Voorbewerken in CNC-bewerking: een praktische gids voor het bewerken van onderdelen

In de wereld van CNC-bewerking is het proces van het transformeren van een ruw blok materiaal in een afgewerkt onderdeel geen enkele, monolithische stap. Het is een zorgvuldig georkestreerde reeks bewerkingen, en de eerste, meest cruciale fase is voorbewerken. Vaak verkeerd begrepen als een brute-krachtaanpak, is voorbewerken een strategisch en essentieel onderdeel van het bewerkingsproces dat de basis legt voor alles wat volgt.

Voorbewerken, ook wel ruwbewerking genoemd, is de beginfase van materiaalverwijdering. Het primaire doel is om een grote hoeveelheid materiaal zo snel en efficiënt mogelijk van het ruwe werkstuk te verwijderen, waardoor het onderdeel zijn bijna-netto vorm krijgt. Deze bewerking wordt gekenmerkt door hoge materiaalverwijderingssnelheden, diepe sneden en snelle aanvoersnelheden. Het doel is niet om fijne details of een gladde oppervlakteafwerking te bereiken, maar om bulkmateriaal te elimineren, waardoor een kleine, uniforme laag materiaal overblijft voor de daaropvolgende afwerkingsbewerkingen.

Het strategische belang van voorbewerken

Beschouw voorbewerken als het beeldhouwen van een standbeeld. Je begint niet met een beitel om een neus of een oog te creëren. Je begint met een voorhamer om grote brokken steen af te hakken, waardoor het blok een ruwe menselijke vorm krijgt. Pas dan schakel je over op fijnere gereedschappen om de details te creëren. In CNC-bewerking is dit precies wat voorbewerken bereikt.

• Bespaart tijd en geld: Door materiaal agressief te verwijderen, verminder je de totale cyclustijd voor een onderdeel drastisch. Afwerkingsbewerkingen, die langzamere snelheden en lichtere sneden vereisen, kunnen lang duren om zelfs een kleine hoeveelheid materiaal te verwijderen. Een correct uitgevoerde voorbewerkingsgang kan 90% van het materiaal verwijderen in een fractie van de tijd die een afwerkingsgang nodig zou hebben om dezelfde taak uit te voeren.

• Verlengt de levensduur van gereedschap: Voorbewerken gebruikt andere gereedschappen en snijparameters dan afwerken. Door speciale voorbewerkingsgereedschappen te gebruiken die zijn ontworpen voor zwaar snijden, bescherm je je duurdere, delicate afwerkingsgereedschappen tegen overmatige slijtage. Een voorbewerkingsgereedschap is gebouwd om de hitte en krachten van zware materiaalverwijdering aan te kunnen, terwijl een afwerkingsgereedschap is ontworpen voor precisie en oppervlaktekwaliteit.

• Vermindert de spanning in het werkstuk: Het verwijderen van een grote hoeveelheid materiaal van een onderdeel kan interne spanningen veroorzaken die ervoor kunnen zorgen dat het onderdeel kromtrekt of vervormt. Door een consistente, kleine hoeveelheid materiaal over te laten — vaak aangeduid als de "afwerkingsmarge" — kunnen de afwerkingsgangen dit materiaal vervolgens gelijkmatig verwijderen, waardoor het risico op vervorming wordt verminderd en de uiteindelijke afmetingen worden gegarandeerd.

Belangrijkste factoren bij voorbewerken: een praktische aanpak

Om onderdelen effectief te bewerken door middel van voorbewerken, moet je rekening houden met een paar kritische factoren die het proces bepalen.

• Gereedschapsselectie: Het juiste gereedschap is alles bij voorbewerken. Je gebruikt doorgaans gereedschappen met minder snijkanten en een robuustere geometrie, zoals een voorfrezer (vaak een 'maïskolf' of 'spaanderbreker' frees genoemd) of een hoogwaardige volhardmetalen frees. Deze gereedschappen zijn ontworpen om grote spanen efficiënt af te voeren en bestand te zijn tegen de aanzienlijke snijkrachten die daarbij betrokken zijn. De keuze van het gereedschapsmateriaal is ook cruciaal, waarbij volhardmetaal een populaire keuze is vanwege zijn hittebestendigheid en hardheid.

• Snijparameters (snelheden en voedingen): Hierin onderscheidt voorbewerken zich echt. In tegenstelling tot afwerken, waarbij de snelheden lager en de voedingen lichter zijn, gebruikt voorbewerken een combinatie van hoge snelheden en hoge aanvoersnelheden. Het doel is om de Material Removal Rate (MRR) te maximaliseren.

