De Nederlandse gereedschapmaker Hembrug ontwikkelt de eerste CNC-draaibanken ter wereld met FANUC Oi-D CNC's

Taak:
Vernieuwende CNC-draaibanken ontwikkelen voor HSC met de extreme stabiliteit die vereist is voor het bewerken van gehard staal.

Oplossing:
De HSC CNC-draaibanken van Hembrug werken met toonaangevende gereedschapmaterialen en een indrukwekkende reeks functies als hydrostatische lagers en hoogwaardige FANUC CNC-controllers en servomotoren. Dit levert onberispelijke resultaten op met een nauwkeurigheid tot op de nanometer.

Resultaat:
Een concurrerende reeks HSC CNC-draaibanken uitgerust met geavanceerde FANUC-componenten voor uitstekende prestaties en duurzaamheid.


Harde en hoge precisie

Hembrug's harddraaimachines bereiken nauwkeurigheden op micronniveau

Harddraaien heeft zich ontwikkeld als een gunstig geprijsd alternatief voor rondslijpen. Hembrug, een van de pioniers van deze technologie, is nu nagenoeg exclusief specialist op het gebied van snelle, ultraprecieze harddraaitechnologie en biedt machines voor stukken met diameters tot 1500 mm. FANUC, partner voor het leveren van de aandrijving en besturing, rust deze machines uit, afhankelijk van de specificaties, met de CNC-serie 0i-D en 32i. Hembrug Machine Tools uit de Nederlandse stad Haarlem is een voormalig overheidsbedrijf, dat in 1983 werd geprivatiseerd. Dit familiebedrijf richtte zich aanvankelijk op ultraprecisiedraaibanken, maar legde zich vanaf begin jaren '90 toe op harddraaien. "Toentertijd waren nieuwe gereedschapsmaterialen voor het eerst beschikbaar, waardoor het bewerken van gehard staal mogelijk werd", aldus Bert de Veer, hoofd van de afdeling Ontwerp. "Om hoge kwaliteit te verkrijgen bij precisieharddraaien, ontwikkelden we machines met een uitzonderlijk hoge mate van stabiliteit, aangezien de krachten die worden ontwikkeld bij harddraaien gigantisch zijn, en omdat precisie op micron-niveau anders niet haalbaar is." Met vele jaren fabriekservaring met draaimachines met hydrostatische lagers veroverde Hembrug de nichemarkt van harddraaien en ontwikkelden ze de technologie tot een volwaardig alternatief voor rondslijpen als een precisie-afwerkingsproces. Ondertussen kan het bedrijf bogen op verschillende voorbeelden hiervan. Bert de Veer zegt dat de eerste harddraaimachines van Hembrug werden geleverd aan klanten die gereedschappen en vormen vervaardigen, zoals voor de productie van PET-flessen: "Tot op de dag van vandaag worden niet alleen spuitgietgereedschappen voor voorvormen gedraaid op onze machines, maar ook de gietvormen voor afdichtingen, met inbegrip van de schroefdraad. Via een revolvermagazijn met aangedreven gereedschappen worden zelfs de kleine ventilatiekanaaltjes erin gefreesd, zodat compleet afgewerkte gereedschappen uit de machine kunnen worden genomen." Aanvullende toepassingen vindt men in de automobielsector (verstuivers, tandwielen), fabricage van lagers (binnenste en buitenste loopvlakken) evenals hydraulica en pneumatica (kleppen).

Voor stukken met een draaidiameter tot 1500 mm.

De Mikroturn-machineserie van Hembrug levert nagenoeg slijtagevrije, geheel hydrostatische ultraprecisie-harddraaimachines die een breed spectrum aan onderdelen beslaan. De horizontale machines uit de CNC 100-serie zijn geschikt voor kleine onderdelen met boringen vanaf 1 mm. Verticale draaimachines zijn beschikbaar voor grote, zware stukken van 450 mm tot 1500 mm in diameter.
Alle Mikroturn machines hebben één ding gemeen, legt Bert de Veer uit: "Ze leveren de hoogste precisie die momenteel met harddraaien kan worden bereikt", en hij staaft zijn bewering met getallen: "Met deze machines kunnen de volgende toleranties worden bereikt op stukken met een hardheid tot 70 HRC en tot een diameter van 1500 mm: een oppervlaktenauwkeurigheid van Ra = 0,0001 tot 0,0004 mm, vormnauwkeurigheid tussen de 0,0002 en 0,001 mm, en een dimensienauwkeurigheid van 0,002 mm of kleiner."

