Metavak 2013: hogere nauwkeurigheid, meer productiviteit, meer stabiliteit en groener

Frank Brinken, ceo van de Zwitserse Starrag Group, heeft op dit laatste punt zijn eigen kijk. Hoewel hij één van de pleitbezorgers is van het Blue Competence initiatief, is volgens hem de beste oplossing om het energieverbruik van een machine omlaag te brengen met kortere cyclustijden. ‘Je kunt wel motoren van aggregaten uitschakelen, maar als je het proces verkort, dan bespaar je maximaal energie.’ Milieuvriendelijker verspanen heeft niet alleen met het energieverbruik te maken. Met name op het gebied van koelen en smeren zijn er enkele interessante ontwikkelingen, omdat je hiermee ook de productiviteit positief beïnvloedt.

Koelen met CO2

Starrag heeft hiermee op de EMO onlangs één van de MM Awards gewonnen. Dankzij een speciale gereedschaphouder en de Cryo-tec gereedschappen van Walter slaagt men erin om het mengsel van CO2 met een minimale hoeveelheid koelsmeermiddel (aerosol) direct op de snede te brengen. Hiermee biedt het bedrijf een alternatief voor het droog verspanen van hoogvaste materialen, wat tot 70 procent sneller kan. De eerste toepassingen hebben Starrag en Walter gevonden in het frezen van hooglegeerd gereedschapstaal. Met de cryogene koeling werd in 2,66 minuten 278 cm3 materiaal verspaand, vergeleken met de 4,5 minuut die dit kost als je zuiver droog freest. Deze manier van koelen levert bovendien een langere standtijd op van de gereedschappen. De temperatuur van het gereedschap wordt door het CO2 omlaag gebracht van 160 graden C naar 40 graden C.

DMG Mori

Het derde voordeel van deze koeling is de lagere operationele kosten. Starrag biedt dit systeem ook als retrofit aan op bestaande machines van recente datum. Niet alleen Starrag is hiermee bezig. Ook DMG Mori test het CO2-koelen zowel op draai- als freesmachines. Eén van de materialen waarbij DMG Mori het toepast is zuiver titaan. Hierbij wordt uitsluitend met het CO2 gekoeld, dat direct nadat het via een nozzle het gereedschap verlaat, expandeert en daardoor de temperatuur omlaag brengt tot 40 graden C. MAG, dat enkele jaren geleden het cryogeen koelen voor het eerst toonde, gebruikt geen CO2, maar stikstof. Dat heeft een nog lagere temperatuur, maar heeft wel als nadeel dat het gekoeld naar het gereedschap geleid moet worden, omdat het anders al gasvormig wordt.

Hogedrukkoelen

Hogedrukkoeling is een ander thema op het gebied van koelen dat de markt bezighoudt. Deze techniek is al veel meer doorgedrongen in de markt. Dormatech, het zusje van Dormac CNC Solutions, levert op dit vlak hogedrukpompen om bestaande machines om te bouwen naar het koelsmeren met drukken van 30 tot 70 bar. Het voordeel, vergeleken met het overspoelen met koelmiddel, is dat je exact daar koelt waar de warmte het hoogst is. Eén van de materialen waar de spaanvorming door de hitte problematisch kan zijn, is titaan (Ti6Al-4V). Gekrulde spanen (vogelnestjes) zorgen voor productiviteitsverlies. Bovendien kun je zo’n proces niet gauw onbemand laten plaatsvinden. Het probleem met overspoelen is dat het water in de koelsmeeremulsie verdampt voordat het op de plek is waar het moet koelen.

