Wie het kleine niet eert ………………………

Wij zijn dus heel blij met onze Citizen Cincom A20. Compleet met zijn stafaanvoer en hoge druk koelmiddel pomp maakt hij het leven in de automatendraaierij hier weer wat lichter. Die stangen aanvoer automaat hadden we natuurlijk al, anders is een langdraaier hier geen echte draaiautomaat. Tot 20 mm doet hij het uitstekend, met wat meer (verspanings) power dan zijn voorgangers. En dan belt er vandaag iemand of wij langdraaiwerk van rond 40 mm aankunnen. Dan moet ik helaas nee verkopen. Na heel diep nadenken kon ik mij herinneren dat ik wel van langdraai machines voor zulke grote diameters gehoord heb. Maar daar blijft het wel bij, ik heb ze zelfs niet eens gezien. Want als de diameter groter dan, pakweg, 20 à 25 mm wordt verliest een langdraaier terrein op machines die wel een normale snede opdeling kunnen maken. Een langdraaier moet in één keer van de uitgangs diameter naar de uiteindelijke diameter draaien. Als je eerst een klein beetje afdraait, en dan de spil terugtrekt, vervalt bij de volgende snede de ondersteuning door de geleidebus. En als je een diepe snede maakt kun je maar weinig voeding geven, waardoor je vaak lange spanen krijgen, die op den duur zichzelf en het gereedschap in de weg gaan zitten. Ieder materiaal heeft zijn optimale verhouding tussen snedediepte en voeding. En ieder materiaal heeft een specifieke snijweerstand. De specifieke snijweerstand wordt echter groter als de voeding kleiner wordt. Dat betekent dat de voeding nog kleiner gekozen moet worden, de specifieke snijweerstand, en dus de gevraagde snijkracht verder toenemen, waardoor de voeding nog kleiner genomen moet worden, enzovoorts. Bij een diepe snede (en daar is bij een grotere uitgangs diameter meer kans op) kan de voeding dus zo laag worden dat het snij gereedschap eerder glij gereedschap wordt, en er meer warmte dan spanen gemaakt wordt. Natuurlijk zijn er trucs om dat op te lossen. Op onze Manurhin KMX26 zetten wij twee beitels tegenover elkaar, in Z ietsje verschoven, zodat we toch een voor- en nadraaier hebben. Dat kan op vrijwel iedere machine met meerdere gereedschapsdragers. En op de machines waar maar één beitel tegelijk gebruikt kan worden kun je gewoon iedere keer een klein stukje doen, als de ongedraaide staf het contact met de geleidebus maar niet verliest. En op onze Citizen Cincom A20 en op onze KMX26 zit een flexibele geleidebus, die een stuk langer is dan een normale geleidebus. Dan kun je deze truc dus over een grotere lengte tegelijk uithalen. Maar je krijgt uiteindelijk wel een product met wat hobbeltjes. Meestal nauwelijks meetbaar, zo klein, maar wel zichtbaar. En zo is er ook in het automatendraaiwerk altijd nog wat bij te leren. Deze trucs kennen wij al, voor iemand anders is het misschien nieuw. En wij zijn ondertussen bezig Hastelloy en Titanium te leren draaien. Voor een ander misschien gesneden koek, voor ons weer even wennen. Maar het gaat lukken. Voorlopig vooral in de kleinere diameters natuurlijk.

Druk

Wij draaien druk door. En onder druk gaan dingen stuk. Zo is onze eerste CNC langdraaier onder de druk bezweken. Dat is niet zo vreemd, het brave machientje was 20 jaar oud. Ik vermoed dat het de machine met de meeste draaiuren in onze automatendraaierij is. En het is altijd één van onze meest nauwkeurige draaiautomaten geweest.

Wij zijn nu dus een nieuwe langdraaiautomaat aan het uitzoeken. Er is in die 20 jaar is best veel veranderd aan langdraaiautomaten. En toch ook weer niet. Meer van het zelfde, maar dan sneller. Een langdraai automaat is natuurlijk een merkwaardig stukje techniek. Dat was al zo in de tijd van de curven gestuurde draai automaten, en nu de CN machines de markt beheersen is een CNC langdraai automaat nog steeds een uitzonderlijke draaibank.

