Bij de keuze voor een CNC-machine gaat het in de eerste plaats om representatieve werkstukken, niet om een lijst met specificaties. Deze gids legt het verband tussen de geometrie van het werkstuk en de procesvereisten enerzijds en het machineformaat, de asverplaatsing, de tafelcapaciteit, het spindelvermogen, het koppel bij lage snelheden en de nauwkeurigheid anderzijds. Er wordt uitleg gegeven over positionering, herhaalbaarheid, cirkelinterpolatie, thermische drift, besturingsopties voor de CNC, servo- en spindelmotoren, koelvloeistof- en spanensystemen, automatische gereedschapswisselaars, magazijncapaciteit, gereedschapshouders, voorinstelapparaten en technische ondersteuning. Het resultaat is een praktisch kader om capaciteit, betrouwbaarheid, flexibiliteit, levenscycluskosten en productie-eisen gedurende de gehele levensduur van de machine met elkaar in evenwicht te brengen.
CNC-machines zijn er in vele uitvoeringen, en elke uitvoering presteert het best binnen een bepaald toepassingsgebied. De eerste stap bij de aanschaf van een machine is daarom het vaststellen van de typische werkstukken en bewerkingen waarvoor de machine moet worden ingezet.
Gebruik het moderniserings- of productieontwikkelingsplan van het bedrijf om vast te stellen welke bewerkingen zullen worden overgeheveld naar CNC-apparatuur, en pas vervolgens groepsindeling toe om de in aanmerking komende onderdelen te classificeren. Aangezien de afmetingen van de onderdelen en de totale werkbelasting sterk kunnen variëren, moet u de groepen verder verfijnen totdat er een bruikbare set van typische werkstukken is vastgesteld.
Elk machineformaat heeft zijn eigen typische toepassingen. Horizontale bewerkingscentra zijn geschikt voor behuizingen, pomphuizen, klephuizen en mantels, terwijl verticale bewerkingscentra geschikt zijn voor afdekkappen, platen, mantels en vlakke nokken die voornamelijk vanaf één zijde worden bewerkt. Het bewerken van een werkstuk voor een horizontaal bewerkingscentrum op een verticaal bewerkingscentrum kan aanpassingen aan de opspanning en het referentiepunt vereisen, wat ten koste gaat van de efficiëntie en nauwkeurigheid. Het bewerken van een werkstuk dat bedoeld is voor een verticaal bewerkingscentrum op een horizontaal bewerkingscentrum kan een hoekplaatopspanning vereisen die de stijfheid van het systeem vermindert. Een horizontale machine van vergelijkbare omvang kost mogelijk 80% tot 100% meer en is ook duurder in het gebruik, hoewel het bredere procesbereik vaak resulteert in een mix van ongeveer 60% tot 70% horizontale draaibanken en 30% tot 40% verticale draaibanken.
De belangrijkste criteria voor de afmetingen van de machine zijn de bewegingsbereiken van de aangestuurde assen en het vermogen van de spindelmotor.
De verplaatsingen langs de X-, Y- en Z-as bepalen het beschikbare bewerkingsgebied. Het werkstuk moet hier normaal gesproken binnen passen. Voor een behuizing van 450 × 450 × 450 mm biedt een bewerkingscentrum met een tafel van 500 × 500 mm voldoende ruimte voor de opspanning. Een machine met die tafelafmetingen biedt doorgaans een X-verplaatsing van 700 tot 800 mm, een Y-verplaatsing van 550 tot 700 mm en een Z-verplaatsing van 500 tot 600 mm.
Een onderdeel kan soms groter zijn dan de asverplaatsing, mits de vereiste bewerkingszone binnen het bereik blijft. De koper moet niettemin de tafelbelasting, de vrije ruimte voor het wisselen van gereedschap en eventuele interferentie tussen het roterende werkstuk en de machineafschermingen of accessoires controleren.
