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Gesteigerte Performance beim Profilschleifen

Antriebstechnik: linearführungen in Werkzeugmaschinen
Gesteigerte Performance beim Profilschleifen

Erst Hochleistungs-Linearführungen ermöglichen hoch produktives Schnellhub-Pendelschleifen – auf diesen Nenner reduzieren sich Aufbau und Ausrüstung einer neuen Profilschleifmaschine, die mit Vorschüben bis 120 m/min und Beschleunigungen bis 25 m/s² präzise ans Werk geht.

Die rationelle Metallbearbeitung mittels High Speed Cutting (HSC) ist dadurch gekennzeichnet, dass – vereinfacht ausgedrückt – die Spantiefe verringert wird und gleichzeitig die Schnittgeschwindigkeit, also Spindeldrehzahl und Vorschübe, deutlich erhöht werden. Das Abtragen erfolgt schneller und auch schonender für Werkzeug und Werkstück, da die weichschneidenden Werkzeuge den Schnittdruck verringern und die auftretende Wärme über die Späne sofort abgeführt wird.

Doch was bei der Bohr- und Fräsbearbeitung funktioniert, ist deswegen noch lange nicht auf andere Bearbeitungstechnologien zu übertragen. Oder etwa doch? Dieser Frage ging eine Forschungsgruppe (Agneta – europäisches Projekt von 2000 bis 2004, durchgeführt vom WZL der RWTH Aachen und verschiedenen Industriepartnern) nach. Unter anderem waren an diesem Projekt die Blohm Maschinenbau GmbH in Hamburg und der Geschäftsbereich Lineartechnik der Schaeffler KG in Homburg/Saar beteiligt.
Auf Basis der Erkenntnisse früherer Forschungs- und Erprobungsreihen von Hochschulen und von Blohm zum damaligen Thema Keramikschleifen, startete das Agneta-Projekt mit dem Ziel, die Zerspanung von exotischen Materialien etwa für Flugzeugtriebwerke durch so genanntes Schnellhubschleifen deutlich wirtschaftlicher zu gestalten. Im Prinzip funktioniert das Schnellhub-Pendelschleifen genannte Verfahren ähnlich wie die HSC-Bearbeitung: Einerseits erfolgt jeweils nur eine geringe Zustellung der Schleifscheibe zum Werkstück. Andererseits wird mit einem schnellen, hohen Pendelschleifzyklus sukzessive Material abgetragen.
Das Schnellhub-Pendelschleifen mit geringer Zustellung hat den Vorteil,
  • dass weniger Energie ins Werkstück gelangt,
  • eine günstigere Spanbildung gegeben ist,
  • selbst dünne und labile Werkstücke konturgenau und problemlos zu bearbeiten sind und
  • das auch noch mit kostengünstigen Schleifscheiben zu bewerkstelligen ist.
Die Produktivität erwächst demnach aus dem Zusammenspiel von geringer Zustellung und schnellen Pendelschleifzyklen, wofür jedoch zunächst die maschinellen Voraussetzungen gegeben sein müssen.
Das sieht auch Dipl.-Ing. Peter Oppelt, Leiter Projektierung und Technologie bei der Blohm Maschinenbau GmbH, so: „Wir haben uns nicht nur Gedanken gemacht, wie die Ergebnisse des Forschungsprojekts in die industrielle Nutzung überführt werden können, sondern daraus die Profilschleifmaschinen-Baureihe Prokos entwickelt. Die Weiterentwicklung der Linearantriebstechnik kam uns hier zugute.“ Konsequent auf das hochdynamische Schnellhub-Pendelschleifen hin konzipiert, mussten jedoch Lösungen für die hohe Dynamik und die aufgrund der schnellen Pendelzyklen auftretenden Schwingungen gefunden werden.
Um dies prozesssicher in den Griff zu bekommen, wählte Blohm als Basis für den Maschinenbau ein hochsteifes und bestens dämpfendes Mineralgussbett und nahm für die Führungssysteme in den linearen Achsen als Partner die Spezialisten von INA-Lineartechnik ins Boot. „INA ist seit vielen Jahren mehr als nur ein Lieferant von Blohm, und wir haben beide gerade auch beim Agneta-Projekt, für das damals gemeinsam eine Testmaschine erstellt wurde, wertvolle Erfahrungen sammeln können. Schließlich kann man es drehen und wenden wie man will“, meint Peter Oppelt: „Die Linearführungen stellen die entscheidenden Schnittstellen zwischen den sich hochdynamisch bewegenden Verfahreinheiten und dem Maschinenbett dar.“
