Hembrug De specialist in precisiehydrostatica!
Hoogprecisie-harddraaien vervangt rondslijpen!
Hoogprecisie-harddraaien vervangt rondslijpen Gehard staal en zelfs hardmetaal draaien, en dat met superprecisie. Onmogelijk? Vroeger wel, nu niet meer. Door hoogprecisie-harddraaien op een volledig hydrostatische Mikroturn draaimachine van Hembrug, zie afbeelding 1, kan zelfs hardmetaal worden bewerkt!
De Slantbed-Mikroturn 100 CNC, een volledig hydrostatische draaimachine van Hembrug voor hoogprecisie-harddraaien en – diamantdraaien.
Pagina 2 van 12
financiële reilen en zeilen van de onderneming. Maar hij heeft ook affiniteit met de technische kant van Hembrug: “We maakten eerst alleen speciaalmachines op projectbasis, maar sinds de 100 CNC en later de 50 CNC in series van enkele tientallen per jaar produceren, is de kostprijs drastisch naar beneden gegaan. Uiteraard vind de klant dat voordeel terug in een lagere verkoopprijs. Een van onze strategieën is de fabricage van onderdelen zoveel mogelijk uit te besteden. Alleen vitale bewerkingen als het nabewerken van hoofdspillen en hydrostatische lagers houden we in eigen hand. Dat geldt ook voor het slijpen van geleidingen, en voor de montage, de afregeling en de eindtest. De machines worden op bestelling gemaakt, maar het levertraject is zo kort mogelijk door machinemodules als sleden en spillen op voorraad te fabriceren. Toch bedraagt de basisprijs van de kleinste machine, de 50CNC, zo’n kleine drie ton en is de levertijd bijna één jaar. Maar wat wil je als je een product maakt dat de grens van het technisch mogelijke raakt.”
Hoogprecisie-harddraaien zonder koelvloeistof.
Harddraaien is in veel gevallen een beter alternatief voor conventioneel rondslijpen, want geharde producten kunnen in één opspanning worden bewerkt, waardoor de bewerkingstijd aanzienlijk korter is. Met het bijkomende voordeel dat er meestal geen snijvloeistof voor nodig is,
Hembrug BV te Haarlem is erfgenaam van de draaibank expertise van de bekende Artillerie Inrichtingen, het staatsbedrijf dat in de vorige eeuw en munitie fabriceerde en de daarvoor benodigde bewerkingsmachines op de markt bracht. De meer dan zesduizend overbekende AIdraaibanken type DR1 die gedurende enkele naoorlogse decennia zijn gefabriceerd en waarvan er heden ten dage nog heel wat in bedrijf zijn, hadden toen al een nauwkeurigheid van 0,01 mm. Vandaag de dag halen de Hembrug draaimachines van Slantbed-Mikroturn CNC 50 en CNC 100 een ruwheid en vorm- en maatnauwkeurigheid in het submicrongebied, bij een resolutie van de slede beweging van 10nm. Dat is een niet voor te stellen, bijna oneindig kleine afstand. Maar Pierre Knol, voormalig verkoopleider van Hembrug, weet heel treffend aanschouwelijk te maken wat zoiets gigantisch kleins betekent: “Als je twee seconden in de spiegel kijkt, is je baard 10 nm gegroeid.”
Op de markt van gereedschapmachines is het concept van de Slantbed-Mikroturn inderdaad uniek: allerhoogste precisie en stijfheid dank zij de volledig hydrostatische hoofdspil en geleidingen, maximale stabiliteit door een 2,5 ton zware natuurgranieten basisplaat, die via rubber dempers is afgeveerd op een onderframe dat met beton is gevuld. Dat alles gecompleteerd door een geavanceerde CNC-besturingssysteem met een resolutie van 10nm, de
De bekende draaibank DR1 van Artillerie Inrichtingen later “Hembrug” genoemd uit 1960. Van deze AI-draaibank zijn in de loop der jaren meer dan 6000 exemplaren geproduceerd.
