3 december 2025Trajectoptimalisatie bij Vlakfreesbewerkingen
Vlakfrezen is een fundamentele bewerking die wordt gebruikt om met hoge precisie vlakke oppervlakken te produceren. Traditioneel wordt het geoptimaliseerd op basis van parameters zoals snijsnelheid, voedingssnelheid en snedediepte. Het traject dat het gereedschap aflegt, speelt echter ook een cruciale rol in de algehele efficiëntie van het proces, zowel wat betreft het energieverbruik als de invloed op standtijd, productiviteit en oppervlaktekwaliteit.
Soorten trajecten bij vlakfrezen
Dankzij de ontwikkeling van CAM-systemen beschikken we nu over een breed scala aan mogelijkheden voor bewerkingstrajecten voor ruw- en fijnbewerking van oppervlakken. Van al deze opties is er een belangrijk verschil: sommige bewerkingen houden het gereedschap altijd in contact met het werkstuk, terwijl andere inactieve (niet-snijdende) bewegingen omvatten.
We kunnen ze indelen in vier basiscategorieën:
Unidirectioneel
: De meest elementaire en gemakkelijkst te programmeren bewerking. Het gereedschap werkt met lineaire trajecten in dezelfde richting en keert terug zonder te snijden. Er worden acceptabele oppervlakteafwerkingen verkregen, maar als directe invoer wordt gebruikt, kan dit de standtijd beïnvloeden en de totale cyclustijd verlengen.
Zig-zag (bidirectioneel)
: Lineaire bewegingen waarbij het gereedschap in beide richtingen beweegt, waardoor de stilstandtijden worden verkort, maar met negatieve effecten op de resulterende oppervlaktekwaliteit. Het beheren van de richtingsveranderingen kan invloed hebben op de standtijd.
Spiraal:
Of het nu naar of vanaf de binnenkant van het werkstuk is, het maakt continu snijden mogelijk met gecontroleerde aangrijping, biedt een goede oppervlakteafwerking en een goede controle over de standtijd, terwijl de bewerkingstijden worden verkort.
Adaptief en trochoïdaal
: Trajecten die het contact tussen gereedschap en materiaal optimaliseren door gecontroleerde radiale aangrijping te handhaven, waardoor de oppervlaktekwaliteit verbetert. Ze omvatten meestal kleine niet-snijdende bewegingen op moeilijk bereikbare plaatsen, maar zijn erop gericht het gereedschap zoveel mogelijk in contact te houden. Ze worden sterk aanbevolen voor moeilijk te bewerken materialen.
Elk van deze trajecten heeft verschillende implicaties op het gebied van bewerkingstijd, werklast, energieverbruik en warmteontwikkeling.
CO-uitstoot
In dit artikel zullen we het vooral hebben over het energie-effect van trajecten door trajecten die constant contact houden tussen het gereedschap en het werkstuk te vergelijken met trajecten die, vanwege hun configuratie en verschillende oriëntatie, inactieve (niet-snijdende) bewegingen met zich meebrengen. Om deze vergelijking te illustreren, gebruiken we een alternatieve unidirectionele baan en een spiraalvormige baan van buitenaf, beide onder dezelfde snijcondities, en vergelijken we het energieverbruik van beide opties. Vervolgens zullen we beide trajecten vergelijken met verbeterde snijcondities.
We kunnen het opgenomen vermogen berekenen op verschillende materialen, geselecteerd uit een brede database en met behulp van specifieke combinaties van gereedschappen en wisselplaatgeometrieën, tijdens een freesbewerking met behulp van “ToolGuide”, beschikbaar via deze link.
ToolGuide
Voor een vlakfreesbewerking met de CM345 ref 345-050Q22-13H Z6, met wisselplaten 345R-1305M-PM 1230, op een 32CrMoV12-28 P3.0.Z.AN stalen werkstuk met 230 Hb, gaan we uit van deze twee snijcondities, die ons twee verschillende snijvermogens opleveren.
Tijdens snelle verplaatsingen met snelheden van 5.000 tot 10.000 mm/min (zonder snijbelasting) op een conventionele 5-assige CNC-machine met een maximaal vermogen van 40 kW, varieert het typische energieverbruik tussen 4 en 7 kW. Voor ons voorbeeld gebruiken we 5,5 kW als berekeningswaarde.
De componenten waaruit dit basismachineverbruik bestaat zijn:
Software en elektronische apparatuur van de machine.
Beweging van de machine, plus de rotatie van de snijspil zelf. Hoe hoger de voeding, hoe groter de energiebehoefte.
Beweging van de machine, plus de rotatie van de snijspil zelf. Hoe hoger de voeding, hoe groter de energiebehoefte.
Dit bereik is nuttig voor het schatten van het energieverbruik tijdens snelle positioneringsfasen of bewegingen tussen bewerkingen, vooral in intensieve bewerkingscycli.
