Precisiebewerking zoekt oplossingen om te automatiseren

Digitalisering maakt kotteren minder manafhankelijk

Toen Metallerie vijf jaar geleden in de wereld van het kotteren dook, tekende zich de komst van digitale oplossingen al af. Deze trend heeft zich sindsdien verder doorgezet. De meest recente innovaties zijn het direct vanuit de CNC-besturing aansturen van de kotterkop om op een voor de operator zo eenvoudig mogelijke manier tot een perfecte maatnauwkeurigheid te komen. En nog slimmer: een actuator gestuurd uitschuifbaar gereedschap. Kotteren blijft echter ook nog steeds het vakmanschap van de specialist.

De nauwkeurigheid van de kotterbewerking wordt niet alleen bepaald door de stabiliteit van de machine en de opspanning, de eerste vereisten, maar ook door de gereedschapsopname. Het hele gereedschapssysteem moet een maximale stijfheid hebben om doorbuigen, hoe gering ook, te voorkomen. Daarnaast moeten de koppen en adapters maximaal het koppel aan kunnen. Dit zijn de twee basisvoorwaarden om een gat heel nauwkeurig (bijvoorbeeld T9) te bewerken.

Gedempte boorbaren

De kortst mogelijke uitsteeklengte is de beste oplossing, maar zal in de praktijk niet altijd mogelijk zijn als men niet met het gereedschap op de juiste plek in het werkstuk komt. Boorbaren zijn dan de oplossing, beter gezegd: gedempte boorbaren. Hierin is een trillingsmechanisme geïntegreerd dat eventuele trillingen elimineert en daarmee de bewerking stabieler maakt. Trillingen in het gereedschap beïnvloeden niet alleen de nauwkeurigheid van de bewerking maar ook de productiviteit. Met een stabieler gereedschap kan men met hogere snijsnelheden kotteren en toch op een betrouwbare manier een goed eindresultaat halen.

Voor uitsteeklengtes van meer dan viermaal de buitendiameter, is zo’n gedempte boorbaar de beste oplossing. De efficiëntie van het proces kan tot een factor twee hoger liggen dan met een niet gedempte baar. Hiervoor zet men zowel actieve als passieve trillingselementen in. Standaard zijn de passieve mechanismen, waarbij binnenin een dempingsvloeistof zit. Deze zorgt voor een trilling rond de natuurlijke frequentie van het systeem. Deze trilling ontstaat als een vooraf ingestelde frequentie van het hele systeem wordt bereikt. Deze heft dan de trilling van het gereedschapssysteem op.

Stabiliteit is een belangrijke factor

Bij een actief systeem werkt men met actuatoren om een trilling op te wekken die de oorspronkelijke uitvlakt. De nieuwste stap bij deze boorbaren is de integratie van sensoren. In Amerika werd dit enkele jaren geleden voor het eerst op gedemonstreerd op de IMTS. De sensoren meten de krachten op het gereedschap en geven deze visueel weer. Deze technologie is inmiddels commercieel beschikbaar. Hiermee krijgt de operator virtueel zicht op het snijgereedschap, zelfs als dat diep in het werkstuk zit.

Eenvoudiger instellen

De stabiliteit van het gereedschapssysteem is dus een belangrijke factor bij het kotteren. Spaanbeheersing is dat net zo, zeker als men blinde gaten gaat kotteren. Dan is het belangrijk om de spanen goed af te voeren. Hierbij speelt de juiste koelsmeervloeistof een grote rol. Hiermee kan men immers de spanen voldoende breken zodat ze zich niet ophopen of rond het gereedschap slingeren. De juiste lengte en de dikte van de spanen dragen bij aan een stabiele kotterbewerking. Het nauwkeurig richten van de straal koelsmeermiddel op het snijvlak is hiervoor noodzakelijk.

