Spannsystem für Mikro-Bearbeitungszentren Nominiert: Meyrat-Spannsystem ATC-E15

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

TORNOS S.A.

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Der Spindelhersteller Meyrat SA mit Sitz in Biel hat ein neues, kompaktes und revolutionäres Werkzeugspannsystem entwickelt, das den Vorstoss in die Welt der Mikromaschinen und der Mikrobearbeitung ermöglicht. Sein Name, ATC-E15, weist darauf hin, dass es sich um ein automatisches System (Automatic Tool Change) handelt, und erinnert mit dem Hinweis «E15» daran, dass das Konzept der Typologie des standardisierten Systems «HSK-E» entspricht, mit einem Durchmesser von 15 mm.

Die Kompaktheit des neu entwickelten Werkzeugspannsystems hat es ermöglicht, eine neue Reihe von Spindeln ab Durchmesser 30 mm zu entwickeln und somit Produkte mit reduzierten Abmessungen anzubieten, die damit perfekt die Anforderungen von Mikromaschinen erfüllen.

Worin besteht die Neuerung?

ATC-E15 ist eine innovative Möglichkeit, Funktionen in kleine Spindeln zu integrieren, die bisher nur viel grösseren Spindeln vorbehalten waren. Beispielsweise ermöglicht dieses System die Voreinstellung von Werkzeugen ausserhalb der Maschine in Nebenzeiten, wodurch ein masshaltiges erstes Werkstück ohne Werkzeugkorrekturen gewährleistet wird. Das spart Zeit und erhöht den Ausstoss. Der Werkzeugwechsel ist schnell, präzise und passt sich gut an einen automatisierten Werkzeugwechsel über ein Werkzeugmagazin an. Die Erkennung des richtigen Greifens des Werkzeugs und des Auswerfens wird durch einen in die Spindel integrierten Näherungssensor gewährleistet. Die integrierte Kegelreinigung ermöglicht es, die Sauber­keit des Werkzeughalters und der Schnittstelle während des Werkzeugwechsels zu gewährleisten.

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Warum verkleinern?

Dafür gibt es viele Gründe, vor allem aber aus Gründen der Effizienz und Energie­einsparung. In der Tat ist es das Bestreben der Meyrat SA, Produkte anzubieten, die den Anwendungen ihrer Kunden und den Entwicklungen des Marktes, insbesondere im Bereich der Mikromaschinen, entsprechen. Im Bereich der Mikrobearbeitungen liegt die tatsächlich benötigte Leistung für die Zerspanung oft deutlich unter der möglichen Leistung der Maschine. Diese «Überdimensionierung» der Spindel führt häufig zu erheblichen Verlusten an den Frequenzumwandlern (Leerstromverbrauch, Beschleunigungsstrom aufgrund der hohen Trägheit der rotierenden Teile usw.), den Kühlaggregaten, der Schaltschrankklimatisierung oder wegen des Kühlbedarfs der Spindelelektromotoren. Die Reduzierung der Spindelmasse und ihres Platzbedarfs erhöht die Dynamik der Maschine weiter und reduziert häufig den Verfahrweg der Achsen. Kurz gesagt, die Wahl der richtigen Spindel für die richtige Anwendung führt zu einer nachhaltigen Senkung des Energieverbrauchs.

Wie funktioniert das System?

Das System ähnelt einem HSK-System mit einer Kegel- und Plananlage (siehe Abbildung). Dadurch wird eine hochgenaue Zentrierung und feste axiale Positionierung der Werkzeugaufnahme in der Spindel gewährleistet, mit einer hohen Wiederholgenauigkeit beim Einwechseln des Werkzeugs. Die Spannung der Werkzeugaufnahme erfolgt von innen über sechs Segmente, die von einer per Tellerfederpaket vorgespannten Zugstange betätigt werden. Die Zugstange befindet sich zentrisch in der Welle der Spindel. Die Plananlage unter hoher Zugkraft verleiht der Schnittstelle eine hohe Steifigkeit. Das Spannen der Werkzeugaufnahme erfolgt also über ein Tellerfederpaket. Durch Aufbringen einer Kraft auf die Zugstange, die der Kraft des Federpakets entgegengesetzt ist, ist es möglich, den Werkzeughalter zu entspannen. Diese Lösekraft wird durch einen Pneumatikzylinder aufgebracht, der sich an der Rückseite der Spindel befindet. Ein speziell entwickelter Analogsensor, gekoppelt an eine Auswerteeinheit, ermöglicht die Statuserkennung des Spannsystems.

