Frezen van lang en groot plaatwerk

Frezen is een verspanende productietechniek. Freeswerk kent veel toepassingen: vlakfrezen, afschuinen, laskanten aanbrengen of het behalen van specifieke toleranties die niet behaald kunnen worden met andere productietechnieken. Al onze machines maken gebruik van CNC-frezen en zijn voorzien van magneetbedden voor een nauwkeurige, snelle opspanning. Wij kunnen plaatwerk tot 7.000 mm frezen en 5-assig frezen tot 1.250 mm. De meeste freesmachines zijn ook geschikt voor langgatboren, boren, tappen, gladwalsen en kotteren.

Frezen – Uitgebreide informatie

Frezen is een verspanende bewerking waarbij een frees overtollig materiaal van een product verwijdert. Tijdens het frezen wordt materiaal verwijderd door afschuiving, hierbij ontstaan spanen.

Het principe werkt als volgt: een cilindervormig gereedschap, de frees genoemd, draait op hoge toeren rond. Aan de omtrek van de frees zitten scherpe tanden, die happen uit het materiaal neemt zodra deze in contact komt met het product. Door de frees in de gewenste richting over het materiaal te bewegen ontstaat een oppervlakte die zeer vlak is en aan hoge tolerantie-eisen voldoet.

Frezen onderscheidt zich van niet-verspanende bewerkingen door de verandering van de massa, ten gevolge van de happen die uit het materiaal worden genomen.

Verspanen

Verspanen is een samenvatting voor een groep bewerkingen waarbij materiaal van een product “gesneden” wordt door het gebruik van scherpe messen. Deze messen kunnen afhankelijk van de toepassing veel verschillende vormen hebben. Denk aan bijv. de verschillen tussen boren, tappen en frezen. Dit zijn allemaal verspanende bewerkingen, met een heel ander resultaat. Verspanen onderscheidt zich van niet-verspanende bewerkingen op één heel belangrijk punt: de massa van het product veranderd. Omdat er bij elk rotatie een hap uit het materiaal wordt genomen neemt de massa af en ontstaan de voor verspanende bewerking kenmerkende spanen.

Frezen is een verspanende bewerking, maar het is slechts één van de velen. Naast frezen zijn er nog meer verspanende bewerkingen. Dit zijn; draaien, boren, tappen, ruimen, kotteren, slijpen, honen, leppen en knabbelen. In al deze gevallen wordt de massa van het product veranderd, en ontstaan er spanen door het scherpe gereedschap.

Een aantal van deze bewerkingen zijn ook geschikt om toe te passen op de freesmachine: (langgat)boren, tappen en kotteren. Bovendien kunnen op de freesmachine ook een aantal niet-verspanende bewerkingen uitgevoerd worden, waaronder het gladwalsen en nameten van producten.

Toepassing en mogelijkheden

Frezen is een veelzijdige productietechniek. De toepassingen zijn zeer uitgebreid en het wordt dan ook op veel verschillende producten toegepast. De mogelijkheden zijn o.a. het aanbrengen van laskanten, het vlakfrezen en verschillende boorbewerkingen. Bovendien is het voor sommige producten niet mogelijk om deze zonder een verspanende bewerking uit te voeren. Bijvoorbeeld wanneer de toleranties erg hoog zijn. Enkele mogelijkheden zijn:

Laskanten

Voor producten die onderdeel worden van een lasconstructie is frezen uitermate geschikt om laskanten aan te brengen. De schuine kanten aan het product maken het veel makkelijker om twee platen op een juiste manier aan elkaar te verbinden.

In de meeste gevallen is het bij het frezen van laskanten niet nodig om hoge toleranties aan te houden. Ook de oppervlakteruwheid is minder van belang dan bij andere toepassingen. In bepaalde gevallen is het ook mogelijk om, in plaats van frezen, de laskanten met de plasmasnijmachine te snijden of te knabbelen.

Vlakken/schoonfrezen

Vlakfrezen is een bewerkingsmethode om eerdere bewerkingen – snijden, kanten, lassen –, die een negatieve invloed op de tolerantie hebben gehad, ongedaan te maken. Bij iedere bewerking ontstaat er een (minimale) afwijking van de tolerantie. Door het product schoon te frezen kunnen deze afwijkingen weggewerkt worden. Het vlakken of schoonfrezen van plaatwerk is lang niet altijd van toepassing en kan een (onnodige) verhoging van de kostprijs tot gevolg hebben. Het is daarom niet ongebruikelijk om klanten zelf hun tolerantieklasse te laten kiezen.

