Opspanplan maken: begin bij de laatste opspanning

Waar begin je met een opspanplan?

De eerste vraag aan een nieuwe tekening is hoe je het onderdeel vasthoudt, nog voor er een prijs ligt. Een ervaren werkvoorbereider beantwoordt die vraag van achteren naar voren en legt eerst de laatste opspanning vast. Daarin worden de kritische kenmerken fijn bewerkt: de boringen met een passing, een afdichtvlak met een eis aan vlakheid, de vlakken met een vorm- of plaatstolerantie.

In die laatste stand ligt het onderdeel op vlakken die al bewerkt zijn, en het spanmiddel raakt geen functioneel vlak. Een klauwafdruk op een afdichtvlak is afkeur, geen schoonheidsfout: het materiaal en de machinetijd zijn weg. Staat de laatste opspanning op papier, dan weet je welke vlakken de eerdere opspanningen moeten opleveren.

Hoe werk je terug naar het ruwe blok?

Elke eerdere opspanning heeft één taak: de spanvlakken en de datums leveren die de volgende nodig heeft. Opspanning twee maakt de vlakken waarop opspanning drie spant, en zet de referentie waar het nulpunt van opspanning drie op getast wordt. Zo loopt de keten terug tot de eerste opspanning.

Die eerste spant op ruw: het zaagstuk zoals het uit de zaag komt, met een spanrand van 5 tot 10 mm in de bankschroef of een voet voor de nulpuntspanner. Hoeveel materiaal je daarvoor laat staan, bepaal je bij het ruwdeel. In deze stand haal je het meeste materiaal weg en houd je het deel zo lang mogelijk stijf. Frees je een wand te vroeg dun, dan wordt het deel slap en gaat het trillen.

Wat je in opspanning één wegfreest, kun je in opspanning drie niet meer vasthouden. Daarom laat je materiaal staan tot de stand waarin het er echt af moet.

Een tolerantiegraaf laat zien wat bij elkaar blijft

Dat lees je af aan de toleranties tussen de kenmerken, niet aan hun plaats op het model. Teken de kenmerken als knopen en de toleranties als verbindingen, met de waarde en de datum erbij. Zo ontstaat een tolerantiegraaf: een kaart van wat bij elkaar moet blijven. Wat kenmerken uit elkaar trekt, is de richting waaruit het gereedschap ze bereikt: op een 3-asser vraagt een boring in een zijvlak een andere stand dan een boring in de bovenkant.

Neem twee boringen met een positietolerantie van 0,02 mm ten opzichte van elkaar. Verdeel je ze over twee opspanningen, dan komt er een stapelfout tussen: de herhaalnauwkeurigheid van het spanmiddel plus de meetfout van het nulpunt. Onderzoek naar spanmiddelen laat zien dat afwijkingen in de aanlegpunten en in de datumvlakken doorwerken in de plaats van een geboord gat. Die stapelfout moet kleiner blijven dan het deel van de tolerantie dat de regelset van je werkplaats ervoor reserveert.

Een splitsing kan wel. In ons onderzoek naar waarom het antwoord afhangt van de fabriek (opent in een nieuw tabblad) beschreven we twee routes die dezelfde tolerantie halen: beide boringen in één opspanning op een 5-asser, of twee opspanningen op een 3-asser met een jig-geboord spanmiddel en meetdiscipline op de 3D-meetmachine. Wat bij elkaar moet, volgt uit de tekening; de maakroute die het bij elkaar houdt, volgt uit de werkplaats. Wat een krappe tolerantie verder met de route doet, staat in een apart stuk.

Nulpunt en controlepunt per opspanning

Elke opspanning krijgt een eigen nulpunt: een vlak, een as of een gat dat je tast, met de oriëntatie van het werkstukcoördinatenstelsel en het register in de besturing. Daar hoort een controlepunt bij: één maat die je na het instellen meet, voordat het programma loopt. Wijkt het controlepunt af, kijk dan eerst naar de herhaalnauwkeurigheid van het spanmiddel.