Het spreekt voor zich dat het programmeren van de juiste snijparameters en de perfecte gereedschapsinstelling aan de basis liggen van een goede kotterbewerking. Precies op dit punt brengt de digitalisering nieuwe oplossingen binnen handbereik. Aan de ene kant zijn dit de systemen waarmee men eenvoudig, zelfs van op enkele meters afstand, het gereedschap zeer precies kan instellen. In plaats van moeizaam mechanisch het gereedschap af te stellen, doet men dit bijvoorbeeld via een app of een apart apparaat digitaal. Was de elektronica in zo’n digitale kotterkop in de begintijd wel eens gevoelig voor storingen in de machine, met verbeterde communicatiesystemen, hebben de gereedschapsfabrikanten dit probleem opgelost.

Automatische procesbewaking

De volgende stap is daadwerkelijk naar smart manufacturing te gaan. Hierbij wordt het gereedschap vanuit de CNC-besturing aangepast op basis van meetgegevens. Deze ontwikkeling is mede ingegeven door de automatisering in veel andere deelsegmenten van de verspaning. Kotteren is in veel gevallen nog altijd een bewerking die bemand gebeurt.

De andere reden waarom fabrikanten aan deze oplossingen werken, is dat men hiermee de foutkans wil reduceren. Kotteren is een eindbewerking, Als het mis gaat, kan de schade aanzienlijk zijn. Met een closed-loopproces proberen de fabrikanten het proces te automatiseren in die zin dat de nauwkeurigheid automatisch wordt gemeten, wat al langer gangbaar is, en men daarna met een bijgesteld gereedschap en een aangepast NC-programma de nauwkeurige vervolgbewerking uitvoert.

Dankzij de Duitse uitvinding kunnen de kosten verlaagd worden

De voorwaarde voor zo’n systeem is dat er in twee richtingen gecommuniceerd kan worden tussen gereedschap en machinebesturing. De meetgegevens van de taster worden doorgestuurd naar de machinebesturing, waarin automatisch de benodigde parameters worden geprogrammeerd waarna de exacte fijninstelling naar de kotterkop wordt gestuurd. De miniaturisering van zowel elektronica als aandrijfcomponenten maakt deze ontwikkeling mogelijk.

 

Uitschuifbaar gereedschap

In Duitsland is een van de kennisinstituten aan de slag gegaan met het verlagen van de kosten van kotteren door het manueel ingrijpen in de bewerking terug te dringen. De onderzoekers hebben hierbij gekozen voor het gereedschap. Het wisselen van kottergereedschappen kost productietijd en dus geld. En posities in het gereedschapsmagazijn zijn veelal beperkt bij dit type machine. Door meerdere gereedschappen in één te integreren, kan de kotterbank als het ware zonder gereedschapswissel verschillende diameters nauwkeurig bewerken, zonder manueel ingrijpen.

De oplossing die men heeft bedacht, is een gereedschap dat bestaat uit verschillende delen die over elkaar schuiven. De beweging van deze delen wordt gestuurd via een actuator. In de geleiders bevinden zich fijn instelbare kotterpatronen met wisselplaten. Deze geleiders stelt men precies af op de gatdiameter. Voor de fixatie gebruiken de onderzoekers de druk van het koelsmeermiddelsysteem van de CNC-machine. Voor de bewerking van boringen wordt het vooraf ingestelde en samengevouwen gereedschap eerst vanuit het gereedschapsmagazijn in de gereedschapsspil van de machine gebracht en kan dan binnen het bewerkingsgebied worden uitgebreid tot de vooraf ingestelde diameter.

Met het gereedschap kan men zowel langskotteren (de opening van het gat wordt steeds dieper gemaakt) als vlakkotteren (de opening wordt steeds groter gemaakt). Het kottergereedschap werkt met twee snijkanten. De onderzoekers zeggen dat IT6-passingen haalbaar zijn. Het in- en uitschuiven van de verschillende elementen wordt via de G-code geprogrammeerd. Hiermee kan men gaten van rond 90 tot rond 138 mm kotteren zonder het gereedschap te hoeven wisselen of handmatig opnieuw in te stellen.