Functioneel en/of esthetisch

Frezen kan om meerdere redenen als bewerking worden gekozen. Vaak is het een noodzakelijke bewerking, omdat het product niet op een andere manier te vervaardigen is. Veel van de te frezen onderdelen zullen dan ook vanuit functioneel oogpunt gefreesd worden. In zeldzame gevallen kan een onderdeel ook vanuit esthetisch oogpunt gefreesd worden, waarbij naast functionaliteit ook het uiterlijk van het product van belang is.

De freesmachine en de technologie

De freesmachine is het belangrijkste onderdeel bij het frezen, samen met het freesgereedschap. Verder zijn er nog een aantal belangrijke technische eigenschappen. We bespreken de freesmachine, de freeskop en het freesgereedschap, maar ook het nulpuntspansysteem, de rondtafel en opspanningsmethoden.

De freesmachine

Er bestaan meerdere categorieën freesmachines, waarvan de portaalfreesmachine en de freesmachine met gesloten deuren de meest voorkomende zijn. De portaalfreesmachine heeft als voordeel dat er hele grote producten op kunnen, maar het nadeel is dat de ijlgang, net als bij portaallasers, veel lager ligt dan die van machines met gesloten deuren. Het voordeel van een bewerkingsstation met gesloten deuren is dat het product veel beter gekoeld kan worden, waardoor hogere freessnelheden bereikt kunnen worden. Wanneer er in dit artikel gesproken wordt over freesmachines dan wordt daarmee de variant met gesloten deuren – ook wel bewerkingsstation – bedoeld.

De freesmachine bestaat – eenvoudig gesproken – uit een freeskop met gereedschapsopname en de tafel waar het product op komt te liggen. Afhankelijk van het type beweegt de kop of de tafel, aan de hand van een 3-assige freesmachine zal dit verduidelijkt worden. Iedere tafel bestaat uit een X-, Y- en Z-as. De X-as beweegt van links naar rechts, de Y-as van voor naar achter en de Z-as van boven naar onder. Bij een freesmachine met een beweegbare tafel worden de X- en Y-as aangestuurd door de tafel en beweegt de kop alleen over de Z-as. Bij een freesmachine waarbij de tafel niet beweegt, zal de freeskop in zowel de X-, Y- als Z-as bewegen.

Freeskop

Op de freeskop zit een cilindervormig gereedschap. Ook wel de frees genoemd. Aan de omtrek van de frees zitten scherpe tanden, die happen uit het materiaal nemen zodra deze in contact komen met het product. Afhankelijk van het type machine beweegt de freeskop in één, drie of zelfs vier richtingen. De freeskop staat in contact met een gereedschapswisselsysteem, zodat meerdere verspanende bewerkingen in één sessie uitgevoerd kunnen worden, zonder dat daarvoor handmatig van gereedschap verwisseld moet worden.

Freesgereedschap

Er zijn veel verschillende soorten freesgereedschappen, ieder met een eigen afmeting en specifieke toepassing. Naast universele frezen (die oplopen tot een diameter van 100 mm) beschikken wij over vingerfrezen, (langgat)boren, tappen en gereedschap voor kotteren, ruimen en frezen met een schuine kant. Al onze machines hebben een gereedschapsmagazijn, waarvan de grootste zelfs voorzien is van 60 posities. Hierdoor is het mogelijk om producten die meerdere type bewerkingen moeten ondergaan zonder tussentijdse pauzes te bewerken en kunnen veelgebruikte gereedschappen direct aangesproken worden door het CNC-besturingssysteem.

Magneetbedden en andere methoden van inklemming

Een belangrijke voorwaarde voor goed freeswerk is dat het product volledig stil op de tafel ligt. Het is noodzakelijk om het product op één of andere manier in te klemmen. Naast meer traditionele inklemmingen als schroef/bout verbinding, een schroefklem of pneumatische cilinder is het ook mogelijk om staalproducten met gebruik van magneten op te spannen.

Een magneetbed is een oppervlakte dat magnetisch in- of uitgeschakeld kan worden. Het gebruik van een magneetbed heeft veel voordelen. Met een druk op de knop is het product opgespannen. Werken met magneetbedden is een snelle, efficiënte en, dankzij de enorme kracht van de magneten, ook een veilige opspanningsmethode.

