Spindelqualität Spindelkonus oszillierend schleifen

Redakteur: Anne Richter

>> Mit der S41 hat Studer eine Universal-Rundschleifmaschine entwickelt, die es ermöglicht, Maschinenspindeln, ohne den Werkstücktisch zu schwenken, komplett zu schleifen. Der konische Innendurchmesser wird dabei interpolierend geschliffen. Für einen japanischen Werkzeugmaschinenbauer entwickelte Studer jetzt eine weitere Lösung mit oszillierender Achse, die eine noch höhere Spindelqualität ermöglicht.

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Elektrische Direktantriebe, ein massives und stabiles Maschinenbett aus Granitan und aufliegende Führungen garantieren eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit der S41.
Elektrische Direktantriebe, ein massives und stabiles Maschinenbett aus Granitan und aufliegende Führungen garantieren eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit der S41.
(Bild: Studer)

Andere Länder, andere Sitten. Das gilt nicht nur für Umgangsformen und Essgewohnheiten, sondern auch für Genauigkeiten im Maschinenbau, wie Entwicklungsingenieure beim Schleifmaschinenhersteller Studer in Thun lernen mussten. Obwohl die MessergSebnisse beim Schleifen der Werkzeugspindel und deren Aufnahmekonus eine einwandfreie und hohe Qualität belegten, befriedigten einen asiatischen Werkzeugmaschinenbauer trotzdem nicht vollständig. «Da Oberflächen-Reflektionen nur mit speziellem Licht erkennbar sind, hat es eine ganze Weile gedauert, bis wir das begriffen hatten», berichtet Samuel Hählen, Schleiftechniker im Technologiecenter bei Studer, und ergänzt: «Die Mentalitätsunterschiede zu erkennen, war die grösste Herausforderung bei diesem Auftrag. Dieser Perfektionsanspruch ist messtechnisch und deshalb aus unserer rationellen Sicht nicht notwendig, bedeutet er doch nur zusätzliche und unnötige Kosten. Für unsere asiatischen Kunden ist er aber essentiell.»

Interpolierendes Schleifen mit hoher Auflösung

Konkret geht es um die S41, eine Universal-Rundschleifmaschine, die Studer vor zwei Jahren auf den Markt gebracht hat. Die Maschine ist auf Grund ihrer sehr hohen Präzision und gleichzeitig hohen Zerspanleistung schon heute ein Erfolgsmodell für Studer. So bietet die S41 die Möglichkeit, konische Innendurchmesser, wie sie bei Maschinenspindeln vorkommen, hochaufgelöst interpolierend zu schleifen. Die Auflösung der Achsbewegungen liegt im 0,1-Mikrometerbereich, die «Schleifstufen» sind damit messtechnisch nicht mehr nachweisbar. Eine vergleichbare Qualität konnte früher nur mit dem Schwenken des Werkstücktisches erzielt werden. Das bedeutete aber auch mehrere Arbeitsgänge und ein Zeit- und Qualitätsverlust durch den Umrichtvorgang.

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Hohe Präzision durch neues Führungsbahnsystem

Zwar ist die Idee des interpolierenden Schleifens nicht neu, aber das Prinzip konnte bisher nur bedingt zur Spindelherstellung genutzt werden, da Vorschubspuren zu sehen waren. Erst mit der S41 und dem neuen Führungssystem Studer Guide sind die Ergebnisse nicht nur messtechnisch, sondern auch optisch einwandfrei.

Das neue Führungsbahnsystem Studer Guide sorgt sowohl bei Stillstand als auch während der Bewegungen für hohe Präzision der Längs- und Querschlitten. Studer Guide nutzt die Vorteile von hydrostatischen und hydrodynamischen Führungssystemen und vermeidet den Slip-Stick-Effekt oder das Aufschwimmen des Schlittens.

Zur hohen Präzision der Maschine trägt auch bei, dass die aus massivem Grauguss bestehenden Längs- und Querschlitten über den gesamten Verfahrweg vollständig auf den Führungen aufliegen. Mit diesem wartungsfreien Führungssystem garantiert Studer auf 950 Millimetern Messlänge eine Geradheit der Mantellinie von weniger als 0,003 Millimetern.

