Introductie van opspanningsmethodes
Het CNC-bewerkingsproces is zo goed als jouw opspanningsmethode! Opspanningen houden het onderdeel stevig op zijn plaats en verminderen de stijfheid tijdens de bewerking. Een goede opstelling is essentieel voor het lokaliseren van het te bewerken onderdeel. De bevestiging is natuurlijk ook belangrijk voor de veiligheid!
Het belang van een sterke opspanning
Bij het bewerken van iets is de stijfheid van de hele bewerking uiterst belangrijk. Verminderde stijfheid veroorzaakt trillingen en een aanzienlijke afname van de nauwkeurigheid en precisie van het bewerkingsproces. De “ketting van stijfheid” bestaat uit de machine zelf, het gereedschap, het onderdeel en de opspanning die het onderdeel vasthoudt.
Als het onderdeel kan bewegen terwijl het wordt bewerkt, kun je op geen enkele manier de toleranties handhaven die in het ontwerp of de tekening zijn uiteengezet. Zelfs een kleine beweging tijdens het bewerken resulteert in een slechtere nauwkeurigheid. Als men meerdere onderdelen probeert te bewerken met een slechte opstelling, zal elk onderdeel aanzienlijk verschillen van de rest, wat resulteert in een lage precisie.
Productie-inspanningen spelen ook een rol bij het nadenken over de opspanningsmethode. Ten eerste, met een slechte setup zul je waarschijnlijk het onderdeel opnieuw moeten maken. Met een doordachte oplossing voor de werkstukopspanning kun je het aantal bewerkingsinstellingen verminderen. Door handige functies te ontwerpen voor bevestiging in het onderdeel, kun je de inspanning en kosten van bewerking reduceren.
Voorbeeld van een metalen plaat in een opspanning tijdens het bewerken.
Ten slotte is voor de veiligheid een goede opspanning noodzakelijk. Vaak wordt het onderdeel ingesloten in een industriële CNC-machine om mensen te beschermen tegen rondvliegende voorwerpen, maar wat als dat niet het geval is? Er kunnen vreselijke dingen gebeuren als onderdelen of stukken van een kapot gereedschap rond gaan vliegen. Naast veiligheid voor het personeel wil je natuurlijk ook aan de veiligheid van de machine denken. Er kunnen zich ongelukken voordoen wanneer een onderdeel losraakt of een gereedschap ergens tegenaan botst. Het onderdeel moet op één plaats blijven, zelfs onder de enorme krachten van een CNC-machine. Je moet er ook voor zorgen dat het armatuur het gereedschap niet in de weg zit.
Kortom, het is de moeite waard om na te denken over hoe je het materiaal op zijn plaats houdt terwijl het wordt bewerkt.
Zaken om over na te denken voor de opspanningsmethode
Bepaalde materialen zijn gemakkelijker te bewerken dan andere. Evenzo zullen bepaalde functies gemakkelijker te bewerken zijn. Messing is bijvoorbeeld een van de zachtste metalen en het verwijderen van materiaal kost veel minder moeite dan een materiaal als staal. De hoeveelheid materiaal die wordt verwijdert, is ook belangrijk om over na te denken. Met kennis van de potentiële belasting kun je beginnen met het verfijnen van de opties voor de opspanning. Als je een klein messing onderdeel bewerkt, kun je wellicht een iets minder stevige maar ook minder ingrijpende methode voor het vasthouden van het onderdeel gebruiken. Met een groot stalen onderdeel wil je een stevigere bevestiging.
Een andere belangrijke overweging is waar de bevestigingsmethode het deel zal vasthouden. Is het een standaard blok met evenwijdige randen dat in een bankschroef kan worden geplaatst? Moeten er meerdere zijden bereikbaar hebben voor het gereedschap om een extra handeling te voorkomen? Is het onderdeel een exotische vorm die een creatieve methode vereist om het in de machine te bevestigen? Dit zijn allemaal goede vragen om jezelf te stellen bij het kiezen van een CNC werkstukopspanner.