  • Snijdiepte (DOC): Dit is een belangrijke parameter. Bij voorbewerken is de DOC doorgaans erg groot, vaak een aanzienlijk percentage van de diameter van het gereedschap. Hierdoor kun je snel materiaal verwijderen in één gang.

  • Aanvoersnelheid: De aanvoersnelheid, of hoe snel het gereedschap door het materiaal beweegt, is ook veel hoger bij voorbewerken.

  • Spindelsnelheid: De spindelsnelheid (RPM) is afhankelijk van de gereedschapsdiameter en het te snijden materiaal. Een algemene regel is om de oppervlaksnelheid hoog genoeg te houden om effectief te snijden, maar niet zo hoog dat er overmatige hitte wordt gegenereerd die het gereedschap of het werkstuk kan beschadigen.

• Koelmiddel en spaanderbeheer: Voorbewerken genereert een aanzienlijke hoeveelheid warmte en spanen. Een goede koelmiddeltoepassing is essentieel om te voorkomen dat het gereedschap oververhit raakt en om de snijzone te smeren. Het koelmiddel helpt ook om de spanen weg te spoelen, wat een groot probleem is bij voorbewerken. Als spanen niet effectief worden afgevoerd, kunnen ze opnieuw worden gesneden, wat leidt tot gereedschapsslijtage, een slechte oppervlakteafwerking en zelfs gereedschapsbreuk.

• Gereedschapbaanstrategie: Moderne CNC-software biedt geavanceerde gereedschapbaanstrategieën die voorbewerken optimaliseren. Technieken zoals high-efficiency milling (HEM), trochoïdaal frezen en adaptive clearing zijn ontworpen om een constante gereedschapsbelasting te behouden door de breedte van de snede te variëren. Dit maakt diepere sneden en snellere aanvoersnelheden mogelijk, waardoor de MRR drastisch wordt verhoogd en de levensduur van het gereedschap wordt verlengd. In plaats van rechte gangen gebruiken deze gereedschapbanen een reeks vloeiende, gecontroleerde bogen die de snijkrachten consistent houden.

Het voorbewerkingsproces: een stapsgewijs voorbeeld

Laten we ons voorstellen dat je een eenvoudige beugel bewerkt uit een massief blok aluminium.

1. Initiële setup: Je zet het aluminium blok vast in een bankschroef en stelt het nulpunt van het onderdeel in.

2. Selectie van voorbewerkingsgereedschap: Je kiest een 1/2-inch volhardmetalen voorfrezer.

3. Genereren van gereedschapbaan: Met behulp van CAM-software maak je een voorbewerkingsgereedschapbaan. De software genereert een reeks sneden om het grootste deel van het materiaal te verwijderen, waardoor een uniforme afwerkingsmarge van 0,020 inch op alle oppervlakken overblijft.

4. Snijparameters: Je stelt de spindelsnelheid, aanvoersnelheid en snijdiepte in op basis van het gereedschap en het materiaal. Voor aluminium kan dit een spindelsnelheid van 8.000 RPM zijn, een aanvoersnelheid van 50 inch per minuut en een snijdiepte van 0,300 inch.

5. Uitvoering: De CNC-machine voert het voorbewerkingsprogramma uit. Je ziet grote, vloeiende spanen ontstaan terwijl de machine agressief materiaal verwijdert, waardoor het onderdeel zijn geschatte vorm krijgt.

6. Tussentijdse controle: Zodra het voorbewerken is voltooid, kun je een snelle dimensionale controle uitvoeren om ervoor te zorgen dat het voorbewerken succesvol was en dat er voldoende materiaal over is voor de afwerkingsgangen.

7. Gereedschapswisseling: Het voorbewerkingsgereedschap wordt vervolgens verwisseld voor een afwerkingsgereedschap, zoals een hoogwaardige 3-snijder frees.

8. Afwerking: De afwerkingsgangen worden vervolgens uitgevoerd. Deze gangen hebben een lichte snijdiepte en een lagere aanvoersnelheid om de uiteindelijke afmetingen en een gladde oppervlakteafwerking te bereiken.

Voorbewerken is meer dan alleen het verwijderen van materiaal; het is de basis van een succesvol bewerkingsproces. Een goed geplande en uitgevoerde voorbewerkingsstrategie bespaart niet alleen tijd en geld, maar beschermt ook je gereedschappen en zorgt ervoor dat het eindproduct volgens de hoogst mogelijke standaard wordt gemaakt.