SPANNENDE TRENDS BIJ OPSPANNEN IN DRAAIBANKEN

Wat zijn de ontwikkelingen aan de opspankant van een CNC-draaimachine?

De standaard klauwplaat is nog steeds een veelgebruikte methode om op een CNC-draaibank producten op te spannen. De complexiteit van de werkstukken, dunwandige materialen, automatisering en de vraag naar meer flexibiliteit, zetten de fabrikanten van opspangereedschappen aan tot het ontwikkelen van nieuwe oplossingen. Welke zijn de nieuwe trends aan de opspankant van een CNC-draaimachine?

hybrideklauwplaat Schunk — Een voorbeeld van de hybrideklauwplaat van Schunk: de combinatie
van de klassieke klauwplaat met de magnetische opspanning

FLEXIBELE CNC-DRAAIMACHINE

Metaalverwerkende bedrijven zoeken tegenwoordig flexibiliteit. Series zijn relatief klein, druk op doorlooptijden hoog, beschikbare CNC-operatoren beperkt. De automatisering van CNC-draaimachines neemt daarom, net als bij het frezen, een vlucht. De uitdaging bij het automatiseren van een CNC-draaibank is ervoor zorgen dat het rond materiaal dat men gaat bewerken, in de klauwplaat past. Dat beperkt in principe de mogelijkheid om sterk wisselende producten onbemand te bewerken. Of men moet ervoor kiezen bepaalde werkstukken van een grotere diameter stafmateriaal te bewerken dan strikt nodig is.

Interfacesysteem voor klauwplaat

Een vrij recente ontwikkeling op dit punt is een interfacesysteem voor een klauwplaat. In dit geval wordt de basis van een klauwplaat op de machine geplaatst. Dankzij een speciale interface wordt hierop het deel geplaatst met de drie klauwen. En dat is afgestemd op verschillende diameters materiaal. Het verwisselbare deel wordt met een extra trekstang vergrendeld in het vaste deel, dat op de machine blijft. Hierdoor wordt het mogelijk om onbemand niet alleen producten te handlen bij een CNC-draaibank, maar ook het opspangereedschap. Het nadeel van deze oplossing is wel dat de robot nog steeds geschikt moet zijn om het verwisselbare deel van de klauwplaat te handlen. Daarom is het systeem alleen nog voor diameters tot 250 mm leverbaar.

Andere fabrikanten kiezen daarom voor een verwisselbare spantang, die veel lichter is. De standaard robot bij een CNC-draaibank van gemiddelde afmetingen is krachtig genoeg om deze te wisselen, zodat er producten van verschillende diameters uitgangsmateriaal onbemand kunnen worden gedraaid. Een toevoeging aan de automatiseringsoplossingen is het automatisch verwijderen van spanen, ofwel met perslucht ofwel met een extra spoeling met het koelsmeermiddel.

INTELLIGENTE OPSPANMIDDELEN

De digitalisering wordt ook zichtbaar in de opspanmiddelen. Industrie 4.0 vraagt om data uit de bewerking en daarom werken fabrikanten van opspangereedschappen onder andere aan de integratie van sensoren in bijvoorbeeld spantangen. Deze sensoren meten continu de procesparameters, die bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor de kwaliteitsrapportages of voor condition monitoring. Ook de temperatuur kan aan het werkstuk gemeten worden. Bij zeer nauwkeurige bewerkingen kan men voor een temperatuurstijging automatisch in het programma compenseren.

NAUWKEURIG EN VERVORMINGSVRIJ OPSPANNEN VAN WERKSTUKKEN

Rond materiaal wordt het beste opgespannen met een klauwplaat met drie klauwen. De toename van het aantal multitaskingmachines vergroot de inzet van deze CNC-draaibanken voor producten die tot nog toe typisch op CNC-freesmachines werden gemaakt. Vanuit stafmateriaal werken is de beste optie, omdat men dan met een stangenlader makkelijk de machine automatiseert. Als er echter redenen zijn om vanuit gezaagd vierkant of rechthoekig materiaal te werken, is de vraag hoe het best opspannen?

Klauwplaten met 4 klauwen

Zelfcentrerende klauwplaten met doorlaat en met vier klauwen worden tegenwoordig gebouwd met een automatische krachtcompensatie. De kracht waarmee tegenover elkaar liggende klauwen het materiaal spannen, worden zo verdeeld dat nooit één zijde van het werkstuk met meer kracht wordt opgespannen. Hierdoor haalt men hogere nauwkeurigheden bij het bewerken, terwijl het eveneens mogelijk is om dunwandige producten op te spannen.

