Hochpräzisionsbearbeitung Präzision in der Fertigung durch thermische Stabilität

Redakteur: Anne Richter

Das hochgenaue horizontale Bearbeitungszentrum zum Schruppen, Schlichten und zur Feinstbearbeitung bietet eine hervorragende Steifigkeit beim Hartfräsen. Es ist ausserordentlich genau beim Ausbohren, Bearbeiten von Werkzeugmaschinenteilen und anderen Präzisionsteilen.

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Das hochgenaue horizontale Bearbeitungszentrum YBM 7Ti-50RP von Yasda ermöglicht eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit durch den Einsatz eines Systems zur Stabilisierung der Wärmeausdehnung.
Das hochgenaue horizontale Bearbeitungszentrum YBM 7Ti-50RP von Yasda ermöglicht eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit durch den Einsatz eines Systems zur Stabilisierung der Wärmeausdehnung.
(Bild: Yasda)

Das neue horizontale 5-Achsen-Bearbeitungszentrum Modell YBM 7Ti mit dem Tisch-auf-Tisch-Konzept vom japanischen Werkzeugmaschinenhersteller Yasda verwendet Hochleistungstorquemotoren für die B- und C-Achse. Die typischen Yasda-Merkmale garantieren auch bei diesem Modell die hohe Präzision und Effizienz und somit eine langfristige finanzielle Wertschöpfung. Das Bett besteht aus einer biegesteifen Schweisskonstruktion. Die Spindel liegt in der Vorschubachse Z und wird vertikal in der Y-Achse geführt. Das Werkstück wird in der X-Achse und in den Drehachsen B und C zur Spindel positioniert. Die Y- und X-Achsen werden mit doppelten Antrieben ausgeführt. Das Design des Torständers unterscheidet sich von anderen Konstruktionen im Wesentlichen durch Vermeidung des Wärmegangs. Yasda begegnet dieser Problematik auf zweierlei Weise:

Rollenschuhe zur Kompensation des negativen Einflusses sich ändernder Reibungswerte

Zwischen den Flachführungsbahnen werden Rollenschuhe eingesetzt. Dies kompensiert wirkungsvoll den negativen Einfluss aufgrund von sich ändernden Reibungswerten, die durch die konkave Führungsbahnveränderung ausgelöst werden. Die Vorder- und Hintergriffsleisten der Führungsbahnen sind zum Erreichen hoher Dämpfung und optimaler Oberflächengüte als beschichtete Gleitführungen ausgeführt. Eine Beeinflussung dieser Führungsflächen durch thermische Veränderungen ist minimal. Rechte und linke Führungsbahn sind zur Mitte des Verfahrweges etwa 0,01 mm konkav ausgebildet. Die Rollenschuhe werden mit Vorspannung montiert und drücken die Führungsbahnen nach aussen. Diese Vorspannung bewirkt eine erhöhte Stabilität, mit der der Spindelstock seine achsensymmetrische Ausrichtung beibehält. Diese Technologie bewirkt eine hochgenaue Spindelstockpositionierung ohne jede Auslenkung.

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Stabilisierung der Wärmeausdehnung für gleichbleibende Bearbeitungsgenauigkeit

Generell wirken sich die thermischen Beeinflussungen auf die Fertigungsgenauigkeit einer Maschine um den Faktor 10- bis 20-fach höher aus als der ursprüngliche Geometriefehler. Dabei bilden die Schwankungen der Umgebungstemperatur, verursacht durch schnelle Wechsel der Raumluft, Abstrahlung von Wänden, Fenstern und Böden, eine wichtige Ursache. Diese Effekte werden verstärkt durch Wärmequellen in der Maschine, heisse Späne und durch sich erwärmendes und verdampfendes Kühlmittel. Yasda verwirklicht gleichbleibend hohe Bearbeitungsgenauigkeit durch den Einsatz eines Systems zur Stabilisierung der Wärmeausdehnung.

Bei dieser Technologie kommt eine Wärmeaustauschflüssigkeit zum Einsatz, die in den Hauptkomponenten der Maschine zirkuliert. Deren Temperatur wird der umgebenden Raumtemperatur im Bereich von ±0,2° nachgeführt. Die Auswirkungen von Ursachen, die einen Wärmeverzug hervorrufen, werden so wirkungsvoll reduziert und es entsteht eine gleichbleibende hohe Bearbeitungsgenauigkeit.

Zwei Antriebsmotoren und zwei Kugelrollspindeln pro Achse

Die von Yasda entwickelten Antriebe mit je zwei Antriebsmotoren und zwei Kugelrollspindeln pro Achse treiben die Y- und X-Linearachse an. Der Eilgang beträgt 48 m/min in den Y- und Z-Achsen und 45 m/min in der X-Achse. Diese Eilgänge bei einem Tischbeladegewicht von 500 kg auf der Palette in Kombination mit den Hybrid-Flachführungen sind die herausragenden Merkmale dieses Maschinentyps. Nebenzeiten werden dadurch erheblich reduziert. Die Achsbeschleunigung beträgt 0,3G/0,4G.

