeldhouwen vanwege de mogelijkheid om vrije-vormoppervlakken te bewerken.

5. CNC-freesmachine

Een CNC-freesmachine gebruikt roterende meerpuntssnijgereedschappen om werkstukken nauwkeurig vorm te geven en te bewerken. Veelgebruikte freesgereedschappen zijn vingerfrezen, spiraalfrezen en afschuinfrezen, die afhankelijk van de specifieke freesbewerking horizontaal of verticaal kunnen worden geplaatst.

De CNC-freesmachine automatiseert het freesproces door middel van computergestuurde numerieke besturing (CNC). De machine stuurt de positie en het bewegingspad van het snijgereedschap aan volgens geprogrammeerde gereedschapspaden. Hierdoor kunnen complexe profielen en geometrieën met precisie en herhaalbaarheid uit ruwe materialen of gietstukken worden geproduceerd.

CNC-freesmachines, ook wel freesmachines of frezen genoemd, zijn verkrijgbaar in zowel horizontale als verticale uitvoering. Basis-CNC-freesmachines bieden drie lineaire bewegingsassen (X, Y, Z), terwijl meer geavanceerde modellen extra roterende assen hebben voor betere toegankelijkheid.

De meest voorkomende typen CNC-freesmachines zijn handfreesmachines voor kleine onderdelen, vlakke of verticale freesmachines voor algemene bewerkingen, universele freesmachines die geschikt zijn voor diverse bewerkingen en omniversale freesmachines die maximale flexibiliteit bieden dankzij vier of vijf assen.

Het CNC-freesproces verhoogt de productiviteit ten opzichte van handmatige freesmachines. Het maakt onbemande massaproductie van gefreesde componenten met nauwe toleranties mogelijk. CNC-freesmachines worden veelvuldig gebruikt in de maakindustrie voor het bewerken van onderdelen van metalen, kunststoffen, hout, composieten en meer.

6. Lasersnijmachine (CNC-machine)

 Een CNC-lasersnijmachine gebruikt een krachtige laser om materialen te snijden door ze te smelten, te verbranden of te verdampen. Hierdoor kunnen complexe patronen en profielen nauwkeurig worden gesneden.

De belangrijkste soorten industriële lasers die in lasersnijmachines worden gebruikt, zijn onder andere:

- CO2-lasers: Een van de meest voorkomende gaslasers die een mengsel van koolstofdioxide en gas gebruiken. Geschikt voor het snijden van niet-metalen zoals hout, kunststoffen en textiel. Kan ook sommige soorten zacht staal snijden.

- Vastestoflasers: Meestal yttriumaluminiumgranaat (YAG)-lasers die neodymium als actief element gebruiken. Krachtiger dan CO2-lasers en geschikt voor het snijden van dikkere en hardere metalen.

- Vezellasers: Een nieuwer type solid-state laser met een superieure straalkwaliteit. Zeer efficiënt voor precisiebewerkingen in metaal.

CNC-lasersnijmachines sturen de laserstraal aan volgens geprogrammeerde gereedschapspaden met behulp van XY-portalen en CNC-besturing. Gangbare werkformaten variëren van desktopmachines tot grootformaatmachines.

De laser zorgt voor een schone snede met hoge precisie en een minimale warmte-beïnvloede zone. Hiermee kunnen complexe sneden in een breed scala aan materialen worden gemaakt. Lasersnijden wordt veel gebruikt in de productie, prototyping en de auto- en luchtvaartindustrie.

7. Plasmasnijmachine (CNC-machine)

Een CNC-plasmasnijmachine gebruikt een plasmatoorts om elektrisch geleidende materialen te snijden. Het werkt door een gas met hoge snelheid, zoals zuurstof of lucht, door een mondstuk te leiden en een elektrische boog onder de toorts te vormen die het gas ioniseert tot een geleidende plasmastroom.

De plasmastroom brengt vervolgens de warmte en elektriciteit over op het werkstukmateriaal, waardoor het materiaal wordt doorgesneden door smelten en verdampen. Veelgebruikte materialen voor plasmasnijden zijn onder andere staal, roestvrij staal, aluminium, messing en koper.

Bij een CNC-plasmasnijmachine wordt de plasmatoorts door het CNC-systeem aangestuurd volgens geprogrammeerde gereedschapspaden. Dit maakt nauwkeurig, computergestuurd snijden van complexe 2D- en 3D-vormen uit metaal mogelijk.

Belangrijke kenmerken van CNC-plasmasnijmachines zijn het vermogen om dikke plaatmaterialen te snijden, een goede snijkwaliteit met minimale warmte-beïnvloede zones en hoge snijsnelheden. Ze zijn uitermate geschikt voor fabricage-, onderhouds- en reparatietoepassingen.

Het CNC-systeem biedt geautomatiseerde, herhaalbare sneden en maakt bediening zonder menselijk personeel mogelijk. Plasmasnijden wordt veel gebruikt in industrieën zoals de automobielindustrie, de maakindustrie, de scheepsbouw en de bouw voor het snijden, afschuinen en gutsen van metalen onderdelen en componenten.