Nog even als snelle opfris les: bij een langdraaier (zoals een langdraaiautomaat in de volksmond genoemd wordt) onderscheidt zich van een gewonde draaibank door de geleidebus. Die ondersteunt het product direct bij de snijdende gereedschappen. Bij een langdraaier beweegt het product langs de gereedschappen. In een heel enkel geval bewegen de gereedschappen en de geleidbus samen langs het produkt. Maar omdat de geleidebus en de gereedschappen niet ten opzichte van elkaar bewegen is dit ‘draaitechnisch’ gezien eigenlijk het zelfde.

Dat is bij alle langdraai automaten het zelfde, en daarna beginnen gelijk de verschillen.
20 Jaar geleden hadden wij de primeur om de eerste kleine langdraaier met overname spindel en aangedreven gereedschap (jawel : één aangedreven gereedschap) als toeleverancier neer te zetten.
Bij een curvengestuurde langdraaier was aangedreven gereedschap een stuk lastiger. Bij ons beperkte zich dat tot een zaagfreesje om schroeven van een gleuf in de kop te voorzien. En een overname spil was ook best lastig in het gebruik. De curvengestuurde langdraai automaat was dus bij uitstel geschikt voor grote tot zeer groet series. Zeker als de producten wat bewerkelijker waren

Tegenwoordig is een overname spil en aangedreven de norm bij een kleine langdraai automaat. EN niet één , aangedreven gereedschap, welnee, ik heb ze al met ongeveer een dozijn aangedreven gereedschappen gezien. En instellen is nog steeds bewerkelijk, maar heel veel simpeler dan in de goede oude tijd dat alleen het curven bereken en maken al een dag in beslag nam (als het meezat).

Leve de vooruitgang, op naar een nieuwe kleien langdraaier. Er moet binnenkort besloten worden, en voordat he zo ver is moeten nog heel wat zaken beoordeeld worden. Wat willen we, wat mag het kosten, en wat krijgen we voor dat geld (betrouwbaarheid, duurzaamheid, nauwkeurigheid). Kortom, er is weer een spannende tijd aangebroken. We staan weer onder druk.

Beitelradius keuze bij langdraaien

Het is alweer even geleden dat ik over langdraaien geschreven heb. Door het stukje over nadraaien van gisteren moest ik toch weer even aan onze langdraai draaiautomaten denken.

Langdraaiautomaten werken, bijna per definitie, met een kleine voeding, en produceren eigenlijk altijd gladde onderdelen. Als er tenminste aan een aantal randvoorwaarden voldaan wordt. En ééntje daarvan is scherp gereedschap, met een kleine neusradius. En dan zijn we gelijk weer helemaal terug bij het stukje van gisteren.

Hoe komt de voeding bij langdraaien zo klein?
Bij langdraaien wordt het product in één keer naar de gewenste diameter gedraaid. De snedediepte is dus vaak (relatief) groot. En de langdraai machines zijn wel snel, maar niet erg sterk. Door toename van de specifieke snijkracht bij een kleinere spaandikte wordt de vereiste snijkracht nog groter, en moet de voeding nog minder worden. Hierdoor ontstaat er pas een evenwicht tussen de beschikbare kracht van de machine en de benodigde snijkracht bij kleine voedingen. Als de beitel scheef staat wordt de effectieve snijkant langer, en de effectieve voeding (nog) kleiner. Hierdoor kan het evenwicht nog verder naar een nóg kleinere voeding verschuiven. Bij een beitel met een grote neusradius staat de snijdende punt van de beitel feitelijk onder een hoek ten opzichtte van de snij richting. Hierdoor wordt de spaan dunner, de specifieke snijkracht hoger, en verschuift het evenwicht naar een nog kleinere voeding. Dat schiet dus niet echt op. Bovendien drukt de ronde beitelpunt het product meer opzij, terwijl een langdraaier toch bedoeld om uitbuigen van het product te vermijden. De langdraai automaat kan de dwarskracht opvangen met de geleidebus. Deze is daar voor, maar hoe meer dwarskracht de geleidbus op moet vangen, des te groter de wrijvingsweerstand wordt, en des te minder energie er over blijft voor de feitelijke verspaning.
Eigenlijk weet ik helemaal niet veel argumenten VÓÓR het gebruik van een grote neusradius bij automatendraaiwerk.

Kiezen en/of delen

Nu we toch zo gezellig over snedeopdeling bezig zijn wil ik gelijk maar uitleggen hoe snedeopdeling bij een langdraaiautomaat mogelijk is.

