Aandachtspunten bij het automatiseren van een freesmachine

In tijden van schaarste aan technisch personeel en groter wordende kwaliteitseisen, is automatisering in vele gevallen het best mogelijke antwoord van bedrijfsleiders om de rendabiliteit te garanderen. Voor frezen is dat niet anders en de machines vallen bovendien goed te automatiseren, vaak eenvoudiger dan een draaibank. Dat heeft er alles mee te maken dat het proces kortere spanen kent en geen ronddraaiende massa heeft.

Detail van grijper die as vastneemt kopiërenNiet zozeer snelheid, maar continuïteit maken het verschil. Een robot is in staat om uren achter elkaar hetzelfde werk te doen in hetzelfde tempo. Hij wordt niet afgeleid, heeft geen pauze, telefoon of vergadering en levert een constante kwaliteit.

Maar wanneer is het nu eigenlijk interessant om te automatiseren? Een vuistregel bij kleine series is: wanneer de serie groot genoeg is om één uur onbemand te draaien, dan loont het al om een robot in te zetten. Uit ervaring blijkt dat met inzet van een robot de productiecapaciteit in de dagelijkse productie met minstens 20% toeneemt ten opzichte van manuele productie met een machinebediener. Het geheim hiervan? Niet zozeer snelheid, maar continuïteit. Een robot is in staat om uren achter elkaar hetzelfde werk te doen in hetzelfde tempo. Hij wordt niet afgeleid, heeft geen pauze, telefoon of vergadering en levert een constante kwaliteit. Bij producten met een looptijd van 2 tot 6 minuten is de toename van het rendement in de bemande productie-uren het hoogst. Alvorens dieper in te gaan op de aandachtspunten bij het automatiseren van een freesmachine, is het goed het onderscheid tussen drie-, vier- en vijfassige machines duidelijk te maken. Dat heeft immers ook zijn impact op de automatiseringsoplossing.

Mill-Assist aan Mazak Variaxis kopiërenVrijwel alle freesmachines kunnen worden gekoppeld aan een automatiseringsoplossing.

Drieassige freesmachine
Een drieasser dient over het algemeen voor het frezen van eenvoudige producten. De machine kan er eventueel nog een vierde of een vijfde as bijkrijgen om het product langs meerdere kanten te bewerken in een en dezelfde opspanning. Automatisering van dergelijke machines wordt gedreven door het tekort aan technisch geschoold personeel en het verhogen van de productiecapaciteit (zowel bemand als onbemand).

Vierassige freesmachine
Een vierassige machine zal producten in horizontale richting bewerken. Opvallende voordelen zijn de gunstige spaanafvoer, de horizontale bewerking, de stabiele bouwvorm, de hoge bewerkingssnelheden, de aanwezigheid van koelingssystemen en de langdurige inzetbaarheid. Door deze eigenschappen zijn deze machines bij uitstek geschikt om te automatiseren, ook al zijn ze wat ouder. Vaak beschikken ze over een palletwisselsysteem met een pallet of een spanzuil. Het beladen en ontladen van de spanzuil is arbeidsintensief werk en spanzuilen vergen toch een zekere investering. Het automatiseren van horizontale machines voorkomt dure opspanningen en veel manuele handelingen in het beladingsproces. Een punt van aandacht bij het automatiseren is het maken van luchtdoorvoeren.

Vijfassige machines worden verreweg het vaakst geautomatiseerd, omdat producten in de eerste opspanning vijfzijdig of bijna compleet bewerkt kunnen worden.

Vijfassige freesmachine
Deze machines worden verreweg het meest geautomatiseerd, omdat producten in de eerste opspanning vijfzijdig of bijna compleet bewerkt kunnen worden. Ook staat er meestal één product op de machine omdat de bediener het product van alle vijf zijden wil benaderen. Overdag is de inzet van automatisering interessant om de output te verhogen. Het loont echter nog meer de moeite om in de nacht vijfassige machines onbemand door te laten produceren. Het automatiseren van een nieuwe vijfassige machine is relatief eenvoudig, omdat er vaak een robot­interface, automatische deur en lucht bijbesteld kan worden, en loont dus de moeite. Het is dan wel belangrijk om af te stemmen wat er wel en niet aanwezig is. Het achteraf uitrusten van een machine brengt vaak de nodige kosten met zich mee. Ondanks deze kosten kan het nog steeds de moeite waard zijn. Freesmachines zijn meestal uitgerust met gereedschapscontrole voor de bewaking van de processen en de productkwaliteit. Doordat het product gekanteld en rondgedraaid kan worden, kan het product schoon van de machine af komen, wat het automatiseringsproces en de productkwaliteit ten goede komt. Wel is het belangrijk dat de spanen goed afgevoerd worden naar de spanentransporteur. Een extra spoeling kan daarom interessant zijn.