Robert Nefkens is zowel directeur als eigenaar van het zestig personeelsleden tellende Hembrug BV. Hij is econoom en daarom vooral verantwoordelijk voor het
Pagina 3 van 12
Sinumerik 840-D van Siemens, met speciale servomotoren en encoders van hetzelfde fabricaat. Het voordeel daarvan is dat de diverse elektromechanische en elektronische componenten optimaal zijn afgestemd op de besturingssoftware .
de zeer gespecialiseerde ontwikkeling, fabricage en verkoop van hydrostatische precisie-draaimachines omvat. Waarbij enerzijds wordt geput uit de ervaring van een roemrijk verleden, anderzijds heel veel aan productinnovatie wordt gedaan. Daarom ook werkt Hembrug in Europees verband - o.a. in het project Microhard van Brite Euram – samen met IPT Fraunhofer in Aken, SKF, Bosch en Renishaw
Roemruchte historie Al in 1679 werd het staatsbedrijf Artillerie Inrichtingen opgericht met als doel op defensiegebied selfsupporting te zijn, al waagde men het toentertijd niet zo’n anglicisme in de mond te nemen.
Precisiehydrostatica voor de hoofdspil Ir. Dénes Szepesi, Voormalig hoofd engineering, vertelt over de compromissen die nodig zijn bij het ontwerpen van een precisie-hoofdspil: “voor hoogprecisieharddraaien zijn stijve hoofdspil- en sledelagers van cruciaal belang. De grote voordelen van hydrostatische lagers en geleidingen zijn stijfheid, demping en de afwezigheid van metaalcontact zodat de levensduur in feite oneindig groot is. Andere, niet minder belangrijke voordelen van het hydrostatische concept zijn de hoge rondloopnauwkeurigheid van 0,1 µm van de hoofdspil en de afwezigheid van stickslip in de geleidingen.
Eén van de eerste draaimachines ca. 1865
Omstreeks 1900 werd het bedrijf gevestigd in de gemeente Zaandam, in de buurt van de draaibrug over het Noordzeekanaal: de Hembrug. Na de tweede wereldoorlog ging AI onder die naam de gereedschapmachines die in eigen huis waren ontwikkeld voor het fabriceren van munitie, in serie vervaardigen voor de verkoop aan derden. In 1973 achtte de overheid het gewenst de gereedschapmachineativiteit te scheiden van de munitiefabricage. De laatste ging verder onder de naam Eurometaal, de gereedschapmachines werden voortaan door Hembrug ontwikkeld, gemaakt en verkocht. In 1982 is deze activiteit als Hembrug BV geprivatiseerd, waarna het bedrijf in 1983 naar Haarlem verhuisde. Aanvankelijk omvatte de Hembrug-groep ook nog andere activiteiten, zoals Figee kranenbouw, maar deze zijn successievelijk afgestoten, zodat heden ten dage Hembrug BV alleen nog
Slantbed-Mikroturn 50 CNC van Hembrug.
Maar een bezwaar is de wrijving door de viscositeit van de olie. De warmteontwikkeling in de hoofdspillagers neemt toe met het kwadraat van het toerental, dat in onze machines maar liefst maximaal 12000omw/min
Pagina 4 van 12
bedraagt! Dat is een van de redenen dat de olie wordt gekoeld. Aerostatische lagers hebben dat bezwaar niet, maar die zijn veel minder stijf. Desondanks passen we incidenteel aerostatische lagers toe in de hoofdspillen voor het verspanen van non-ferromaterialen. Bij het ontwerpen van een hydrostatische spil hebben we te maken met ongeveer 25 parameters. Hembrug heeft een computerprogramma ontwikkeld dat het spilontwerp optimaliseert: maximale stijfheid, maximaal toerental en minimale warmteontwikkelingen. En dat bij de al genoemde rondloopnauwkeurigheid van 0,1 µm terwijl de lagerspleet toch ongeveer 35 µm bedraagt.”
Nog terug op het proces – betekent dat ook de hoofdspilaandrijving stijf moet zijn. Daarom is het niet aanbevelenswaardig een snaar- of riemaandrijving toe te passen, wat vanuit het oogpunt van warmteontwikkeling een goede keus zou zijn. De maximale stijfheid wordt bereikt door de spil rechtstreeks door de borstelloze ACsynchroonmoter aan te drijven. Bij de 100 CNC gebeurt dat via een torsiestijve koppeling. Bij de 50 CNC is de frame- en borstelloze wisselstroommoter geïntegreerd in de spil. In beide gevallen zorgt de lagerolie voor de motorkoeling en is er een C-as encoder met een resolutie van 0,001° opgenomen in de constructie.
