Nieuwe concepten scheppen kansen voor CNC-draaien
TRENDS BIJ CNC-DRAAIBANKEN
Heeft de klassieke CNC-draaibank nog toekomst? Of staan er straks alleen nog multitaskingmachines of hybride draaimachines in de metaalbedrijven? Zeker is dat CNC-draaien geavanceerder wordt en dat typische freesdelen soms efficiënter met een draaibewerking kunnen worden gemaakt. Een standaard 2-assige CNC-draaibank wordt een zeldzaamheid: een Y-as én aangedreven gereedschappen zijn tegenwoordig de minimale eisen die aan een draaimachine worden gesteld. Dit maakt freesbewerkingen mogelijk aan het product dat van stafmateriaal wordt gedraaid en dat gaat nu veel verder dan een spiebaan frezen.
Makkelijke automatisering
Dat sommige machinebouwers sterk inzetten op het bewerken van stafmateriaal, heeft veel te maken met de eenvoudige opspanning en de automatische materiaalaanvoer die men aan een CNC-draaimachine kan koppelen. Stafaanvoer door de klauwplaat is een goedkope, robuuste vorm van automatisering. Afhankelijk van de bewerkingen die nodig zijn, bevat zo’n stangenlader al een behoorlijke voorraad materiaal waarmee er een buffer is om de nodige uren onbemand te kunnen produceren. Afhankelijk van het type product, kiest men er dan voor om dit na het afsteken in een bak te laten vallen, met een geïntegreerde grijper op een transportband te laten plaatsen, of wellicht zelfs door een robot uit te laten nemen.
In combinatie met een overnamespindel kan men de producten zelfs compleet afwerken, inclusief de zesde kant. Hierbij is het wel altijd goed naar de totale cyclustijd te kijken. Kubische onderdelen uit rond materiaal frezen, betekent immers vaak een langere cyclustijd én meer materiaalafval. Dit laatste speelt momenteel nog geen grote rol, maar dat zou in de toekomst wel eens kunnen veranderen. Naarmate de druk toeneemt om materiaalverspilling tegen te gaan, wordt het afdraaien van 10 of 20 mm extra materiaal steeds moeilijker te verantwoorden; hoe weinig cyclustijd het ook kost.
Geavanceerde robotsystemen die bijvoorbeeld spantangen of klauwen in de klauwplaat verwisselen, zijn weliswaar een duurdere oplossing, maar bieden de flexibiliteit die vandaag de dag nodig is. Zo kan men makkelijker producten van verschillende diameters bewerken en daarnaast wordt de robot ook ingezet voor het uitnemen van producten die vanaf stafmateriaal zijn gedraaid, maar niet beschadigd mogen worden. Het gerobotiseerd wisselen van zowel statische als aangedreven gereedschappen in de revolver, vergroot de flexibiliteit bij het onbemand draaien nog verder. Hiermee bieden de echte draaimachinefabrikanten tegengas aan de trend om multitasking machines in te zetten zonder turret.
Swiss type
De draaiautomaten, de zogenaamde Swiss type draaimachines, werden tot voor kort vooral gebruikt voor massaproductie. Bij dit type machine heeft het gereedschap een vaste positie en beweegt het werkstuk hierlangs. Bij de CNC-langdraaiautomaten zit het werkstuk in een geleidebus; de kortdraaiautomaten gebruiken een spantang. Het instellen van de geleidebus kost extra tijd en daarom wordt dit type machine vooral ingezet bij serieproductie. Als er relatief korte producten bewerkt moeten worden, kan men voor een kortdraaiautomaat kiezen. Het ombouwen van een spantang op een ander product is namelijk niet heel veel werk.
In feite is men die tijd ook kwijt bij het omstellen van een klassieke CNC-draaimachine. Men beschikt dan wel over een kleiner aantal gereedschappen, maar voor producten waarvoor dit volstaat, is zo’n draaiautomaat een goedkoper alternatief voor de multitaskingmachines. Deze bieden weliswaar meer mogelijkheden, maar het uurtarief ligt fors hoger. En vergeleken met een 3- of 5-assig bewerkingscentrum, kan men - afhankelijk van de complexiteit - de producten op zo’n draaiautomaat helemaal in één keer afwerken. Dit met een hoge nauwkeurigheid, vanwege de stabiliteit van de Swiss type draaimachines.
Multitasking
De echte trend op het vlak van CNC-draaimachines is nog steeds de multitaskingmachine, met geïntegreerde, volwaardige freesspindel. Hoewel dit type machine al lang op de markt is, lijkt er pas de jongste jaren een doorbraak gaande.
