Bearbeitungszentren mit Direktantrieben

Was ist ein linearer Direktantrieb?

Eigentlich nichts anderes als ein aufgeschnittener und ausgerollter Drehstrommotor. Die elektrische Erregerwicklung (Stator) ist auf einer ebenen Strecke angeordnet und der Läufer wird von einem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke transportiert. Konstruktiv wird der Abstand zwischen Läufer und Linearwicklung mit Rädern, Luftkissen oder durch elektromagnetisch geregeltes Schweben erzeugt.

In zerspanenden Werkzeugmaschinen kommen neben konventionell angetriebenen Achsen mit Kugelumlaufspindeln immer mehr Achsen mit linearen Direktantrieben zum Einsatz. Ihre Dynamik bietet Vorteile gegenüber konventionellen Drehstromantrieben. So lassen sich höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bei gleichen bewegten Massen erreichen. Das findet bei HSC-Bearbeitungszentren große Beachtung, denn hier sind die Achsen der Bearbeitungseinheiten vielen Beschleunigungen und Verzögerungen ausgesetzt. Bearbeitungseinheiten mit Kugelumlaufspindeln erreichen Geschwindigkeiten von 60-80 m/min und Beschleunigungen von 10-20 m/s2. Bessere Werte sind nur mit großem Aufwand erreichbar. Die Beschleunigung wird vor allem durch das Massenträgheitsmoment des Motors und der mechanischen Nachgiebigkeit der Achsen begrenzt. So werden bis zu 80 Prozent des Motordrehmoments zum Beschleunigen des Drehstrommotors und der Antriebsspindel benötigt. Bei Bearbeitungseinheiten mit linearem Direktantrieb gibt es keine mechanische Nachgiebigkeit und keine Motordrehmomente. Es lassen sich Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 80 m/min und Beschleunigungen von 20 m/s2 erzielen. Verglichen mit Bearbeitungseinheiten mit Kugelumlaufspindeln kommt das einer Steigerung der dynamischen Eigenschaften um bis zu 100 Prozent gleich. Einen weiteren Pluspunkt verbuchen Bearbeitungseinheiten mit linearem Direktantrieb in Bezug auf die Prozessfähigkeit. Zudem werden keine Mechanik-Getriebe oder Umsetzungen im Antriebselement eingesetzt. Verschleißteile können vermieden werden; es verlängert sich die Lebensdauer bei gleich bleibender Bearbeitungspräzision und reduziertem Wartungsaufwand. Die kompakte, flache Bauweise der Lineareinheit 96-CNC von Imoberdorf hat den Einsatz von linearen Direktantrieben auf Rundtaktanlagen überhaupt erst ermöglicht. Denn dort ist der Maschinenarbeitsraum im Gegensatz zu Bearbeitungszentren begrenzt und die Wärmeentwicklung multipliziert sich mit der Anzahl der eingesetzten Bearbeitungseinheiten. Optimierter Schwerpunkt und steife Konstruktion reduzieren die Eigenschwingung und machen die Bearbeitungseinheit hochpräzise. Die dynamischen Eigenschaften eines linearen Direktantriebes stehen in direkter Relation zu den bewegenden Massen. Durch den Einsatz gewichtsoptimierter Vorschubachsen haben die Schweizer die Beschleunigungswerte der Lineareinheit ebenfalls verbessert. Der Einsatzbereich dieser Lineareinheiten ist noch auf das Bearbeiten nicht magnetischer Werkstoffe begrenzt (Leicht- und Buntmetall, Gold, Silber, Titan). Imoberdorf hat die erste Rundtaktanlage (Bild) für die Produktion von Uhrenplatinen aus Messing mit CNC-96 ausgerüstet. Die Lineareinheit führt Fräsoperationen mit Interpolationen bis zu viermal schneller aus als mit herkömmlichen Antrieben mit Kugelumlaufspindeln. Die Lineareinheiten werden bei Imoberdorf auch zur prozessintegrierten Teilevermessung eingesetzt. Hier gilt, je dynamischer die Messeinheit, desto mehr Punkte kann sie in der verfügbaren Zeit ausmessen. Deswegen kommen auch hier die Vorteile von Lineareinheiten mit entsprechend hohen Beschleunigungswerten positiv zum Tragen. ms

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