Horizontaal of verticaal: niet alleen het prijskaartje telt

Wat moet men meewegen bij de keuze tussen deze twee concepten?

 

Het aantal verticale bewerkingscentra is nog altijd ver in de meerderheid, ondanks dat horizontale CNC-machines aan populariteit winnen. Beide types bewerkingscentra hebben hun eigen pro’s en contra’s én vergen naast de investering in de CNC-machine zelf, nog investeringen in de periferie. Deze verschillen echter voor de twee types.

Wie op zoek is naar een verticaal bewerkingscentrum heeft keus te over. De voordelen van ene verticaal CNC-bewerkingscentrum zijn zodanig dat dit het meest verkochte type is. Ze zijn echt universeel inzetbaar, ze zijn vanaf de zijkant toegankelijk voor robotbelading en als dat niet lukt, kan men wel een oplossing aan de voorkant vinden of met een gantryrobot de machine automatiseren.

Een 3-assig verticaal bewerkingscentrum kan men bovendien met een 4e as uitbreiden voor extra mogelijkheden en een langere autonomie qua bewerkingstijd. Voor bepaalde toepassingen is dit een alternatief voor de duurdere 5-asser. Daarmee krikt men het spilrendement van de machine fors omhoog, alhoewel dit gemiddeld in de metaalindustrie lager ligt dan het spilrendement van een horizontale machine (30 tot 35% versus 75%).

De verticale CNC-bewerkingscentra zijn compacter en onder andere daardoor goedkoper te produceren, wat zich vertaalt in een lagere investeringskost dan een horizontale machine. Dit wordt nog versterkt doordat dit type eenvoudiger geconstrueerd is. Het kost simpel gezegd minder om zo’n machine te bouwen.

Waarom dan toch horizontaal

Toch valt niet te ontkennen dat men steeds vaker horizontale bewerkingscentra ziet bij kmo’s in de metaalindustrie. En dat zijn niet enkel bedrijven die grote series maken of die zwaar verspanen, bijvoorbeeld titanium vliegtuigcomponenten met een lange cyclustijd. De productiviteit van een horizontaal bewerkingscentrum ligt hoger, wat onder andere komt door de robuuste en stijve constructie. Dit machinetype is vaker uitgerust met blokgeleidingen, terwijl men bij de lichtere verticale machines dikwijls lineaire geleidingen ziet. Deze laten wel hogere ijlgangen toe en versnellingen toe, maar zeker bij het verspanen van materialen zoals titanium en Inconel is de robuustheid van een blokgeleiding te prefereren. Daarnaast kunnen op een horizontale machine méér kanten in één opspanning bewerkt worden dan op een verticale 3-asser. Dit betekent minder vaak omspannen. Uiteraard vervalt dit argument bij een 5-asser, die echter weer minder stabiel is dan een horizontaal bewerkingscentrum.

Eén horizontale machine kan drie tot vier verticale machines vervangen, uiteraard afhankelijk van de producten. Prismatische werkstukken die aan meerdere zijden bewerkt moeten worden, lenen zich heel goed voor een horizontaal centrum. Met de hogere productiviteit kan men gaan rekenen of de extra investering die een horizontale machine vergt (reken op een factor 3) loont. Als de machine meerdere verticale bewerkingscentra vervangt, is de uitkomst van de rekensom snel duidelijk, zelfs als men verticale machines automatiseert. Het voordeel van dit laatste type is dan wel dat men met drie of vier machines minder risico loopt als zich een machinestoring voordoet.

Dan blijven er nog altijd machines over om mee te bewerken. Op het eerste gezicht zou men denken dat drie verticale bewerkingscentra flexibeler zijn dan één horizontale, maar als men deze laatste voorziet van spantorens hoeft de flexibiliteit er niet onder te lijden. Een horizontaal bewerkingscentrum biedt het voordeel dat men kan werken met spantorens: meerdere producten worden boven elkaar opgespannen waardoor de machine langere tijd kan doorwerken zonder dat de operator stukken moet wisselen. Gecombineerd met een werkstukwisselaar kan men zo een horizontaal bewerkingscentrum vrij eenvoudig automatiseren. Terwijl de machinebediener de opspantoren voorziet van nieuw materiaal, freest de spindel op de tweede tafel alvast werkstukken.

