Freesprocessen in de houtbewerking

Vlakfrezen, profielfrezen, tegenloop, CNC – er doen veel termen de ronde op het gebied van frezen, en ze worden vrolijk door elkaar gehaald: bewerkingsmethoden, machines en besturingen worden op één hoop gegooid, zelfs in catalogi. Wie dan de verkeerde bewerkingsmethode of de verkeerde voedingsrichting kiest, krijgt scheuren en brandsporen – of in het ergste geval een werkstuk dat uit zijn handen wordt gerukt.

Dit artikel brengt duidelijkheid in de begrippen. Je komt te weten welke freesmethoden er zijn en waarin ze van elkaar verschillen, waarom CNC-frezen geen aparte methode is, wat er schuilgaat achter tegenloop en gelijkloop – en hoe je kunt bepalen welke methode het beste bij jouw taak past. Het meeste hiervan geldt voor elke machine: zowel voor de bovenfrees als voor de tafel freesmachine of het CNC-bewerkingscentrum.

Inhoudsopgave

• Definitie
• Overzicht van freesprocessen
• Procedure, machine, besturing
• Indeling
• Het freesproces in detail
• Freesprocessen op basis van de looprichting
• Waar het bij het frezen om draait
• Welke methode voor welk doel?
• Veelgestelde vragen

Definitie: Wat zijn freesprocessen?

Frezen is een verspanend bewerkingsproces: een roterend gereedschap met meestal meerdere snijkanten verwijdert materiaal van het werkstuk. De snijbeweging is cirkelvormig, de voedingsbeweging verloopt dwars op de draaias – dat onderscheidt frezen van boren, waarbij de voeding in de richting van de as plaatsvindt. Elke snijkant dringt bij elke omwenteling in het hout en komt er weer uit. Deze onderbroken snede veroorzaakt het typische freesgeluid – en verklaart waarom scherpte, toerental en aanvoer zo bepalend zijn voor het oppervlak.

Een „freesproces“ is een specifieke variant van het frezen – ingedeeld op basis van het te verkrijgen oppervlak, de manier waarop het gereedschap ingrijpt en de verhouding tussen de draairichting en de voedingssnelheid. Er wordt gefreesd in hout, metaal en kunststof. Bij de houtbewerking is frezen de methode voor bijna alles wat verder gaat dan een rechte snede: profielen aan randen en lijsten, groeven en sponningen, houtverbindingen, vlakke oppervlakken op werkstukken die niet door de schaaf passen, en vrije vormen in de meubel-, interieur- en raambouw.

Overzicht: Welke freesmethoden zijn er?

De norm DIN 8589-3 verdeelt het frezen, op basis van het te vervaardigen oppervlak, in zes procédés: vlakfrezen, rondfrezen, schroeffrezen, walsfrezen, profielfrezen en vormfrezen. Schroeffrezen en walsfrezen produceren schroefdraad en tandwielen – dat is de wereld van het metaal. Voor de houtwerkplaats blijven vier bewerkingen over, aangevuld met een toepassingsgroep met een eigen naam:

• Vlakfrezen – vlakke oppervlakken maken
• Profielfrezen – de contour zit in het gereedschap
• Vormfrezen – de vorm zit in de voedingsbeweging
• Rondfrezen – cilindrische vlakken en rondingen
• Verbindingsfrezen – tand, groef en veer, tegenprofiel

CNC-frezen en 3D-frezen ontbreken bewust in deze lijst – waarom, wordt in de volgende paragraaf uitgelegd.

Proces, machine, besturing – drie niveaus die vaak door elkaar worden gehaald

Veel van wat in het dagelijks leven ‘freesproces’ wordt genoemd, is dat strikt genomen niet. Het helpt om drie niveaus van elkaar te onderscheiden:

• Het proces beschrijft wat er met het werkstuk gebeurt: er ontstaat een vlak oppervlak (vlakfrezen), een profiel (profielfrezen), een vrije vorm (vormfrezen) of een cilindrisch oppervlak (rondfrezen).
• De machine geeft aan waarmee je werkt: bovenfrees, kantfrees, tafelboormachine, freestafel of CNC-bewerkingscentrum. Elk van deze machines kan meerdere bewerkingen uitvoeren.
• De besturing bepaalt wie de voedingsbeweging uitvoert: je hand, een mechanisch voedingsapparaat of een computerprogramma (CNC, „Computerized Numerical Control“).