De eerste hydrostatische hoofdspil die Hembrug aan het begin van de jaren zeventig ontwikkelde, was bestemd voor een machine voor het bewerken van computergeheugenschijven. (toen hadden harde schijven nog een diameter van zo’n 350mm, wat tegenwoordig bijna onvoorstelbaar groot is.)
De hoekverdraaiing van de hoofdspil (C-as) is regelbaar en via de besturingssoftware koppelbaar aan de beitelverplaatsing loodrecht op de rotatieas (X-as). Op deze manier is het mogelijk niet-rotatiesymmetrische werkstukken te draaien. Natuurlijk heeft Hembrug het maximaal mogelijke gedaan om de invloed van de resterende warmteontwikkeling in de hoofdspil te minimaliseren. De hoofdspil is gemonteerd in een massief huis van natuurgraniet dat een zeer kleine thermische uitzettingscoëfficiënt en een hoge soortelijke warmte heeft. Daardoor is de thermische verplaatsing van de hoofdspil verwaarloosbaar klein.
Doorsnee tekening van de hydrostatische hoofdspil van de SlantbedMikroturn 50 CNC. Het toerental is traploos regelbaar van 0 tot 12000 omw/min.
Die hoofdspil had een maximaal toerental van 1500 omw/min. Bij het moderne harddraaien op 12000 omw/min bij een maximale spilstijfheid van 1 kN/µm is ongeveer 1 kW van het uitgangsvermogen van circa 10 kW van de hoofdspilmotor nodig voor het eigenlijke draaiproces. De rest komt als warmte terecht in de lagers en wordt voor het overgrote deel via de op 20 ± 0,2 °C gethermostateerde – lagerolie afgevoerd. Die lagers zijn twee radiale lagers in combinatie met een taatslager zo dicht mogelijk bij de uitgaand as Hydrostatische hoofdspil van de Slantbed-Mikroturn 100CNC in een huis van natuur graniet.
Op die as is meestal een speciale klauwplaat of ander spanmiddel gemonteerd, dat bestand is tegen het hoge toerental. Want bij precisiebewerkingen is het zoveel mogelijk vervormingsvrij opspannen van het werkstuk van essentieel belang. De voor harddraaien vereiste hoge stijfheid – we komen
Pagina 5 van 12
Hydrostatische precisiesleden De sleden voor de beitel verplaatsing in X- en Z-richting zijn eveneens hydrostatisch gelagerd. In deze translerende lagers is de warmteontwikkeling gering omdat het gaat om zeer kleine snelheden. De meting van de verplaatsing geschiedt met behulp van optische Heidenhain-linialen, waarvan de resolutie 10nm bedraagt. Als onderdeel van de eindtest ijkt de hoog opgeleide Hembrug-eindcotroleur de op de machinedisplay weergegeven verplaatsing tegen de meetresultaten met een laserinterferometer. Op deze manier zijn systematische afwijkingen softwarematig te compenseren.
Bedieningspaneel van het CNC-besturingssysteem 840-D van Siemens met een resolutie van 10 nm.
Hydrostatische X-slede van de Slantbed-Mikroturn 50 CNC. Door de hellende opstelling is een pneumatische cilinder nodig om het slede gewicht te compenseren.
Precisie-kogelomloopspillen drijven de sleden aan. Ook hier is het nodig een compromis te slijten: veel voorspanning geeft veel wrijving en weinig (virtuele) speling, en andersom. Vormnauwkeurigheid en een gering, constant draaimoment van de combinatie van spil en moer zijn erg belangrijk voor het bereiken van de vereiste resolutie van 10 nm. Dus worden deze onderdelen specieaal voor Hembrug gefabriceerd en geselecteerd. De regeling van de slede verplaatsingen via het Siemens CNC- systeem maakt gebruik van terugkoppeling van de verplaatsing en de afgeleide daarvan.