Bovendien bevat de tafel demonteerbare ronde schijven waardoor er meer ruimte is om verspanende bewerkingen uit te voeren. Hierdoor is het mogelijk om gaten te boren of diep te frezen, zonder dat het gereedschap de tafel raakt. Mede om deze redenen heeft Tosec al haar freesmachines van magneetbedden voorzien.

Nulpuntspansysteem

Door het nulpuntspansysteem is het mogelijk om nog sneller en efficiënter op te spannen. Het product wordt buiten de machine opgespannen en vervolgens op het freesbed geplaatst. Hierdoor is het mogelijk om het volgende product op te spannen terwijl het eerste product nog gefreesd wordt. De stilstandtijd wordt hierdoor aanzienlijk teruggedrongen, wat een positief effect heeft op de kostprijs. Onze grootste bewerkingsstation – 7.000 x 1.200 x 1.300 mm – de Matec 50 HV is voorzien van een dergelijk systeem.

Rondtafel voor 5-assig frezen

Een traditionele freesmachine beschikt over slechts drie assen. Hierdoor is het product alleen van bovenaf, van links naar rechts en van voor naar achteren te bewerken. Een zwenkbare freeskop vormt de vierde as en maakt het mogelijk om ook de zijkanten van het product te bewerken, waardoor drie zijden (linker en rechter zijvlak en bovenvlak, van voor naar achter en links naar rechts) bewerkt kunnen worden. Met de toevoeging van een rondtafel is het mogelijk om 5-assig te frezen en is het product aan vijf zijden te bewerken. Dit laatste is goed te zien in de video op deze pagina.

Freestechnieken

Er bestaan verschillende freestechnieken. Iedere techniek heeft zijn eigen voor- en nadelen. Sommige technieken kunnen gecombineerd gebruikt worden en andere freestechnieken zijn slechts op bepaalde producten toepasbaar. De belangrijkste technieken zijn het CNC-frezen en het 5-assig frezen.

CNC-frezen

CNC-frezen heeft veel voordelen. De positie, draaisnelheid en andere belangrijke gegevens worden ingevuld in een CNC-programma en vervolgens uitgelezen door de freesmachine. De computer bestuurt de machine en bepaalt de draaisnelheid, freessnelheid, het juiste gereedschap en de positie van het product ten opzichte van de frees. Het freeswerk wordt veel nauwkeuriger uitgevoerd en de kans op menselijke fouten wordt sterk verlaagd. Bovendien worden de bewerkingen sneller uitgevoerd en is het mogelijk om complexe producten met meerdere gereedschappen in één keer te bewerken. CNC-frezen kan gekoppeld worden aan CAM-programma’s waardoor tekeningen rechtstreeks door de machine uitgelezen kunnen worden. De productie wordt daarmee fors versneld.

Voordelen CNC frezen

• Verlagen van foutkans door mensen
• Nauwkeuriger uitvoeren van freeswerk
• Sneller uitvoeren van bewerkingen
• Combineren van meerdere bewerkingen voor complexe producten

Het CNC-programma kan op meerdere manieren geschreven worden; zo kan het programma met de hand, regel voor regel geschreven worden of er kan een programma geschreven worden met behulp van een CAM-systeem. Dit laatste heeft sterk de voorkeur omdat het CAM-systeem, (Computer Aided Manufacturing) op basis van een drie dimensionale tekening en aan de hand van een aantal voorwaarden een CNC-programma kan opstellen. Bij Tosec werken alle verspaningscentra op CNC-technologie, waardoor producten nauwkeuriger en sneller gefreesd kunnen worden.

5-assig freeswerk

5-assig frezen is een freestechniek waarbij het product aan meer dan één zijde bewerkt kan worden zonder dat het product opnieuw opgespannen hoeft te worden. Een belangrijke voorwaarde is dat de freeskop en/of het freesbed niet beperkt worden tot de 3 standaard assen. Dit kan op meerdere manieren gerealiseerd worden. Zo zijn er 5-assige freesmachines waarbij de freeskop over 5 assen beweegt en volledig rondom het product kan bewegen. Een andere mogelijkheid is een 4-assige freeskop en een draaibare rondtafel. Het product wordt op de tafel opgespannen en kan 360 graden draaien terwijl de freeskop de overige 4 assen bedient. Het 5-assig frezen heeft grote voordelen. Het product hoeft minder vaak opgespannen te worden en daardoor zijn de stilstandtijd en de kostprijs lager. Dit heeft ook als voordeel dat een product sneller gefreesd kan worden. Tot slot is het met 5-assig frezen mogelijk om de meest complexe onderdelen voor u te frezen.