Het spilvermogen geeft de verspaningscapaciteit aan en, indirect, de verstanstevigheid. Moderne bewerkingscentra maken gebruik van krachtige AC- of DC-motoren met variabel toerental, maar het beschikbare koppel kan bij lage toerentallen beperkt zijn omdat het motorvermogen afneemt naarmate het toerental daalt. Het koppel bij lage toerentallen moet daarom worden gecontroleerd bij grote diameters en zware materiaalafname, met name bij het boren. Lichte CNC-draaibanken voor hoge toerentallen en conventionele draaibanken met dezelfde nominale afmetingen kunnen qua spilvermogen een veelvoud aan verschillen vertonen. Bij de keuze moet rekening worden gehouden met de speling op het werkstuk, de vereiste verspaningssnelheid, de beoogde nauwkeurigheid en de beschikbare gereedschappen.
Als een klein aantal speciale onderdelen niet met drie lineaire assen kan worden vervaardigd, kan het nodig zijn om een speciale machine te bestellen met draaiassen A, B of C, of hulpassen U, V of W.
Kies de nauwkeurigheidsklasse op basis van de kritieke kenmerken van de typische onderdelen. Bewerkingscentra worden doorgaans onderverdeeld in standaard- en precisieclassen.
Bij positionering en herhaalbaarheid worden de fouten van de bewegende onderdelen op elke as bij elkaar opgeteld. Herhaalbaarheid is vooral belangrijk omdat deze aangeeft of een as gedurende zijn gehele bewegingsbereik consistent naar willekeurige posities kan terugkeren. CNC-besturingen bieden vaak compensatie voor hellingsfouten en speling. Deze functies kunnen stabiele systematische fouten corrigeren, maar ze kunnen willekeurige afwijkingen niet volledig corrigeren die worden veroorzaakt door dode zones in de aandrijving, speling, elastische vervorming, veranderende contactstijfheid, belasting van de tafel, verplaatsingsafstand of positioneringssnelheid. Een hoge herhaalbaarheid is daarom nog steeds afhankelijk van een degelijk mechanisch ontwerp en een goede afstelling.
De nauwkeurigheid van cirkelinterpolatie beoordeelt zowel de servovolging als de CNC-interpolatie. Een standaard cilindrisch teststuk, doorgaans met een diameter van 200 tot 300 mm op een kleine of middelgrote machine, wordt gefreesd met een afwerkfrees en gemeten op een rondheidsmeter. Het radiale verschil tussen de maximale en minimale omhullende cirkels geeft de cirkelvormige nauwkeurigheid weer.
Een reeks positioneringsfouten over het gehele slagbereik vormt de positioneringsfoutcurve over het gehele slagbereik en bepaalt de positioneringsnauwkeurigheid.
De positioneringsnauwkeurigheid van een machine kan worden gebruikt om de nauwkeurigheid van de betreffende onderdelen in te schatten. Zo kan de nauwkeurigheid van de hartafstand tussen twee gaten die door beweging langs één as worden vervaardigd, bijvoorbeeld 1,5 tot 2 keer zo groot zijn als de positioneringsnauwkeurigheid langs die ene as, hoewel ook procesfactoren een rol spelen. Een standaard bewerkingscentrum kan over het algemeen onderdelen van klasse 8 in series produceren, terwijl een precisiecentrum onderdelen van klasse 6 tot klasse 7 kan produceren.
De meeste standaard CNC-aandrijvingen maken gebruik van een halfgesloten-lusregeling en kunnen de thermische uitzetting van de kogelomloopspindel niet rechtstreeks detecteren. Met een lineaire uitzettingscoëfficiënt van de kogelomloopspindel van ongeveer 11,2 × 10-8/K: een lokale temperatuurstijging van 1 °C tot 2 °C tijdens continu bedrijf kan het machinennulpunt en het coördinatensysteem van het werkstuk verschuiven. Als het werkstuknulpunt zich op ongeveer 400 mm van het vaste uiteinde van de kogelomloopspindel bevindt, kan een stijging van 2 °C een afwijking van ongeveer 8,9 µm veroorzaken. Bij een horizontaal draaipunt dat een behuizing 180° indexeert om gaten aan beide uiteinden te bewerken, kan dit de coaxialiteitsfout verdubbelen. Het voorspannen van de kogelomloopspindel kan de thermische fout verminderen en de stijfheid van de aandrijving vergroten, maar dit brengt hogere kosten met zich mee. De nauwkeurigheid van de machine alleen is niet voldoende; er is ook een goed doordacht procesplan nodig.