Seco Tools

Wil je een zo hoog mogelijke effectiviteit van hogedrukkoelen, dan moet je door het gereedschap koelen. Seco Tools doet dit met het Jetstream Tooling systeem. Bij dit gereedschap kunnen de spuitmonden heel dicht bij de snijkant worden gepositioneerd. De nieuwste generatie Jetstream Tooling voor draaien, gleufsteken en afsteken is voorzien van beitelhouders met spuitmonden die niet alleen direct op de spaanvlakken zijn gericht, maar ook op het vrijloopvlak van de snijplaat. Hierdoor wordt de standtijd met nog eens 10 procent verlengd en, aldus Seco Tools, de afwerking van het oppervlak is beter. De druk waarmee Seco Tools koelt is 20 tot 70 bar. Zelfs bij een druk van 5 bar zie je al een aanzienlijke verbetering van de productiviteit. Bij 20 bar kon de gereedschapsfabrikant bij het bewerken van Ti6Al-4V de snijsnelheid opvoeren van 40 m/min naar 80 m/min met een verdubbeling van de standtijd van het gereedschap.

Robot in dagdienst

Robotisering blijft. In Nederland kijkt niemand meer op van een robot bij een kantbank of een CNC-bewerkingsmachine. Met bedrijven als Cellro, dat op de EMO nog zowel bij Doosan (Dormac CNC Techniek) als bij Matsuura (Bendertechniek) de compacte Xcelerate X20 cel (maximale draaglast 20 kg) toonde, loopt Nederland voorop. Een robot in dagdienst levert al 15 procent productiviteitsverbetering, weet men bij een andere Nederlandse speler op dit vlak, RFA, uit ervaring van de klanten. Laat je de robot vervolgens nog ‘s avonds 2 uur onbemand doorwerken, dan levert het op jaarbasis bij een uurprijs van 50 euro al gauw 44.500 euro op, aldus een rendementsberekening van deze Nederlandse systeemintegrator.

RFA

De terugverdientijd schommelt volgens RFA dan ook tussen de 1 en 2 jaar, afhankelijk van of je al dan niet onbemand gaat verspanen. RFA voegt daar nog aan toe: daar staat ook een kwaliteitsverbetering tegenover én het feit dat je je productiecapaciteit vergroot. De kwaliteitsverbetering komt onder andere doordat je tegenwoordig met een aan de robot gekoppeld visionsysteem een controle kunt laten uitvoeren. Of de robot doet nog extra handelingen, zoals het reinigen van de werkstukken. Sommige machinebouwers kiezen voor hun eigen geïntegreerde oplossing, zoals draaimachinefabrikant Victor die nu een compact robotlaadstation aan de P16 machine liet zien op de EMO. In Nederland wordt Victor vertegenwoordigd door Gibas Numeriek.

Frezen met robot

Toch is datgene dat momenteel met robots in bijvoorbeeld de verspaning wordt gedaan slechts een eerste stap, denkt men bij Siemens en Kuka Robotics. De twee Duitse concerns hebben hun samenwerking versterkt met als doel de robot- en machinebesturing te integreren. Concreet betekent dit bijvoorbeeld dat de verspaner de vertrouwde Sinumerik-interface ziet en daarin de robot programmeert. De twee bedrijven willen verder gaan dan de handlingrobot programmeren via de besturing van de CNC-machine. Je kunt de robot daadwerkelijk laten frezen, zonder dat hij over kennis van robotprogrammeren hoeft te beschikken. De robot zal de komende jaren wellicht voor een deel gebruikt gaan worden als CNC-machine, bijvoorbeeld bij het voorfrezen van grote werkstukken. De nauwkeurigheid waarmee Siemens en Kuka dit nu al kunnen bedraagt 0,1 mm.

De twee concerns zijn niet de enige die op lange termijn de robot als freesmachine zien. Deze zomer heeft een consortium onder leiding van DelCAM een Europees onderzoeksproject (Comet) omtrent robotfrezen afgesloten. Eén van de producten is een adaptief systeem dat de robot in staat stelt op basis van gemeten waarden het freesprogramma automatisch bij te stellen. Daarnaast levert DelCAM software waarmee het programmeren van de robot vanuit een CAM-omgeving vereenvoudigd wordt. Delcam heeft een deel van de ervaringen uit het Comet-project verwerkt in PowerMILL Robot Interface, waarmee je eveneens robots eenvoudig programmeert voor freesbewerkingen. De programma’s die je hiermee genereert zijn geschikt voor alle belangrijke merken robots, zoals Yaskawa Motoman.  Yaskawa levert al tal van robotoplossingen voor de metaalbewerking.

