CNC-maskiner Indledning Programmerbare overfræsere - eller som de også kaldes CNC-overfræsere - kan være opbygget efter mange principper, som alle har deres fordele og ulemper. Derfor er det vigtigt, når der skal vælges fabrikat, at gøre sig klart, hvad maskinen skal bruges til her og nu samt en årrække frem i tiden. Generelt kan det siges, at alle maskinproducenter har en række forskellige standardmaskiner, men der er også mulighed for at skræddersy en maskine til en hvilken som helst produktion. Derfor kan det ikke siges, at den ene maskine kan mere eller er bedre end et andet fabrikat. I dette afsnit søges belyst, hvilke standardløsninger der er på markedet inden for 3-aksede overfræsere. Afsnittet skal ikke betragtes som en fremhævelse af én løsning frem for en anden, men kun som en hjælp til at belyse, hvilke muligheder der er på markedet. Typer Programmerbar overfræser - Fabrikat WADKIN Fig. 1 Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 1 af 18
De mindste modeller ligner meget de kendte konstruktioner af den manuelt betjente overfræser. Her er det bordet, der bevæger sig i x- og y-aksen. Selve motoren kan bevæges op og ned ad z-aksen. Denne konstruktion egner sig nok bedst til ikke alt for store emner. Wadkin er udstyret med Bosch-styring, som har mange funktioner, bl.a. Teach in. Kan også fås med NUM-styring. Fig. 2 Wadkin med to motorer Wadkin kan bestykkes med forskellige motorer. Fig. 3 Wadkin med værktøjsveksler Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 2 af 18
Programmerbar overfræser - fabrikat MAKA Fig. 4 Maka - CNC-overfræser Denne maskinkonstruktion har en fast maskinseng og en portal, som bevæger sig i både y- og z-retninger. Den kan monteres med mange motorer, som kan justeres i afstand i forhold til hinanden. Maskinbordet kan fås både med bjælker og som fast rasterbord. Maka er monteret med en Heckler og Kock-styring. Fig. 5 Vakuumbord med raster Vakuumbordet kan lukkes, så der kan monteres direkte på bordet. Gevindboringer i rastermål til fastgørelse af fixturer. Med bjælkebordet er det muligt at montere stop-/klemmecylindre under emnet, således at der fra programmet kan programmeres op/ ned. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 3 af 18
Der kan eftermonteres forskelligt udstyr, f.eks. vinkelboreaggregat, pudsemotor, robotaggregat. Fig. 8 Vinkelboreaggregat Fig. 9 Værktøjsveksler Værktøjsveksler med plads til 24 værktøjer. Værktøjerne kan sidde i en vilkårlig rækkefølge. Styringen holder selv styr på, hvor det pågældende værktøj sidder. Der kan monteres værktøjer med en diameter på op til 160 mm. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 4 af 18
Programmerbar overfræser - fabrikat SHODA Fig. 10 Shoba overfræser Denne maskinkonstruktion har 2 bordplaner, som skiftevis kan køres ind i bearbejdningsarealet. Maskinbordet kører i y-aksen, medens portalen kører i x- og z-aksen. Dette giver fri adgang til at skifte emner i den side, der ikke er i gang med bearbejdning. Motorerne kan forskydes i forhold til hinanden. Shoda er monteret med en Fanucstyring. Programmerbar overfræser - fabrikat REICHENBACHER Fig. 11 Reichenbacher - CNC-fræser Fig. 12 Automatisk værktøjsveksler Denne maskinkonstruktion har et fast bord monteret på maskinsengen. Portalen er opbygget på en anden måde, da portalen for x-, y,- og z-aksen er fast monteret på maskinsengen bag selve arbejdsbordet. Reichenbacher laver dog mange maskinkonstruktioner, som ligner de før omtalte i dette afsnit. Reichenbacher er montere med en Siemens-styring. Der findes meget forskelligt udstyr, som kan monteres. Til venstre ses automatisk værktøjsveksler, som kan styres fra CNC-programmet. Værktøjsveksleren kan indeholde op til 16 værktøjer. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 5 af 18
