Kombination von Hochgenauigkeitslager und pulsationsarmen Synchronmotor

Präzision in neuer Dimension: Werkstückspindelstock-Direktantrieb für Schleifmaschinen.

Schüssler Technik zeigt auf der Grindtec ein hoch präzises Antriebssystem, das eigens für die Schleiftechnik entwickelt wurde. Ein hochgenaues Zylinderrollenlager aus eigener Fertigung wird kombiniert mit einem Synchron-Direktantrieb. Das Ergebnis: Eingebaut in den Werkstückspindelstock einer CNC-Schleif-maschine, erreicht die Maschine Rundlauf- bzw. Planlaufgenauigkeiten von 50 bis 100 nm. Selbst Kreis- und Zylinderabweichtungen von nur 0,1 µm werden prozessstabil realisiert – ein Novum in der Schleiftechnik.

Kernkomponente des Präzisionsantriebs sind hochgenaue Zylinderrollen, die in einer bisher nicht erreichten Genauigkeitsklasse von 10 bis 30 nm Durchmesserdifferenz gefertigt und selektiert werden. Die Form- und Lagetoleranz der Zylinderrollen liegt damit im Bereich von einem Zehntel im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik in der Rollenfertigung. Zudem weisen die Schüssler-Zylinderrollen einen deutlich höheren Traganteil auf. Die Integration der bestehenden Rollenlaufflächen von Welle und Lagerscheibe (Gehäuse) ohne Fügestellen erhöht die Gesamtsteifigkeit gegenüber Einzellagern um den Faktor 4 im Vergleich zu Standard-Einbaurollenlagern  gleicher Größe bzw. reduziert den benötigten Bauraum um den Faktor 5.

Diese integrierte Kompaktlagerung schafft die Voraussetzung für die Konstruktion von Direktantrieben mit Rundlauf- bzw. Planlaufgenauigkeiten von 50 bis 100 nm (0,05 bis 0,1 µm) am Abtrieb des Gesamtsystems. Als Motor kommt ein wassergekühlter, extrem pulsationsarmer Synchronmotoren mit 21 Polpaaren zum Einsatz, den Schüssler Technik ebenfalls speziell für Metrologie- und Werkzeugmaschinen–Antriebe entwickelt hat.

Der Komplettantrieb mit Motor zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass die Lagerung selbst bei maximalen Schleifkräften radial nicht beeinflusst wird. Diese Genauigkeit erlaubt es, auch gehärtete Bauteile fliegend auf der Spindelnase zu schleifen. Aufgrund der Steifigkeit können dabei CBN- und Diamantschleifscheiben eingesetzt werden. Durch die Wasserkühlung des Lagers wird die Prozesswärme des Schleifteiles abgeführt und die Genauigkeit über die Serienlaufzeit gehalten.

Die Komplettbearbeitung auf der Spindelnase verfolgt das Ziel, möglichst wolkenfreie Oberflächen zu erreichen, um hochpräzise Form- und Lagetoleranzen bei minimalen Oberflächenrauhigkeiten zu erreichen. Ebenso möglich ist die Komplettbearbeitung (Innen- und Außenschleifen) von gehärteten Werkstoffen im µm-Bereich in nur einer einzigen Aufspannung zum Fertigschleifen mit CBN-Schleifscheiben.

Außerdem erlaubt die Kombination aus pulsationsfreiem Antrieb und höchstgenauer Lagerung mit integrierter Dämpfung die Vermessung von Form- und Lageabweichungen des Schleifteiles direkt in der Maschine. Die Gleichlaufgüte des Schleifteiles kann durch den Einsatz eines Messsystems mit 63.000 Inkrementen und einer entsprechend hohen Interpolation weiter verbessert werden. In diesem Fall verbessert die schnelle Drehmomentnachregelung beim Schleifvorgang die entscheidenden Parameter wie Gleichlaufgüte und Oberflächengüten um Dimensionen.

Schüssler Technik zeigt auf der Messe einen Werkstückspindelstock mit der neuesten Generation der selbst entwickelten Antriebe und Lagerungen. Der Präzisionsantrieb bewährt sich bereits in der eigenen Fertigung. Unter anderem wurden besonders steife, hochwertige CNC-Rundschleifmaschinen mit Heidenhain Grindplus 640-Steuerung damit ausgerüstet.

Umfassende Tests zeigten, dass mit dem extrem steifen und parallelen Aufbau ohne Nachjustage Zylindrizitäten von 0,1µm geschliffen werden. Weitere entscheidende Vorteile der Zylinderrollen- gegenüber der Kugellagerung sind die hohe Crashsicher-heit und Lebensdauer der Lagerung. Zudem ist die mechanische Lagerung deutlich weniger aufwändiger als aerostatische oder hydrostatische Lagerungen, die üblicherweise zum Einsatz kommen, wenn Genauigkeiten im µm-Bereich erforderlich sind.

Mit dieser“Nano-Lagerung“ hat Schüssler Technik eine echte Innovation verwirklicht, die extrem niedrige Toleranzen bei der hochpräzisen Schleifbearbeitung ermöglicht. Das Unternehmen entwickelt und fertigt seit 2012 hochpräzise Antriebe für Werkzeugmaschinen und Linsenschleifmaschinen – zunächst für den eigenen Bedarf der Schleiftechnik. Inzwischen stehen die Direktantriebe auch externen Kunden zur Verfügung. Zu den Hauptabnehmern gehören die Hersteller von Schleifmaschinen, die extrem präzise und zugleich steife Antriebssysteme benötigen sowie anspruchsvolle Anwender, die ihre Schleifmaschinen entsprechend umrüsten.
Schüssler Technik auf der Grindtec: Halle 3, Stand 3081

Erprobung der Hochpräzisions-Rollenlagerung im Werkstückspindelstock einer Rundschleifmaschine