Er zijn twee mogelijkheden voor snedeopdeling bij een langdraaiautomaat.
Als de krullen echt niet te hanteren zijn, of als het gedraaide oppervlak er echt niet uit ziet, is er, behalve de hoeveelheid extra werk die dit met zich meebrengt, helemaal niets of niemand die je belet om de gewenste lengte in korte stukjes, zeg 1/3 of ½ van de geleidebus lengte, in meerdere sneden naar de gewenste maat te draaien. Afgezien van de extra inspanning en de extra tijd die het kost blijft het meestal ook zichtbaar op het product, maar dat hoeft niet altijd een bezwaar te zijn. In noodgevallen zou het zo dus kunnen.

Het is echter eenvoudiger als de langdraaier meerdere beitels tegelijk kan gebruiken. Want dan zet je heel simpel de voordraai beitel een paar tiende millimeter voor de nadraai beitel. Ook op ‘kortdraai’ machines wordt dit gedaan, en het heet ook wel een balanssnede. Zo is de snede verdeeld over twee beitels, en hebben we de oppervlakte kwaliteit en de spaanvorming beter in de hand.

Gelukkig is er geen voordeel zonder nadeel. Want de voordraai beitel krijgt de hoogste draaisnelheid voor zijn kiezen, en zou dus eigenlijk het hardste en meest slijtvast moeten zijn. De nadraai beitel krijgt veel minder meters materiaal per minuut te verwerken, en zou eigenlijk wat taaier moeten zijn. Maar de geometrie van de snijkant is bepalend bij de beitelkeuze, en meestal is het dus andersom. Ook hier is de voeding vaak kleiner dan volgens de optimale verhouding uit de snedediepte zou volgen. De gewenst oppervlakte kwaliteit bepaalt de voeding, die voor een ‘echte’ voordraaibeitel vaak te klein zal zijn. Het leven van een automatendraaier hangt van de compromissen aan elkaar, en ook hier komt het er op aan om de goede keuzes te maken. Maar na 50 jaar draaien lukt ons dat op zijn minst best wel aardig.

de geleidebus

belofte maakt schuld

Ik heb verleden week geconstateerd dat ik voorlopig stof genoeg heb voor dit Blog, dus moet ik ook snel met nieuwe verhalen komen. Want als je iets belooft, moet je ook tenminste serieus proberen om dat in te lossen. En je moet ook niets beloven dat je niet waar kunt maken natuurlijk. Dat is eigenlijk wel zo’n beetje waar het bij leverbetrouwbaarheid om draait. En leverbetrouwbaarheid is één van de (goede) eigenschappen van een toeleverancier. En dat brengt me weer op een leuk onderwerp voor mijn andere weblog.

