Hohe Genauigkeit durch direkt angetriebene Rotationstechnologie

Ziehen Sie direkt angetriebene, hochpräzise Rundtische in Betracht, wenn Sie die vierte Achse in der Fertigung einsetzen wollen.

 

Der Encoder ist im Gehäuse von direkt angetriebenen Tischen montiert. Er hat eine Auflösung von ± 0,077 Bogensekunden.

 

Die Genauigkeitsspezifikation von ± 3 Bogensekunden mit einer Wiederholgenauigkeit von ± 2 Bogensekunden für diesen direkt angetriebenen Rundschalttisch wird durch eine Präzisionslasermessung verifiziert.

 

Die Vorteile des Einsatzes der vierten Achse in der Fertigung liegen auf der Hand, insbesondere wenn eine hohe Genauigkeit von ±3 Bogensekunden und ±2 Bogensekunden Wiederholgenauigkeit gefordert ist. Es stellt sich die Frage, welche Art von Rundtischen in Betracht gezogen werden sollte. In diesem Artikel wird die Direktantriebstechnologie für hochgenaue Rundtische vorgestellt.

 

Ein direkt angetriebener Drehtisch besteht aus einem Gehäuse, Lagern, einem Encoder und einer Spindel, die einen um sich selbst gewickelten Hochenergie-Permanentmagnet-Gleichstrom-Torquemotor verwendet, der manchmal auch als integrierter Spindelmotor bezeichnet wird. Der Encoder ist direkt an der Spindel montiert, um eine Positionsrückmeldung zu liefern.

 

Die Positioniergenauigkeit wird nur durch die Auflösung des Drehgebers und die Konzentrizität des Drehgebers zur Spindel und ihren Lagern begrenzt. Ein Beispiel ist ein Hardinge-System, das eine Auflösung von ± 0,077 Bogensekunden am Drehgeber für eine präzise Positionierung und Wiederholgenauigkeit bietet.

 

Spiel oder "Schlupf" ist in einem direktangetriebenen System praktisch ausgeschlossen, da eine potenzielle Quelle für eine solche Nachgiebigkeit - indirekte Zahnradantriebe - in einem direktangetriebenen System nicht verwendet wird. Daher gibt es keine nachgiebigen Kupplungen zwischen dem Motor und der Last.

 

Da zwischen dem Motor und der Last kein Getriebe vorhanden ist, gibt es auch kein Umkehrspiel. Dementsprechend kann die Servoverstärkung (Steifigkeit) hoch sein, ohne dass eine Instabilität des Servos zu befürchten wäre. Und da es kein Spiel gibt, kann eine bidirektionale Bewegung ausgeführt werden, ohne dass ein Spielfehler ausgeglichen werden muss.

 

Die Positioniergeschwindigkeit wird nur durch das Drehmoment begrenzt, das zur Beschleunigung der Trägheit der zu positionierenden Last (Werkstück) zur Verfügung steht. Mit diesen Drehtischmodellen können sehr hohe Beschleunigungen und Positioniergeschwindigkeiten erreicht werden. Diese hohen Beschleunigungen/Verzögerungen sind die gleichen wie bei DC-Linearmotoren, die als Achsantriebe in einigen Werkzeugmaschinen verwendet werden.

 

Die einzigen Verluste, die Wärme erzeugen, sind die Motor- und Lagerverluste. Bürstenlose permanentmagnetische DC-Torque-Motoren werden jedoch in der Regel mit einem Wirkungsgrad von 90 Prozent (oder mehr) betrieben. Das bei diesen Drehtischen eingesetzte Direktantriebssystem wurde mit einem vorhersehbaren kontinuierlichen Arbeitszyklus bei einer bestimmten Drehmomentabgabe konzipiert.

 

Es gibt zwei Dauerbetriebszyklen. Der eine ist, wenn der Motor an der Luft betrieben wird, ohne dass eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Ein Dauerbetriebszyklus (24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr) mit einem höheren Drehmoment ist verfügbar, wenn Kühlflüssigkeit zugeführt wird.

