Nollpunktspännsystem

Vad är ett nollpunktspännsystem?

Ett nollpunktspännsystem är ett extremt precist uppspänningssystem för arbetsstycken som gör det möjligt att placera ett arbetsstycke på exakt samma plats i alla riktningar, om och om igen. Den viktigaste fördelen med nollpunktsspänning är dess upprepningsnoggrannhet, som kan vara så bra som 0,005 mm mellan varje spänncykel. Nollpunktsspänning ger många fördelar, särskilt genom sin korta omställningstid – man kan minska uppspänningstiden med upp till 90% jämfört med traditionella metoder. Spänningen sker i ett system av dragtappar och cylindrar, där dragtappen exakt säkrar arbetsstycket i position inne i cylindern och låses med hjälp av hydraulik eller pneumatik.

Komponenter i ett nollpunktspännsystem

De huvudsakliga komponenterna i ett nollpunktspännsystem är cylindern som installeras i maskinverktyget och dragtappen som monteras på arbetsstycket. Cylindern fungerar som nollpunkten för hela spännsystemet, ger exakt positionering för arbetsstycket, och säkerställer att dragtappen och delen hålls fast på plats. Cylindrar är ofta tillverkade av rostfritt stål och låsmekanismen kan vara utformad på olika sätt, exempelvis med kul-, hyls- eller klolåsning. Låset kräver ingen extern strömkälla för att bibehållas, eftersom det hålls på plats av fjäderkraft, men för att öppna låset krävs antingen hydrauliskt eller pneumatisk tryck.

Dragtappen monteras på arbetsstycket eller på en fixturplatta och möjliggör att arbetsstycket kan låsas i cylindern. Dragtappen har en urfräsning eller axel som passar mot cylinderns låselement och dras in i cylindern med en bestämd kraft vid låsning. Detta gör att arbetsstycket hålls tätt mot cylinderfronten. För att säkerställa olika nivåer av positionsnoggrannhet finns tre typer av dragtappar: centrerande tapp, riktande tapp och styrande tapp.

Olika typer av nollpunktsspänncylindrar

• Patroncylindrar är designade för att permanent installeras som en del av maskinens ram. Installationen sker genom att man bearbetar ett hål som matchar patroncyinderns mått, så att cylindern installeras i nivå med maskinbordets yta. De hydrauliska och pneumatiska anslutningarna sitter i cylinderns botten. Patroncylindern har också inbyggd urkopplingsfunktion och oljereservoar samt kanaler för sensorer.
• Flänsmonterade cylindrar skiljer sig från patronmodeller genom sitt grunda monteringsdjup. Det betyder att toppen av cylindern är synlig ovanför maskinbordets yta. Det mindre monteringsdjupet gör dessa cylindrar lämpliga för tunnare bord och pallar. Inbyggda cylindrar har ingen intern oljereservoar, utan oljerummet bildas mellan cylindern och botten på monteringshålet. Lösningen möjliggör hydraulisk eller pneumatisk upplåsning från cylinderns botten.
• Ytmonterade cylindrar är särskilt lämpliga för att uppgradera äldre maskiner, då de kan installeras direkt på befintliga spännbord, såsom T-spårsbord eller rutnätsplattor. Därmed ger de flexibilitet till många olika maskintyper och minskar behovet av omkalibrering och större installationsändringar.
• Väggmonterade cylindrar är specifikt utformade för användning i uppställningar som vinklade hyllor eller fixturtorn, där delen lyfts in med travers eller kran. Kroken som sticker ut från cylindern hjälper dragtappen att rikta in sig med spåret, och när låsningen sker drar kroken in dragtappen i cylindern och låser fast den.
• Indexerande cylindrar har en mekanism som gör att arbetsstycket kan positioneras exakt i olika vinklar med hjälp av spår på cylinderns front. Detta möjliggör högnoggrann spänning i olika vinklar. Exempelvis säkerställer spårförsedda cylindrar och deras hål att detaljen ligger exakt på plats och förhindrar oönskad rotation, vilket är särskilt viktigt vid bearbetning med höga krafter.