Hydraulische compensatieklemmen

Een andere oplossing voor het vervormingsvrij klemmen van werkstukken is het gebruik van zogenaamde hydraulische compensatieklemmen met trillingsdempende eigenschappen. Dit laatste komt doordat de klemmen een oliekamersysteem kennen. Dit heeft een positief effect op zowel de oppervlakteruwheid van het werkstuk als de standtijd van de gereedschappen. De klemelementen oscilleren en worden aangepast aan de vorm van het werkstuk, vaak zijn dat gietstukken. Bij hoge snelheden waarborgt het hydraulische klemsysteem automatisch de compensatie van de centrifugale kracht. Om de vervorming van werkstukken tot een minimum te beperken kan de klemkracht, vergeleken met eerdere oplossingen, aanzienlijk worden gereduceerd zonder dat dit invloed heeft op de procesveiligheid.

(lees verder onder de foto)

Een voorbeeld van een zelfcentrerende klauwplaat met automatische krachtcompensatie in alle vier de klauwen. Hierdoor wordt een product nooit met teveel kracht aan één zijde opgespannen

Oscillerende klauwplaat met 6 klauwen

Een ander voorbeeld is het gebruik van een oscillerende 6-klauwplaat voor het CNC-draaien met een hoge herhaalnauwkeurigheid. Het werkstuk wordt gecentreerd tussen de zes contactpunten, die paarsgewijs worden afgesteld en verbonden met een van de drie interne pendules. Doordat deze oplossing zelfcentrerend is, kost het precies opspannen weinig tijd en zijn hoge toleranties tijdens het bewerken gegarandeerd.

Magnetische klauwplaten

Voor verticale CNC-draaimachines kan ook worden teruggevallen op magnetische klauwplaten, die gebruikmaken van elektromagneten. Het voordeel hiervan is dat er geen storende interferentiecontouren ontstaan en de bewerkingsruimte maximaal benut kan worden. Ook deze vorm van opspannen leent zich goed voor het vervormingsvrij opspannen, omdat de krachten heel gelijkmatig over het hele werkstuk worden verdeeld. Bij de radiale poolplaten zijn de magnetische elementen radiaal rond het midden opgesteld. Op die manier is de magnetische opspanning aan de buitenzijde van het werkstuk actief, zodat dus ook grotere werkstukken vervormingsvrij kunnen worden opgespannen.

Hybridesysteem

Een hybridesysteem combineert de klassieke 3- of 6-klauwplaat, zelfcentrerend, met een elektromagnetische opspanning. De zelfcentrerende klauwplaat wordt gebruikt om het werkstuk eenvoudig in de klauw te plaatsen, waarvan de klemkracht komt van de radiale poolplaat.

Schunk levert meerdere oplossingen om een CNC-draaimachine vervormingsvrij op te spannen, zoals deze hydraulische compensatieklemmen die de trillingen tijdens de bewerking dempen

GEWICHTSBESPARING

Een andere ontwikkeling is gewicht besparen. Fabrikanten doen dit om de torquemotoren in de machines minder te belasten en om meer netto opspancapaciteit voor het werkstuk te creëren. Immers elke kilo die in de klauwplaat wordt gespaard, kan eventueel in het werkstuk worden benut. Door materiaal weg te laten waar dit niet nodig is, kan de gewichtsbesparing oplopen tot wel 40 %. Eindige Elementen Methoden worden gebruikt om de stijfheid van de klauwplaat op een gelijk niveau te houden.

Nieuwe materialen

Een andere manier om gewicht te besparen is het gebruik van nieuwe materialen, zoals carbon. Het koolstofvezelmateriaal wordt gebruikt in combinatie met staal. Het totaal zorgt voor een lager gewicht, tot wel 75% minder. Twee bijkomende voordelen van de gewichtsbesparing zijn een lager energieverbruik van de machine en hogere toerentallen van de spindel. Deze trend om carbon in te zetten, heeft zich de laatste jaren niet echt breed doorgezet in de markt. Sommige marktpartijen houden hun twijfels over de stabiliteit van het materiaal als deze zowel statisch als dynamisch belast wordt tijdens een CNC-bewerking. Daarom geloven deze partijen eerder in het concept om gehard staal in te zetten en het design aan te passen zodat minder staal nodig is.

Spannende trends bij opspannen in draaibanken