Het aantal verticale bewerkingscentra is nog altijd ver in de meerderheid, ondanks dat horizontale CNC-machines aan populariteit winnen

 

Spanenval

Het grote voordeel van dit type is bovendien de goede spanenval: deze vallen door de zwaartekracht altijd naar beneden, waar ze bij een verticaal centrum op de tafel – of erger – het werkstuk kunnen blijven liggen. Het opeenhopen van spanen op de tafel of in de machine, kan tot thermische instabiliteit leiden doordat de warmte vanuit de spanen de machine ingaat. Dat is minder kritisch bij een horizontaal bewerkingscentrum. Hetzelfde geldt ook voor het koelsmeermiddel. Een pocket frezen op een horizontale machine zal er nooit toe leiden dat er koelsmeermiddel achterblijft in de kamer, wat bij een verticale machine wel kan gebeuren met alle gevolgen.

De periferie verschilt

Wie de afweging maakt tussen een verticaal versus een horizontaal bewerkingscentrum, zal allereerst het werkstuk en de aantallen die geproduceerd gaan worden als uitgangspunt nemen. Daarnaast is het goed rekening te houden met verschillen in de periferie van de machine. De investeringen hierin verschillen voor de beide types. Een horizontaal bewerkingscentrum brengt andere bijkomende investeringen met zich mee dan een verticale machine. Dat begint bijvoorbeeld al met de fundering. Een horizontale machine weegt aanzienlijk meer dan een verticale, reken met een factor 2 tot 3. De fundering onder de machine is dan ook eerder een kritisch punt dan bij een verticaal bewerkingscentrum. Hoe groter de machine, hoe sneller extra fundering nodig zal zijn.

Het tweede verschil zijn de opspangereedschappen. In plaats van de standaard gereedschapsklemmen die op de tafel worden gezet, haalt men méér rendement uit een horizontale machine door gebruik te maken van spantorens met daarop passende klemmen. Dit vergt een investering die zich echter snel terugverdient. Het is wel belangrijk te letten op een klemsysteem op de toren dat eenvoudig in gebruik is, zodat met minimale tijd de werkstukken op de spantoren gewisseld kunnen worden.

 

Automatisering

Als het om automatisering gaat zijn de verschillen tussen de beide type bewerkingscentra groot. Verticale CNC-machines laten zich relatief eenvoudig automatiseren met een standaard robotcel. Zeker de meer geavanceerdere bewerkingscentra zijn hierop voorbereid. De huidige generatie robotcellen is qua bedieningsgemak zo laagdrempelig, dat elke verspaner deze eenvoudig kan programmeren. En als men een robotcel kiest die zowel product- als pallethandling aankan, kan men flexibel automatiseren. Kleinere batches van verschillende producten kunnen dan onbemand worden gemaakt, met een investering die met een bedrag tussen € 100.000 en € 150.000 relatief betaalbaar is.

Horizontale bewerkingscentra worden bijna altijd geautomatiseerd met een palletwisselaar. In de standaarduitvoering zijn er twee pallets beschikbaar: één in de machine voor de bewerking en een tweede waar gelijktijdig nieuwe werkstukken op opgespannen kunnen worden. Hierop worden eventueel de spantorens geplaatst. Voor de grotere, uitgebreidere machines kan men vaak meerdere pallets kiezen die automatisch wisselen. Met deze pallet pools kan de machine veel langer onbemand doorwerken. Het brengt wel extra investeringen in opspangereedschappen met zich mee.

Een verschil dat in menig bedrijf zal meewegen, is de manier van programmeren

CAM-programmeren

Een verschil dat in menig bedrijf zal meewegen, is de manier van programmeren. 3-assige verticale bewerkingscentra laten zich nog steeds aan de machine programmeren, afgezien van de vraag of dit de juiste keuze is. Het programmeren van een horizontale machine vergt meer inzicht en kennis van het meerzijdig bewerken van de onderdelen. CAM-software is bijna onmisbaar, wat ook weer voordelen kan opleveren doordat men specifieke strategieën kan benutten voor meer effectiviteit. Aansluitend geldt ook dat het voorinstellen van de gereedschappen bij een horizontale machine zeker nodig is, vanwege de minder goede toegankelijkheid van de machines. De vraag dient zich echter aan of men dit nog als verschil mag zien, omdat gereedschap voorinstellen inmiddels ook bij de verticale machines wezenlijke voordelen brengt. Niet alleen qua tijd, vooral qua efficiency en kwaliteit.