8. CNC-machine met elektrische ontlading

Een CNC-machine met elektrische ontlading, ook wel EDM (electric discharge machining) of vonkerosie-CNC-machine genoemd, maakt gebruik van het thermo-elektrische proces van elektrische vonken om elektrisch geleidende materialen te snijden.

Het werkt door middel van elektrische vonken die worden opgewekt door een spanningsverschil tussen twee elektroden – een gereedschapselektrode en het werkstukmateriaal – waardoor kleine hoeveelheden materiaal worden weggesmolten en verdampt. Gedemineraliseerd water wordt gebruikt om het vuil weg te spoelen.

Bij een EDM CNC-machine is de gereedschapselektrode verbonden met het CNC-systeem en wordt deze nauwkeurig gepositioneerd en bestuurd volgens geprogrammeerde gereedschapspaden. Hierdoor kunnen complexe 3D-vormen worden gefreesd uit harde metalen en legeringen die met traditionele methoden moeilijk te bewerken zijn.

Enkele belangrijke voordelen van EDM CNC-machines zijn de mogelijkheid om zeer harde materialen te bewerken, onderdelen met een zeer hoge nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking te produceren en complexe interne holtes en profielen te frezen.

Veelvoorkomende toepassingen zijn mallen, matrijzen, ruimtevaartonderdelen en chirurgische implantaten, omdat het proces contactloos is en minimale mechanische krachten op het werkstuk uitoefent. CNC-machines voor EDM (Electrical Discharge Machining) zijn zeer geschikt voor de productie van complexe onderdelen in kleine series.

9. Hieronder volgen de belangrijkste punten over een CNC-slijpmachine:

1. Een CNC-slijpmachine gebruikt een roterende slijpschijf om metalen onderdelen te snijden en vorm te geven door middel van mechanisch slijpen.
2. - De schurende slijpschijf, meestal gemaakt van diamant of CBN (kubisch boornitride), verwijdert kleine metaalsplinters wanneer deze in contact komt met het werkstuk. Nauwkeurige controle is nodig om nauwe toleranties te bereiken.
3. - Bij een CNC-slijpmachine worden de slijpschijf en het werkstuk nauwkeurig gepositioneerd en bewogen door het CNC-systeem volgens een geprogrammeerde code. Hierdoor kunnen complexe 3D-profielen automatisch worden geslepen.
4. - Veelvoorkomende slijpbewerkingen zijn onder andere cilindrisch slijpen (externe of interne oppervlakken), vlakslijpen (platte oppervlakken), centerloos slijpen en profielslijpen.
5. - Onderdelen die met CNC-slijpmachines worden vervaardigd, vereisen een zeer hoge nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. Het gaat vaak om precisie-mechanische componenten zoals nokkenassen, kogellagers en tandwielen.
6. - Industrieën die CNC-slijpen gebruiken, zijn onder andere de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart, de medische sector en de algemene maakindustrie, waar nauwe toleranties cruciaal zijn.
7. - Voordelen ten opzichte van conventioneel slijpen zijn onder andere herhaalbare nauwkeurigheid, meerassige besturing en de mogelijkheid om complexe contouren en profielen onbeheerd te slijpen.

Samenvattend: een CNC-slijpmachine geeft metalen onderdelen nauwkeurig vorm door middel van geautomatiseerde bewerking met slijpschijven, aangestuurd door een computergestuurd numeriek besturingssysteem.

10. Hieronder volgen de belangrijkste punten over een CNC-machine met automatische gereedschapswisseling:

1. - Het beschikt over een gereedschapsmagazijn/carrousel waarin diverse gereedschappen zoals boren, frezen, routers etc. worden bewaard, direct naast de werkruimte van de machine.
2. - De automatische gereedschapswisselaar maakt een snelle en automatische vervanging van gereedschap mogelijk tijdens het CNC-bewerkingsproces, zonder handmatige tussenkomst.
3. Dit verbetert de productiviteit aanzienlijk door de niet-snijtijd te minimaliseren in vergelijking met handmatige gereedschapswisselingen. Complexe onderdelen die meerdere gereedschappen vereisen, kunnen worden bewerkt zonder het proces te onderbreken.
4. - Gereedschappen worden robotisch uit het magazijn gepakt/verwisseld en op de spindel gemonteerd met behulp van een automatische gereedschapswisselarm onder CNC-besturing.
5. - Het vergroot de gereedschapscapaciteit van de machine tot meer dan één gereedschap, waardoor complexere onderdelen bewerkt kunnen worden zonder handmatig gereedschap te hoeven herladen.
6. - Kapotte of versleten gereedschappen kunnen direct worden vervangen zonder de hele productie stil te leggen. Dit verbetert de betrouwbaarheid en de operationele tijd.
7. - Automatische gereedschapskalibratie is mogelijk om de geometrische nauwkeurigheid na elke wijziging te waarborgen.
8. - Het verschuift de focus van CNC-bewerking naar efficiëntere, onbemande productie met minimale menselijke tussenkomst.

Samenvattend verbetert automatische gereedschapswisseling de flexibiliteit en productiviteit van CNC-machines.