Verticaal of horizontaal verspanen?

Vooraleer een nieuwe machine effectief op de werkvloer staat te draaien, zijn er heel wat beslissingen aan voorafgegaan. Wat bewerkingscentra betreft is één van de belangrijkste knopen om door te hakken of men horizontaal of verticaal aan de slag wil gaan. En met de trend naar vijfassig werken zijn er nog extra criteria bij om in overweging te nemen om de juiste beslissing te maken. Dit artikel poogt een eerste aanzet te geven om duidelijk te maken of u meer baat zult ondervinden van verticaal dan wel van horizontaal bewerken.

Yamazaki Mazak

Een eerste overweging is uiteraard de kostprijs. In het verleden durfden metaalbewerkers al eens struikelen over de meerprijs die de aanschaf van een horizontaal bewerkingscentrum met zich meebrengt. Vandaag bestaat die nog eens, maar is er toch de trend om verder te kijken dan de eigen neus lang is. In plaats van de focus te leggen op de aanschafprijs, komt de kostprijs per geproduceerd stuk in het vizier. Volgens een studie uitgevoerd aan de Universiteit van Michigan ligt de gemiddelde spindelbenutting bij een horizontaal bewerkingscentrum rond de 85%, terwijl een verticaal bewerkingscentrum in die resultaten slechts 25% neerzet. Vertaald naar een shift van acht uur wil dat zeggen dat de horizontale variant 6,8 uren aan het snijden is, terwijl de verticale variant maar twee uur verspaant. Dat komt neer op ongeveer 24 extra uren productiviteit per week voor één enkele ploeg. Rekent u zelf maar uit wat dat voor uw productieproces kan betekenen.

Yamazaki Mazak

Minder opspanningen
Deze hogere benutting van de spindel heeft veel te maken met de nood aan interventies door een operator. Wanneer we dit toepassen op een zeszijdig stuk, zal de operator in een verticaal bewerkingscentrum het stuk minimaal zeven keer moeten in actie komen. Een horizontaal bewerkingscentrum kan dit beperkt houden tot drie interventies. Bovendien zijn deze machines in de praktijk bijna altijd voorzien van minstens één palletwisselaar. Dat houdt in dat het opspannen kan gebeuren terwijl de spindel aan de slag is met een volgend product. Een hogere productiviteit dus, die vaak ook gepaard gaat met een hogere kwaliteit. Immers, hoe meer een stuk door de handen gaat, hoe hoger het risico op fouten. De combinatie van deze factoren, hogere spindelbenutting en minder interventies, kunnen ertoe leiden dat slechts één horizontaal bewerkingscentrum kan volstaan om in uw noden te voldoen, terwijl er anders twee verticale zouden nodig zijn.

Compacter formaat
Het compacte formaat en de weinige plaats die het behoeft op de productievloer is net één van de sterke troeven van verticale bewerkingscentra. Dat maakte dat ze de voorbije jaren een enorme boost kregen in populariteit. Maar wie een machine kan uitsparen, zal uiteraard winnen in ruimte en in kosten. Dat er meer verticale bewerkingscentra in de industrie zijn terug te vinden heeft niet alleen te maken met hun compacte formaat. Deze machines moeten het ook hebben van hun dynamiek. Hun lichte constructie leent zich uitstekend voor moderne freesstrategieën (werken met hoge voedingen of snijsnelheden). Tegelijkertijd weten ze hun stabiliteit te bewaren. Het werkstuk wordt immers op een vaste tafel opgespannen. Daarnaast krijgen verticale bewerkingscentra voor grotere afmetingen vaak een portaalconstructie mee. En door extra kolommen toe te voegen, kan men met meerdere spindels tegelijkertijd aan de slag. Bovendien maken ze het de operator veel gemakkelijker om een oogje in het zeil te houden. Bij een horizontaal bewerkingscentrum zal de kolom altijd in de weg zitten om een goed beeld te hebben op het werkstuk.

Yamazaki Mazak

Eenvoudigere spaanafvoer
De constructie van horizontale bewerkingscentra heeft dan weer het voordeel dat de spaanafvoer door de werking van de zwaartekracht efficiënter kan verlopen. Bij een verticaal bewerkingscentrum kunnen spanen blijven zitten in diepe gaten en zakken. Ze kunnen dan enkel door middel van het koelsmeermiddel of de helix van het gereedschap hun weg weer naar buiten vinden. In een horizontale uitvoering daarentegen zal de zwaartekracht al van nature de spanen weg leiden. Dat zal minimaal leiden tot minder slijtage op de gereedschappen en dus een langere standtijd en een betere oppervlaktekwaliteit. Dat kan zelfs zoveel schelen dat er aanzienlijke besparingen mogelijk zijn in de benodigde nabewerking van de stukken. Een tweede element is de steviger constructie.

Ze zijn zwaarder gebouwd omdat ze een hoger volumeproductie de baas moeten kunnen. Bovendien is de afstand van de spindel naar de gereedschapshouder, naar het gereedschap, door het werkstuk en terug naar de kolom en de spindel een stuk korter. Dat staat garant voor een gunstigere inwerking van krachten. Minder vibraties en minder deflecties dus dan men bij verticale bewerkingscentra zou aantreffen.

Yamazaki Mazak

Extra software?
Het programmeren en de bediening lijkt dan weer in het voordeel van verticale bewerkingscentra beslecht te worden, maar dat heeft veel te maken met het eerste punt dat we aanhaalden. Door de grotere investeringskost en de extra mogelijkheden moet men het volle rendement uit zijn machine kunnen halen. Dat wil zeggen dat men meer zijden van het werkstuk zal willen bewerken, wat neerkomt op een hogere complexiteit, ook op vlak van programmeren. Daar komen dan nog de palletwissels en hun voorbereiding bovenop. Het harder pushen van de machine om er het volle rendement uit te puren gaat vaak hand in hand met een investering in simulatiesoftware. Zo kan men offline al zien of het stuk vlot verspaand zal kunnen worden en stoot men niet meer op onverwachte problemen.

Yamazaki Mazak

Conclusie
Voor metaalbewerkers die de hoogst mogelijke competitiviteit nastreven, de beste expertise in huis hebben en beschikken over het budget om de meerprijs te betalen, zullen horizontale bewerkingscentra een logische keuze zijn. Dat vraag meestal wel om voldoende volume. Wie daarentegen nog maar net om de hoek komt kijken en niet over de nodige skills of ervaring aan de machine beschikt, wie eenvoudige stukken verwerkt en heel veel wisselt in kleine series en veel werk verricht op grote platen, die houdt het beste vast aan een verticaal bewerkingscentrum. Horizontale zijn zelden de eerste keuze voor metaalbewerkers. Veelal worden ze pas in overweging genomen als derde bewerkingscentrum. Maar ze hebben wel het potentieel om de capaciteit van twee verticale bewerkingscentra te verdubbelen.

Tekst: Valérie Couplez  Beeld: Gelderblom, Germond, Hermle, Yamazaki Mazak