De CNC moet geschikt zijn voor de machine en de toepassing.
De besturingen zijn geconfigureerd voor draaien, frezen, boren, slijpen, ponsen en andere bewerkingen. Kies de versie die geschikt is voor het betreffende machinetype.
De beschikbare besturingen lopen sterk uiteen qua prestaties en prijs. Een historisch voorbeeld: een FANUC 15-besturing kon een maximale snijvoeding van 240 m/min leveren bij een opdraadstap van 1 µm, terwijl een FANUC 0-besturing 24 m/min haalde. Een standaardmachine die slechts 20 m/min nodig heeft, zou weinig baat hebben bij het duurdere systeem. Beoordeel prestaties en kosten in onderlinge samenhang, in plaats van automatisch te kiezen voor de nieuwste of de hoogste specificatie.
De basisfuncties zijn bij het gekozen systeem inbegrepen, terwijl optionele functies extra kosten met zich meebrengen. Kies de opties op basis van de daadwerkelijke prestatie-eisen van de machine. Geef tegelijkertijd bij de eerste bestelling alle vereiste functies aan. Het weglaten van pitchcompensatie of gereedschaps-offset kan tijdens de inbedrijfstelling onmogelijk of kostbaar zijn om te corrigeren. Het gebruik van hetzelfde besturingsmodel dat al in de fabriek is geïnstalleerd, vereenvoudigt bovendien de bediening, programmering en het onderhoud.
Veelgebruikte aandrijvingen zijn onder meer stappenmotoren, DC-servomotoren en AC-servomotoren. Stappenmotoren zijn goedkoop, maar hebben beperkte prestaties, zoals een maximale snelheid van ongeveer 6 tot 8 m/min, een minimale resolutie van ongeveer 0,01 mm en de neiging tot oscillatie bij lage snelheden; ze worden voornamelijk gebruikt in voordelige systemen met open regelkring. DC-servo's worden op grote schaal gebruikt en zijn goedkoper dan AC-servo's, maar hun respons is slechter en borstels en commutatoren verhogen het risico op storingen. AC-servo's domineren tegenwoordig de CNC-toepassingen.
Het servovermogen is afhankelijk van de demping en de traagheidsbelasting. Controleer of:
Een traagheid van de belasting die kleiner is dan de traagheid van de rotor heeft weinig invloed, maar een traagheid die gelijk is aan of groter is dan ongeveer driemaal de traagheid van de rotor kan de respons ernstig verslechteren en ertoe leiden dat de servoversterker niet meer normaal kan regelen.
Bij de keuze van de spindelmotor moet rekening worden gehouden met het snijvermogen, de verspaningssnelheid en het maximale koppel bij lage toerentallen; het vermogen voor versnellen en afremmen moet onder het maximale vermogen blijven; het gemiddelde vermogen tijdens veelvuldig starten en stoppen moet onder het nominale continuvermogen blijven; en er moet voor worden gezorgd dat het snijvermogen bij constante toerental plus het versnellingsvermogen binnen het beschikbare vermogen blijft.
Stel een uitrusting samen met voordelige accessoires die nodig zijn voor onmiddellijk gebruik, en deel waar mogelijk compatibele apparaten tussen machines. Vergelijk dure besturingsfuncties, zoals dialoogprogrammering en dynamische grafische weergave, met alternatieven voor programmering buiten de machine, aangezien programmeren aan de machine productietijd in beslag neemt. Bij automatische metingen, tastsensoren en detectie van gereedschapsslijtage of -breuk moet de voorkeur worden gegeven aan beproefde betrouwbaarheid boven nieuwigheid.
