naar top
Menu
Logo Print
28/02/2018 - KEVIN VERCAUTEREN

OOK GROTE BEDFREESMACHINES
WORDEN STEEDS PRECIEZER

Elektronische demping en compensatie helpen een handje

De titel is niet gelogen, maar van dit soort gigantische machines met meterslange x-verplaatsingen mag je nog altijd geen micronprecisie verwachten, de krachten zijn daarvoor te groot en de af te leggen afstanden te lang. Trouwens, de toepassingen vragen dat ook niet. Dit gezegd zijnde, grote bedfreesmachines worden inderdaad preciezer. Onder meer nieuwe types van geleidingen en elektronische dempingssystemen helpen daarbij. En als je er dan ook nog eens aan denkt om in een aangepaste werkplaats te investeren, dan valt het met de ongewenste invloed van trillingen en temperaturen uiteindelijk wel mee.

FREESMACHINES MET LANG BED

Configuratiemogelijkheden

Limas - Matec 50 HVU met traploos simultane freeskop
Matec 50 HVU met traploos simultane freeskop

Voor een optimaal resultaat - naargelang van het segment waarin je actief bent, kan dat een hoge productiviteit zijn, een hoge nauwkeurigheid of een combinatie van beide - moet de freesmachine nauw zijn afgestemd op de toepassing. Anderzijds is het zelden zo, met name in West-Europa, dat een machine continu bezet wordt door hetzelfde product. Bij het kiezen tussen de verschillende machineconfiguraties, elk met hun eigen voor- en nadelen, zal daarom in algemene termen worden nagedacht, eerder dan in heel specifieke eisen.

Allrounder blijft een droom

Al is het evengoed mogelijk dat de vraag van een klant om een heel lang stuk te bewerken je over de streep heeft getrokken om in een bedfreesmachine te investeren met een langer of groter bed. Dunne, maar grote werkstukken of treinstellen die ook aan de zijkanten bewerkt moeten worden, vragen eerder om een portaalconstructie, maar het stuk mag ook weer niet té hoog zijn, anders zit het portaal in de weg … Kortom, zolang de perfecte allrounder een droom blijft, is het zaak de juiste compromissen te sluiten op basis van een goed inzicht in de verschillende machinetypes met hun respectievelijke mogelijkheden, waarbij de toepassing uiteindelijk toch de doorslag zal geven.

Zolang de perfecte allround freesmachine een droom blijft, is het zaak de juiste compromissen te sluiten op basis van een goed inzicht in de verschillende machinetypes

VERSCHILLENDE TYPES

Voor het vervolg van dit artikel beperken we ons tot de bedfreestypes, dat wil zeggen freesmachines waarvan de opspantafel voor werkstukken op een vaste hoogte staat, zodat de verticale en de dwarsbeweging gemaakt worden door het gereedschap (de freeskop). Daarin onderscheiden we verschillende types.

Beweegbare tafel, stilstaande kolom

Bij deze configuratie wordt de x-beweging door de tafel gemaakt, het gereedschap maakt de verplaatsing over de y- en de z-as. Dit type komt vaak voor, maar eerder bij kleinere werkstukken. Voor applicaties waarbij de x-beweging niet groter is dan drie meter, is dit de meest compacte bouwwijze. Bij grotere stukken komen de dynamiek en de acceleratie door het zwaardere gewicht al snel in het gedrang.

Vaste tafel, beweegbare kolom

Voor deze configuratie geldt eigenlijk het omgekeerde: bij x-bewegingen onder de drie meter zal het benodigde vloeroppervlak groter zijn dan bij machinetypes met een beweegbare tafel. Hier werkt het gereedschap de x-, y- én z-beweging af. Omdat de tafel niet hoeft te bewegen, kunnen er veel zwaardere onderdelen op rusten. De stukken hoeven trouwens niet binnen het tafelgebied te blijven. In het geval van een kraamarm bijvoorbeeld, waarbij er scharnierpunten moeten worden gekotterd, hoeft alleen het te bewerken gedeelte in het tafelgebied te liggen, de rest kan er gerust over hangen. Bij een beweegbare kolom kan het (lang)bed bovendien in zones worden ingedeeld, zodat er in pendelcyclus een onderdeel bewerkt kan worden, terwijl de operator bezig is met het opspannen van een ander stuk. Voor de programmatie stelt dit al lang geen problemen meer.

Ibarmia high end technologie in een nieuw Premium model : de ZVH45-3000 STAR.
Ibarmia high end technologie in een nieuw Premium model : de ZVH45-3000 STAR.

Floortypefreesmachine

Daarnaast zijn er ook nog de floortypefreesmachines. Dit soort machines wordt gekenmerkt door een bewegende kolom en vloerplaten in plaats van een regulier bed, ideaal voor heel grote werkstukken. Floortypemachines onderscheiden zich daarnaast nog door hun flexibiliteit wat de opspanning betreft. Zo gebeurt het vaak dat er draaitafels worden toegevoegd, al dan niet op een extra as (bijvoorbeeld op de w-as). Maar die draaitafel kan net zo makkelijk weer worden verwijderd.

