Zwitserse draaibank
Zwitserse draaibanken. Wat is het en waar wordt het voor gebruikt?
Een zwitserse draaibank is een specifiek type draaibank waarbij het materiaal in de vorm van een staaf, naast de roterende beweging, tegelijkertijd een longitudinale beweging uitvoert die snijden mogelijk maakt. Dit is mogelijk door het unieke ontwerp van de machine met een geleidebus. Zulke machines worden soms ook zwitserse automatische draaibanken of zwitserse machines genoemd.
Een stukje geschiedenis
Zwitserse draaibanken zijn ontstaan in de horloge-industrie. Een industrie waar de noodzaak om lange, dunne, complexe onderdelen met hoge nauwkeurigheid te draaien van onschatbare waarde was voor het productieproces. Op het hoogtepunt van de industriële revolutie moest een efficiënte horlogemaker niet alleen precisie onderdelen produceren, maar dit ook op een zeer efficiënte manier doen om aan de vraag te voldoen.
De uitvinding van het Zwitsers draaien wordt toegeschreven aan Jakob Schweizer, een horlogemaker uit Bienne, Zwitserland, aan het einde van de 19e eeuw. Hij ontwikkelde de eerste draaibank met wat later een tijdloze uitvinding bleek te zijn: een verschuifbare vaste kop – waardoor het materiaal gelijktijdig kon draaien en in de lengterichting bewegen.
Draaien op automatische draaibanken is nu veel verder geëvolueerd dan de makers zich hadden kunnen voorstellen. Hoewel de automatische draaibanken van de 21e eeuw niet noodzakelijkerwijs in Zwitserland worden gemaakt, zijn ze allemaal in de eerste plaats ontworpen voor het draaien van kleine, complexe metalen precisie onderdelen, voornamelijk voor de automobiel-, medische en elektronica-industrie.
Hoe werkt het?
In tegenstelling tot conventionele CNC-draaibanken, waarbij het materiaal stilstaat en het gereedschap beweegt, laat een automatische machine met een bewegende vaste kop het materiaal langs de Z-as bewegen terwijl het gereedschap stil blijft staan. De staaf wordt vastgehouden in een spil diep in de machinebehuizing en verplaatst door een geleidebus naar de bewerkingszone. Alleen het bewerkte onderdeel wordt uit de geleidebus getrokken, waardoor het materiaal stevig wordt ondersteund en doorbuiging wordt geëlimineerd voor verbeterde nauwkeurigheid. Voor langere onderdelen grijpt de tegenspil de afgewerkte voorkant van het onderdeel om het te ondersteunen als het verder door de bus steekt.
Geleidebus
De geleidebus is het belangrijkste onderdeel in elke CNC draaibank met schuifkop en de precisie en pasvorm zijn cruciaal voor een goed CNC-draaisproces. Het ontwerp van de geleidebus lijkt op de klassieke spantangen die worden gebruikt in automatische draaibanken. Het belangrijkste verschil is echter het gebruikte materiaal – het binnenoppervlak is gemaakt van hardmetaal dat zeer nauwkeurig is geslepen. Dit komt door de aard van het werk van de bussen, dat bestaat uit een bewegende interactie met de staaf van het werkstukmateriaal dat in de bus beweegt. Met de bus kun je de speling van de materiaalopspanning aanpassen aan een bepaalde partij grondstof.
Besturing van de doorbuiging
Door de geleidebus de werkstukstaaf te laten ondersteunen, kan de nauwkeurigheid tijdens het precisiedraaien behouden blijven.
Fysieke werkstukken die aan een bepaalde kracht worden blootgesteld, zullen van nature doorbuigen. Voor conventionele CNC draaibanken geldt dat wanneer de snijkrachten te veel doorbuiging veroorzaken, de maatnauwkeurigheid van het snijproces meestal achteruit gaat. Voor conventionele draaibanken is de vuistregel dat bij het draaien van onderdelen met een lengte-diameterverhouding van meer dan 3 op 1, ondersteuning van de losse kop nodig is om overmatige doorbuiging te voorkomen.
Bij draaibanken met schuifkop ondersteunt de geleidebus het werkstuk zo dicht bij de snijgereedschappen dat de doorbuiging door snijkrachten effectief nul is. De gebruiker kan in één werkgang overtollig materiaal snijden met behoud van een hoge maatnauwkeurigheid.
Negatief wordt positief
Bij automatische draaibanken met een beweegbare vaste kop worden Z-asbewegingen afgeleid van materiaalbewegingen in plaats van bewegingen van draaigereedschap. Dit specifieke verschil wordt weerspiegeld in de programmering van de machine. Op conventionele draaibanken steekt het materiaal een bepaalde afstand uit de draaiklauwplaat. In zo’n situatie wordt Z nul verondersteld aan de voorkant van het materiaal, en alles in de richting van het materiaal heeft negatieve waarden.