„CNC-frezen“ is daarom geen apart freesproces, maar een besturingswijze: er wordt nog steeds vlak-, profiel- of vormfrezen uitgevoerd – alleen computergestuurd. En „3D-frezen“ is werkplaatsjargon voor vormfrezen met een gestuurde beweging in drie assen. Wie deze drie niveaus van elkaar onderscheidt, leest catalogi en gegevensbladen aanzienlijk sneller – en merkt dat de basisprincipes bij de bovenfreesmachine dezelfde zijn als bij het bewerkingscentrum.

Tip: Tussen de handfreesmachine en de staande freesmachine bevindt zich het semi-stationaire werken: de RUWI freestafel is een mobiele tafelfreesmachine – het freeswerk verplaatst zich van de met de hand geleide machine naar een stabiele tafel met aanslag.

Frezen op RUWI freestafel

Hoe worden freesprocessen onderverdeeld?

Het onderwerp wordt onderverdeeld in drie categorieën. De eerste ken je al uit het overzicht: het oppervlak dat moet ontstaan – vlak, rond, geprofileerd of vrij gevormd. Daar komen nog twee bij:

Na de ingreep van het gereedschap. Bij omtrekfrezen werken de snijkanten aan de omtrek van het gereedschap; het bewerkte oppervlak ligt parallel aan de draaias – zo ontstaan randprofielen en groeven op de tafelfreesmachine. Bij kopfrezen snijdt de kopzijde van het gereedschap; het oppervlak ontstaat loodrecht op de as – zo werkt een vlakfrees. Bij het ‘ groeven ’ met de schachtfrees grijpen de omtrek en de kop gezamenlijk in: kop-omtrekfrezen.

Afhankelijk van de bewegingsrichting. De termen ‘tegenloopfrezen’ en ‘meeloopfrezen’ geven aan hoe de draairichting van het gereedschap en de voedingsrichting ten opzichte van elkaar staan. Dit onderscheid is bepalend voor de veiligheid bij handmatige voeding – daarom krijgt het hieronder een eigen paragraaf.

De freesprocessen bij de houtbewerking in detail

Vlakfrezen

Bij het vlakfrezen wordt een oneffen oppervlak in overlappende banen afgeschaafd totdat het vlak is. In de houtbewerking is dit de methode voor werkstukken die niet door een vlak- of dikteschaaf passen – te breed, te onregelmatig of helemaal niet rechthoekig: boomschijven, breed gelijmde platen, kopshoutoppervlakken. Cruciaal zijn een geringe afname per bewerking en netjes overlappende banen; de rest wordt door het schuren afgewerkt.

Profielfrezen

Bij het profielfrezen zit de contour in het gereedschap: de snijkant draagt het profiel als negatief, en bij één doorgang wordt dit op het werkstuk overgebracht. Typische toepassingen zijn randprofielen zoals afschuiningen en afrondingen, sierprofielen op lijsten en fronten, en raamprofielen – de gebruikelijke radii liggen tussen 4 en 18 mm. Ook ' groef ' en 'Falz' worden op deze manier vervaardigd: de vorm van het gereedschap bepaalt de dwarsdoorsnede. Omdat de nauwkeurigheid in het gereedschap ligt, zijn vooral de scherpte van de snijkant en een gelijkmatige voeding bepalend voor het resultaat.

Vormfrezen

Bij het vormfrezen is het juist andersom: de vorm zit niet in het gereedschap, maar in de voedingsbeweging. Een eenvoudig gereedschap wordt langs een baan geleid, en deze baan creëert de contour – gebogen kozijnen, gebogen onderdelen, uitsparingen. In de ambachtelijke sector wordt de geleiding verzorgd door een sjabloon met aanloopring of kopieerhuls, op de CNC door het programma. Ook het nabootsfrezen, dat wil zeggen het kopiëren van een bestaand monsteronderdeel, behoort tot deze groep.

Cirkelfrezen

Bij het rondfrezen worden cilindrische oppervlakken gemaakt: ronde pennen, buiten- en binnenrondingen, en het afwerken van ronde zaagsneden. Als op zichzelf staand proces komt het bij hout minder vaak voor – meestal zorgt een opstelling voor de draaiende beweging van het werkstuk of leidt deze het gereedschap langs het cirkelpad. In een apart artikel wordt uitgelegd hoe je rondingen in hout freest.