Fig. 14 Boreaggregat, der kan bruges i 5 forskellige retninger vinkelret på hinanden. Programmerbar overfræser - fabrikat SCM SCM har udviklet mange forskellige maskinopbygninger. Den viste model har 2 fræseplaner, som hver for sig kører i y-aksen. Det kan være en fordel ved emneskift. Ellers har SCM en speciel måde at skifte værktøj på. Motorerne har en spindel i hver ende. Værktøjsveksleren er monteret over motorerne. Ved skift af værktøj drejer motoren rundt og skifter til næste værktøj, medens den arbejder forneden. SCM er monteret med en NUM-styring. Fig. 15 Værktøjsveksler og motorer med spindel i begge ender kan skifte værktøj, medens motoren arbejder forneden. Ny teknologi Det er svært at spå om fremtiden, men meget tyder på, at de 4- og 5- aksede maskiner vil vinde mere og mere indpas inden for CNC-overfræsere, efterhånden som behovet for at bearbejde dobbeltkrumme emner bliver større. De maskiner, som i dag ses på markedet, er meget forskelligt opbygget. Nogle ligner de almindelige 3-aksede maskiner, men er påbygget to ekstra akser. Andre bryder med den traditionelle opbygning og ligner kun sig selv. Uanset opbygning er det jo først og fremmest styringen, som er afgørende for, hvordan maskinen er at betjene. Her må det siges, at de kendte styringer må revideres kraftigt, for at de kan stå mål med det behov, der er brug for ved programmering af de 5-aksede. De løsninger, der i dag er set, går næsten alle sammen på Teach in, dvs. at man monterer et færdigt emne på maskinen, og derefter udmåles emnet på en række punkter med maskinens værktøj. Disse Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 6 af 18
punkter kan styringen derefter forbinde med linier eller cirkulære bevægelser - alle 5 akser på en gang. Dette er ikke den bedste eller mest nøjagtige løsning, og der skal jo først fremstilles et emne på anden vis. Derfor ser det ud til, at CAD/CAM må blive fremtidens programmeringsmåde, når der tales om 4- og 5-aksede maskiner. Programmerbar overfræser, 4-akset - fabrikat REICHENBACHER Fig. 17 4-akset Reichenbacher Denne maskintype har en traditionel opbygning, men har derudover vippebom, som kan vippe over x-aksen. Vippebommen kan programmeres til at vippe ± 90º. Styringen er en Siemens. Programmerbar overfræser, 5-akset - fabrikat MAKA Traditionel maskinopbygning, dog med en noget større z-akse. Motoren har her påbygget et håndled, som frit kan programmeres i alle retninger. Opbygningen ser dog noget spinkel ud og er da også udviklet for plastindustrien. Styringen er en Heckler og Kock. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 7 af 18
Fig. 18 5-akset Maka Programmerbar overfræser, 5-akset - fabrikat REICHENBACHER Traditionel maskinopbygning, men også her med noget der ligner håndleddet på en robot. Her er motoren dog monteret, så værktøjet bliver monteret direkte på motoren. Maskinen har endvidere værktøjsveksler. Opbygningen ser rimeligt stabil ud. Styringen er en Siemens Fig. 19 5-akset Reichenbacher Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 8 af 18
Programmerbar overfræser, 5-akset - fabrikat ZUCKERMANN Maskinen her er helt sin egen - dog har maskinen revolverhoveder. Her er motorerne vandretliggende og kan bevæges frem/tilbage/op/ ned. Samtidig kan emnet vippes ca. 135º samt roteres 360º. Her har man virkelig alle 5 frihedsgrader. Styringen er en Zuma. Fig. 20 5-akset Zuckermann Punkt til punkt-boremaskiner Indledning Programmerbare punkt til punkt-boremaskiner er i dag blevet et alternativ til programmerbare overfræsere. Det skal dog påpeges, at selve opbygningen af punkt til punkt-boremaskinen generelt er mere ustabil, fordi punkt til punkt-boremaskinen er fremstillet til først og fremmest at bore huller, men er også mere eller mindre egnet til at udfører fræseopgaver i pladematerialer. Punkt til punkt-boremaskinen er en del langsommere end en gennemløbsdyvler, og den er ikke velegnet til at placere i maskingader, men den er meget velegnet, hvis produktionen består af mindre serier størrelser, da den har en meget hurtig omstillingstid. Samtidig har den en hel klar fordel - den kan lave emnerne helt færdige i en arbejdsgang. Generelt