Ook koeling, afscherming en spaanafvoer verdienen zorgvuldige aandacht, omdat veel bedrijfsstoringen hun oorsprong vinden in deze systemen. Koelvloeistoftoevoer via meerdere sproeiers en afgedichte afschermingen zijn beter geschikt voor wisselende werkstukafmetingen en verspanen op hoge snelheid dan eenvoudige leidingen en afschermingen. Kies een capaciteit die aansluit bij de productie. Bij omgevingstemperaturen van 38 °C tot 40 °C kan een airconditioner voor de schakelkast essentieel zijn voor een betrouwbare werking van halfgeleiders.
De automatische gereedschapswisselaar (ATC) is van fundamenteel belang voor bewerkingscentra, draaicentra en CNC-ponsmachines met automatische ponswisseling. Deze kan 30% tot 50% van de machine-investering uitmaken. De belangrijkste prestatie-indicatoren zijn de gereedschapswisseltijd en het storingspercentage. Uit praktijkervaring blijkt dat meer dan de helft van de storingen in bewerkingscentra aan de ATC te wijten is; daarom is het eenvoudigste, betrouwbare ontwerp dat aan de toepassing voldoet, doorgaans de beste keuze.
De capaciteit van magazijnen varieert van minder dan 20 gereedschappen tot 40, 60 of 100, terwijl een centraal magazijn van een FMC bijna 1.000 gereedschappen kan bevatten. Een op zichzelf staand bewerkingscentrum dat niet wordt aangesloten op een FMC of FMS, zou normaal gesproken geen onnodig groot magazijn moeten hebben, omdat dit de kosten, de complexiteit, het storingspercentage en de beheerslast allemaal verhoogt.
Bepaal de omvang van het gereedschapspakket op basis van de gereedschappen die nodig zijn voor één volledige bewerking van het standaardonderdeel, plus een bescheiden reserve. Voor een verticaal bewerkingscentrum volstaan vaak zo’n 20 gereedschappen en voor een horizontaal bewerkingscentrum zo’n 40. Complexe onderdelen kunnen vaak worden opgesplitst in twee of drie programma’s, bijvoorbeeld rond warmtebehandeling, referentiepuntwisselingen of het scheiden van voor- en nabewerking, waarbij elk programma onder de 40 gereedschappen blijft. Bij jaarlijkse productievolumes van enkele duizenden onderdelen kunnen speciale combinatiegereedschappen met meerdere snijkanten economisch voordelig zijn. Programma’s met meer dan 50 gereedschappen maken het programmeren, testen, ontwerpen van opspanningen en het aanbrengen van wijzigingen bovendien aanzienlijk moeilijker.
Eenvoudige CNC-draaibanken kunnen vier gereedschappen herbergen, terwijl complexe draaicentra tientallen vaste en aangedreven gereedschappen kunnen herbergen. Aangedreven gereedschappen zijn duur en bieden mogelijk geen hoge productiviteit; daarom zijn ze het meest geschikt voor complexe, gemengde producties in kleine series, in plaats van voor eenvoudigere productie in middelgrote of grote volumes.
Nadat u de machine en het ATC hebt geselecteerd, kiest u gestandaardiseerde gereedschapshouders en snijgereedschappen. Systemen voor bewerkingscentra zijn in hoge mate gestandaardiseerd en voldoen doorgaans aan de ISO-vereisten. Een gereedschapshouder verbindt de grote verscheidenheid aan snijgereedschappen met de spil, het magazijn en het transportmechanisme.
Laten we drie punten eens bekijken:
Het combineren van twee houderseries op één machine is onrendabel en moeilijk te beheren. Modulair gereedschap kost in eerste instantie meer, maar biedt meer flexibiliteit wanneer het als systeem wordt aangeschaft. Zo kost een conventionele boorstang met een diameter van Ø60 bijvoorbeeld ongeveer 120 USD, terwijl een modulaire samenstelling van schacht, verlengstuk en snijkop meer dan 200 USD kan bedragen. Voor een magazijn met 30 gereedschappen kunnen echter 30 modulaire schachten, 50 tot 60 verlengstukken en 70 tot 80 snijkoppen 100 integrale assemblages vervangen en het computerbeheer vereenvoudigen. Eenvoudige gereedschappen die herhaaldelijk worden gebruikt zonder opnieuw te worden gemonteerd, zoals boorhouders, zijn vaak voordeliger als integrale eenheden.
