naar top
Menu
Logo Print

CNC-DRAAIBANK ZIET HET (LASER)LICHT

INGEZET VOOR UITEENLOPENDE TOEPASSINGEN

Draaibank laserDraaimachines zijn vandaag de dag complexe CNC- machines geworden, die veel meer kunnen dan enkel met een statische beitel materiaal afnemen. Zo komen er steeds meer CNC-draaimachines met geïntegreerde lasersystemen. Voor uiteenlopende toepassingen.


GEINTEGREERDE LASERTECHNOLOGIE

Het is alweer een hele tijd geleden dat het Fraunhofer ILT in Duitsland voor de eerste keer een laser in een CNC-draaimachine bouwde. Destijds leefde het idee om met de laser moeilijk te bewerken materialen, net voordat de draaibeitel in het materiaal gaat, zachter te maken. Op die wijze moest de verspaanbaarheid van bepaalde materialen verbeteren. Het concept is daadwerkelijk toegepast in een machine, maar heeft zich sindsdien nooit breed doorgezet. Waarschijnlijk omdat de gereedschapstechnologie zodanig is geëvolueerd dat de brosse materialen waar men toen aan dacht, nu redelijk goed verspaanbaar zijn. Wel is er recent een doorbraak bij het diamantdraaien van hardmetalen en andere lastig te bewerken materialen, als alternatief voor het slijpen. Deze doorbraak doet precies wat destijds beoogd werd, alleen met een ander effect. De laser maakt het materiaal zachter.
Daarna wordt het met diamantgereedschappen gedraaid. Door het materiaal eerst met de laser zachter te maken en daarna met de diamantgereedschappen te draaien, wordt een extreem hoge oppervlaktekwaliteit bereikt. Deze is beter dan 5 Nm Sa, een kwaliteit die binnen minuten wordt bereikt in plaats van door urenlang te slijpen. Deze hoge oppervlaktekwaliteit ontstaat door het thermische effect van de laser. De wijze waarop het werkstuk wordt belicht, is bijzonder. De laserstraal gaat dwars door het optisch transparante diamantgereedschap, zodat de energie exact op de plek komt waar het materiaal zacht moet worden.


LASER IN HYBRIDEMACHINES

Draaibank laserEr zijn meer en meer fabrikanten van werktuigmachines die lasertechnologie in hun CNC draaimachines integreren. Het gaat dan zowel om fiberlasers als diodelasers, waarbij deze laatste het voordeel hebben dat ze goedkoper zijn, breder inzetbaar en compacter als er niet te veel vermogen wordt gevraagd.
Diodelasers zijn ook met hogere vermogens leverbaar (tot 40 kW), maar dan zijn ze niet meer zo compact als bij geringere vermogens. De toepassingen waarvoor de machinebouwers lasers in draaimachines integreren, zijn tegenwoordig echter heel andere dan destijds. De meest in het oog springende is op dit moment de laser in de hybride machines. Dat zijn CNC-machines die zowel additieve als subtractieve bewerkingen doen, in dezelfde opspanning. Ook op de laatste EMO waren er enkele nieuwe fabrikanten die in de hybridetechnologie zijn gestapt. De energie van de laser wordt gebruikt om metaal te smelten en daarmee in de draaimachine materiaal op te bouwen. Door dit op een al bestaand werkstuk te doen, wordt er in het additieve proces veel tijd bespaard. Men gebruikt de additieve bewerking alleen voor dat deel dat niet CNC-gedraaid kan worden. Werkt zo'n machine met poeder als uitgangsmateriaal voor de additieve bewerking, dan wordt er meestal gekozen voor een fiberlaser.
Ook lasdraad wordt ondertussen al als materiaal voor het 3D-metaalprinten gebruikt. In dat geval kan er ook een diodelaser worden ingezet. Deze laatste laserbron heeft als belangrijk nadeel dat de straalkwaliteit geringer is dan die van een fiberlaser (of een CO2-laser). Dit komt doordat de sport van de laserstraal rechthoekig is, terwijl die bij de andere lasertypen rond is. Dit heeft te maken met de wijze waarop de laser is opgebouwd. Een tweede nadeel is dat de verschillende stralen gebundeld worden tot één laserstraal. Hierdoor is deze incoherent en vermindert de straalkwaliteit. Voordelen die hiertegenover staan, zijn het hoge rendement en de geringe afmetingen en gewicht. Daardoor laat een diodelaser zich relatief eenvoudig integreren in een machine. Ook zijn de kosten lager, mede door de lange levensduur van de diodes.