Maar goed, de techniek: Mijn stokpaardje is dus de automatendraaiwerk, en vooral de langdraaiautomaat. Mogelijk was dat sommige lezers al opgevallen. Eén van de grootste nadelen van de ‘gemiddelde’ langdraaiautomaat is de beperking van de materiaal keuze. Hét kenmerk van de langdraaiautomaat is de geleidebus. Dit is, qua werking, te vergelijken met een meelopende bril op een centerdraaibank. Het principe komt overeen, maar de constructie is echter volkomen anders. Bij de beiteldragers is een ‘gat’ waar een bus van de gewenste diameter in gaat. Deze bus kan vast staan (en moet dan van een zeer slijtvast materiaal zijn, bijvoorbeeld hardmetaal). Het voordeel van een vaste geleidebus is dat de afstand tussen de beitelpunt en het ondersteunende deel van de geleidebus constant is, en er zo een uitstekende maatvastheid bereikt kan worden. Het nadeel van een vaste geleidebus is dat door de wrijving tussen geleidebus en het materiaal deze twee op elkaar in kunnen gaan vreten of zelfs aan elkaar kunnen vastlassen. Een vaste geleidebus is dus maar voor een beperkt aantal materialen inzetbaar. Automatenstaal en messing zijn bijvoorbeeld goed te bewerken met een vaste geleidebus, RVS en Aluminium juist niet. De meedraaiende geleidebus is veel universeler. Ten koste van een klein offer in maatvastheid worden er een heleboel andere problemen opgelost. Want naast invreten en vastlassen wort de kans op slijtage (die zich uit in een onronde geleidebus) ook kleiner. En dan hoeft het geleidende deel van de geleidebus dan niet meer van hardmetaal te zijn.
Om een goede ondersteuning van het werkstuk bij het snijdende gereedschap te bewerkstelligen mag de geleidebus nauwelijks groter zijn dan het uitgangsmateriaal. Als de geleidebus goed afgesteld is gaat het materiaal al met enige weerstand door de geleidebus heen. Dit kan alleen als het materiaal constant van diameter is. Zodra het materiaal iets te groot wordt loopt het onvermijdelijk en onverbiddelijk vast. Daardoor kan er alleen maar (na) getrokken of geslepen materiaal gebruikt worden, en vallen er een heleboel materialen af.
Tenzij er een ‘flexibele’ geleidebus gebruikt wordt. Dit is een constructie die met behulp van luchtdruk en een geleidebus die aan twee zijden conisch is (waardoor de zijden van de bus over het hele diameter bereik parallel aan elkaar blijven voor een geleiding over de hele lengte) de diameter van het materiaal kan volgen. Het diameterbereik is maar een paar tienden van een millimeter. En al lijkt dat weinig, het is toch al snel tien tot twintig maal meer dan de paar hondersten spreiding op de diameter die een gewone geleidebus toestaat.
En zo hebben wij op onze KMX met een JBS flexibele geleidebus niet alleen kunststoffen gedraaid, maar ook geperst aluminium 51St en ruw 34CrMo6. De machine is sterk genoeg voor dit materiaal ( > 1100 N/mm^2), en door de flexibele geleidebus konden we ruw materiaal zonder speciale bewerking gebruiken. Alleen wilden, mede door het langdraai principe (zie de vorige blog) de spanen niet breken en moesten we de beide revolver koppen regelmatig ‘uitgraven’.

terug naar de techniek

En nu wil ik weer iets technisch typen. Dat vorige verhaal gaat al meer lijken op mijn weblog over toeleveren. Want het belangrijkste aan toeleveren en uitbesteden is toch wel het vertrouwen tussen toeleverancier en uitbesteder. Daar hoort bij dat de uitbesteder kan vertrouwen op wat de toeleverancier beweert dat hij kan presteren. En dat is dan een prestatie die uitgedrukt wordt in levertijd, prijs of technisch kunnen. En dat technisch kunnen in automatendraaiwerk is het hoofdonderwerp van deze Blog.

Ik ben al ingegaan op het verschil tussen gewoon draaiwerk en serie draaiwerk. En ik wil weer even doorgaan over de langdraai automaat.

Langdraaien wordt vaak als een wondermiddel gezien. En dat is niet helemaal ten onrechte natuurlijk. Toch heeft zelfs langdraaien zijn beperkingen. Om te beginnen moet het uitgangs materiaal voldoende maatvast zijn. Overmaats is helemaal uit den boze. Want dan past het niet door de geleidebus. En als het materiaal ondermaats is ligt het in de geleidebus te rammelen, en vervalt het langdraai principe. Daar zijn uitzonderingen op, dat is weer een leuk onderwerp voor een van de volgende blogs.
En dan moet er in één keer naar de gewenst maat gedraaid worden. En daar zit een kans op problemen. De meeste materialen hebben, voor een goede verspaning, een optimale verhouding tussen snedediepte en voeding (ook wel aanzet genoemd). Voor RVS304 is dat bijvoorbeeld 6:1.