 

In der Praxis wird ein Tisch auf diese Weise nicht verwendet, so dass Zwischenlastzyklen, bei denen ein viel höheres Drehmoment als das Dauerdrehmoment bis zum verfügbaren Spitzendrehmoment benötigt wird, ohne große Bedenken eingesetzt werden können. Wenn für Belastungen durch außermittiges Bohren oder andere harte Arbeitszyklen Kühlflüssigkeit erforderlich ist, schließen Sie einfach eine Standard-Kühlmittelleitung an das Gehäuse an und nutzen die vorhandene Kühlmittelzufuhr der Maschine.

 

Ein weiterer Vorteil von Drehtischen mit Direktantrieb besteht darin, dass die Spindel nicht geklemmt werden muss, wenn eine Positionsbewegung mit der Absicht erfolgt, im Stillstand zu schneiden. Wenn die aufzubringenden Schnittkräfte innerhalb des vom Motor zur Verfügung gestellten Drehmoments liegen, hält der Servo die Position mit ausreichender Steifigkeit, um den Schnitt zu ermöglichen, da das Direktantriebssystem nur eine geringe Nachgiebigkeit aufweist.

 

Dies ist ein anderer Ansatz als bei herkömmlichen Getriebesystemen, bei denen ein Servomotor am Ende eines Kraftübertragungsgestänges verwendet wird. Mit dem Direktantriebssystem gibt es nach dem Schnitt keine Zeitverzögerung, um auf das Lösen der Klemme zu warten, da keine Klemme angebracht wurde, so dass die Bewegung zur nächsten programmierten Position schneller erfolgt.

 

Die heute auf dem Markt erhältlichen CNC-Bearbeitungszentren verfügen in der Regel über schnelle Achsverfahrwege, da die Maschinenbauer versucht haben, die Zeit zu verkürzen, in der sich die Maschine nicht im Schnitt befindet, und die Menge des abgetragenen Materials zu erhöhen. Wenn die Verfahrwege der Maschinenachsen schneller sind als die Positioniergeschwindigkeiten der Dreheinheit, wartet die Maschine oft auf die Positionierung der Einheit.

 

Je schneller sich eine Rotationseinheit von einer Position zur anderen bewegen kann, desto weniger Zeit muss die Maschine auf den Schnitt warten und desto schneller ist die Zykluszeit. Das Hardinge-Rotationssystem mit Direktantrieb für die vierte Achse kann Indexierungsgeschwindigkeiten von bis zu 4.200 Grad pro Sekunde erreichen. Die schnellere Direktantriebs-Rotationstechnologie bietet Geschwindigkeiten, die die Vorteile der schnelleren Achsenverfahrwege nutzen, aber sie bietet auch die Möglichkeit, komplexe bidirektionale Bearbeitungen mit höheren Geschwindigkeiten durchzuführen, als dies bei Getriebesystemen möglich ist.

 

Diese Drehsysteme sind nicht nur für Bridgeport, sondern auch für die meisten anderen Marken von Bearbeitungszentren erhältlich. Sie sind so konzipiert, dass sie die Vorteile der "Look-Ahead"-Programmierung nutzen, wenn sie in Maschinen mit dieser Funktion integriert sind.

 

irektangetriebene Rotationstechnik ist natürlich nicht die Lösung für alle Anwendungen, aber wenn sie für die jeweilige Anwendung geeignet ist, liefert sie hervorragende Ergebnisse und ermöglicht es dem Anwender, auf dem neuesten Stand der Produktivität zu bleiben. Ihre hochpräzise Positionierung und Wiederholgenauigkeit hat die Tür zu Aufträgen geöffnet, die zuvor unerreichbar waren oder die an Konkurrenten verloren gingen, die die Arbeit einfach schneller erledigen konnten.

Quelle: Bearbeitung der Produktion