Verbindingsfrezen

Houtverbindingen worden eveneens gefreesd: tand- en zwaluwstaartfrezen voor hoekverbindingen bij laden, groef- en veerprofielen voor bodems en achterwanden, tegenprofielsets voor kozijndeuren. Technisch gezien gaat het meestal om profielfrezen – in de werkplaats heeft de groep een eigen naam, omdat hier twee profielen in elkaar moeten grijpen. Juist daarom geldt: koop het profiel en het tegenprofiel als op elkaar afgestemde set en laat ze samen naslijpen – anders passen ze later niet meer bij elkaar.

En CNC-frezen en 3D-frezen?

Zoals hierboven aangegeven, zijn beide geen afzonderlijke processen, maar de computergestuurde uitvoering van vlak-, profiel- en vormfrezen. Hun kracht ligt in de herhaalbaarheid: eenmaal geprogrammeerd, wordt het honderdste onderdeel net zo vervaardigd als het eerste – daarom komt de CNC het best tot zijn recht bij series, herhalingsonderdelen en vrije vormen, die met de hand nauwelijks te vervaardigen zouden zijn. Maar eerlijk is ook: voor het enkelstuks is de handmatig te laden machine vaak sneller, omdat programmeren en instellen achterwege blijven. Beide werelden maken gebruik van dezelfde processen en dezelfde fysica.

Freesprocessen op basis van de looprichting

De draairichting wordt bepaald door de verhouding tussen de voedingsrichting en de draairichting van het gereedschap. Deze is niet hetzelfde als de vezelrichting van het hout – beide beïnvloeden het resultaat, maar onafhankelijk van elkaar. Er wordt onderscheid gemaakt tussen:

Tegenloopfrezen

Het snijvlak beweegt in tegengestelde richting van de voeding bij het snijpunt. De spaander begint bij nul en wordt naar de uitgang toe dikker; de wrijvingsfase aan het begin van de snede genereert warmte en verkort de standtijd. Daar staat tegenover dat de snijkracht tegengesteld is aan de schuifrichting, waardoor het werkstuk onder controle blijft. Bij handmatige voeding is dit de werkrichting.

Synchroon frezen

De draairichting van de frees en de voeding komen overeen; de snijkracht werkt in de voedingsrichting. Het gereedschap trekt het werkstuk zelf naar zich toe. Deze zelfintrekking is bij handmatige voeding niet te beheersen – ongeacht de ervaring van de operator. Synchrone voeding hoort daarom thuis bij de machinale voeding, waarbij het werkstuk gedwongen wordt geleid – bijvoorbeeld bij doorloopmachines of CNC-installaties. Belangrijk: ook de voedingsinrichting op de tafelfreesmachine wordt volgens de regels van de beroepsvereniging beschouwd als handmatige toevoer. Wanneer en onder welke voorwaarden synchrone frezen is toegestaan, wordt toegelicht in het artikel ‘Synchroon frezen’.

Freesbewerking op de RUWI freestafel

De looprichting is niet dezelfde als de vezelrichting

Scheuren ontstaan op de plekken waar het snijvlak uit de vezel treedt, in plaats van erin te snijden. Daarom frees je, waar mogelijk, in de vezelrichting – en bij ronddraaiende bewerking eerst de kopse kanten, daarna de langskanten: de tweede doorgang verwijdert meteen ook de scheuren van de eerste.

Bij de handbediende bovenfrees vertaalt het tegenloopringsprincipe zich in een eenvoudige richtlijn: bij buitenranden leid je de machine – van bovenaf gezien – tegen de klok in rond het werkstuk, bij binnenuitsparingen met de klok mee. Zo werkt het snijblad altijd tegen je aanvoer in.

Waar het bij het frezen echt op aankomt

Ongeacht de methode: bij elke handmatig gevoede machine zijn het dezelfde factoren die bepalend zijn voor het oppervlak, de levensduur en de veiligheid.

Scherpte. Een bot snijvlak snijdt niet meer, maar drukt en schuurt – dit leidt tot ruwe oppervlakken, brandsporen en uitscheuringen. Voor massief hout is hardmetaal (HW) de standaard; snelstaal (HS) snijdt fijner, maar wordt sneller bot. In schurende plaatmaterialen zoals MDF of gecoate platen gaat diamant (DP) vele malen langer mee dan hardmetaal.

Toerental en diameter. Bij het snijden is de omtreksnelheid van belang – en die hangt samen af van het toerental en de diameter van de frees. Een grote freeskop op de tafelfrees bereikt bij enkele duizenden omwentelingen per minuut dezelfde snijsnelheid als een kleine schachtfrees in de bovenfrees bij meer dan 20.000 omwentelingen per minuut. Bepalend is altijd het maximale toerental dat op het gereedschap staat aangegeven.