Steeds meer fabrikanten komen met hun eigen concepten voor multitasking; sommigen laten de revolver zelfs volledig weg. Door de klassieke revolver te vervangen door een frees-draaispindel, krijgt men de beschikking over veel meer gereedschapsposities dan op een draaibank. Zo’n multitasking machine kan immers terugvallen op het gereedschapmagazijn van een standaard CNC-freesmachine, met tegenwoordig al gauw meer dan 30 posities. Dit biedt de mogelijkheid om met zustergereedschappen te werken als men de machine automatiseert.
De grote winst zit in kortere omsteltijden. Deze vervallen quasi als men met de gereedschappen in het magazijn de bewerkingen kan uitvoeren. Daarnaast vermindert het risico op botsing tussen turret en werkstuk. En met de overnamespil geldt ook hier dat de zesde kant van het werkstuk in de machine kan worden bewerkt, zodat werkstukken compleet bewerkt van de machine afkomen. Met dit type draaifreescentra kan men de productiviteit verder opvoeren, door bij de versies met onderste turret met meerdere gereedschappen tegelijkertijd te bewerken of aan twee verschillende producten op hetzelfde moment.
Multitaskingmachines zijn al lang op de markt, maar breken nu pas door
Hierbij mag men de betekenis van moderne CAM-systemen niet onderschatten. Zonder deze zou het programmeren van een multitasking machine ondoenlijk zijn. Bovendien vraagt een optimale inzet van deze machines een juiste keuze tussen welke operaties door de hoofdspil en welke door de subspil worden gedaan. Simulatiesoftware schept hier snel duidelijkheid in.
Hybride machines
Multitasking is één trend. Nog iets anders zijn de hybride machines op basis van een CNC-draaimachine. Een technologie die aan het draaien wordt toegevoegd, is bijvoorbeeld additive manufacturing; het oplassen van materiaal. In dit geval wil men niet een compleet product additief produceren, maar gaat het er meer om bepaalde features op een bestaande component aan te brengen. Dat kan door het smelten van draad of poeder. Omdat het werkstuk in de machine blijft, kan het oplassen worden afgewisseld met het CNC-draaien van het onderdeel. Met name voor reparatietoepassingen in bijvoorbeeld de scheepsbouw is dit interessant, omdat men niet meer een heel nieuw product vanaf de basis gaat opbouwen, maar alleen specifieke features. Hierdoor neemt men een van de grote belemmeringen van additive manufacturing weg: het trage tempo.
Een andere vorm van hybride machines is de combinatie harddraaien en slijpen. In dit geval integreert de machinebouwer slijpspindels voor uit- en inwendig rondslijpen. De laatste bewerking om een oppervlakteruwheid in submicron bereik te realiseren, gebeurt dan in dezelfde opspanning waarin eerst hard gedraaid werd. Opspanfouten worden zo vermeden, naast het verlies aan doorlooptijd doordat de bewerkingen op meerdere machines gedaan worden.
In hybride machines wordt het draaien gecombineerd met andere bewerkingen
Zodra lasertechnologie in een CNC-draaimachine wordt geïntegreerd, kan men eveneens denken aan het lokaal harden van onderdelen. Voor speciale toepassingen waarbij er geen volledige door en door harding nodig is, maar enkel het oppervlak gehard hoeft te zijn, is dit een veel efficiëntere oplossing omdat de onderdelen niet uit de opspanning hoeven.
Compacte en nauwkeurige aandrijving B/Y-as
In Duitsland heeft het verspaningsinstituut IFW van de universiteit in Hannover een alternatief aandrijfconcept ontwikkeld voor de positionering van de B/Y-as in een draaifreescentrum.
Meestal gebeurt de positionering van de freesspil in zo’n machine door een seriële verbinding van verschillende toevoerassen. Voor de B/Y-as wordt een seriële koppeling van een translatie- en een rotatieaandrijving gebruikt. Door de seriële opstelling draagt de onderste aandrijving in het algemeen de extra massa van de boven elkaar liggende assen. De extra massa vermindert de dynamiek van de aandrijvingen en dus ook de totale dynamiek van de machine. Om toch nog voldoende dynamiek te behouden, worden de onderste aandrijvingen vaak overgedimensioneerd. Dat kost echter extra inbouwruimte en vermogen. Een tweede nadeel van deze oplossing is dat de positioneernauwkeurigheid afhangt van de optelsom van de positiefouten van de afzonderlijke assen.
Daarom is een zogenaamde multicoördinatenaandrijving ontwikkeld, die in twee vrijheidsgraden kan bewegen. Door de directe aansturing van twee bewegingsassen is er geen seriële asopstelling nodig, zodat de bewegende massa kan worden verkleind en de dynamiek kan worden vergroot.
Momenteel wordt het concept getest door een Duitse machinebouwer en spindelfabrikant. Ze willen het integreren in een hydrostatisch gemonteerde, lineair-direct aangedreven spoelaandrijving. Zo denken ze de positieve eigenschappen van hydrostatica te combineren met de voordelen van directe aandrijftechnologie voor kleine bewegende massa's in twee vrijheidslijnen.