Hydrostatica zorgt voor duurzame precisie

Met dergelijke toleranties zijn de Mikroturn-machines de voornaamste concurrenten van rondslijpers. Ze zijn echter op verschillende andere vlakken superieur. Bij harddraaien hoeft het werkstuk niet te worden geklemd, wat tijd bespaart en klemfouten voorkomt. Alle contouren kunnen worden gecreëerd met slechts één gereedschap – dure slijpschijven zijn dan niet nodig. Bovendien is harddraaien een milieuvriendelijk proces, dat in vele gevallen wordt uitgevoerd bij droge omstandigheden. Slijpen geeft altijd slijpsel, wat kostbaar is om te verwijderen. Per saldo geeft harddraaien hogere productiviteit in vele machinale bewerkingsscenario's.
Vergeleken met andere harddraaimachines vallen de machines van Hembrug op door hun nauwkeurigheid op de lange termijn. De belangrijkste redenen hiervoor zijn de hydrostatische lagers voor de spindel en de geleidingseenheden. Ze halen afwerkingen en herhaalbaarheid met een nauwkeurigheid van 0,1 micron – en ze doen dit langdurig en consistent, aldus Bert de Veer: "Machines zonder hydrostatische lagers bereiken deze waarden alleen in nieuwstaat. Onze machines leveren deze kwaliteit zelfs nog na 20 of 30 jaar."

Hembrug en FANUC - een betrouwbaar partnerschap

Hembrug werkt nu al jarenlang in de bedrijfstak voor aandrijvingen en besturingen samen met FANUC, marktleider op CNC-gebied. Peter van Ommeren, hoofd van de afdeling elektrotechnisch ontwerp, vertelt: "We maakten vaak gebruik van de FANUC-serie 15-TB CNC. Tegenwoordig gebruiken we de serie 0i-D CNC-systemen voor onze standaard Mikroturn-machines. Deze besturing geeft een resolutie van 100 nm. Voor meer geavanceerde taken hebben we speciale Mikroturn-machines ontwikkeld die we vervolgens kunnen uitrusten met de FANUC-serie 32i CNC. Met de juiste schaal levert dit een resolutie op van 10 nm."
Bij de productie maakt Hembrug gebruik van verschillende eigen machines die worden bestuurd door de FANUC 0i-D CNC – "omdat deze combinatie bijzonder goed werkt", legt Peter van Ommeren uit. "Dat krijgen we steeds opnieuw te horen van onze klanten. Er zijn nagenoeg geen storingen met betrekking tot de besturing, zelfs niet na meerdere jaren. De elektronica, motoren en besturingen van FANUC zijn van de hoogste kwaliteit, en uiterst robuust, zelfs bij elektromagnetische invloeden. Een extra positieve functie van FANUC is de upward compatibiliteit. Dit betekent dat we machines in de jaren '90 in gebruik konden nemen met de 15-TB besturing. Nu, bijna 20 jaar later, kunnen de programma's nog steeds worden gebruikt op nieuwere machines en de nieuwste besturingen. De reden is dat FANUC te midden van alle innovaties in aanvullende functies de basisstructuur erachter intact heeft gelaten. Dit vergemakkelijkt de implementatie voor ons als machinefabrikanten en bespaart onze klanten vele trainingscursussen."

"We krijgen steeds opnieuw te horen van onze klanten dat deze combinatie bijzonder goed werkt. Er zijn nagenoeg geen storingen met betrekking tot de besturing, zelfs niet na meerdere jaren. De elektronica, motoren en besturingen van FANUC zijn van de hoogste kwaliteit, en uiterst robuust, zelfs bij elektromagnetische invloeden."