Ten slotte wil je overwegen hoeveel onderdelen je met je armatuur moet maken. Als het een proces met een hoog volume gaat worden, is het misschien de moeite waard om wat meer tijd en moeite te investeren in het maken van een op maat gemaakt armatuur dat veel onderdelen tegelijk kan bevatten. Als je maar een paar onderdelen maakt, wil je misschien vasthouden aan een van de andere bevestigingsopties die we hieronder zullen bespreken.
Voorbeelden van opspanmethoden
Bankschroef grip (vise)
We beginnen met de bankschroef van de klassieke machinist. Een bankschroef kan op de tafel van de CNC-machine worden geklemd. Een bankschroef zal echter niet voor elk onderdeel werken. Er is een sweet spot in de maatvoering vanwege beperkingen aan hoe groot een deel kan zijn – een bankschroef kan maar zo ver opengaan. Dikte is ook van belang – een heel dun deel kan kromtrekken wanneer je de bankschroef aandraait. Je kunt een bankschroef ook alleen gebruiken voor onderdelen met parallelle randen. Wanneer je een bankschroef gebruikt, zorg er dan voor dat het onderdeel waterpas is en dat het volledig is vastgedraaid. Indien correct ingesteld, kan een bankschroef uiterst herhaalbaar en nauwkeurig zijn!
Voorbeeld van een onderdeel dat in een bankschroef wordt gehouden.
Klauwplaten (soft jaws)
Een goede methode voor het vasthouden van het werk voor elk onderdeel dat stevig moet worden vastgehouden maar een onregelmatige vormfactor heeft, zijn zachte klauwplaten. Zachte kaken verwijzen naar een set van twee delen gefreesd uit aluminium. Elk onderdeel is aan één kant vlak en recht (om uit te lijnen met één kant van de bankschroef) en het profiel van je onderdeel is machinaal in de andere kant gefreesd. Op deze manier kun je het onderdeel in een bankschroef houden, zelfs als het rond is of niet-parallelle zijkanten heeft. Elke zachte klauwplaat wordt vastgeschroefd aan een zijkant van de bankschroef zodra deze klaar is voor gebruik. Zachte klauwplaten zijn handig omdat aluminium snel en gemakkelijk te bewerken is. Je kunt ze ook keer op keer bewerken om voor verschillende onderdelen te werken. Zachte klauwplaten kunnen worden hergebruikt als men meerdere eenheden van hetzelfde ontwerp bewerkt.
Zachte klauwplaten zijn echter niet goed geschikt voor grotere hoeveelheden. Ze hebben de neiging om na veel gebruik te verslijten. Als je duizenden onderdelen maakt, kunt je stalen klauwplaten gebruiken, hetzelfde concept, maar dan gemaakt van staal. Staal is echter veel moeilijker en tijdrovender om te bewerken dan aluminium. Wanneer je overgaat op grote productievolumes, kan het efficiënter zijn om een opspanning te maken dat veel onderdelen in één machine kunnen bevatten. Met een van deze machinaal bewerkte klauwplaten (aluminium of staal) wordt men beperkt door het aantal bankschroeven dat in een machine past.
Machineklemmen (step clamps)
Machineklemmen, is een veelgebruikte methode voor het vasthouden van werkstukken bij handmatig frezen. Dit klemsysteem maakt gebruik van de T-sleuven op het bed van een machine. Ze zijn een uiterst stevige manier om het werkstuk vast te houden en zijn een andere effectieve oplossing voor het vasthouden van CNC-werkstukken. Er zijn echter enkele nadelen die andere apparaten voor het vasthouden van werk een betere keuze maken. Machineklemmen kunnen tijdrovend zijn om op te zetten, hoewel ze aan verschillende onderdelen kunnen worden aangepast (zolang je een vlak oppervlak hebt om op te klemmen. Ze zijn niet zo makkelijk om nogmaals te gebruiken zoals andere werkstukbevestigingen. Zodra je de klem losmaakt, blijft het niet meer op dezelfde plaats. Je moet dan de opstelling opnieuw configureren voor het volgende onderdeel. Machineklemmen zijn goed voor het vasthouden van grote platen die moeten worden bewerkt en voor het vastklemmen van opspanplaten.
