GEREEDSCHAP OPSPANNEN CRUCIAAL, MAAR KEUZE IS NIET EENVOUDIG

Trends en aandachtspunten

Wie investeert in een nieuwe CNC-machine, doet er goed aan om ook naar de gereedschapshouders te kijken. De machine mag immers nog zo krachtig of nauwkeurig zijn, als de interface tussen het gereedschap en de spindel niet is afgestemd op de machine én het werkstukmateriaal, dan lukt het nooit om de mogelijkheden van het bewerkingscentrum maximaal te benutten. Bovendien gaat een verkeerde gereedschapshouder vaak ten koste van de gereedschapsstandtijd en de levensduur van de spindel.

BELANG VAN GEREEDSCHAPSHOUDERS

Dat sommigen bij het selecteren van de gereedschapshouders door de bomen het bos niet meer zien, is niet onbegrijpelijk. De keuze is tegenwoordig groot. Dat mag echter geen reden zijn om hier niet naar te kijken bij de investering in een nieuwe CNC-machine. Misschien kun je het nog wel het best vergelijken met de bandenwissel in een F1-race, waarbij de recente GP van Duitsland boekdelen sprak. Bij een natte baan heeft de F1-wagen een andere interface met het wegdek nodig dan op een droge baan. In de verspaning vraagt een standaard 3-asser een andere houder dan wanneer men op een 5-assig bewerkingscentrum hogesnelheidsfrezen toepast. Diepe kamers in een matrijs frezen vergt ook andere houders dan het ruwen van een gesmeed stuk Inconel.

De rondloopnauwkeurigheid is één factor die telt, maar ook de klemkracht en het koppel dat de houder aankan, zijn van belang. Is de spankracht voldoende, dan zal de frees met de snijkant gelijkmatig in het materiaal gaan. Is die echter te gering, dan zal het gereedschap in de houder draaien en in het ergste geval loskomen. Dit kan natuurlijk grote schade veroorzaken. In de praktijk hebben mechanisch geklemde houders echter een zodanig grote veiligheidsmarge dat er zelden problemen ontstaan. De proceszekerheid is dus groot.

VERSCHILLENDE SYSTEMEN

Er zijn drie grote groepen houders te onderscheiden, met elk hun voor- en nadelen: krimphouders, hydraulische spankrachthouders en de mechanische (ER-spantanghouders en Weldon).

Mechanische houders

De Weldonhouder is de traditionele freeshouder. Die is heel flexibel en het risico dat de frees uit de houder loskomt, is klein, dankzij het hoge koppel dat de houder aankan. Dat de Weldonhouder langzaamaan uit de gratie raakt, komt door de matige rondloopnauwkeugheid. Dat heeft alles te maken met de spanbout, die loodrecht op een genormeerd vlak staat. Dat maakt dit type houder wel heel geschikt voor het voorbewerken, wanneer het erom gaat zo veel mogelijk spanen te maken en nauwkeurigheid nog geen grote rol speelt. Omdat de nauwkeurigheidseisen aan bewerkingen echter steeds hoger liggen, speelt dit de Weldonhouders wel parten, zodra het om precisieverspanen gaat. Hydraulische houders en krimphouders doen het op dit punt beter. Ook ER-spantangen doen het hier beter dan de Weldonhouder. De ER-spantanghouder is daarom een vrij goede allround oplossing voor boren en lichte freesbewerkingen.

Krimphouders

Komt het op een hogere nauwkeurigheid aan, dan zijn zowel de krimphouders als de hydraulische houders de aangewezen oplossing. De krimphouders zijn iets minder praktisch in gebruik, omdat er verwarmingsapparatuur voor nodig is en omdat er voor elke diameter een andere krimphouder nodig is. Het krimpen zelf moet precies goed verlopen, omdat er anders beschadigingen aan zowel de houder als het gereedschap ontstaan.