Alle Linearachsen sind mit vorgespannten Präzisionskugelgewindetrieb Ø 50 mm in X und Y, Ø 55 in Z ausgestattet, die Y- und X-Achsen mit je zwei Stück. Die Lagergehäuse sind an einen Ölkühl­kreislauf angeschlossen. Als Führungen werden durchgehärtete, geschliffene und handgeläppte Stahlflachführungen eingesetzt. Die Gegenführungen sind als kombinierte Flachführung mit vorgespannten Wälzelementen ausgeführt. Dieses Hybrid-Führungssystem ist für die Übertragung hoher Schnittkräfte, Dauergenauigkeit sowie hochpräzises Positionieren und Konturfräsen ausgelegt.

Temperaturstabiliserte Arbeitsspindel

Die Hochleistungsspindel mit selbst regulierender Lagervorspannung und der Antriebsmotor sind koaxial über eine spezielle Membrankupplung miteinander verbunden. Die Arbeitsspindel wird mit einem Klimagerät temperaturstabilisiert. Dieser genau abgestimmte Mechanismus ermöglicht sowohl die Hochleistungszerspanung im niedrigen Drehzahlbereich als auch einen hochpräzisen Rundlauf bei jeder Lagertemperatur. Die Lagervorspannung wird automatisch nach der jeweiligen Spindeldrehzahl und Temperatur reguliert. Der extrem vibrationsarme und thermisch stabile Spindellauf über den gesamten Leistungsbereich ermöglicht kleinste Bohrdurchmesser, querkraftfreie Feinbearbeitung und Zirkularfräsen mit weniger als 3 µm Kreisformgenauigkeit. Die Lagerschmierung ist als dosierte Öl-Luftnebelschmierung ausgeführt. Die Lebensdauererwartung der Arbeitsspindel liegt zwischen 20 000 und 30 000 Betriebsstunden. Die Werte für Steifigkeit, Laufruhe und thermische Stabilität liegen deutlich über denen einer Motorspindel. Die Maschine bietet im Standard eine BT50BP-Aufnahme, als Varianten sind BT40BP, HSK-A100 oder HSK-A64 verfügbar, bei Drehmomenten von 124 bis 840 Nm je nach Drehzahl- bzw. Spindel-Typ.

Direktes Wegmesssystem in allen Achsen

Zum Einbau kommen speziell entwickelte Heidenhain-Linear-Massstäbe mit einem an die Maschinenstruktur angepassten Wärmegang, für die hochgenaue Positionierung in den Linearachsen. Inkremente von 0,0001 mm (0,1 µ) werden problemlos verarbeitet. Der NC-Rundtisch (A- und B-Achse) mit hochgenauem Kreuz-Zylinderrollenlager und mechanischer Klemmung ist ebenfalls pro Achse je mit einem direkten Heidenhain-Messsystem ausgestattet.

Arbeitstisch – automatischer Palettenwechsler – Mehrpalettenspeicher

Die Tischgruppe beinhaltet die hochpräzise Palettenaufnahme einschliesslich der Indexiereinrichtung, ausgeführt als Curvic-Verzahnung. Zwei Zahnkränze mit jeweils 72 Zähnen und einem 30°-Eingriffswinkel gewährleisten eine solide, selbstzentrierende Verbindung ohne jedes Flankenspiel. Dämpfung und Wiederholgenauigkeit sind trotz evtl. Wärmeeinwirkung (z. B. durch Späne oder sich erwärmendes Kühlmittel) extrem hoch. Bei der Montage einer Curvic-Verzahnung an die Palette wird immer an einer Lehren-Curvic-Verzahnung referenziert. Dieses System gewährleistet gleiche und jederzeit austauschbare Paletten (z. B. beim Erweitern eines Palettensystems).

Das Palettenwechselsystem PLS ist ab Werk mit zwei bis sechs Paletten erhältlich. Alle Palettenstationen können als drehbarer Rüstplatz ausgeführt werden. Alternativ gibt es eine einzelne Rüststation dreh- und schwenkbar. Auf Wunsch lässt sich das Bearbeitungszentrum mit externen Palettenregalsystemen verknüpfen oder in ein FMS integrieren. Somit ist ein mannarmer oder mannloser Betrieb über mehrere Stunden möglich.

Die Yasda-Paletten sind handgeschabt. Die Palettenabmasse betragen 500 x 500 mm bei einer Dicke von 120 mm. Die Paletten werden auf einer Masterstation hydraulisch geklemmt und handgeschabt. Somit sind auch nach Jahren Ersatzpaletten mit der gleichen Genauigkeit und Höhe lieferbar.

Werkzeugwechsler

Das komplett geschützte Werkzeugmagazin mit einer bis fünf Ketten (60–450 Magazinplätze) ist aus­serhalb des Arbeitsraums angeordnet. Dieses Konzept des Werkzeugwechsels hält die Werkzeuge vor Spänen und Kühlmittel geschützt und ist für die Bestückung gut zugänglich. Eine Kegelreinigungsstation ist im Standard enthalten. Die Maschine kann optional mit dem grösstmöglichen Werkzeugstand 300 oder 450 Werkzeuge (je nach Magazin) bestellt werden und später mit weiteren Kettenmagazinen erweitert werden. -ari- SMM

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