Dit laatste ter verkrijgen van elektronische demping. Hoekencoders die zijn geïntegreerd in de ACservomotoren voor de aandrijving van de kogelomloopspillen, leveren de waarden voor x en z en hun afgeleiden. Het toerental-regelbereik van de motoren bedraagt 105, met een uiterst laag minimaal toerental van 0,1 omw/min dit maakt het - mede door de hoge resolutie van de verplaatsingsmeting – mogelijk kegelvlakken te draaien met een eenzijdige hellingshoek van slechts één boogminuut, en dat bij een ruwheid van niet meer dan 0,1 µm Ra. Dit is in de wereld van de CNC-draaibanken een unieke prestatie. De opbouw van de draaimachines Naast hoge stijfheid is voor harddraaien ook een grote demping van de machine belangrijk. De demping van de Slantbed-Mikroturn machines is voor een belangrijk deel te danken aan de unieke opbouw: het bed van natuur graniet is dempend opgelegd op een zwaar stalen onderframe. De massa van 2,5 ton natuurgraniet, de geringe stijfheid en de inwendige wrijving van de dempers verlenen deze opstelling een zeer lage eigenfrequentie met gereduceerde amplitude, met als gevolg dat alle omgevingstrillingen boven 7 Hz sterk verzwakt of helemaal niet worden doorgegeven. Op het granieten bed zijn de vaste kop (zoals gezegd ook van natuurgraniet) de sleden en de losse kop gemonteerd. Het voordeel van natuurgraniet is dat het vele miljoenen jaren de tijd heeft gekregen om “uit te werken” en daardoor vrij is van inwendige spanningen. Verder heeft het een lagere
Pagina 6 van 12
soortgelijke massa dan bijvoorbeeld gietijzer, vertoont de inwendige demping en is de thermische uitzettingscoëfficiënt laag in verhouding tot bijvoorbeeld polymeerbeton. Het granieten bed heeft een vormnauwkeurigheid van het montagevlak van enkele tientallen µm’s
centers is anders dan die van het kleinere zusje de Mikroturn 50 CNC
Voor korte producten tot Ø 120 mm. Bij de 100 CNC is de X-slede op de Z-slede gemonteerd, die op zijn beurt bevestigd is op de granieten basisplaat. Bij de 50 CNC bevindt zich de vaste kop op de Z-slede, de zgn. Tconstuctie zodat bij een langsbewerking het werkstuk roteert en transleert terwijl de beitel stilstaat. Het voordeel daarvan is (onder andere) dat het werkstuk minder ver verwijderd is van de liniaal in de Z-slede, zodat beter word voldaan aan het principe van Abbe, dat zegt dat de verplaatsing in het verlengde van de liniaal dient te liggen. Rondom is de machine afgeschermd door een fraai vormgegeven, ergonomisch verantwoorde en veilige beplating. Van buiten af is daardoor het natuurgraniet, dat zo essentieel is voor de stabiliteit, niet zichtbaar. Inwendige beplating zorgt voor een ongehinderde spaanafvoer, zodanig dat de geleidingen en linialen niet in contact kunnen komen met spanen.
Slantbed-Mikroturn 100 CNC in aanbouw. De foto toont de unieke opbouw. Een natuurgranieten basisplaat met dempers opgelegd op een onderframe. Dat onderframe is met beton verzwaard.
Zoals de naam “Slantbed”al aangeeft, is het montagevlak van de basisplaat onder een helling geplaatst, en wel van 45°. Dat betekent dat de spanen beter kunnen worden afgevoerd en dat het arbeidsveld makkelijker toegankelijk is dan bij de conventionele constructie van draaibanken. De hellende opbouw is in het verleden ook toegepast bij de bekende Hembrug-draaibank Ergonomic.
Het draaiproces is waarneembaar via een groot raam van veiligheidsglas. De draaimachines zijn te completeren met diverse accessoires, zoals een losse kop met schotelveerklemming en hydraulische deblokkering. Verder zijn er diverse opspaninrichtingen verkrijgbaar, zoals een elektro-permanent magnetisch spansysteem. Daarbij vloeit er alleen stroom door de spoel als de spanplaat het werkstuk vast trekt. Gedurende de bewerking loopt er geen stroom en is er dus geen warmteontwikkeling, aangezien het werkstuk door permanent magnetisme blijft vastgeklemd. Een ander interessant hulpstuk, dat op de X-slede kan worden gemonteerd, is voorzien van een zgn. Brotatieas. Daarmee word de beitel zodanig geroteerd rondom de beitelpunt dat de snijkant steeds haaks staat op het gegenereerde vlak. Dat betekent dat de radius van de beitelpunt nagenoeg geen invloed heeft op de vormnauwkeurigheid. Verder zijn er nog revolverkoppen beschikbaar voor het automatisch indexeren van gereedschap en kunnen de draaimachines worden voorzien van automatische laadlossystemen.
