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Maschinenstruktur

Der PRÄZOPLAN ist ein flächig geführtes dreiachsiges Höchstpräzisions-Bearbeitungszentrum mit Möglichkeit zur Aufrüstung zur 4- und 5-Achsmaschine. Die beiden horizontalen Achsen (X und Y) werden durch den flächig geführten Schlitten gebildet. Er hat eine horizontale werkstückseitige Aufspannfläche. Eine Vertikalachse (Z) trägt die ebenfalls vertikal angeordnete Motorspindel.

Als Maschinenbasis dient ein groß dimensionierter Naturgranit. Sie hat auf seiner Oberseite eine präzisions­geläppte Fläche mit höchster Ebenheit, die als Führungsfläche für den flächig geführten Schlitten dient, vergleichbar mit einer Messplatte höchsten Genauigkeitsgrades. Die flächige Führung ist aerostatisch, hierzu hat der Schlitten unmittelbar auf seiner Unterseite aerostatische Führungsbereiche. Über die flächige Aerostatik wird die Führung in vertikaler Richtung und das Nicken und Rollen sehr präzise geführt. Für die Freiheitsgrade in horizontaler Richtung sowie für das Gieren ist eine Traverse verantwortlich, die den flächig geführten Schlitten verschiebt und antreibt. In der X-Richtung ist direkt am flächig geführten Schlitten ein Kugelgewindetrieb angekoppelt, in der Y-Richtung wirkt eine ebenfalls aerostatische Seitenführung zwischen flächig geführtem Schlitten und Traverse. Somit hat der Schlitten aerostatische Seitenführungen, die ebenfalls unmittelbar in den Schlitten eingearbeitet sind und läuft gegen einer präzisionsgeschliffenen Seitenfläche der Traverse. Diese Seitenführung kann so die Freiheitsgrade der Y-Richtung und des Gierens mit sehr hoher Steifigkeit gegenüber der Traverse führen. Durch diese aerostatische Anordnung wird keinerlei Zwang zwischen der hochsteifen Traverse und der flächigen Führung induziert, vertikale Freiheitsgrade sind entkoppelt.
Die Traverse ist ihrerseits in der Y-Richtung beweglich und dient somit als Kulissenführung für den Schlitten. Auch die Traverse ist konsequent aerostatisch auf der Maschinenbasis aus Naturgranit geführt. Sie hat eine Seitenführung, die die gesamte Seitenfläche des Granits zur Absetzung der Vorschubkräfte für die X-Richtung ausnutzt. Hierfür ist der Granit auf Rechtwinkligkeit und Ebenheit auf der Seite ebenfalls präzisionsgeläppt.

Unmittelbar an die hintere Seitenfläche des Naturgranits ist ein sehr stark dimensionierter Ständer angeflanscht, der die Vertikalachse trägt. Dieser Ständer bildet zusammen mit einem Gegenhalter ein Portal in einer geschlossenen O-Anordnung, indem der Gegenhalter die Struktur zur vorderen Granit-Seitenfläche schließt. Durch einen seitlichen Versatz dieses Gegenhalters bleibt der Arbeitsraum von vorne und von links, somit von zwei Seiten weitgehend zugänglich. Eine Z-Achse in Pinolenanordnung, wobei die Pinole die Führungsschienen trägt und die Motorspindel direkt eingetopft ist, weist hierbei ein ideales Steifigkeits-Massenverhältnis auf. Die Maschinenstruktur ist auf ein Grundgestell montiert, welches aus einer Stahlschweisskonstruktion besteht und auf Luftfeder-Dämpferelementen aufgestellt ist.

Der Achsantrieb erfolgt in allen Achsen mittels Kugelgewindetrieben neuester Generation. Der X-Antrieb hat eine angetriebene Mutter und die Y-Achse einen Gantryverbund. Die flächige Führung ist keine Stapelanordnung, weshalb der Massenmittelpunkt des Schlittens mit der Antriebskinematik in einer Flucht liegt. Dies bewirkt eine extrem schnelle, schwingungsarme Positionierung.
In allen Achsen sind Linearmaßstäbe verbaut. Ausserordentlich kleine Offsets ergeben sich zwischen ihnen und dem TCP durch den niedrigen Achsaufbau im Vergleich zu einem gestapelten Kreuztisch. Dadurch wirken sich rotatorische Abweichungen nur in geringem Ausmaß auf die Positioniergenauigkeit aus.