Multitasking

Multitasking, draai en freesbewerkingen in één opspanning, is een andere trend die duidelijk doorzet. Mazak heeft jaren geleden met de Integrex-machines de eerste aanzet hiervoor gegeven, nu zie je steeds meer fabrikanten met deze multitasking machines op de markt komen. Doosan heeft onlangs voor het eerst in Europa het nieuwe multitask bewerkingscentrum Puma SMX 2500S getoond. Dit is een volledig nieuw ontwikkelde machine met een Y-as die een groter bereik heeft. Doosan heeft eigenlijk de opbouw van een klassieke freesmachine genomen en deze gecombineerd met de bouw van een draaimachine. De machine is voorzien van een verplaatsbare kolom met freesspindel (maximaal 12000 rpm).

Naast multitasking blijft ook het vijfassig frezen een trend. Een interessante nieuwkomer bij Doosan is de DNM 200/5AX, een verticaal vijfassig bewerkingscentrum. Deze machine is bedoeld voor de verspaning van hoogwaardigere componenten. Om een betere nauwkeurigheid te bereiken, wordt de Z-as van de machine thermisch gecompenseerd en is een nauwkeurige CNC-rondtafel ingebouwd. Matsuura introduceerde op de EMO in  Hannover onder andere de nieuwe MX 850, de grootste telg uit het vijfassig platform van de Japanse fabrikant. Deze heeft een groot bereik van 900 bij 780 bij 650 mm. 

Hexapod bij Willemin

Een marktsegment dat groeit is die van precisiecomponenten. Het Zwitserse Willemin-Macodel, in Nederland actief onder de vlag van Promas, heeft een heel compacte hexapodmachine gebouwd. Om je deze voor te stellen, moet je eigenlijk de Deltarobot (bekend van pick and place systemen) omdraaien. Het werkstuk zit opgespannen op een tafel die bewogen wordt door een parallel kinematicaconcept. De spindel zit vast aan een vast portaal. Dit heeft als voordeel dat de gewichten beperkt blijven (garantie voor een hoge dynamiek) en de machine een laag zwaartepunt heeft (goed voor nauwkeurigheid en stabiliteit). De Zwitsers hebben deze machine voor kleine onderdelen gebouwd: maximaal 50 mm rond en 30 mm hoog. Vergeleken met de bestaande drieassige machines onderscheidt de nieuwe Willemin-Macodel 701S zich door een extreem hoge nauwkeurigheid in combinatie met korte cyclustijden, afhankelijk van de toepassing twee tot vijf keer korter.

Kostenbesparing gereedschappen

Eén van de belangrijke thema’s bij gereedschappen is het kostenaspect. En dan niet zozeer de kosten van het gereedschap zelf, maar de uiteindelijke kosten per verspaand werkstuk. Met dit in het achterhoofd heeft Seco Tools een nieuw gereedschap voor het af- en gleufsteken ontwikkeld; X4. Deze wisselplaten hebben vier snijkanten, qua breedtes uiteenlopend van 0,5 tot 3 mm. Dit is beschikbaar in twee hardmetaalgradaties (C500 en C600), waarmee Seco Tools een breed toepassingsgebied voor het gereedschap mogelijk maakt. Het X4-systeem bestaat naast de wisselplaatjes uit een houder die zowel in een schacht als Capto-uitvoering wordt geleverd. Aan de kostenreductie draagt eveneens bij dat deze houder geschikt is voor meerdere steekbreedtes.