Bij de serieproductie van enkele duizenden tot tienduizenden onderdelen per jaar kan een combinatiegereedschap dat drie tot tien keer zo duur is als een standaardhouder toch gerechtvaardigd zijn, als het drie tot vijf gereedschappen vervangt en meerdere bewerkingen in één samenvoegt.
Het meten van de radiale en axiale afmetingen van gereedschappen moet waar mogelijk buiten de machine plaatsvinden, zodat er geen kostbare spil-tijd wordt verbruikt aan het instellen. Voor het vooraf instellen kunnen optische, rooster- of inductieve meetsystemen worden gebruikt. Bij computergestuurde versies wordt gereedschapsbeheersoftware gecombineerd met gecodeerde dragers op de houders.
Kies een draaigereedschap, bewerkingscentrum of universele presetter waarvan de spilconus overeenkomt met die van de CNC-machine, zodat de gemeten offsets direct kunnen worden ingevoerd. Presetters zijn verkrijgbaar in standaard- en precisie-uitvoeringen, waarbij hoogwaardige modellen een meetnauwkeurigheid van bijna 0,001 mm halen. Deze statische nauwkeurigheid garandeert niet dezelfde bewerkte afmeting. Een geboord gat kan 0,01 tot 0,02 mm kleiner zijn dan de vooraf ingestelde waarde, afhankelijk van de toestand van de snijkant en het materiaal, en de herhaalbaarheid bij normale spilbelasting kan nog eens 0,005 tot 0,008 mm bijdragen. Een gatentolerantie van ongeveer 0,01 mm kan nog steeds proefbewerkingen en aanpassingen op de machine vereisen. Eén presetter zou, waar mogelijk, voor meerdere machines moeten kunnen worden gebruikt.
Een goede machine alleen is geen garantie voor technisch of economisch succes. Nieuwe gebruikers hebben ook opgeleide operators, programmeurs en onderhoudspersoneel voor mechanische en elektrische systemen nodig.
Machinefabrikanten bieden steeds vaker ondersteuning voor en na de verkoop, waaronder procesanalyses van typische werkstukken, haalbaarheidstests, het ontwerp van gereedschappen, programmering, installatie, inbedrijfstelling, proefsnijden en de opstart van de productie. Opleiding en praktische instructies voor onderhoudspersoneel, programmeurs en operators zijn daarbij van bijzonder belang. Investeren in de vaardigheden van het personeel is essentieel om CNC-apparatuur effectief te kunnen gebruiken.
Deel uw tekening, materiaal, tolerantiedoel of toepassingsvraag. Ons engineeringteam kan de bewerkingsroute bekijken en een praktische volgende stap voorstellen.
Verspaningstechnologie
Frezen verschillen qua materiaal, vorm van de snijkant, diameter, lengte en aantal snijgroeven, en elke factor beïnvloedt de prestaties van het gereedschap. Deze gids...
Artikel lezenVerspaningstechnologie
Flexibele productiesystemen combineren CNC-apparatuur, geautomatiseerde materiaalbehandeling, opslag, sensortechnologie en hiërarchische computerbesturing om op efficiënte wijze wisselende onderdelengroepen te produceren. Deze handleiding...
Artikel lezenVerspaningstechnologie
Bij het ruimen wordt een dunne laag van een voorgeboord gat verwijderd om de diameter, de geometrie en de oppervlakteafwerking te verbeteren. In deze handleiding worden de haalbare IT-klassen toegelicht...
Artikel lezenVerspaningstechnologie
Bij het kiezen van een tap voor CNC-binnendraad gaat het om meer dan alleen het afstemmen van de schroefdraadmaat. De lengte van de afschuining bepaalt het snijgedrag en de geprogrammeerde diepte, terwijl...
Artikel lezen