Voeding. De afstand die het werkstuk per snijbeweging aflegt, bepaalt het oppervlaktebeeld: elke snijkant laat een kleine snijspoor achter, en hoe groter de voeding per snijkant, hoe zichtbaarder de golven. Te snel leidt tot een ruw oppervlak, te langzaam zorgt ervoor dat de snijkant gaat schuren en het hout verbrandt. Gelijkmatig en vlot is de regel – het oppervlak laat je zien hoe je ervoor staat.

Voeding. Verdeel de verspaning als volgt: eerst grof, daarna een dunne laatste spaander. De afwerkingsgang met een geringe voeding zorgt voor een glad oppervlak en ontlast het gereedschap en de motor.

Warmte. In tegenstelling tot bij metaal wordt bij het frezen van hout niet met vloeistof gekoeld. De warmte moet via de spanen en de afzuiging worden afgevoerd – nog een reden voor scherpe snijkanten en een snelle voedingssnelheid, vooral bij hardhout en harsrijk materiaal.

Markering van gereedschap. Freesgereedschap voor handmatige voeding is volgens EN 847-1 voorzien van de markering „MAN“ – op ouder gereedschap staat „HANDVORSCHUB“ of het BG-TEST-teken – en is ontworpen met een beperkte snijdikte: de snijkant kan slechts een kleine hoeveelheid materiaal per keer vastgrijpen, wat de kracht van een terugslag beperkt. Gereedschappen met de markering „MEC“ zijn uitsluitend bestemd voor machines met mechanische doorvoer – ze horen niet thuis op een handmatig gevoede machine, ook niet met een opgemonteerd doorvoerapparaat.

Welke freesmethode past bij welke taak?

Een korte toelichting vanuit de werkplaats:

• Een vlak oppervlak op een werkstuk dat niet door de schaaf past – vlakfrezen in overlappende banen.
• Randprofiel, groef of vouw – profielfrezen: het gereedschap bepaalt de vorm, jij stelt de voedingssnelheid in.
• Hoekverbinding, frame, bodem – verbindingsfrezen met de juiste freesset.
• Gebogen en gekromde onderdelen – vormfrezen aan de hand van een sjabloon of als programma op de CNC.
• Ronde pennen en cilindrische vlakken – rondfrezen met een opspanning.
• Serieonderdelen en series – dezelfde bewerkingen, CNC-gestuurd.

In het algemeen geldt: bij handmatige voeding werk je in tegenloop en met gereedschappen die daarvoor zijn bestemd – gelijkloop hoort bij de mechanische voeding. Als je je hier verder in wilt verdiepen: tegenloopfrezen en gelijkloopfrezen behandelen de draairichting in detail, terwijl vlakfrezen en profielfrezen dieper ingaan op de afzonderlijke werkwijzen.

Veelgestelde vragen

Welke freesmethoden zijn er?

De DIN 8589-3 onderscheidt zes bewerkingsmethoden op basis van het geproduceerde oppervlak: vlakfrezen, rondfrezen, schroeffrezen, walsfrezen, profielfrezen en vormfrezen. Bij de houtbewerking spelen vlakfrezen, profielfrezen, vormfrezen en rondfrezen de hoofdrol; daarnaast vormt verbindingsfrezen een aparte toepassingsgroep.

Is CNC-frezen een aparte freesmethode?

Nee. CNC verwijst naar de besturing, niet naar het proces: de computer regelt de voedingsbeweging, maar er wordt nog steeds vlak-, profiel- of vormfrezen uitgevoerd. Hetzelfde geldt voor ‘3D-frezen’ – vaktaal voor computergestuurd vormfrezen.

Wat is het verschil tussen tegenlopend en gelijkloopfrezen?

Bij tegenloopfrezen beweegt de snijkant in tegengestelde richting van de voeding, waardoor de snijkracht tegen de schuifrichting in werkt – het werkstuk blijft zo onder controle. Bij meeloopfrezen werkt de snijkracht in de voedingsrichting en trekt het werkstuk vanzelf naar binnen. Bij handmatige voeding wordt daarom in tegenloop gewerkt; meeloop is voorbehouden aan de mechanische voeding.

Wat is het juiste toerental bij het frezen?

Dat hangt af van de diameter van de frees: aan de snijkant is de omtreksnelheid van belang; daarom hebben kleine frezen hoge toerentallen nodig en grote freeskoppen lage toerentallen. Het maximale toerental dat op het gereedschap staat aangegeven, is bindend – dit mag niet worden overschreden.