Nieuwe ontwikkelingen verhogen de productiviteit

In de afgelopen jaren heeft Hembrug zich toegespitst op verschillende nieuwe ontwikkelingen die niet alleen uiterste precisie opleveren, maar ook uitermate productief zijn. Zo introduceerde het bedrijf, op de EMO 2011, de Mikroturn Twin Spindle en de Mikroturn 100 CNC Special. De Mikroturn Twin Spindle is uitgerust met twee volledig hydrostatische spindels met geïntegreerde spindelmotoren, lineaire motoren in X- en Z-schuivers, evenals een geïntegreerde, geheel automatische toevoerrobot. In sommige gevallen gaat harddraaien door de aard ervan drie keer sneller dan vergelijkbare slijpbewerkingen, maar de dubbele spindel geeft toch een verbetering in de cyclusduur van max. 30 procent, en de productiviteit gaat met 100 procent omhoog. De Mikroturn 100 CNC Special is een speciale versie van een geheel hydrostatische spindel die bij 2000 toeren hoge prestaties levert, een geïntegreerde koppelmotor en verlengde slag op de Z-schuiver. Er kunnen grotere en zwaardere stukken op worden gedraaid vergeleken met de standaard Mikroturn 100 CNC-versie.
Bert de Veer ziet deze ontwikkelingen als een belangrijke stap naar de toekomst: "Lange tijd werden we gezien als een wereldkampioen in precisie, maar we hebben te weinig aandacht besteed aan de productiviteit. Dat is nu allemaal veranderd. Bij de nieuwste ontwikkelingen ligt de nadruk op productiviteit aan de ene kant, en verhoogde flexibiliteit aan de andere kant, daarbij rekening houdend met de wensen van de klant. We zijn graag bereid om speciale oplossingen te ontwikkelen." Als voorbeeld noemt hij een project waarin verschillende assen voor tandwielpompen worden vervaardigd. Deze worden op een toevoerband naar de machine gebracht, waarbij ze worden gedetecteerd door een beeldverwerkingscamera en door de robot worden ingebracht. Op deze wijze herkent de machine het afzonderlijke stuk en wordt automatisch het juiste CNC-programma gekozen.

Directe contacten zorgen voor grote klanttevredenheid

FANUC werd betrokken bij de nieuwe ontwikkelingen. Peter van Ommeren, hoofd van de afdeling elektrotechnisch ontwerp, verwoordt dit: "Voor ons was het belangrijk dat FANUC de integratie van motoren van derden mogelijk kon maken. Zo maken we gebruik van geïntegreerde spindelmotoren van externe fabrikanten. In het begin hadden we hier onze bedenkingen bij. Maar FANUC legde veel openheid aan de dag, zodat de motoren zonder veel problemen konden worden bestuurd."
Hembrug is momenteel betrokken bij het ontwikkelen van speciale gebruikersinterfaces die zijn bedoeld om het hanteren van de machine te vergemakkelijken. Met FANUC Picture is een ontwikkelomgeving met hoge prestaties voor ons beschikbaar om deze gebruikersinterfaces vorm te geven naar onze wensen. Het resultaat ervan wordt momenteel getest in onze productiefaciliteit op een Mikroturn met onze 32i-besturing, waarop na het hardingsproces de inwendige draad van grote moeren opnieuw wordt gesneden.
Elektronicadeskundige Peter van Ommeren is enthousiast over de samenwerking met FANUC: "Hoewel we in vergelijking met andere machinefabrikanten slechts betrekkelijk weinig draaimachines hebben geproduceerd, en daardoor dus een geringe hoeveelheid FANUC-besturingen bezitten, ontvingen we uitstekende en snelle ondersteuning van FANUC. Wanneer we met vragen zitten, hebben we een rechtstreeks aanspreekpunt, en dat werkt echt uitstekend." Hij illustreert dit met een voorbeeld: "Een klant in de VS stelde vragen over een klantspecifiek project waarbij een geavanceerde vierassige machine werd gebruikt, met twee gereedschapssteunen en gereedschapswisselaars. Geen gemakkelijk werkje als het gaat om de besturing en aandrijving ervan, dus vroegen we FANUC om ondersteuning. In no-time was FANUC hier ter plekke om het project te bespreken. Vervolgens werden de aandrijvingen en een CNC met meerdere kanalen gespecificeerd uit de Serie 32i. Daarmee konden we de klant direct voorzien van het gevraagde voorstel."

Harddraaien met de hoogste mate van precisie

Hembrug werd in 1973 opgericht als een staatsbedrijf en werd in 1983 geprivatiseerd; ruim 95% van hun huidige ontwerpen en productie verloopt via praktisch slijtagevrije, geheel hydrostatische harddraaimachines van ultrahoge precisie. De Mikroturn-machineserie kan stukken bewerken met hardheden tot 70 HRC en tot een diameter van 1500 mm. Hembrug heeft zo'n 70 werknemers, die 25 tot 30 machines per jaar produceren. De jaaromzet lag in 2011 rond de 15 miljoen euro.