Xcelerate_X20_fixture_exchange-Machine kopiërenMet behulp van een dubbele grijper kan een bewerkt product snel gewisseld worden voor een nieuw. Het snelwisselsysteem biedt de vrijheid om aangepaste vingers te maken om zo ook bewerkte delen met een sterk veranderende vorm te kunnen handelen.

Opspanning in de freesmachine
In de freesmachine worden producten meestal gespannen in een klem. De klem staat veelal op een pallet die zich op een nulpuntspansysteem of palletwisselsysteem bevindt. Zowel palletten als producten kunnen geautomatiseerd gewisseld worden. Het nadeel van pallethandling voor een kleine serieproductie is dat beladen en ontladen arbeidsintensief is en het een groot aantal palletten, vereist voor de onbemande periode (opslagcapaciteit en kosten), meebrengt. Daarom wordt er steeds vaker gekozen voor producthandling. Een bijkomend voordeel is dat er aaneengesloten batches ‘s nachts geproduceerd kunnen worden. Afhankelijk van het type doorvoer kan de aansturing van de klemmen pneumatisch of hydraulisch gebeuren. Voor het automatiseren van fijnmechanische delen is een luchtdoorvoer vaak het meest voor de hand liggend. Door gebruik te maken van centrisch gespannen klemmen in combinatie met een centreerstation, kunnen producten nauwkeurig opgespannen worden. De centreermodule zal producten vooraf nauwkeurig oppakken. Met behulp van een dubbele grijper kan een bewerkt product snel gewisseld worden voor een nieuw exemplaar. Het snelwisselsysteem biedt de vrijheid om aangepaste vingers te maken om zo ook bewerkte delen met een sterk veranderende vorm te kunnen handelen.    

Het achteraf uitrusten van een machine brengt vaak de nodige kosten met zich mee. Ondanks deze kosten kan het nog steeds de moeite waard zijn om te investeren in automatisering. (Beeld: Verse Beeldwaren)

Wat is nodig voor het automatiseren van mijn freesmachine?
Machinekoppeling: de robotcelbesturing moet kunnen praten met de machine. Een punt van aandacht is of de koppeling voorzien is van programmanummercommunicatie. Deze is noodzakelijk als er verschillende producten onbemand geproduceerd moeten worden. Echter moeten er bij oudere CNC-machines vaak nog wat aanpassingen gedaan worden aan de machinezijde. Desalniettemin kunnen vrijwel alle freesmachines worden gekoppeld aan een automatiseringsoplossing.

Automatische deur en automatische opspanning
Een stabiel en beheersbaar proces komt het productieproces altijd ten goede, maar voor automatisering is dit een voorwaarde. Kennis van het productieproces draagt bij aan optimalisatie en een hoger rendement van de machines.

Gereedschaps- en materiaalbeheersing: freesmachines hebben veelal een redelijke gereedschapsopslag. Afhankelijk van de complexheid van het product zijn er meestal minimaal tien tot 25 gereedschappen nodig voor een complete bewerking. Voor geautomatiseerde productie is het van belang dat er voldoende gereedschappen zijn voor het volgende product. Als er bijvoorbeeld drie achter elkaar gemaakt moeten worden, is een zestigtal gereedschappen geen overbodige luxe. Overcapaciteit in het gereedschapsmagazijn komt het proces ten goede. De data van gereedschappen blijft behouden. Ook aantallen producten, slijtage en dergelijke kunnen bijgehouden worden. Daarnaast is de kans op fouten kleiner. Als u tijdens onbemande uren veel wil produceren, is het goed om te weten hoe het gereedschap binnen zijn toleranties blijft en wanneer het aan vervanging toe is. Materialen die zich goed lenen voor productie gedurende een langere onbemande tijd, zijn goed verspaanbare materialen zoals aluminium, messing, staal en rvs. Hoe voorspelbaarder het productieprocespatroon van lastiger te verspanen materialen, hoe meer succes hun onbemande bewerking zal opleveren.   

Tekst: Valérie Couplez Beeld: Cellro, Hedelius, Hermle, RoboJob en Yamazaki Mazak
Uitgelichte afbeelding: 
Uit ervaring blijkt dat met inzet van een robot de productiecapaciteit in de dagelijkse productie met minstens 20% toeneemt tegenover manuele productie met een machinebediener.