Case Studies
Case 1: Unidirectionele vs. spiraalvormige trajecten.
Bij een vlakfreesbewerking op een stalen plaat van 250250 mm werden twee trajecten vergeleken: unidirectioneel en spiraalvormig. De spiraalbaan heeft een totale snijlengte van 1.250 mm, wat overeenkomt met een snijtijd van 38,26 seconden. In het unidirectionele traject zijn er 5 paden van elk 300 mm, en moeten we 4 retourpaden toevoegen met een tafelvoeding van 7.500 mm/min. Hierdoor kan de totale bewerking worden voltooid in 45,918 9,6 55,51 seconden, een toename vanwege de niet-snijdende retourtijd.
Het snijvermogen bedraagt 16,7 kW en het opgenomen vermogen tijdens niet-snijdende bewegingen bedraagt 5,5 kW. Daarom is het totale energieverbruik tijdens de snijtijd 0,2276 kWh voor het unidirectionele traject en 0,1774 kWh voor het spiraaltraject. De grafiek geeft een duidelijker beeld van de kWh-besparing.
Vergelijking tussen unidirectionele en spiraalvormige trajecten
Geval 2: Vergelijking tussen de oorspronkelijke en hogere Fz0,4 snijcondities.
We hebben al gezien welke invloed niet-snijdende bewegingen van de machine hebben op het energieverbruik. Als we nu onze tweede set snijcondities nemen, met een voeding per tand van 0,4 mm, kunnen we het effect van verhoogde snijparameters op beide energieverbruiken waarnemen. Het werkvermogen neemt toe tot 18,1 kW, maar de snijtijd voor de spiraalbaan neemt af tot 33,48 seconden. In de unidirectionele bewerking is de snijtijd 40,17 9,6 50,07 seconden. Daarom is het nieuwe totale energieverbruik tijdens de snijtijd 0,2166 kWh voor het unidirectionele traject en 0,1683 kWh voor het spiraaltraject.
Dit is een contra-intuïtief resultaat, want met een hoger snijvermogen verkrijgen we een lager energetisch totaalverbruik dankzij de reductie van de cyclustijd.
Effect van het verhogen van de voeding bij unidirectionele trajecten
Verhoog de voeding bij eenrichtingstrajecten
Kostenanalyse van energie- en CNC-machines per regio
De volgende tabel geeft een vergelijkende analyse van de energiekosten, de uurtarieven van CNC-machines en de gemiddelde CO-uitstoot per kilowattuur (kWh) in verschillende regio's. Deze gegevens zijn nuttig voor het evalueren van de milieu- en economische impact van CNC-activiteiten wereldwijd.
En hier zijn de gegevens voor alle bestudeerde gevallen: kWh en CO-uitstoot en -kosten op basis van gemiddelde gegevens voor alle regio's.
Conclusie
De keuze van het traject bij vlakfrezen heeft niet alleen invloed op de kwaliteit en productiviteit, maar heeft ook een directe invloed op de duurzaamheid van het proces — energiekosten, directe machinekosten en CO-emissies in de atmosfeer. Door geoptimaliseerde trajecten te gebruiken via geavanceerde CAM-software kunt u:
Verbeteren van de energie-efficiëntie.
Verminderen van gereedschapsslijtage.
Verlagen van de CO-uitstoot.
Verlagen van de directe bewerkingskosten en verhogen van de productiecapaciteit.
Voor het CO-verbruik is de reductie 26%
wanneer het unidirectionele traject met Fz0,35 wordt vergeleken met het spiraaltraject met Fz0,4. Dit resulteert ook in een
economische reductie van 40%.
In een industriële omgeving die steeds meer gericht is op duurzaamheid, kunnen deze technische beslissingen een aanzienlijk verschil maken. Het selecteren van gereedschappen waarmee we onder de hoogste snijcondities kunnen werken, levert zowel directe economische besparingen als verminderingen van de CO-uitstoot op.
Alvaro Ruiz
Global product solution specialist Milling
Trajectoptimalisatie bij Vlakfreesbewerkingen
Vlakfrezen is een fundamentele bewerking die wordt gebruikt om met hoge precisie vlakke oppervlakken te produceren. Traditioneel wordt het geoptimaliseerd op basis van parameters zoals snijsnelheid, voedingssnelheid en snedediepte. Het traject dat het gereedschap aflegt, speelt echter ook een cru...
Trajecten bij vlakfrezen
Dit artikel bespreekt hoe verschillende vlakfrees-trajecten en snijcondities invloed hebben op energieverbruik, cyclustijd, gereedschapsslijtage en CO-uitstoot.
Artikel over hoe verschillende vlakfrees-trajectstrategieën het energieverbruik, de cyclustijd, CO-uitstoot en gereedschapsslijtage beïnvloeden, met case studies van unidirectionele en spiraalbanen en het effect van hogere voedingen. chevron_right