Olika typer av dragtappar i nollpunktspännsystem

Dragtappar är en central del av nollpunktspännsystemet och ansvarar för att lokalisera samt säkra delen i cylindern. Olika dragtappar har specifika egenskaper som säkerställer noggrannhet och tillförlitlighet beroende på applikation.

Centrerande tapp

Den centrerande tappen definierar nollpunkten för spänningen och är avgörande för att uppnå hög spänningsnoggrannhet. Den är utformad för att passa exakt i cylinderns centreringshål, så att delen positioneras precis rätt.

• Egenskap: Den styrande ytan på den centrerande tappen är bearbetad för en mycket exakt passning.
• Användning: Vanligen används denna tapp vid applikationer där endast en tapp behövs, och denna måste vara centrerande. Mer än en centrerande tapp kan inte användas på en och samma detalj, då det kan leda till överdriven spännkraft och noggrannhetsfel.

Riktande tapp

Den riktande tappen bestämmer spänningen i en specifik axelriktning och är avsedd att stödja och exakt rikta in detaljen i en annan riktning än den som styrs av centrerande tapp.

• Egenskap: Två smala ytor är bearbetade på motsatta sidor av tappens styrande yta, medan resten är underskuren.
• Användning: Den riktande tappen verkar t.ex. på y-axeln, medan den centrerande tappen verkar på x-axeln, vilket tillåter detaljen att expandera termiskt längs x-axeln.

Styrande tapp

Den styrande tappen används främst för att hålla delen säkert på plats. Den styrande ytan på tappen är underskuren vilket innebär att den inte påverkar positioneringen.

• Egenskap: Hela den styrande ytan är underskuren med ca 0,5–1,5 mm.
• Användning: Används när delen behöver hållas fast men exakt positionering eller indexering ej behövs. Den styrande tappen håller då enbart fast arbetsstycket.

Monteringsmetoder för dragtappar

Dragtappar monteras på detaljen eller pallen på flera olika sätt, beroende på detaljens form och behov:

• Skruvfastsättning: En av de vanligaste metoderna, där tappen monteras med skruv i arbetsstycket.
• Montering i spår: Dragtappen pressas in i ett exakt bearbetat hål enligt tillverkarens toleranser.
• Specialskruvar: I vissa fall används specialutformade skruvar för att fästa dragtappen.

Olika konstruktioner av dragtappar

Kullagerbaserade och hylstyper är vanliga tekniker för dragtappar:

• Kullager: Stålkulor låser dragtappen i cylindern. Kulorna passar i spåret på tappen och låser fast av fjäderkraft.
• Hylsor: Hylsan har flexibla klor som griper runt tappen. Hylsan pressas mot axeln på tappen och ger ett starkt grepp.
• Klolåsning: Vid klolåsning skjuts två fjäderbelastade klor längs cylinderns axel. Upplåsning sker genom att klorna dras ut ur dragtappens spår.

Fördelar med nollpunktsspänning

Det finns många fördelar med att använda nollpunktspännsystem:

• Hög repeterbarhet: Systemen erbjuder upprepningsnoggrannhet på upp till 0,005 mm mellan spänntillfällen, vilket möjliggör extremt exakt positionering och minskar behovet av justeringar.
• Snabba omställningstider: Nollpunktsspänning möjliggör mycket snabb riggning, vilket kan reducera omställningstider med upp till 90% jämfört med konventionella metoder. Detta höjer maskinutnyttjande och produktivitet.
• Konsekvent spänning: Systemen kan användas på olika maskiner utan att fixturen måste omkalibreras, vilket ger enkel överföring mellan maskiner.
• Mångsidighet: Arbetsstycket är ofta fritt på nästan alla sidor för bearbetning, vilket tillåter fem- eller till och med sexsidig bearbetning i en och samma uppspänning.
• Lämpligt för automation: Nollpunktsspänning passar bra för obemannad och automatiserad produktion, vilket minskar personalkostnader och risken för fel.
• Låg detaljspänning: Nollpunktsklämmor utsätter ofta delen för mindre påfrestning än traditionella metoder, vilket kan förbättra detaljens kvalitet.
• Arbetssäkerhet: Säkrare uppspänning minskar risken för att delen lossnar eller förflyttas under bearbetning, vilket ökar säkerheten på arbetsplatsen.