De gestapelde hydrostatische X- en Z-sleden van de Slantbed Mikroturn 100 CNC
De opbouw van de Slantbed-Mikroturn 100 CNC - voor productafmetingen tot Ø 310 mm voor klauwplaatwerk en tot Ø 125 bij 350 mm lengte voor werk tussen de
Pagina 7 van 12
De montage van de machines vindt plaats in een hal met een temperatuurconditionering van 20 ± 1 °C, zie
De montage hal van de fabriek van Hemrbug in Haarlem
De Meetkamer is geregeld op 20 ± 0,3 °C. In de testruimte is bovendien een trillingsarme vloer beschikbaar, die gedempt op een gescheiden fundering is afgeveerd van een eigenfrequentie van 3 Hz. Vertical-Mikroturn CNC, een precisie-carrouseldraaimachine met een portaal van natuurgraniet
Het meten van onrondheid in de geconditioneerde meetkamer van Hembrug
Naast de standaardmachines Mikroturn 50 en 100 CNC ontwikkelt Hembrug ook speciale machines. Een fraai voorbeeld daarvan is de hydrostatische carrouseldraaimachine Vertical-Mikroturn CNC die is ontwikkeld voor Zeiss in Oberkochen in Zuid-Duitsland. Die machine is bestemd voor het uiterst nauwkeurig draaien van vattingringen tot Ø 750 mm voor lenzenstelsels onder andere voor de wafersteppers die ASML in Veldhoven met veel succes produceert voor de IC-industrie. De optische resolutie van deze lenzen voor zeer kortgolvig UV-licht is extreem hoog en grenst aan het fysisch onmogelijke. Vandaar de noodzaak daarvoor een speciale Hembrug machine te ontwikkelen.
Pagina 8 van 12
Het harddraaiproces Robert Nefkens legt uit wat de fundamentele verschillen zijn tussen draaien en rondslijpen: “bij slijpen roteert het werkstuk langzaam en zorgt het gereedschap voor de snijsnelheid. Bij draaien beschrijft het gereedschap de contourbaan en is het werkstuk verantwoordelijk voor de snijsnelheid. Het gevolg van het snelle draaien van een slijpsteen – met als het ware heel veel minuscule beiteltjes – is dat bij slijpen het werkstuk materiaal “verpoedert” tot een grote hoeveelheid kleine spaantjes. Dat in tegenstelling tot het draaiproces, warbij ononderbroken een doorgaande spaan vrijkomt, die veelal in kleinere stukken breekt. Je kunt je dan ook goed voorstellen dat slijpen meer tijd en energie per mm³ materiaal vraagt dan draaien. Een ander verschil is dat je met rondslijpen een uiterst kleine hoeveelheid materiaal kunt nemen, bij voorbeeld met een insteekdiepte ter grootte van enkele tientallen µm’s. Daarom moet er bij hoogprecisie-harddraaien een andere strategie worden gevolgde om toch exact op de gewenste maat te komen.”(we komen daar aan het eind van deze paragraaf nog op terug.)
Waarom is harddraaien pas begin van de jaren negentig goed van de grond gekomen? Een tweetal ontwikkelingen zijn daar debet aan: het beschikbaar komen van enerzijds geschikte beitelmaterialen en anderzijds van draaimachines die zowel stijf, als stabiel en nauwkeurig zijn. Dat laatste omdat harddraaien een alternatief is voor slijpen, wat in het algemeen een nauwkeurige eindbewerking is. Voor het precisiedraaien van non-ferrometalen wordt al tientallen jaren natuur- en industriediamant toegepast.
