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Kleinantriebe für ein 5-Achs-CNC-Modul

| Autor / Redakteur: Dipl. Chem. Andreas Zeiff und Dipl.-Ing. (FH) Dietrich Homburg, beide Redaktionsbüro Stutensee / Hermann Jörg

>> Auch bei mechatronischen Komponenten geht heute, wo immer es möglich ist, der Trend zu kleineren, kompakten Teilen. Das spart Rohstoffe und Kosten. Aber auch die Produktion solcher Komponenten selbst birgt Einsparpotential. Eine neue, kompakte 5-Achsen-CNC-Maschine erleichtert nun die Produktion komplexer Kleinteile. Trotz geringer Baugrösse bietet die Anlage durch den Einsatz von bürstenlosen Kleinstantrieben alle Eigenschaften, die bisher grösseren Anlagen vorbehalten waren.

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Die kompakte CNC-Maschine vom Typ Kolibri eignet sich für die wirtschaftliche Kleinteilefertigung. (Wegera Oy)
Die kompakte CNC-Maschine vom Typ Kolibri eignet sich für die wirtschaftliche Kleinteilefertigung. (Wegera Oy)

Grosse CNC-Zentren für die Produktion von Kleinteilen einzusetzen, ist oft suboptimal, der Volksmund sagt dazu «mit Kanonen auf Spatzen schiessen». Hier setzt die Firma Wegera Oy aus Finnland an. Sie bietet mit ihrer kompakten 5-Achsen-CNC-Anlage namens Kolibri eine praxistaugliche Alternative, die eine Produktion auf kleiner Fläche ermöglicht. Zur Erreichung der nötigen Präzision bei kleinstmöglichen Abmessungen arbeiteten die Entwickler mit dem Kleinantriebsexperten Faulhaber zusammen.

Klein, aber fein

Grosse Werkzeugmaschinen sind bei der Produktion von Kleinteilen oft überdimensioniert. Eine an die Anforderungen angepasste Fertigungsanlage erlaubt dagegen optimale Leistung bei überschaubaren Investitions- und Unterhaltskosten, ohne Abstriche bei der Produktqualität. Die finnischen Spezialisten gingen bei der Entwicklung der Kolibri von den üblichen Anforderungen aus und erweiterten ihre CNC-Anlage durch modular nachrüstbare Optionen. So entstand ein anwendungsspezifisch skalierbares System, das sich sowohl für den Stand-alone-Betrieb als auch für die Integration in eine Fertigungslinie eignet.

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Die Kolibri-Anlage wird in zwei Versionen angeboten. Trotz der kompakten Abmessungen mit 500 beziehungsweise 750 x 740 x 910 (B x H x T) sind die Kleinbearbeitungszentren universell einsetzbar. Die nötige Steuerungssoftware lässt sich mit Kabel oder kabellos via Ethernet laden. Bei Bedarf ist es möglich, die Anlage sogar mit einer Fernsteuerung über Ethernet auszustatten. Die 5-Achsen-Maschine kann mit einer sechsten Achse aufgerüstet werden und ist standardmässig mit einer drehzahlgeregelten Spindel ausgestattet.

Für Anwendungen mit weniger hohen Ansprüchen stehen auch Versionen mit 3 und 4 Achsen zur Verfügung. Alle Maschinen haben einen Bearbeitungsbereich von X = 265/470 mm, Y = 420 mm und Z = 160 mm. Ein optionaler, automatischer Werkzeugwechsler mit Kapazität für 22 Werkzeuge ist verfügbar.

DC-Kleinstantriebe mit 200 W im Einsatz

Die bewährten bürstenlosen Kleinstantriebe von Faulhaber werden zum Antreiben der vierten und fünften Achse eingesetzt. Trotz des beschränkten Bauraums an dieser Stelle ist damit ein effizienter Betrieb gesichert. Die patentierten Schnellwechselmodule für Achse vier und fünf konnten so mit jeweils zwei 200-W-Kleinstantrieben und zugehörigem Motion-Controller ausgestattet werden. Ein weiterer Kleinstantrieb mit durchmesserkonformem Getriebe ist für den Antrieb des Werkzeugmagazins zuständig. Alle Motorfunktionen der Antriebe werden über Motion-Controller angesteuert, das entlastet den eigentlichen CNC-Controller von der rechenintensiven Motoransteuerung.

Kompakte Leistung

Bürstenlose DC-Servoantriebe glänzen durch hohe Lebensdauer und sehr gute Dynamik. Sie sind kurzzeitig mit weit über der Nennleistung liegenden Werten überlastbar, das verbessert Beschleunigungs- wie Bremsvermögen zusätzlich. Da Kleinantriebe bauartbedingt ihre hohe Volumenleistung nur durch hohe Drehzahlen erreichen können, wird die nötige Drehzahl bei Bedarf über durchmesserkonforme Getriebevorsätze auf Anwendungsniveau gebracht. Das erhöht gleichzeitig sowohl das Drehmoment als auch die Auflösung an der Abtriebswelle, wenn ein Encoder auf der Motorwelle eingesetzt wird. Abgabeleistungen von über 200 W und mehr als 190 mNm bei nur 40 mm Motordurchmesser sind bei einem Drehzahlniveau von rund 16 000 U/min heute möglich. Benötigt man geringere Leistungen, bieten sich auch Motoren der 35-mm-Klasse an. Sie erreichen gute 90 W Abgabeleistung (50 mNm) an der Welle und lassen sich ebenfalls mit Getrieben an das erforderliche Drehzahlniveau anpassen. Die Untersetzungsbandbreite für die robusten, lebensdauergeschmierten Planeten-Vorsatzgetriebe mit Stahlzahnrädern reicht von 3,71 bis zu 1526:1 beziehungsweise bei den 40-mm-Getrieben von 4,8 bis 2548:1.

Umfassendes Motormanagement

Die Antriebe werden alle über optimal abgestimmte Motion-Controller angesteuert. So kann für jede Antriebsausführung die ideale Umsetzung der Steuerungsbefehle erreicht werden. Die 4-Quadranten-PWM-Controller arbeiten mit über 95 % Wirkungsgrad und entlasten die SPS beziehungsweise Anlagensteuerung vom Aufwand für die Motorregelung. Zusätzlich bieten sie neben Drehzahlregelung, Positionierbetrieb oder vielfältigen Schutzfunktionen auch die Möglichkeit, eigenständig Drehzahlprofile an den Motor weiterzugeben. Daten werden über eine RS232-Schnittstelle eingelesen. Analoge Hallgebersignale, Inkremental- und Absolut-Encoder können je nach Motortyp ebenfalls ausgewertet werden. Für die einfache Programmierung steht ein umfangreicher ASCII-Befehlssatz zur Verfügung. Die zugehörende Software erleichtert die Programmierung durch übersichtliche graphische Darstellung und bietet einen leichten Einstieg. <<

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