Pendelen

Pendelen is een techniek waarbij de stilstandtijd van de freesmachine aanzienlijk ingekort kan worden. De freesmachine wordt als het ware in tweeën gedeeld door het plaatsen van een tussenwand. Als er op de linkerzijde gefreesd wordt, dan kan de plaatbewerker aan de rechterzijde een product opspannen. Is het product klaar dan kan van zijde gewisseld worden en kan de plaatbewerker het product aan de linkerzijde verwijderen en een nieuw product opspannen. Pendelen is een groot voordeel bij kleinere producten die in serie geleverd moeten worden.

Belangrijk: omdat de machine als het ware in tweeën wordt gedeeld is het werkbereik kleiner dan de helft van het totale werkbereik. Dit komt omdat de breedte van de tussenwand een deel van het werkbereik in beslag neemt. Voor de mogelijkheden om uw producten in pendelfunctie te laten frezen kan u het beste contact met ons opnemen.

Meelopend/tegenlopend freeswerk

Meelopend en tegenlopend frezen zijn twee verschillende manieren om materiaal te bewerken.

Bij meelopend frezen bewegen de frees en het gereedschap in dezelfde richting. Het voordeel is dat de spaanafvoer gemakkelijker verloopt, er minder slijtage optreedt en er een betere oppervlakteruwheid ontstaat dan bij tegenlopend frezen.

Bij tegenlopend frezen beweegt de frees in tegengestelde richting van de voeding, wat veel nadelen heeft ten opzichte van meelopend frezen. In de meeste gevallen is het daarom gewenst de voorkeur te geven aan meelopend frezen.

Andere bewerkingsmethoden

Het bewerkingsstation is uitgerust met veel verschillende gereedschappen. Naast frezen is het mogelijk om op elke freesmachine ook gaten te boren en te tappen. De Matec 50 HV is bovendien uitgerust met speciale gereedschappen voor langgatboren, gladwalsen en kotteren. Met de langgatboor kunnen gaten tot 25 x de diameter geboord worden. Gladwalsen is een methode om de oppervlakteruwheid van ronde gaten te verlagen en de hardheid te verhogen. Tot slot kunnen wij ook de verspanende bewerking kotteren uitvoeren om gaten perfect rond te “frezen”. Door deze gereedschappen te combineren zijn zeer complexe producten – bijv. trilblokken – op één machine te bewerken.

Toleranties voor het frezen van plaatwerk

Freesproducten ondergaan vaak een voorbewerking (snijden of kanten). Hierdoor zijn de haalbare toleranties van de machine van ondergeschikt belang. Als deze voorbewerking ongedaan wordt gemaakt, door middel van het schoonfrezen van het product, kan de machinetolerantie gehaald worden. Veelal is dit voor het plaatwerk dat Tosec levert niet van toepassing. Tosec geeft haar klanten daarom de keus om een tolerantieklasse te kiezen

Tolerantieklasse	Tolerantie in mm
Klasse 4 (Voorbewerking)	± 1.0 mm
Klasse 3 (Standaard)	± 0.5 mm
Klasse 2 (Extra)	± 0.1 mm
Klasse 1 (Speciaal)	± 0.01 mm

Machinetype:	Freesmogelijkheden:	Afmetingen (XYZ):
Matec 50 HV Freesmachine	Groot plaatwerk Gelaste constructies Slijtvast plaatwerk, Staal, RVS*, Aluminium*	7.000 x 1.200 x 1.300 mm 1.250 mm geintergreerde rondtafel voor 5-assige bewerkingen
Hedelius C80 Freesmachine	Groot plaatwerk Gelaste constructies Slijtvast plaatwerk, Staal, RVS*, Aluminium*	4.500 x 800 x 600 mm
Hartford Omnis 1270 Freesmachine	Klein plaatwerk Seriewerk Gelaste constructies Slijtvast plaatwerk, Staal, RVS*, Aluminium*	1.270 x 635 x 635 mm
*RVS en Aluminium zijn niet-magnetische materialen. Opspanning bij deze vindt plaats op een andere wijze.