Maar het hardste aller materialen is niet bruikbaar voor het bewerken van staal, aangezien diamant reageert met de koolstof in het staal. Daardoor ontstaat er een andere Kristalstructuur: diamant “grafitificeert”. De oplossing is de toepassing van boornitride met een kubische kristalstructuur, dat qua hardheid in de buurt van diamant komt. Dat materiaal bestaat alleen in polykristallijne vorm en wordt PCBN genoemd. Voor hoogprecisie-harddraaien gebruikt men beitelplaatjes met een relatief laag CBN-gehalte van circa 50%, waarbij de rest meestal bestaat uit keramisch bindmiddel. (er wordt sporadisch ook quasimonokristallijn CBN toegepast, maar dat is in feite een fijnkorrelig polykristallijn materiaal zonder bindmiddel. Het slijt sneller dan PCBN en wordt alleen toegepast als het gaat om extreme nauwkeurigheden.) Bij draaien van gehard staal met PCBN wordt er in het algemeen met een negatieve spaanhoek gewerkt, waarbij in veel gevallen geen snij- of koelvloeistof nodig is. Als men op een conventionele bank met negatieve spaan draait, gaat dat gepaard met trillingen, die de vorm en ruwheid van het werkstuk zeer nadelig beïnvloeden. Die trillingen zijn het gevolg van terugdrukkracht FP - in de X-richting – die ongeveer twee keer zo groot is als de hoofdsnijkracht FC. (Bij conventioneel draaien met positieve spaanhoek is de terugdrukkracht een derde tot de helft van de hoofdsnijkracht). Draaien met een grote terugdrukkracht is alleen mogelijk op een draaimachine met grote stijfheid en stabiliteit. Een andere eis is dat het werkstuk niet te slap is, dus een niet te grote lengte/diameterverhouding heeft. Maar soms is het mogelijk nabij het gereedschap tijdens de bewerking te ondersteunen met een bril of losse kop. De destijds door Hembrug ontwikkelde hydrostatische Mikroturn voor het draaien van geheugenschijven bleek een goed uitgangsconcept te zijn voor de technologie van het hoogprecisie-harddraaien. Zo ontstond er een
Pagina 9 van 12
geheel nieuw toepassingsgebied voor de hydrostatisch draaimachines van Hembrug. Dat leidde uiteindelijk tot de nieuwste generatie draaimachines met de naam Slantbed-Mikroturn. Samen met IPT Fraunhofer is er door Hembrug onderzoek gedaan naar de instellingen van de diverse parameters die het harddraaiproces beïnvloeden. Een van de resultaten van dat onderzoek is dat er – uitgaande van bepaalde verspaningscondities, werkstukmateriaal en een maximaal toelaatbare vrijloopvlakslijtage VB van 0,1 mm – voor hoogprecisie-harddraaien een optimale snijsnelheid bestaat: 160 m/min. Verder is gebleken dat de verschillende fabricaten PCBN grote verschillen in beitelstand opleveren. Reductie van bewerkingstijd en -kosten voor een lagerring door het vervangen van slijpen door hoogprecisie harddraaien.
Het bewijs: precisieproducten Het grote voordeel van harddraaien ten opzichte van slijpen is dat in veel gevallen het werkstuk in één enkele opspanning kan worden bewerkt met behulp standaardbeitelplaatjes. In combinatie met “slimme” spanmiddelen kan men zelfs kopse vlakken aan de hoofdspilzijde harddraaien. Ook kunnen er hele kleine gaten worden bewerkt met een diameter tot 3mm en met diameter /lengte-verhouding tot 1 : 5. Bij slijpen is dat allemaal veel moeilijker omdat er altijd sprake is van een roterend gereedschap, dat vanzelfsprekend meer plaats inneemt dan één enkele beitel.
De invloed van snijsnelheid op de beitelslijtage voor drie verschillende soorten CBN. De spaanlengte tot een vrijloopvlakslijtage VB van 0,1 m is bereikt, is uitgezet als functie van de snijsnelheid in m/min opmerkelijk is de grote variatie van de spaanlengte. Er treedt enorme slijtage op bij te lage of te hoge snijsnelheid. Voor alle drie beitelmaterialen ligt het optimum bij 160 m/min (bron: IPT Fraunhofer)
Bij slijpen maakt men bij ingewikkelde vormen meestal gebruik van een geprofileerde slijpschijf. Dit in tegenstelling tot harddraaien, waarbij de beitel via de numeriek besturing de vereiste vorm direct aanbrengt. (Eventueel met sturing van de B- èn X-as.) Omdat geen extra dressbewerkingen nodig zijn, is een hogere product nauwkeurigheden en kortere cyclustijden mogelijk. Ook het bewerken in één opspanning heeft een positieve invloed op nauwkeurigheid en bewerkingstijd. Vergelijkende proeven van het instituut IPT Fraunhofer hebben geleerd dat harddraaien een besparing en bewerkingstijd kan opleven van 90 tot 65% en in bewerkingskosten van 70 tot 55%, vergeleken met rondslijpen.