Nackdelar med nollpunktsspänning

Trots fördelarna har nollpunktsspänning också vissa nackdelar och begränsningar:

• Höga investeringskostnader: Att köpa in och implementera ett nollpunktspännsystem kan innebär en stor investering, särskilt för mindre verkstäder. Kostnaderna för spänncylindrar och tillhörande hydraulik eller pneumatik är relativt höga.
• Behov av hydraul- och pneumatiksystem: För att låsa upp ett nollpunktspännsystem krävs ibland hydrauliskt eller pneumatiskt tryck, vilket kan ställa krav på infrastruktur eller extra system i verkstaden.
• Känslighet för föroreningar: Spånor och annan smuts kan störa funktionen hos nollpunktsklämmor. Rengöringssystem och förebyggande åtgärder är därför viktiga för att säkerställa tillförlitlig funktion.
• Bearbetningskrav: Att installera en dragtapp direkt på arbetsstycket kräver extra bearbetningssteg, vilket kan öka tillverkningskostnad och produktionstid.
• Begränsningar i form: Kraven på montering och positionering av dragtappar kan begränsa arbetsstyckets form. Det kan göra det svårt att använda nollpunktsspänning för mer komplexa geometrier.
• Viktbegränsningar: Det kan vara problematiskt att spänna mycket stora eller tunga arbetsstycken, eftersom nollpunktspännsystem har sina gränser för lås- och hållkraft. Även specialsystem för stora detaljer har vissa begränsningar vad gäller storlek och kraft.

Användningsområden för nollpunktsspänning

Nollpunktsklämmor är mycket mångsidiga och lämpar sig för olika behov inom metallindustrin:

• Bearbetning: Nollpunktsklämmor är särskilt användbara för CNC-bearbetning. Deras höga precision och korta omställningstider ger effektivare produktion och förbättrad detaljkvalitet. Dessutom kan arbetsstycket spännas så att bearbetning från fem sidor är möjlig, vilket minskar hantering och tillverkningstid avsevärt.
• Svetsning: Vid svetsning ger nollpunktsspänning exakt positionering och minskad omställningstid. Noggrann fastspänning höjer kvaliteten på svetsningen och minimerar fel.
• Automatiserad produktion: Nollpunktsspänning är idealiskt för automatiserade produktionslinjer där delen ofta måste bytas snabbt. Klämmorna ger hög repeterbarhet och minskar risken för mänskliga fel.
• Fixturer och montageredskap: Nollpunktsklämmor kan användas i olika typer av jiggar och monteringsfixturer, exempelvis på produktionslinjer där snabb uppspänning och lossning är en fördel.
• Test och mätning: Klämmorna används vid kvalitetskontroll, mätning och test där hög precision och repeterbarhet krävs.
• Prototyptillverkning: Prototyptillverkning kräver ofta snabba uppspänningar och lossningar. Nollpunktsspänning möjliggör effektiv och smidig prototyptillverkning och omställning.

Vid val och användning av nollpunktspännsystem är det viktigt att överväga de fördelar och möjliga tillämpningar som kan förbättra produktionens effektivitet och kvalitet. Även om den initiala investeringen kan vara högre kan systemets snabbhet, precision och flexibilitet ge betydande besparingar och ökad produktivitet på sikt.

Sammanfattning

Nollpunktspännsystemet är en avancerad och effektiv lösning för att positionera och fixera arbetsstycken. Det kombinerar hög noggrannhet, korta riggtider och stor flexibilitet, vilket gör det mycket väl lämpat för moderna verkstäder. Användningen kan ge betydligt högre produktionseffektivitet och kortare riggtider i bearbetningsprocesser, vilket gör det till ett rekommenderat val för olika uppspänningsbehov. Utmaningarna ligger främst i högre investeringskostnader och installation av hydraulik eller pneumatik, men på lång sikt kan tidsbesparingar och förbättrad precision ge betydande besparingar.