Hydraulische houders

Tegenwoordig beschikken de hydraulische houders (Hydro-dehn) over voldoende spankracht om ze ook bij het ruwen in te zetten, als de frees zwaar wordt belast. Zelfs als er grote volumes worden verspaand, kan de nieuwe generatie Hydro-dehn houders worden gebruikt. Draaimomenten tot 900 Nm (diameter 20 mm) kunnen al worden overgebracht op het gereedschap. Bij dit type bewerking is het belangrijk te letten op de radiale stijfheid van het totale gereedschapssysteem. Juist de Hydro-dehn houders kunnen ook deze krachten goed opvangen. Hoe hoger de radiale stijfheid, hoe hoger voeding en aanzet kunnen zijn. Een bijkomend voordeel van dit type is dat de olie in de houder een dempend effect heeft. De kans dat er trillingen ontstaan, wordt hierdoor kleiner. Het concept leent zich goed voor het opvangen van axiale krachten. Omdat de nauwkeurigheid hoog ligt en ze relatief eenvoudig in gebruik zijn, neemt de populariteit van dit type houder de jongste jaren toe. Wat hier nog aan bijdraagt, is de grotere flexibiliteit qua gereedschapsdiameter in vergelijking met de krimphouder. Met verloopbussen kunnen meerdere schachtdiameters gebruikt worden in één type Hydro-dehn houder, zonder dat dit ten koste gaat van de rondloopnauwkeurigheid.

3D-PRINTEN

De verscheidene spantechnieken hebben dan wel elk hun specifieke voor- en nadelen, soms is er maar weinig keuze. Krimphouders lenen zich bijvoorbeeld heel goed voor lange, slanke gereedschappen. De Hydro-dehn houder is dan weer van zichzelf al te groot om bijvoorbeeld bij het bewerken van precisiematrijzen te worden ingezet. Sommige producenten lossen dit op door de nieuwe generatie van houders gedeeltelijk te 3D-printen. Hierdoor kunnen de voordelen van de krimphouder – slank en hoge rondloopnauwkeurigheid – gecombineerd worden met die van een Hydro-dehn houder.
Dankzij het 3D-metaalprinten kan het bovenste deel van de houder slank worden en een inwendig verloop hebben. Het gedeelte dat voor de klemming van de frees zorgt, zit hierdoor vooraan in de schacht. Dit leidt tot een betere klemming en een hoge rondloopnauwkeurigheid, doordat er geklemd wordt vlak bij het deel van de frees dat uit de houder steekt. Een dergelijke constructie kan mechanisch niet worden gemaakt; dit lukt alleen met 3D-printen. Een bijkomend voordeel is dat de fabrikanten het gewicht dankzij de additieve technologie kunnen reduceren. Dat komt de dynamische eigenschappen ten goede.

ACTIEVE DEMPING

Ook bij de gereedschapshouders voor draaibeitels staan de ontwikkelingen niet stil. Hier zoeken de fabrikanten met name naar oplossingen om trillingen van lange gereedschappen tegen te gaan. Passieve en actieve demping zijn de oplossing hiervoor. Passief betekent dat de trilling wordt tegengegaan door het ontwerp zo te maken dat de stijfheid van het systeem maximaal is. Soms wordt er zelfs beton gebruikt om holtes mee te vullen, omdat dit goede dempingseigenschappen heeft.

Vaak volstaat de passieve demping niet meer; enerzijds vanwege de eisen aan het werkstuk, anderzijds doordat er alsmaar langere gereedschappen bij het draaien worden ingezet. Daarom is er, naast de passieve demping, tegenwoordig ook de actieve dem­ping. Een vooraf op spanning gebracht dem­pingselement reageert op de trilling in het ge­reedschapssysteem door een tegenbeweging te starten. Beide amplitudes heffen elkaar op, zodat het snijgereedschap zelf stabiel is. Dit dempingselement zit in de boorbaar en hangt in elastische elementen, zodat het vrij kan trillen als dat nodig is. Door het element vooraan, dicht bij het snijgereedschap, te plaatsen, reageert het gereedschap direct op vibraties.

DIGITALISERING

De digitalisering is een andere trend die zich stilaan manifesteert in de gereedschapshouders. Bij kottergereedschappen speelt dit al langer, maar er zijn inmiddels ook voorbeelden van houders voor aangedreven gereedschappen op CNC-draaibanken met geïntegreerde sensoren. Deze Bluetooth Low Energy sensoren verzamelen continu data tijdens de bewerking. Het doel is om deze data te gebruiken om algoritmes voorspellingen te laten doen over onderhoud. Andere gereedschapsfabrikanten zetten de meettechnologie in om de operator inzicht te geven in een aantal factoren aan de snijkant van het gereedschap. Hierdoor kan het pro­ces gevalideerd worden.