Dabei sind drei Zustände erkennbar:

• gespannt ohne Werkzeughalter,

• gespannt mit Werkzeughalter,

• gelöst/ungespannt.

Dieses robuste und zuverlässige System sorgt für ein sicheres Spannen der Werkzeugaufnahmen über Hunderttausende Zyklen. Dieses Spannsystem ermöglicht es auch, das Werkzeug ausserhalb der Maschine voreinzustellen. Es ist heute in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich und passt sich den unterschiedlichen Spindelvarianten an.

Welche Produkte sind mit diesem System kompatibel?

Meyrat bietet drei Produktreihen an, die mit diesem System kompatibel sind. Eine sehr kompakte Spindel für Anwendungen im Bereich des Langdrehens und zwei längere Spindeln, die eher als Hauptspindel von kleineren und Mikromaschinen gedacht sind.

Die kompakte Spindel ist 93 mm lang und verfügt nicht über Sensoren zur Kontrolle der Werkzeugspannvorrichtung. Sie ist in erster Linie für den manuellen Wechsel der Werkzeugaufnahmen bestimmt und kann eine maximale Drehzahl von 40 000 1/min bei einer Leistung (S1) von 240 W erreichen. In einer geschlossenen Umgebung wie in Langdrehmaschinen ist die Zugänglichkeit der rotierenden Werkzeuge oft schwierig, was den Werkzeugwechsel sehr aufwendig gestaltet. Der Austausch eines Werkzeugs mit der ATC-E15-Schnittstelle wird dagegen sehr vereinfacht.

Die beiden anderen Spindeln funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Sie ergänzen einander und können als Hauptspindeln integriert werden. Beide sind mit der Spannüberwachung und der Kegelreinigung ausgestattet, was die Möglichkeit bietet, die Werkzeuge automatisch über ein Werkzeugmagazin einzuwechseln.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Spindeln liegt in der Motorisierung. Die für hohe Geschwindigkeiten bestimmte MHF-30 bietet je nach Art der Lagerschmierung eine Maximaldrehzahl von 80 000 1/min bei einem Nenndrehmoment (S1) von 6,4 Ncm. Die zweite Ausführung, MHT-30, ist eher für Anwendungen mit hohem Drehmoment ausgelegt, erreicht bis zu 28 000 1/min bei einem Nenndreh­moment (S1) von 21 Ncm.

Welche Optionen stehen zur Verfügung?

Die wichtigsten Optionen, die Sie heute in Betracht ziehen sollten, betreffen die Werkzeughalter.

Meyrat bietet auch die Möglichkeit, kundenspezifische Lösungen mit dem dargestellten Funktionsprinzip zu realisieren. Diese Alternativen ermöglichen es dem Anwender, das Spektrum der mit der Produktreihe ATC-E15 realisierbaren Anwendungen zu erweitern. Weitere Zubehörteile wie Kegelreiniger, ATC-E15-Rundlaufprüfdorne oder Auswuchtdorne sind in der Optionsliste enthalten.

Warum wird das ATC-E15-System eingeführt?

Das ATC-E15-System entspricht der Nachfrage des Mikrotechnik-Marktes. Es bietet Präzision, Leistung und Zuverlässigkeit. Es ermöglicht die Entwicklung von Maschinen der Zukunft, die mit den umwelt- und energiepolitischen Anforderungen der Zukunft Schritt halten. Es ermöglicht die Miniaturisierung von Spindeln und Maschinen, um sich optimal an die Grösse der zu produzierenden Teile anzupassen und gleichzeitig die Integrationskosten zu minimieren. Es erhöht die Produktivität bestehender Maschinen, indem es Zeit für den Werkzeugwechsel einspart und das Voreinstellen der Werkzeuge ermöglicht. Es handelt sich um ein Produkt, das voll und ganz der Philosophie des Kundenkreises entspricht. -böh- SMM

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