Stel dat we op een langdraaier een RVS asje af moeten draaien van 8 naar 2 mm. Als de beitel dan 3 mm diep gaat, zou je eigenlijk 0,5 mm per omwenteling moeten voeden om de spanen te breken. En dat is best veel voor zo’n meestal toch wel kleine langsdraaimachine.
De simpelste oplossing is ander materiaal gebruiken. Bijvoorbeeld RVS303. Maar dan moet de toepassing dat wel toestaan.
Een andere oplossing is de snede over twee beitels verdelen. Maar dan moet de machine daar wel op gebouwd zijn. En dan nog gaat er meer mis dan je zou denken.
De benodigde snijkracht is de specifieke snijkracht (per mm^2) vermenigvuldigd met oppervlakte van de snede. En omdat de snede niet opgedeeld kan worden is dat oppervlak best groot bij grotere snedediepten.
Nu is het onhandige dat de specifieke snijkracht niet enkel van het materiaal afhangt, maar ook van het gereedschap en de voeding. Dat eerste klinkt logisch, want bot gereedschap snijdt zwaarder dan scherp gereedschap. Maar dat van die voeding is dus erg onhandig gekozen door de natuurkunde. Als de voeding kleiner wordt neemt de specifieke snijweerstand exponentieel toe. Om de krachten toch op te kunnen brengen moet de voeding dan nog kleiner genomen worden. Hierdoor neemt de specifieke snijweerstand verder toe en moet de voeding nog kleiner gekozen worden. Bij grote snedediepten in lastig materiaal kan de voeding dus tot een fractie van een honderdste millimeter teruglopen. Dan krijgt 'langdraaien' opeens een heel andere betekenis. Want bij een grote diameter wordt het toerental al veel lager (we gaan uit van de snijsnelheid op buitendiameter van het product, en niet op de beitelpunt!). Een laag toerental met een lage voeding per omwenteling maakt dat de draaitijd erg lang wordt. Als bijkomstigheid zullen de spanen die moeizamer breken bij de lage aanzet.

Eén voordeel van de lage voeding is dat het gedraaide oppervlakte mooier wordt, want bij een voeding van 0,5 mm ziet het er echt niet uit natuurlijk.
Gelukkig zijn overal oplossingen voor, en dat geeft mij weer ideeën voor volgende edities van deze Blog, die weer gewoon over techniek kunnen gaan.

Lang en Kort

Je kunt er lang en kort over praten, maar er zijn twee bloedgroepen in de draaiautomaten te onderscheiden. Om te beginnen heb je de langdraai automaten, of langdraaiers, en daarnaast zijn er de draaiautomaten zonder zo’n veelzeggende naam. De een zegt kortdraaiers, de andere zegt vormdraai automaten, en ik heb ze ook wel ‘gewone’ draai machines horen noemen. Wat is er nu zo bijzonder aan langdraai automaten dat ze wel een eigen naam hebben? Want er zijn nog zoveel andere rubriceringen te maken.

In het engels worden langdraaiers ook wel ‘sliding headstock’ machines genoemd. Want Bij een langdraai machine beweegt het product (meestal) langs het gereedschap. Ook wordt de aanduiding ‘swiss type’ erg vaak gebruikt. Met deze twee engels namen is de langdraai machine gelijk goed beschreven. De oorsprong is de Zwitserse fijnmechanische industrie, en het kenmerkende is dat de hoofdspil, met daarin de staf die het product aan het worden is beweegt. De beitels bewegen naar binnen en naar buiten, en de hoofdspil beweegt naar voren. In bijzondere gevallen beweegt de hoofdspil ook naar achteren, maar dat is meestal niet gewenst. Om te voorkomen dat (lange) produkten uitbuigen wordt de staf waarin het te draaien product zich nog verscholen houdt namelijk bij de gereedschappen ondersteund. Dit principe kennen we van de meelopende bril, maar bij een langdraaier gebeurt het door de geleidebus.

En zo kan de langdraaier lange, slanke, producten maken, maar is daar zeker niet toe beperkt. Op onze website vindt u meerdere foto’s van gedraaide werkstukken die korter zijn dan hun grootste diameter, en toch typisch ‘langdraai’ producten zijn.

De langdraaier is namelijk de draai automaat pur sang. Helemaal ontworpen en gemaakt voor serie draaiwerk. Compact, met gewoon te weinig ruimt voor overbodige bewegingen, en daarnaast vaak nog snel ook. Als je korte afstanden snel aflegt krijg je korte stuktijden. En deze machientjes zijn vaak zo gebouwd dat ze met meerdere gereedschappen tegelijk kunnen werken.

Een nadeel van de langdraaier is dat het product direct bij de beitel ondersteund wordt, door de geleidebus dus. Want daardoor is het niet mogelijk om eenvoudig een snede-opdeling te maken. Hierdoor beperkt de inzet van de langdraai automaat zich tot kleine diameters. Ook hier is klein betrekkelijk, want wij gaan tot 26 mm diameter, en ik heb langdraai autmaten tot 40 mm capaciteit gezien. In de scheepsbouw misschien klein, maar voor vele andere takken van industrie zijn dat toch al behoorlijke diameters.