Draaien verandert om meerdere redenen

Draaien is een van de oudste bewerkingsprocessen in de metaalnijverheid. Hoewel de komst van de CNC-besturing de technologie ondertussen enorm vooruit heeft geholpen, blijft het basisprincipe nog steeds gelijk: het werkstuk draait langs het gereedschap, dat zich beweegt in de voedingsrichting. De jongste jaren lijkt er echter een verandering te komen, met nieuwe concepten voor het draaien, nog meer assen en nog meer multitasking.

Lights out fabriek zoekt andere draaimachine

Draaien blijft ook de komende jaren de belangrijkste CNC-technologie. Dat voorspelt het onderzoeksbureau Maximize Market Research. In de totale markt voor CNC-bewerken hebben de draaimachines wereldwijd een marktaandeel van 28%. Dit cijfer heeft betrekking op alle varianten van CNC-draaien samen. En daar zit nu net de crux: onderhuids tekenen zich verschuivingen af. Draaien is niet meer gewoon draaien.

Het Amerikaanse Gartner Intelligence is een van de partijen die veel data over de maakindustrie verzamelen. In een publicatie in 2021 hebben de onderzoekers de vraag gesteld of maakbedrijven met veel onbemande productie – de lights out factories – andere machines inzetten dan de bedrijven die minder vergaand geautomatiseerd zijn. Wat blijkt? Er zijn inderdaad aanzienlijke verschillen, althans voor de Amerikaanse markt.

Dat de Swisstype-draaibank, in Europa de langdraaiautomaat, aanzienlijk vaker te vinden is in de onbemande productie, mag weinig verrassend worden genoemd. Het is immers een typische draaimachine voor grotere series, hoewel dat verandert (waarover straks meer). Eveneens goed verklaarbaar is dat CNC-draaimachines met twee turrets meer dan twee keer zo vaak voorkomen bij deze lights out-fabrieken dan in de bemande productie. Maar ook de CNC-draaibank met spindels komt men vaker tegen in dergelijke fabrieken: die kiezen veel vaker voor machines met dubbele spindels. En dat geldt ook voor de draai-freesmachines; de multitasking centra op basis van CNC-draaien.

Toenemende vraag naar automatisering leidt tot ander type CNC-draaimachine bij kmo's

Onder invloed van de toenemende behoefte om de productie te automatiseren (uit economische overwegingen en gebrek aan vakmensen), gaan metaalbedrijven dus andere types draaimachines kiezen. De Amerikaanse onderzoekers zien naast het terugdringen van de factor arbeidsloon per geproduceerd onderdeel nog twee andere redenen voor deze verschuiving. Er is meer en betere CAM-software beschikbaar, waardoor complexere machines makkelijker te programmeren zijn, én ze zijn makkelijker te automatiseren met een 'bar feeder'. Dit is een goedkopere oplossing dan een robotsysteem, weliswaar met beperkingen, maar met name voor kmo’s volstaat dit dikwijls.

Deze Amerikaanse cijfers kan men waarschijnlijk één op één doortrekken op de markt in Europa en de Benelux. De uitdagingen zijn immers dezelfde: meer productie uit de machines halen, druk op de prijs per product en een gebrek aan vakmensen. Dit leidt dus tot een verschuiving in CNC-draaitechnologie.

één gereedschap voor alles

De nu toch wel goed zichtbare doorbraak van de multitasking machine, de draai-freescombinatie, is hier slechts een voorbeeld van. De introductie van de overnamespil maakt de inzetbaarheid van dit type nog beter, omdat men hiermee alle zes de kanten van het product kan afwerken. Machines met meerdere turrets en koppen kunnen zelfs twee werkstukken gelijktijdig bewerken. Dit machineconcept inspireert sommige machinebouwers om op zoek te gaan naar nieuwe concepten, zoals het plaatsen van de gereedschapsturret op een aparte kop die dan als B-as fungeert. Hierdoor kan men met meerdere gereedschappen gelijktijdig aan twee werkstukken werken.

Afgezien van de technische hoogstandjes qua machinebouw, is deze ontwikkeling vooral mogelijk door de nieuwe besturingstechnologie en de vooruitgang in CAM-programmeren, wat voor deze nieuwe generatie draaimachines onmisbaar is. De combinatie van nieuwe gereedschappen met nieuwe CAM-oplossingen geeft CNC-draaien een impuls. Deze ontwikkeling illustreert dus hoe de digitalisering het CNC-verspanen verandert.

De gereedschappen alleen zijn hiervoor niet voldoende. Ceratizit geeft met de combinatie van speciale gereedschappen en software het draaien op een multitaskingmachine een impuls. Met High Dynamic Turning (HDT) en Free Turn-gereedschap kunnen alle bekende draaibewerkingen met één gereedschap worden uitgevoerd. Free Turn is een draaigereedschap voor de multitaskingmachines. Door het in de freesspil te plaatsen, kan men het gereedschap draaien en de aanvalshoek dus continu veranderen. Dat is het concept van High Dynamic Turning, de CAM-strategie die bij dit gereedschap hoort.

Dit levert een besparing op aan de gereedschapskant, doordat men met één gereedschap het voordraaien, contourdraaien, finishen et cetera kan doen. Voor wie onbemande uren wil maken, is dit een belangrijk voordeel. Daarnaast kan men met hogere voedingen werken en zijn er tot 90% minder bewegingen waarbij het gereedschap niet in het materiaal is, wat zich vertaalt in een kortere bewerkingstijd. Een totale cyclustijdbesparing van 30% is haalbaar in de praktijk. Daarnaast verbetert de kwaliteit van het oppervlak, doordat het gereedschap minder last heeft van trillingen als gevolg van krachten op het gereedschap.