Hoe het deel in die stand ligt, staat al op de tekening. Het primaire datumvlak ligt op minstens drie punten aan, het secundaire op twee en het tertiaire op één; zo liggen drie loodrechte vlakken vast. In het tolerantiekader staan de datums in volgorde, de primaire eerst. Die volgorde zegt welk vlak als eerste tegen het spanmiddel ligt, en dus welk vlak de vorige opspanning het zorgvuldigst moet opleveren.

De referentieketen tussen die nulpunten mag niet rond lopen. De laatste opspanning spant op vlakken die in een eerdere stand zijn bewerkt en die zelf datum zijn, of daar direct aan gekoppeld. Een vlak dat pas in de laatste opspanning ontstaat, kan geen referentie zijn voor een eerdere. Dat klinkt vanzelfsprekend, en het gaat mis zodra iemand halverwege de volgorde omgooit.

Waar vallen de bramen?

De volgorde binnen een opspanning volgt dezelfde logica. Je kiest de bewerkingsvolgorde zo dat een braam valt aan een kant die later nog bewerkt wordt; de volgende snede neemt hem mee en niemand hoeft met een vijl aan het werk. Elke braam die op een klaar vlak blijft staan, is handwerk.

Per rand leg je vast of het ontbramen in de machine gebeurt, aan de bank of extern, en in welke opspanning. Dat ontbraamplan hoort bij het opspanplan, omdat de juiste keuze voor een rand afhangt van wat er daarna nog met die rand gebeurt. Ontbraamwerk dat niemand heeft vastgelegd, valt uit de prijs en komt later terug als vraag van de klant.

Hoe houd je het aantal opspanningen klein?

Kies het kleinste aantal opspanningen dat elke eis haalt. De regelset van de werkplaats trekt de grenzen: een maximale verhouding tussen uitsteek en diameter van het gereedschap, een minimale spanrand ten opzichte van massa en snijkracht, en het restmateriaal dat je toelaat.

De machine bepaalt het aantal voor een groot deel. Een 5-asser bereikt vijf zijden van een onderdeel in één opspanning. Bij 3-assig frezen vraagt elke zijde een eigen stand, en elke omspanning is een kans op een fout, zoals MetaalNieuws het beschreef. Elke opspanning kost ook insteltijd, en die valt één keer per serie, niet per stuk. Hoe je opspanningen telt en in de kostprijs zet, lees je in opspanningen tellen.

Een extra opspanning is goed als kostprijs, doorlooptijd of risico er beter van worden. Een omspanning in plaats van een lange uitsteek kost insteltijd; een afgekeurd stuk kost het materiaal en de machinetijd.

Een behuizing in 6082 op twee machines

Neem een behuizing in 6082 met twee boringen in een positietolerantie ten opzichte van elkaar en een afdichtvlak met een eis aan vlakheid. De tolerantiegraaf zegt: de twee boringen en het afdichtvlak blijven bij elkaar, in de laatste opspanning.

Op een 5-asser zijn dat twee opspanningen. De eerste spant het ruwe blok, freest de onderkant en de spanvlakken en haalt het grove werk weg. De tweede zet het deel op die bewerkte onderkant, gespannen op een rand zonder functie, en maakt de zijden, de boringen en het afdichtvlak in één stand.

Bij 3-assig frezen blijft de kritische cluster ook samen in de laatste opspanning, maar elke andere zijde vraagt een eigen stand: de onderkant op ruw, drie zijvlakken met een boring of uitsparing, en als laatste de bovenkant. Dat zijn er vijf. Met een voorbeeldwaarde van 30 minuten instellen per opspanning laat de tabel het verschil per serie zien. Bij een serie van 10 stuks is dat 6 tegen 15 minuten instellen per stuk; bij één stuk draagt dat ene stuk het hele bedrag.

Hier gaat de gangbare calculatie mis. Insteltijd als vaste opslag per order, of een opspanplan dat alleen in het hoofd van de werkvoorbereider staat, ziet het verschil tussen twee en vijf opspanningen niet. Op deze behuizing is dat 90 minuten instellen per serie: bij één stuk hoort dat hele bedrag in de prijs; staat het er niet in, dan betaal je het uit je marge.