Het is gebruikelijk het geharde product – zoals ook bij slijpen gebeurt – een eenzijdige bewerkingstoegift van 0,15 mm te geven. Als vuistregel wordt er op een hembrug Mikroturn eerst een “ruwer” spaan met een snedediepte van circa 0,10mm en een voeding van circa 0,10 mm/omw weggenomen. Daarna volgt er een eindbewerking met een snedediepte van circa 0,05 mm en een voeding van 0,05 mm/omw.
Pagina 10 van 12
Oppervlakte kwaliteit Een proeffabricage van IPT Fraunhofer waarbij 300 assen van Ø 16 bij 50 mm zijn bewerkt levert een goed inzicht in de hoge reproduceerbaarheid van het harddraaiproces. Bij bewerken van zonder correctie is de standaarddeviatie van de diameter afwijking 1 µm. bij xslede-correctie via productmeting op de machine is de standaarddeviatie zelfs niet groter dan 0,6 µm.
Voorbeelden van de toepassing van het hoogprecisieharddraaien op Hembrug-machines vindt men in de automobielindustrie (brandstofverstuivers, tandwielen), kogellagerindustrie (loopringen), hydrauliek en pneumatiek (kleppen), en matrijzen (o.a. preforms voor PET-flessen). Resultaten van het meten van een partij van 300 hoogprecisiehardgedraaide assen. De diagrammen bewijzen de hoge reproduceerbaarheid en nauwkeurigheid van het harddraaiproces op een hembrug machine. (Bron: IPT Fraunhofer)
Maatnauwkeurigheid
De top-dal-ruwheid RZ is steeds kleiner dan 1,5 µm en bij het draaien van de eerste werkstukken zelfs beter dan 1 µm.
Daarbij zijn ISO-kwaliteiten tot IT 3 mogelijk. Dat komt voor diameters van 10 tot 18 mm overeen met een tolerantie veld van 3 µm, en voor diameters van 1 tot 3 mm met een tolerantieveld van 2 µm. Dat betekent dat bij zulke geringe toleranties de eenzijdige bewerkingsafwijking aanzienlijk kleiner moet zijn dan 1,5 respectievelijk 1,0 µm. De gesommeerde afwijking komt voortuit een aantal verschillende foutenbronnen: beitelslijtage, rechtheidsafwijking van de slede, rondloopnauwkeurigheid van de hoofdspil, thermische effecten en mechanische trillingen. En dan te bedenken dat bij het draaien van non-ferromaterialen met diamant een nog hogere ISO-kwaliteit haalbaar is!
Pagina 11 van 12
Hydraulische Bus
Tot slot
Een in één opspanning hoogprecisie-hardgedraaide hydraulische bus met symbolisch ingetekende materiaaltoegift en met diverse maat- en vormtoleranties. Vergeleken met slijpen is een kostprijsreductie van 47% bereikt. De belangrijkste maat van dit product is de boring
Het is verheugend te constateren dat een oer-Hollands bedrijf met wortels in een ver verleden zich met hernieuwd elan richt op een veelbelovende bewerkingstechnologie. Een technologie die zijn bestaansrecht ontleent aan speciale draaimachines met unieke eigenschappen. Eigenschappen die te danken zijn aan een reeks waardevolle ingrediënten: precisiehydrostatica, speciaal bewerkt natuurgraniet, optische meetsystemen, geavanceerde numerieke besturing, gezond technisch inzicht en een flinke dosis verspaningservaring. Mede dank zij de innoverende Slantbed-Mikroturn draaimachines van Hembrug is er nog hoop voor het vakgebied precisietechnologie in Nederland.
Informatie Analyse van het harddraaiproces voor de boring Ø24 mm van de bus uit bovenstaande afbeelding van het beschikbare tolerantie veld van 4 µm is minder dan de helft gebruikt. Ø24 mm met een tolerantie van niet meer dan 4 µm. De afbeelding geeft een procesanalyse van het bewerken van deze boring bij 250 werkstukken weer. Daaruit blijkt dat van het beschikbare tolerantieveld van 4 µm minder dan 2 µm is gebruikt.
Hembrug BV, Hendrik Figeeweg 1a 2031 BJ Haarlem. Telefoon 023-5124910, fax -5124901. E-mail:
[email protected]
Bronnen: IPT Fraunhofer instituut Achen Precisietechnologie jaarboek 2001
Pagina 12 van 12