Bij zwitserse automatische draaibanken daarentegen blijft het draaigereedschap stilstaan terwijl het materiaal uitsteekt. Het oppervlak van het materiaalvlak is ook nul in de Z-as, net als op conventionele draaibanken. Toch zal alles voorbij dat oppervlak positief zijn. Dit verschil is erg belangrijk om in gedachten te houden in verband met Z-as offsets. Dit betekent dat dieper boren of langer draaien een “min” offset vereist op conventionele draaibanken, maar een “plus” offset op CNC draaibanken met schuifkop.
Bewerking in stappen
Bij klassiek CNC draaien worden snijbewerkingen standaard verdeeld in voorbewerken en nabewerken. Eerst verwijderen we overtollig materiaal van het hele profiel met een ruw gereedschap. Daarna bewerken we hetzelfde profiel met een nabewerkingsmachine met een kleinere spaan om de gewenste afmeting te verkrijgen.
Bij zwitserse automatische draaibanken ziet de verdeling van het proces in stappen er heel anders uit. Dit komt doordat de geleidebus zo lang is dat de bewerkte onderdelen in secties verdeeld moeten worden. Anders zou een deel van de reeds bewerkte staaf tijdens de terugloopbeweging uit de geleidebus kunnen vallen. Om dit fenomeen te voorkomen, wordt het onderdeel bewerkt door het in secties te verdelen met een lengte die korter is dan de lengte van het werkende deel van de geleidebus. Hierdoor kan de ondersteuning die de bus biedt volledig worden benut.
Olie in plaats van koelmiddel
De meeste langdraaiende machines gebruiken olie als bewerkingshulpmiddel in plaats van koelmiddel op waterbasis. Dit betekent dat de smering groter is. Voordelen van olie zijn onder andere de afwezigheid van geurveroorzakende bacteriën en het verdwijnen van het sinaasappelhuideffect op handen na langdurig contact met koelmiddel. Een langere levensduur van gereedschap met oliekoeling is ook van groot belang.
Het grootste nadeel van koelmiddelen op waterbasis is dat olie niet zo effectief is in het afvoeren van warmte, waardoor de CNC draaibank met schuifkop snel warm kan worden in het werkgebied. Het uitrusten van deze machines met brandbeveiligingssystemen is noodzakelijk voor productie zonder toezicht van werknemers.
Meer schroot
Schroot kan een probleem worden, vooral bij dure materialen. Door de geometrie van zwitserse automatische draaibanken moet van elke bewerkte staaf 150 tot 300 mm schroot overblijven. Dit komt doordat het uiteinde van de staaf wordt vastgehouden door de spil, die zich in de behuizing van de machine bevindt en nooit de bewerkingzone bereikt. De aanwezigheid van een geleidebus laat dit niet toe. Daarom is op zwitserse draaibanken het aantal bewerkte onderdelen uit één staaf altijd iets lager dan op klassieke machines.
Multitasking
In tegenstelling tot een traditionele CNC draaibank met 3 of 4 assen, kunnen automatische draaibanken met schuifkop worden uitgerust met maximaal 13 assen. Dit voegt een aanzienlijke waarde toe en vermindert de werktijd en arbeidsintensiviteit omdat operators het werk dat ze aan het bewerken zijn niet naar een andere machine hoeven over te brengen om het af te maken.
De beschikbaarheid van aangedreven gereedschap geeft zwitserse draaibanken de mogelijkheid om te frezen. Tegelijkertijd glijdt het materiaal uit de geleidebus. De Y-as biedt volledige freesmogelijkheden die niet beschikbaar zijn op de meeste conventionele draaibanken. Naast aangedreven gereedschap voor basisbewerkingen hebben veel CNC draaibanken met schuifkop een station met een gereedschapsset voor bewerkingen met tegenspil. Hiermee kan de andere kant van het werkstuk worden afgewerkt nadat het is afgesneden en opgevangen in de tegenspil.
Voordelen van zwitserse automatische draaibanken
De voordelen van draaibanken met schuifkop komen voort uit de geleidebus en de geometrie en mechanica binnen de gereedschapszone.
Toepassing van zwitserse automatische draaibanken
Hoewel horlogemakers zwitserse draaibanken al vele jaren hebben overgenomen voor andere toepassingen, worden ze nog steeds veel gebruikt in deze industrie. Ook de medische industrie is enthousiast over deze technologie, vooral voor de productie van chirurgische schroeven en gereedschappen die aan uitzonderlijk strenge kwaliteitsnormen moeten voldoen. Maar de populaire toepassingen voor deze machines blijven bestaan. Hieronder volgt een korte lijst van de andere belangrijkste toepassingen.