kan det siges, at alle maskinproducenter har en række forskellige standardmaskiner, men der er også mulighed for at skræddersy en maskine til en hvilken som helst produktion, også hvis det kræves, at der i samme arbejdsgang både skal fræses, bores huller og pålimes kantmateriale. Derfor kan det ikke siges, at det ene maskinfabrikat kan mere eller er bedre end det andet fabrikat. I dette afsnit søges belyst, hvilke standardløsninger der er på markedet inden for punkt til punkt-boremaskiner. Afsnittet skal ikke betragtes, som om der fremhæves en løsning frem for en anden, men kun som en hjælp til at belyse, hvilke maskiner der er på markedet, hvad de kan, og hvad de måske ikke er så gode til. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 9 af 18
Typer Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat MORBIDELLI AUTHOR 502 Fig. 21 Morbidelli Author 502 har et bearbejdningsareal på 2600 700 80 for alle værktøjer. Maskinen er opbygget med en portal, hvor alle x-, y- og z-bevægelser foregår. Dette er en meget anvendt opbygning, som dog kan give problemer med vibrationer, hvis der bearbejdes emner, som skal omfræses, fordi afstanden fra portalens befæstningspunkt og ud til fræsemotorene bliver forholdsvis stor. Morbidelli har kuglespindler og servomotore til at styre aksebevægelserne. Dette er en af de bedste måder at styre aksebevægelserne på. Morbidelli har TRIA-styring. Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat WEEKE BP 15 OPTIMAT Fig. 22 Weeke BP 15 Optimat er en maskine som størrelsesmæssigt ligger ca. midt i Weekes program. Den har et bearbejdningsareal på 3250 Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 10 af 18
1000 60 mm. Maskinen er opbygget som portalmaskine med alle aksebevægelser indbygget i portalen. Dette giver også her en større risiko for vibrationer, specielt når fræsemotorene er monteret helt yderst på portalen. Weeke er ellers meget stabilt opbygget, med kuglespindler og servomotorer til styring af aksebevægelserne. Weeke BP 15 Optimat er udstyret med en NUM-styring. IMA Fig. 23 IMA har en standardmaskine, som kan udbygges på mange måder, f.eks. med kantpåsætning. Standardstørrelsen er på 3000 1000 60 mm. IMA er opbygget som en portalmaskine med alle aksebevægelser på selve portalen. IMA har ikke kuglespindler, men er opbygget med prismeføring. Med prismeføring opnås der en rimelig stabil føring, fordi det er kuglelejer, som sørger for den glidende bevægelse. IMA anvender forskellige styringer - bl.a. Sinumerik-styring og NUM-styring. Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat BIESSE ROVER 336 Rover 336 er blot en af mange i Rovers store program. Den har et bearbejdningsareal på 3206 1144 mm. Rover har et meget omfattende program, som indeholder maskinstørrelser for enhver produktion. Derudover er programmet for ekstraudstyr også meget omfattende. Der kan leveres ekstraudstyr, som passer til enhver produktion. En af de sidste nye modeller fra Biesse er Rover 30 CNC-bearbejdningscenter, der er udstyret med en af de mest moderne styringer og en bearbejdningshøjde på op til 170 mm samt en ilgangsbevægelse på 100 m i min. Rover har en CNI-styring. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 11 af 18
Fig. 24 Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat MASTERWOOD P 313 Masterwood project 313 er den mindste af Zangheri & Boschettis program. Den har et bearbejdningsareal på 2525 850 60 mm. Den er opbygget som en portalmaskine, hvor alle aksebevægelser sker på selve portalen. Maskinen har dog en rimelig stabil opbygning, fordi afstanden mellem befæstningspunkterne og motorerne er begrænset. Masterwood har som styring indbygget en almindelig pc, hvor alle de almindelige dos-funktioner er til rådighed. Det betyder, at maskinen kan styres af forskellig software, hvis der er ønske om dette. Softwaren, der følger med maskinen, er god og har alle funktioner, print, plot, samt grafik. Fig. 25 Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat ALBERTI EDIT 3000 Alberti Edit 3000 har et bearbejdningsareal på 3000 800 50 mm. Maskinen er opbygget med vekselborde, der samtidig har indbygget alle bevægelser i y-aksen. X- og z-bevægelserne foregår på en tværgående overliggende føring. Alle motorer og borespindel er monteret således, at der altid vil være mindst mulig afstand til befæstningspunktet, hvilket giver mindre vibrationer. Derudover er Alberti også den eneste maskine, hvor der ikke er trykluft, men NC-motorer, som styrer frem- og tilbagelægning af de forskellige borespindler. Alberti har indbygget en almindelig pc, som styrer maskinen. Der medfølger CAD/CAM software. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 12 af 18
Fig. 26 Punkt til punkt-boremaskine - fabrikat BREMA GLV Brema har en meget anderledes opbygning. Pladerne bliver ikke lagt ind på maskinbordet, men står lodret på et rullebord og bliver automatisk transporteret ind til anslagene for derefter at blive fastsuget for bearbejdning. Brema har alle funktioner som en almindelig punkt til punkt-boremaskine, og den er meget stabilt opbygget. Der er dog ikke solgt så mange i Danmark. Brema fås også med ruller på begge sider af emnet. Brema har en almindelig pc indbygget. Opbygning Maskinerne har, som arbejdsmiljøloven foreskriver, anbragt forskellige nødstop rundt om maskinen. Da bore/fræseportalen under ilgang bevæger sig med ca. 70 m i min., skal der være 80 cm fra operatør til det roterende værktøj. Dette forsøges overholdt ved at anbringe fotoceller monteret på nogle afstandsbeslag, så operatøren ikke kan komme for tæt på værktøjerne uden at afbryde lyset fra fotocellen. Herved stopper maskinen automatisk. Fig. 27 Alberti Edit 2000 har løst sikkerhedsproblemet ved at montere maskinen med vekselbord. Det betyder, at bordet, som skal lades med et emne, kommer ud til operatøren, medens det andet bord, som bearbejder et emne, er kørt væk fra operatøren. Da de to borde er forholdsvis små, 1100 800 mm, er der mulighed for at sammenkoble dem til et stort bord. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 13 af 18
Fig. 28 Albertis fremskydelige vakuumbord For at få en stabil føring af motorportalen har det været nødvendigt at udvikle specielle føringer, som har den stabilitet, der er krævet for at undgå viberationer. Dette er meget besværligt ved de små maskiner, som jo har deres motorer til at hænge langt fra befæstningspunktet. En af løsningerne er en prismeføring, som er bygget op på en vange, hvor der er monteret en glider, som indeholder et antal kugler for at undgå slid. Fig. 30 Principskitse af prismeføring og kuglespindel Ud over selve føringen er det også vigtigt, at der ingen slør og unøjagtigheder er i akslen, som styrer x-, y- og z-akserne. Dette forebygges på langt de fleste maskiner ved at montere kuglespindler med en meget lille tolerance. Maskinerne kører med en tolerance på ca. 1/ 100 mm. Der er dog også maskiner, som kører med en tolerance på 1/10 mm. For at maskinen kan overholde disse tolerancer, er det afgørende, hvordan maskinen er opbygget både med føringer og med aksespindler. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 14 af 18
Ekstraudstyr Generelt om bestykning af punkt til punkt-boremaskiner Standardborehovedet er opbygget med et antal bor i x-retningen og et antal bor i y-retningen. Der er ingen standard for, hvor mange der er i hver retning. Dog skal det bemærkes, at hulafstanden 32 mm er standard. Alle borehoveder har også horisontale boremuligheder. Alle kan bore horisontalt i begge ender, som ligger parallelt med x- aksen, men der er flere maskiner, der som standard kan bore horisontalt i 3 eller 4 retninger. Ud over borespindlerne er der som standard altid minimum 1 fræsemotor samt 1 motor til notværktøj. De fleste maskiner sælges dog med flere fræsemotorer eller med en pudsemotor sammen med standardudstyret. Den normale standardbestykning vil afhænge af, hvor stor en punkt til