Machineklemmen die worden gebruikt om dit blok metaal op zijn plaats te bevestigen.
Fixtures (bevestigingsplaten)
Bevestigingsplaten kunnen worden gebruikt om een breed scala aan onderdelen te monteren die CNC moeten worden bewerkt. Je kunt ze ook wel gereedschapsplaten noemen. Ze zijn gemaakt van aluminium of staal en hebben een rooster van gaten. Sommige van deze gaten zijn bedoeld voor paspennen en sommige zijn voorzien van schroefdraad voor bouten. Bevestigingsplaten zijn een zeer nuttige methode voor het vasthouden van werk vanwege hun herhaalbaarheid; elk gat heeft een bekende locatie en zal niet bewegen zodra de plaat is geïnstalleerd. De paspengaten zijn handig om het armatuur of onderdeel op de plaat te plaatsen. De schroefdraadgaten zijn goed voor het vastschroeven van het armatuur of onderdeel.
Een bevestigingsplaat met gelijkmatig verdeelde gaten.
Er zijn een aantal verschillende manieren om een bevestigingsplaat te gebruiken. Een methode is om boutgaten in het onderdeel te ontwerpen. Deze methode voor het opspannen van werk stelt men in staat toegang te hebben tot meerdere zijden van het onderdeel en interessante geometrieën of oppervlakken te bewerken. Het vereist echter nabewerking om de bevestigingsgaten te verwijderen.
Een andere methode is om een op maat gemaakte armatuur te ontwerpen die het onderdeel vasthoudt. Vervolgens bevestig je dat armatuur vast aan de opspanplaat. Dit maakt gebruik van de locatiekenmerken van de bevestigingsplaat. Bevestigingsplaten beschermen ook de tafel van de CNC-machine tegen een het gereedschap. Er zijn veel opties voor moeren, bouten en ander gereedschap om te gebruiken met een bevestigingsplaat, dus ga erop uit en ontdek!
Geavanceerde toepassingen
De CNC-opspanmethoden die tot nu toe zijn besproken, zijn geweldig voor een standaard 3-assige CNC-freesmachine. Deze machines hebben veel mogelijkheden en met creatief opspannen kan men veel verschillende geometrieën bewerken. Er zijn echter enkele grenzen aan wat een 3-assige machine kan doen. Het kan zijn dat je iets complexer bewerkt op een 4- of 5-assige machine. 5e as werkstukopspanning is een heel ander verhaal. Met het extra bewegingsbereik heeft de machine veel meer toegang tot het werkstuk. Meer assen betekent meer plezier, maar ook meer kans op crashen! Besteed extra aandacht aan het toestaan van toegang tot meerdere oppervlakken. Je moet ook ruimte laten rond het werkstuk en de machinetafel om de freesgereedschappen te laten bewegen.
Voorbeeld van geavanceerde opspanning wanneer een CNC-machine verder gaat dan 3 assen.
Ik hoop dat dit artikel je op zijn minst heeft overtuigd om aandacht te besteden aan uw CNC-opspanoplossing. Jouw werkstuk kan het ontwerp van het onderdeel beïnvloeden, en vice versa (engineering en fabricage gaan immers hand in hand). Het opspannen van het onderdeel is ook belangrijk voor precisie, nauwkeurigheid en veiligheid!
Je kunt de productie-inspanning dus aanzienlijk verminderen als je jouw onderdeel zo ontwerpt dat het gemakkelijk kan worden vastgezet tijdens de bewerking. Mocht je dit artikel interessant vinden, deel het dan gerust op LinkedIn!