Steifes und thermostabiles Maschinenbett aus Mineralguss

Ausserdem gehört zu den herausragenden Merkmalen der S41 auch das wesentlich massivere und steifere, thermostabilere Maschinenbett aus Granitan S103. Die Rezeptur dieses Mineralgusses ist auf optimale Schleif-Betriebsbedingungen ausgelegt. Damit bietet das Maschinenbett dem integrierten Führungssystem im buchstäblichen Sinn die stabile Basis für die Aufnahme der hohen Kräfte, die beim Schleifen mit grossen Zerspanungsleistungen auftreten.

Ausserdem ist auch das Maschinenbett um einiges massiver gestaltet als bei der Vorgängermaschine. Durch sein günstiges thermisches Verhalten gleicht das Maschinenbett kurzfristige Temperaturschwankungen weitgehend aus – die Maschine arbeitet also auch bei wechselnden Tagestemperaturen mit gleichbleibend hoher Präzision. Seine hohe Steifigkeit und sein ausgezeichnetes Dämpfungsverhalten bieten die grundlegenden Voraussetzungen für hervorragende Oberflächenqualität der geschliffenen Teile und langen Standzeiten der Schleifscheiben. Die Führungsbahnen sowohl des Längsschlittens als auch des Querschlittens sind direkt im Maschinenbett abgeformt. Um die hohen Kräfte beim Schleifen mit grossen Zerspanungsleistungen optimal in das Maschinenbett aufzunehmen, verlaufen die Führungsbahnen in grösserem Abstand.

Alle diese Faktoren sowie die elektrischen Direktantriebe steigern die Schnelligkeit und Präzision der S41 und ermöglichen das interpolierende Schleifen konischer Innendurchmesser auch für die Herstellung von Maschinenspindeln. «Doch auch diese hervorragende Qualität war dem japanischen Maschinenbauer noch nicht gut genug», berichtet S. Hählen und präzisiert: «Am Anfang wollten wir den Kunden noch davon überzeugen, dass die erzielte Qualität völlig ausreichend ist, doch dann hätten wir eher den Auftrag verloren. Es war ein ganz klares Einkaufskriterium, dass eine spiegelperfekte Oberfläche geboten wird.»

Oszillierende Achse für parallele Schleifbewegung

So haben die Ingenieure im Technologiecenter von Studer eine Lösung gesucht, die auch diesen Kunden zufrieden gestellt hat. So musste die Oberfläche nicht nur optisch und messtechnisch perfekt sein, sondern durfte auch unter Speziallicht und Lupe absolut keine Schatten aufweisen. In interdisziplinären Teams von Schleifspezialisten, Anwendungstechnikern und Verkaufsmitarbeitern werden im Studer Technologiecenter optimale Lösungen für den Kunden gesucht. «Studer verkauft Lösungen und Prozesse und nicht nur Maschinen», fasst S. Hählen die Arbeit im Technologiecenter zusammen, wo ausschliesslich Kundenversuche durchgeführt werden.

Für den Kunden entwickelte Studer eine Lösung mit oszillierender Achse, eine Innenschleifeinheit mit zusätzlicher Achse. Beim Bearbeiten ist jetzt das Werkstück starr und die Innenschleifeinheit wird parallel zum Konus bewegt, wodurch es auch keine Schattierungen mehr gibt.

«Aber um solche Ergebnisse zu erzielen, sind viele Faktoren wichtig», erklärt S. Hählen. So ist im Technologiecenter nicht nur die Lösung mit der oszillierenden Achse entwickelt worden, sondern beispielsweise auch ein spezieller Abrichtprozess für die Schleifscheiben. «Dieses Know-how erhält der Kunde von uns exklusiv, auch das sind kundenspezifische Lösungen. Für besondere Ansprüche bekommt der Kunde natürlich immer auch spezifische Lösungen mitgeliefert», erklärt S. Hählen.

Universallösung für den asiatischen Raum

So hat Studer einerseits eine spezielle Lösung für den asiatischen Werkzeugmaschinenhersteller entwickelt, aber mit der oszillierenden Achse gleichzeitig auch eine generelle Lösung zum Rundschleifen konischer Innendurchmesser für die Ansprüche im asiatischen Raum gefunden. «Das sind echte Beurteilungsunterschiede zwischen Europa und Asien. Dieser optische Perfektionsanspruch bei der Spindelherstellung mag für uns vielleicht unnötig wirken, für asiatische Maschinenbauer ist es ein entscheidender Punkt. Somit sind wir sehr froh, dass wir diese Lösung gefunden haben und auch anderen Kunden anbieten können», fasst S. Hählen zusammen. <<

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