Meerassig

Los van de specifieke configuratie kan er vanwege een groter aantal bewerkingsmogelijkheden gekozen worden voor extra assen - denk bijvoorbeeld aan een zwenkbare kop - zodat er in dezelfde opspanning vierzijdig verspaand kan worden. Meestal beschikken grote bedfreesmachines over een of meer automatische freeskoppen, en dus een a- en c-as. Daarbij komt nog een verplaatsbare draaitafel, met andere woorden een b- en een w-as. Tegenwoordig heeft de markt op het vlak van freeskoppen tal van mogelijkheden in het aanbod. Zo heb je bijvoorbeeld de orthogonale freeskop voor een heel stabiele vijfassige bewerking. Je hoeft dus niet altijd voor een universele freeskop te gaan.

SPECIFIEKE AANDACHTSPUNTEN

Alleen al door de grootte van de onderdelen en bijgevolg van de machines om ze te bewerken, komen heel specifieke problemen bovendrijven. Het spreekt voor zich dat de positioneernauwkeurigheid over een afstand van pakweg acht meter minder evident is dan wanneer de kolom zich slechts één meter langs de x-as hoeft te verplaatsen, en al zeker als er ook nog eens grote gewichten bij komen kijken. We stippen enkele belangrijke aandachtspunten aan.

Positioneernauwkeurigheid

Gezien de grote afstanden langs de x-as zijn kogelvijzen niet aangewezen. In de plaats daarvan maakt men voor de geleidingen gebruik van alternatieven die minder de neiging hebben te slingeren, zoals dynamisch geregelde enkele of dubbele rackpinion-systemen die de voorspanning dankzij elektronische compensatie steeds stabiel houden en dus veel minder rekgevoelig zijn. Ze werken volgens het master-slaveprincipe, dat wil in dit geval zeggen dat één as wordt aangestuurd door twee motoren.

Nog voor de precisie wordt de positie van de assen op sommige machines gemeten door optische linialen in een gesloten lus ('closed loop'). Je moet immers weten dat staal een lineaire uitzettingscoëfficiënt heeft van 12.10-6 m/m.K. Dat betekent dat er over een lengte van één meter per graad temperatuurverhoging een lengteverandering van 0,012 mm optreedt. Meteen wordt niet alleen duidelijk waarom het zo belangrijk is de werkelijke positie van de assen te controleren, de thermische 'drift' ligt ook ten grondslag aan het feit dat de spillen steeds vaker worden gekoeld.

Thermische afwijkingen

We raakten dit aspect net aan: de schommelende temperatuur is een obstakel voor de nauwkeurigheid. Om die reden zitten er tegenwoordig thermovoelers of sensoren in de freeskop, de ram, de kolom en het bed. In het bijzonder de freesmotor en de freeskop zijn erg gevoelig voor thermische afwijkingen. De eerste wordt met koelvloeistof op temperatuur gehouden, terwijl de frees wordt gekoeld met geconditioneerde olienevel. Maar door zo te focussen op de machinecomponenten, zou je bijna vergeten dat de omgevingstemperatuur wellicht nog een grotere invloed heeft op het eindresultaat, zeker bij hoge machines. Als je machine meer dan acht meter hoog is, mag je ervan uitgaan dat het temperatuurverschil tussen boven en beneden al snel 5° C bedraagt! Het is daarom zeker geen overbodige luxe om te investeren in een ventilatiesysteem in de hal.

rail
Trillingen zijn bij frezen de klassieke vijand

Trillingen en vibraties

Trillingen tot slot zijn bij het frezen de klassieke vijand van nauwkeurigheid. Ze kunnen ontstaan doordat het werkstuk onvoldoende is geklemd, slijtage van het gereedschap, een te grote uitsteeklengte vanwege een slechte bereikbaarheid van het werkstuk of gewoon door de hoge krachten die vrijkomen tijdens het freesproces. Het is niet voor niets dat veel van de grote bedfreesmachines bestaan uit gg30 gietijzer en de ram zelf uit nodulair gietijzer voor nog wat extra stijfheid. Maar los van de krachten moet je ook rekening houden met de eigen frequentie van de machine. Als bij een bedfrees de ram zich bovenaan bevindt, ontstaat er een grote hefboom (zeker bij een grote uitsteeklengte) die de trillingen versterkt. Zonder een dempingssysteem zul je om die reden aan vermogen moeten inleveren naargelang van de hoogte en de uitsteek van de ram. Maar er bestaan dus elektronische dempingssystemen die hiervoor compenseren, zodat je geen vermogensverlies hebt. Ze werken op basis van ingebouwde actuatoren in de ram die voor een oscillatie in tegenfase zorgen en zo de trillingen neutraliseren. Daarbovenop wordt automatisch de optimale spindelsnelheid geselecteerd, een soort van spindeltuning als het ware.

BESLUIT

Ook de grote jongens worden preciezer, dat is zeker. Maar zoek het toch niet altijd uitsluitend in de hightech, vaak kun je al veel problemen vermijden door ervaring en gezond verstand. Waar mogelijk, lijkt vanwege de spanenafvoer verticaal opspannen in combinatie met horizontaal bewerken bijvoorbeeld geen slecht idee. Je wilt echt niet dat de spanen en de koelvloeistof de binnenkamers vullen, zodat je constant je eigen spanen zit te bewerken.

Dus: kies verstandig uit het brede aanbod en waardeer de vakbekwaamheid van je operatoren, want alleen al de opspanning is soms een huzarenstukje waar geen hoogtechnologische snufjes bij kunnen helpen.