punkt-boremaskine der er tale om. Generelt må det siges, at differencen ligger i antallet af borespindler, som er til rådighed både i x og i y, f.eks. Masterwood, som har 9 spindler i x-aksen og kun 4 i y-aksen, sammenlignet med f.eks. Rover 336, som har 14 spindler i x-aksen og 12 spindler i y-aksen som standard. Ellers er det standard med 1 overfræsermotor, 1 notmotor og 2 horisontale borehoveder, hvor den til x-aksen altid er dobbelt. De fleste punkt til punkt-boremaskiner er forberedt for montering af 3 overfræsermotorer, hvor den ene kan tilbydes som pudsemotor. På de mindste maskiner skal notmotoren udskiftes, hvis der ønskes 3 overfræsermotorer. Hvis det ønskes, kan der monteres notsav eller horisontal borehoved. Der kan programmeres til at roterer 90 grader. Fig. 31 Drejelig notsav Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 15 af 18
Fig. 33 Almindelig pudsemotor. Pudsemotoren har et omdrejningstal, der passer til pudsning med en pudseskive, der har en diameter på 120 mm. Hvis der er andre specielle ønsker til bestykning for at få en optimal produktion, er der efterhånden udviklet en masse forskelligt specialudstyr, som kan købes som ekstra tilbehør. Det skal dog anføres, at der ikke på alle maskiner er mulighed for at montere mere end 3 ekstra aggregater, så det må være den enkelte produktion, der er bestemmende for, hvilken bestykning der bør vælges. I det efterfølgende afsnit forsøges belyst, hvilke muligheder der er for speciel bestykning. Der kan købes horisontale borehoveder med flere spindler. Hvis der er behov, kan der monteres en indikator som automatisk aftaster til emneoverflade. Der er så mulighed for at få maskinen til at tage højde for uligheder i emnetykkelser. Fig. 34 Automatisk aftaster til emneoverflade Der kan også monteres et borehoved, som er specielt beregnet for boring af huller til ilægningshængsler. Fordelen er, at alle huller bores på en gang. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 16 af 18
Vakuumbordet Fig. 36 Sugekopper Alle punkt til punkt-boremaskiner har som standard monteret sugekopper til fastholdelse af emnerne. Derudover er der monteret anslag, som kan skydes op, når emnet skal placeres på vakuumbordet. Ved programstart skydes anslagene ned for ikke at være i vejen ved evt. onfræsning af emnet. Der er stor forskel på, hvor mange sugekopper der er monteret, og hvor stor diameter disse sugekopper har. Det er vigtigt for at undgå viberationer, at der ikke er for stor afstand imellem punkterne, hvor emnet bliver fastsuget. Vangerne, som sugekopperne er monteret på, kan flyttes i forhold til hinanden. Samtidig kan hver sugekop flyttes uafhængigt af hinanden. Dette giver en meget stor frihed til emnets facon. Vakuumbordet Opdelingen med sugekopper giver nok en større frihed, hvad emnets facon angår, men det giver også den ulempe, at der kun er vakuum under emnet der, hvor sugekopperne er monteret. På en overfræser er det almindeligt, at hele vakuumbordet er udført således, at der kan skabes vakuum under hele emnet. Dette er en fordel, fordi emnet herved ligger så fast på bordet, at der ikke opstår viberationer ved bearbejdning. Derudover er de fleste punkt til punkt-boremaskiner udstyret med en vakuumpumpe med mindre kapacitet. Der er jo ikke behov for mere vakuum end antallet af sugekopper. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 17 af 18
Fig. 38 Vakuumbord, hvor anslagene er oppe Anslag Anslagene er normalt placeret i et fast punkt i bagerste venstre hjørne af maskinens bord. Anslagene er fremstillet som en almindelig dobbeltvirkende luftcylinder, hvor selve stempelstangen bliver brugt som anslag. På grund af risikoen for havari af værktøj ved omfræsning bør disse anslag være fremstillet af et materiale, der ikke ødelægger værktøjet, hvis uheldet er ude. De fleste maskiner bliver leveret med anslag af metal, men der kan købes anslag af nylon. Maskinsnedkerfagets efteruddannelseskompendie - CNC-maskiner, side 18 af 18