Die Schnellhub-Pendelschleifmaschinen Prokos von Blohm arbeiten bei Bedarf nicht nur mit Vorschüben bis 120 m/min und beschleunigen dabei mit bis zu 25 m/s², sondern die Maschinenelemente und deren Befestigungen müssen auch auf Dauer die enormen Momente und Fliehkräfte bei der Richtungsumkehr verkraften. Darüber hinaus müssen sie die mechanische Langzeit-Genauigkeit der Maschine gewährleisten. Ergänzend dazu meint Blohm-ProjektiererOppelt: „Mit den Prokos-Maschinen sind wir reproduzierbar präzise in der Lage, bei Schnittgeschwindigkeiten bis 150 m/s bahngesteuert komplexeste Konturen im Raum zu erzeugen.“ Dies mit maximal 60 kg Werkstück- und Spannmittel-Zusatzlast auf der Rundachse und bei voller Vorschubgeschwindigkeit mit 120 m/min sowie in allen Achsen interpolierend. Oppelt: „Stabilität, Steifigkeit und Dämpfung sind dabei so gut, dass wir eine hervorragende Maß- und Konturtreue und sehr gute Oberflächengüten erhalten“.
Die INA-Linearführungen spielen als Schnittstellen eine entscheidende Rolle. In Prokos-Profilschleifmaschinen kommen ausschließlich INA-Rollenumlaufeinheiten der Baureihe RUE45-E und RUE35-E zum Einsatz, die bereits in der Testmaschine verbaut waren. Nach ausgiebiger Erprobung erfuhren die Rollenumlaufeinheiten wegen der extrem hohen Belastungen einige Verbesserungen. So mussten wegen der hohen Dynamik beim Umlenken der Wälzkörper die Einlaufgeometrie und die Umlenkungen selbst optimiert und die Abdichtung angepasst werden. Ansonsten kommen Standard-Führungsschienen zum Einsatz. Die Führungswagen sind mit der Minimalschmiermengen-Dosiereinheit (KIT.RWU..-5) ausgerüstet, ein spezieller Frontabstreifer dichtet zudem das Linearsystemab. Wegen der dynamischen Belastungen werden die RUE-E Führungswagen in hoch-langer Ausführung installiert, weil dadurch schmälere Aufbauten möglich werden, die einen tieferen Schwerpunkt erlauben. Außerdem sind die RUE-E Linearführungen mit möglichst weitem Achsabstand angeordnet. Dadurch ergibt sich eine höhere Stabilität und Steifigkeit der X- (Maschinentisch-Bewegung) und Z-Verfahreinheiten (Querweg der Schleifkopfeinheit).
Stabiles und sicheres Befestigen der RUE-E Führungsschienen erfordert keine besonderen Vorkehrungen, sie werden einfach nach Montageanweisung verbaut. Die Qualität der Schienen und der Befestigung ist laut Peter Oppelt so gut, dass beim Schleifen keine Welligkeiten auftreten. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Qualität der geschliffenen Oberflächen aus. „Trotz der enorm hohen Belastungen und der sehr hohen Qualitätsanforderungen an die Werkstücke ist festzuhalten“, so Oppelts Fazit, „dass wir bezüglich der Maschinen-Performance absolut keine Probleme haben.“ Das spreche auch stark für die INA-Linearführungen, die beim Schnellhub-Pendelschleifen eine der Hauptaufgaben zu tragen hätten. „Die Maschine, die Antriebe, die Steuerung, das alles kann noch so gut sein – wenn die linearen und auch die rotierenden Achsen schon mechanisch Schwierigkeiten bereiten, ist das ganze System in Frage gestellt“, gibt Oppelt zu bedenken. „Daher war klar, dass wir bei diesen Geschwindigkeiten und Leistungsanforderungen keine Kompromisse eingehen wollten. Mit Hilfe von INA haben wir das Projekt Prokos schließlich rund bekommen.“
Edgar Grundler Freier Fachjournalist in Allensbach
Rollenumlaufeinheit spielt als Schnittstelle wichtige Rolle
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