LASERHARDEN

draaibank laserIn de toepassingen die men vandaag de dag bij enkele fabrikanten van CNC-draaimachines ziet, wordt het rechthoekige formaat van deze bundel juist als voordeel benut. De diodelaser is bv. heel goed geëigend voor het harden van oppervlakken. En vanwege de rechthoekige straal wordt een groter oppervlak in één keer bewerkt dan bij een laser met een kleine spotgrootte, die veel meer punt voor punt het oppervlak aftast. De grote spotdiameter van de diodelaser is zowel voor het oplassen van materiaal als voor het harden geschikt. Daardoor kunnen met deze kop beide bewerkingen worden gedaan, tegenover de fiberlaser die enkel geschikt is voor het additieve proces.
De CNC-draaimachines met deze laserbron kunnen dus worden gebruikt om materialen die zacht worden gedraaid, in dezelfde opspanning te harden en daarna nog na te bewerken. Hierbij moet er wel rekening worden gehouden met het feit dat het werkstuk niet door en door gehard wordt, zoals bij in een hardingsoven wel gebeurt. Het harden beperkt zich tot het oppervlak, 1 tot 2 mm. Voor toepassingen waarin dit volstaat, levert deze gecombineerde bewerking met name een belangrijk voordeel in de doorlooptijd. Het laserharden zelf vergt slechts heel weinig tijd. En dikwijls hoeft er niet eens een volledig draaiwerkstuk gehard te worden, maar beperkt zich dit tot alleen die delen van het oppervlak die bijvoorbeeld slijtagegevoelig zijn. Deze gecombineerde technologie in de draaibank is eveneens een alternatief voor de productie van onderdelen die nu nog dikwijls extern worden geclad - het aanbrengen van een extra slijtvaste laag - en daarna weer worden nagedraaid voor de definitieve geometrienauwkeurigheid. Dit gebeurt bij assen, maar ook bij bepaalde vertandingen. Behalve de lange doorlooptijd vergt het omspannen van dergelijke werkstukken - die dikwijls groot en zwaar zijn - het nodige werk. Voor het harden van de flanken van een vertanding is er wel een andere optiek nodig. Dit kan niet gedaan worden met de optiek die gebruikt wordt voor het harden en het oplassen.


LASERLASSEN

Draaibank laserOndertussen hebben zich de eerste machinebouwers gemeld die zelfs laserlassen integreren in de CNC-machine, in dit geval een draaimachine. Hiervoor is een ander type kop nodig met een andere optiek, omdat de spotgrootte van de laserstraal veel kleiner moet zijn dan bij het harden van een oppervlak. Anders zou bij het laserlassen de warmtebeïnvloede zone te groot worden. De vraag die bij velen direct opkomt, is: waarom zou ik lassen in een CNC-machine? Wel, het proces is bedacht als alternatief voor bepaalde diepgatboringen die dicht tegen het oppervlak van het werkstuk aanzitten.
Een diepgatboring met een geringe diameter zou dan eerst op de draaimachine gefreesd kunnen worden. Hierover last men vervolgens een afdichting die daarna weer verspanend nabewerkt wordt. Dat lijkt omslachtig, maar doordat de hybridemachines meestal multitastingmachines zijn met een aparte freesspindel, kan zo'n inwendig kanaal een complexe geometrische vorm hebben, in tegenstelling tot de rechte gaten van het diepgatboren. Ook denkt men aan het lassen van twee concentrisch gedraaide onderdelen, die eerst op de hoofd- en tegenspil van de machine zijn gedraaid.


LASERSNIJDEN

draaibank laserEen heel andere toepassing van lasertechnologie op een draaimachine werd op EMO gepresenteerd: lasersnijden. Hiervoor wordt een lange pulse (milliseconde) CW-laserbron met een vermogen van 300 W ingezet. De millisecondepulsen waarmee deze laser werkt, reduceren het benodigde laservermogen. Hierdoor kan men ook dikkere materialen snijden, ondanks het geringe vermogen. Daarvoor is het wel nodig dat een maximaal piekvermogen wordt gecombineerd met een zo gering mogelijke pulsoverlap. De lasersnijkop wordt met een speciaal mechanisme voor op de turret geplaatst en wordt automatisch gewisseld als er gedraaid of gefreesd wordt. Bij de normale draaibewerkingen zit de kop in een afgesloten ruimte. De machine haalt de kop op als er gesneden moet worden. De draaigereedschappen blijven dan op de turret. De voorwaarde is wel dat de machine over een y-as beschikt. De laser zelf heeft een eigen besturing, die via een afzonderlijke pc geprogrammeerd wordt. De signalen lopen wel via de CNC-besturing van de machine. Wel is het proces tot nog toe beperkt tot low volume production.