Das flächige Führungssystem der X- und Y-Achse wird durch ein neuartiges Schiebeblech vor eindringenden Spänen, Schmutz und Kühlschmierstoff geschützt. Ein einteiliges und somit sehr gut abzudichtendes Stahlband ist in einer Richtung zwischen einer Abstreiferanordnung geführt und in der anderen Richtung aufrollbar. Das zweiachsige Bewegungsprinzip wurde auch hier konsequent umgesetzt mit dem Vorteil eines stapelfreien, sehr niedrigen Aufbaus und sehr geringen Massen. Durch das Aufrollen kann der Bauraum der Abdeckung in einer Richtung sehr kompakt ausgeführt werden. Geometrisch bleibt viel Platz für eine steife Maschinenstruktur und für eine perfekte Ergonomie. Von vorne kann der Maschinenbediener an den Schlitten mit seinen aufgespannten Werkstücken sehr dicht herantreten ohne sich weit in die Maschinen hineinbeugen zu müssen. Die Arbeitsraumverkleidung umfasst ferner eine leicht zu reinigende Verschalung aus Edelstahl, einen Abstreifer für die Pinole von oben und eine perfekt positionierte Arbeitsraumausleuchtung.

Die Verkleidung ist mit knappen 2 × 2 m sehr kompakt und umfasst außer dem Kühlgerät alle Aggregate der Maschine. Dabei ist der Unterteil als Wanne ausgeführt, in der die gesamte Maschinenstruktur hineingestellt ist. Durch diese Bauart wird die niederfrequente, dämpfende und schwingungsisolierende Aufstellung der Maschine ermöglicht, die Maschine kann innerhalb der Verkleidung auf ihren Luftfeder-Dämpferelementen frei schwingen. Zudem verspricht diese Konstruktion höchste Dichtigkeit gegen austretenden Kühlschmierstoff. Die Verkleidung ist Teil des Thermokonzeptes und kapselt die Maschine vollständig gegenüber Umgebungseinflüssen und gegenüber Emissionen. Ein Kühlschmierstoffaggregat ist in der Wanne untergebracht, die Späneentsorgung erfolgt in der Basisausführung durch eine gut zugängliche Späneauffangvorrichtung. Die Schutztüren können übers Eck geöffnet werden wodurch sich der Arbeitsraum vollständig öffnet und das Werkstück sehr gut zugänglich ist.

Das Ergonomiekonzept umfasst weiterhin die perfekte Arbeitsraumhöhe dass der Bediener ohne herunterbeugen feinste Details seiner Bearbeitung erkennen kann, was insbesondere im Einsatz als Höchstpräzisionsfräsmaschine sehr wichtig ist.

Standardmässig ist die Maschine mit einer Arbeitsspindel mit Lebensdauerfettschmierung ausgestattet was die Bearbeitung von Graphit und staubenden Materialien erleichtert. Die Spindel erreicht mit HSK-E40 35000 U/min und ist mit einer Leistung von 8 kW im S6-60 % auch zum Schruppen geeignet. Die Spindel wird durch ein hysteresearmes Kühlaggregat temperiert.
Es sind weitere Spindeln verfügbar, darunter auch eine hochpräzise, aerostatisch gelagerte Spindel mit HSK-E25 und 80000 U/min.

 Auf der rechten Seite des Arbeitsraumes befindet sich ein Werkzeugwechselsystem mit 30fachem Scheibenmagazin und schnellem Werkzeugwechsler. Aufgrund der hohen Dynamik ist eine Span-zu-Spanzeit nach VDI2582 von 2,5 s möglich. Anstelle des Scheibenmagazins kann das System durch Kettenmagazine auf 100 und 150 Plätze erweitert werden.
Die linke Seite des Arbeitsraumes ist zum automatischen Werkstückwechsel vorgesehen. Hier können unterschiedliche Beladesysteme angeboten werden. Das standardmäßige Kühlschmierstoffaggregat kann durch einen Späneförderer nach hinten ersetzt werden oder durch eine Absauganlage für anfallenden Staub bei der Bearbeitung. Späne kontaktieren nicht die Maschinenstruktur wodurch eine Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung bei thermischer Stabilität ermöglicht wird.

Es sind weitere zahlreiche Optionen in der modularen Bauweise vorgesehen, um die Maschine für verschiedene Anwendungen zu optimieren. So kann die Maschine zu einer idealen Formenbau-Fräsmaschine, zur dynamischen Graphitbearbeitung, zur Produktionsfräsmaschine für mittlere Serien von Hochpräzisionsteilen oder zur ergonomischen Werkstattmaschine für sehr hohe Genauigkeit konfiguriert werden.

Entwickelt mit inspire AG / IWF der ETH Zürich

Ein Unternehmen der Krause & Mauser Gruppe