Neue hochdynamische Maschine fertigt unrunde Bauteile schnell und flexibel
Anlässlich der Hannover Messe Industrie 2000 präsentiert das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT vom 20. bis 25. März 2000 erstmals eine technologische Neuentwicklung zur schnellen, flexiblen und damit wirtschaftlichen Bearbeitung unrunder Bauteile. Gezeigt werden Maschine und Verfahren im Bereich Automation in Halle 17, Stand F14.
Unterschiedliche unrunde Geometrien, die bislang ein Umrüsten der Hardware erforderten, sind jetzt lediglich durch Laden eines neuen NC-Datensatzes zu fertigen.
Zwei Entwicklungstendenzen sind in den letzten Jahren festzustellen, die über den Markterfolg von Produkten entscheiden. Zum einen besteht das Bestreben, durch hohe Flexibilität der Bearbeitungsmaschinen die Anzahl von Spezialmaschinen zu verringern. Zum anderen steigen die Anforderungen an die Genauigkeit von Bauteilen. Aus diesem Grund ist es notwendig, Maschinen zu entwickeln, die flexibel, schnell und kostengünstig verschiedenen Bearbeitungsaufgaben angepasst werden können und in der Lage sind, andere Schritte in einer Prozesskette mit zu übernehmen. Beispiel für eine solche Maschine ist die am Fraunhofer IPT entwickelte, hochdynamische Präzisionsdrehmaschine, die neben herkömmlichen Bearbeitungsaufgaben wie Konturdrehen oder Außenrundbearbeitung auch zur Unrundbearbeitung geeignet ist.
Um genügend schnell zu sein, werden an dem Werkzeugschlitten Beschleunigungen bis zu 10 g erreicht. Der Werkstückschlitten, der die Drehspindel trägt, beschleunigt mit 2 g. Die maximalen Verfahrgeschwindigkeiten betragen 40 m/min für den Werkzeug- und 80 m/min für den Werkstückschlitten. Da bei den hohen Beschleunigungen des Werkzeugschlittens erhebliche Trägheitskräfte auftreten, wurde ein Massenausgleich in Form eines identisch aufgebauten Ausgleichsschlittens realisiert, der auf der gleichen Führungsbahn wie der Bearbeitungsschlitten verfährt. Daraus ergibt sich ein Maschinenaufbau in modifizierter T-Bett-Bauweise. Das Maschinenbett wurde aus Mineralguss aufgebaut, da dieser gute Dämpfungseigenschaften besitzt und die Gestaltung des Bettes nicht einschränkt.
Aufbauend auf vorangegangenen, umfangreichen Linearmotoruntersuchungen am Fraunhofer IPT, in denen die prinzipielle Eignung von Linearmotoren sowohl in Präzisionsmaschinen, als auch in hochdynamischen Antriebssystemen nachgewiesen wurde, wurden als Antriebe für alle Achsen Linearmotoren ausgewählt. Für die Bearbeitungsschlitten werden je vier elektrisch verschaltete eisenlose Doppelkamm-Synchronlinearmotoren eingesetzt, die keine Anziehungskräfte zwischen Primär- und Sekundärteil besitzen. Geführt werden die Schlitten auf Präzisions-Linearführungen mit Kugelumlaufschuhen; als Messsystem wurden Glasmaßstäbe mit einer Strichteilung von 2µm eingesetzt, mit denen nach Interpolation eine Auflösung von 1 nm erreicht wird.
Als Antrieb für den Werkstückschlitten wurden zwei eisenbehaftete Synchronlinearmotoren ausgewählt, die so angeordnet sind, dass die Anzugskräfte zwischen Primär- und Sekundärteil keine Kraft auf die Führungen ausüben und damit keinen Einfluss auf die Genauigkeit nehmen.
In ersten Untersuchungen wurden Positioniergenauigkeiten, sowie Steifigkeiten, geometrisches und thermisches Verhalten der Achsen ermittelt. Die Positionsfehler liegen dabei für alle Achsen unter 5 µm, die Steifigkeiten betragen deutlich über 30 N/µm.
Mit dieser hochdynamischen Drehmaschine steht damit ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem schnell, kostengünstig und flexibel unrunde Bauteile hergestellt werden können. Der Wechsel zwischen verschiedenen Unrundgeometrien geschieht lediglich durch Laden eines neuen NC-Datensatzes. Eine Umrüstung der Hardware, wie es bei den meisten Unrunddrehmaschinen bislang notwendig war, entfällt.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Ulf. Börner, geboren am 29. April 1973, studierte von 1993 bis 1999 Maschinenbau mit Fachrichtung Konstruktionstechnik an der RWTH Aachen. Seit April 1999 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Produktionsmaschinen unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dr. E.h. Manfred Weck am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT.
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Fax 02 41/89 04-1 98