Vanaf de klauwplaat draaien

Sandvik Coromant is een andere gereedschapsfabrikant die met de combinatie gereedschap en CAM-strategie het CNC-draaien verbetert. Het PrimeTurning-concept maakt het mogelijk om in alle richtingen te draaien en hiermee grotere spaanvolumes te genereren. Hoewel oorspronkelijk ontwikkeld voor de massaproductie in de automobielindustrie, leent het concept zich ook voor kleinere batchproductie, zeker als de onderdelen uit moeilijke materialen worden gedraaid en de gereedschappen vaker gewisseld en opnieuw ingesteld moeten worden.

Met 'draaien in alle richtingen' bedoelt de gereedschapsfabrikant dat de gereedschappen geschikt zijn voor zowel klassiek draaien, waarbij het gereedschap van het werkstukeinde naar de klauwplaat beweegt, als omgekeerd. Dit laatste is nieuw: bij PrimeTurning wordt het gereedschap vanaf de klauwplaat verplaatst naar het werkstukeinde. Hiermee realiseert men een groter spaanvolume, doordat de intredehoek groter is.

Bij PrimeTurning wordt het gereedschap vanaf de klauwplaat verplaatst naar het werkstukeinde

De CAM-software is nodig om de snijparameters zodanig te bepalen dat de spaandikte constant blijft; deze veranderen dus continu. Hierdoor ontstaat er een stabiel proces, dat tot 50% productiviteitsverbetering kan opleveren. De bewerking moet eigenlijk met CAM-software geprogrammeerd worden, maar er is inmiddels ook een aparte tool beschikbaar voor operators die aan de machine programmeren. Deze software levert de programmeercodes voor het instellen van de juiste parameters op de meeste CNC-draaibanken.

Anders draaien

Een recente ontwikkeling is het vervangen van de turrets in een CNC-draaimachine door een B-as, waarin het gereedschap geklemd wordt. Dit is niet voor alle toepassingen de beste oplossing, maar wel als men onbemand wil werken en men vaker gereedschappen moet wisselen. Dit type machines heeft namelijk een gereedschapsmagazijn, vergelijkbaar met de CNC-bewerkingscentra, en bieden dus veel meer capaciteit dan de 12 of 24 posities in een turret. Een tweede voordeel van dit concept is dat het instellen van de gereedschappen buiten de machine gebeurt en de gereedschappen geladen worden terwijl er bewerkt wordt. De omsteltijden op een ander product nemen dus af.

 

Toenemende interesse voor langdraaien

Aan de machinekant is de toegenomen interesse voor langdraaimachines, de Swisstype-draaibank, een van de verschuivingen. Zoals gezegd, werd dit type CNC-draaimachine vroeger met name ingezet voor de productie van grote series, omdat het omstellen van de geleidebus tijd kost. Deze geleidebus zorgt mede voor de hoge nauwkeurigheid waarmee dit machinetype bewerkt: de machine duwt het stafmateriaal door een geleidebus in de Z-as langs het snijgereedschap. Door deze configuratie grijpt het snijgereedschap altijd dicht bij de bus in het materiaal, waardoor het de grootst mogelijke steun krijgt en dus minder trilling ontstaan en het gereedschap niet doorbuigt. Het resultaat is dat een goed ontworpen en gebouwde Zwitserse draaibank zelfs lange, slanke werkstukken binnen nauwere toleranties houdt en indien nodig harddraaien mogelijk maakt.

Het omstellen van deze bus is vergemakkelijkt, waardoor men dit type machine nu ook voor kleinere batchgroottes rendabel kan inzetten; hoewel het nooit een echt flexibele oplossing wordt voor enkelstuks of heel kleine series. Ter vergelijking: conventionele draaibanken hebben slechts 3 of 4 assen en zijn soms niet in staat om de bewerking van een werkstuk in één cyclus te voltooien. Daarom moeten sommige licht complexe onderdelen soms zelfs op meerdere machines worden bewerkt, waardoor de cyclustijd drastisch toeneemt.

Automatiseren: meer doen met de robot

Robotbelading van een CNC-draaibank is al langer gemeengoed. De beperking hiervan was tot voor kort dat men beperkt was in de range diameters van stukken die de robot in de klauwplaat kon plaatsen. Wil men wisselende diameters draaien, dan moet buiten bepaalde afmetingen de klauwplaat verwisseld worden. Dat betekende bij robotbelading manueel ingrijpen en verlies van productie-uren.

Inmiddels hebben meerdere fabrikanten dit probleem opgelost en kan men ook bij de CNC-draaimachine onbemand kleine series wisselende producten draaien, net als bij een 5-assig bewerkingscentrum met robot. Het voordeel van de CNC-draaibank is hierbij de eventuele overnamespil, waardoor ook de zesde kant van het product onbemand kan worden afgewerkt. De oplossingen lopen uiteen van het wisselen van de vingers van de klauwplaat, het wisselen van het sluitdeel van de klauwplaat dankzij een nieuwe interface en het automatisch wisselen van spandoorns en spantangen.

Hiermee wordt de CNC-draaibank nog aantrekkelijker in combinatie met een robot. Dat geldt eens te meer, omdat men zowel stafaanvoer als robotbelading aan één machine kan plaatsen. Op die manier wisselt men de productie van kleinere onderdelen - gedraaid vanaf stafmateriaal - af met de onderdelen die men draait uit materiaal dat door de robot in de klauwplaat wordt gezet.