Neue Wege in der 3-Achsen-Bearbeitung

Wer sich ein rasches Bild vom Konzept des neuen Bearbeitungszentrums machen will, stellt sich einen umgekehrten Delta-Roboter vor, der das Werkstück in einem über drei Arme verbundenen Korb hält. Die Arbeitsspindel ist an einem feststehenden Träger über dem 3-Achsen-Tisch montiert. Der grosse Vorteil dieses Systems besteht darin, dass eine sehr geringe Masse bewegt wird und trotzdem eine hohe Steifigkeit gewährleistet ist.

 

Die neue Maschine 701S mit einer Bodenfläche von 1 m2 überzeugt durch einzigartige Kompaktheit und Effizienz.

Neue Bearbeitungsstrategie

Die Idee, eine Bearbeitungsmaschine mit einer parallelen anstatt der herkömmlichen seriellen Kinematik zu entwickeln, ist zwar nicht neu. Aber bis heute wurde noch nie eine derart ausgereifte Technik erreicht. Nach mehreren Jahren der Entwicklung im Rahmen eines Konzepts der ETHL bringt Willemin-Macodel eine völlig neuartige, vollständig in der Schweiz entwickelte und hergestellte Delta-Mikrobearbeitungsmaschine mit Submikrometerpräzision auf den Markt.

Bei der für die Bearbeitung kleiner Werkstücke (Durchmesser 50 x 30 mm) ausgelegten Bearbeitungsstrategie der neuen Maschine dreht sich alles um die «Interpolation». Das Resultat ist eine sehr hohe Dynamik des Maschinensystems und eine Verringerung der Anzahl benötigter Werkzeuge. Die Ingenieure integrierten zudem eine neue CNC-Steuerung auf PC-Basis, die viel schnellere Regelkreise gewährleistet als herkömmliche Steuerungen, sowie hochauflösende Massstäbe (weniger als 10 nm). Die Verbindung der hohen Auflösung der Massstäbe mit der ultraschnellen Regelkreisberechnung garantiert eine Bahngenauigkeit im Submikrometerbereich. Bahnfehler lassen sich somit im Vergleich zu den herkömmlichen Maschinen auf dem Markt um das Zehnfache verringern.

Weitere Neuentwicklungen sind die Motorspindel mit 80‘000 U/min, das vollständig in der Maschine integrierte Paletten- und Werkzeugwechselsystem sowie die hoch innovativen Gelenk- und Armsysteme für den Werkstückkorb.

 

Werkstückkorb auf drei Achsen mit perfekter Punktsymmetrie.

Motorspindel mit 80‘000 U/min und Wegfall des Werkzeughalters

Eine hervorragend ausgewuchtete Spindelwelle ohne schwebende mechanische Elemente gewährleistet eine äusserste Rotationsgenauigkeit. Der Wegfall des Werkzeughalters und dadurch die direkte Befestigung des Werkzeugs in der Spindelwelle garantiert diese Genauigkeit bis zur Werkzeugspitze, was zu einer höheren Bearbeitungspräzision, einer besseren Oberflächengüte und einer längeren Standzeit der Werkzeuge führt.

Bei jedem Werkzeugwechsel kontrolliert ein optisches Messsystem die Position und die Geometrie der rotierenden Werkzeuge und nimmt die für die Einhaltung der Sollwerte notwendigen Korrekturen vor. Das System ist in der Lage, die Restunwucht der Werkzeuge direkt zu korrigieren. Ebenso wird es verwendet, um Verschleiss- und Schnittkantenprobleme zu erkennen und zu kompensieren. Wie jedes Maschinenelement entwickelte Willemin-Macodel auch die Systemsoftware speziell für die neue Technologie der Maschine.

 

Die für die Realisierung von mikrotechnischen Teilen ausgelegte Maschine revolutioniert in verschiedener Hinsicht.

Noch leichter, dynamischer und steifer

Die Parallelkinematik reduziert die bewegte Masse und bewahrt gleichzeitig eine hohe Steifigkeit beim Vorschubantrieb. Die Paarung dieser beiden Elemente garantiert eine hohe Eigenfrequenz, eine hohe Dynamik und eine äusserst zuverlässige Bahnkontrolle bei hoher Geschwindigkeit. Dank dieser Bauart ist die Maschine in der Lage, Beschleunigungen von bis 5G zu bewältigen.

Eine direkte Auswirkung dieses innovativen Maschinenkonzepts ist ein sehr geringer Energiebedarf bei der Bearbeitung, der mit jenem eines Haartrockners vergleichbar ist. Die Wahl ausgesprochen energieeffizienter Motoren und Aktuatoren verringert Wärmeverluste und stellt eine umfassende Thermostabilität sicher, was eine erhöhte Präzision am Werkstück zur Folge hat. Eine weitere Auswirkung des geringen Energieverbrauchs der Maschine stellt die Tatsache dar, dass keine energiefressenden Peripherieanlagen für die Nachbehandlung abgegebener Energie entwickelt werden müssen. Zum ersten Mal zeichnet sich eine Maschine durch eine so hohe Energieeffizienz aus. Vor diesem Hintergrund ist es nicht übertrieben, von einer neuen Energieeffizienzklasse zu sprechen.

 

Mit 36 Werkzeugen auf sehr kleinem Raum bietet die neue Maschine 701S eine sehr hohe Autonomie.

Neue Massstäbe bei Präzision und Produktivität

Die neue Maschine 701S sprengt die Grenzen der herkömmlichen Bearbeitung. Bei Werkstücken, die für an der Entwicklung der Maschine beteiligte Kunden realisiert wurden, konnten bedeutende Einsparungen bei der Zykluszeit erreicht werden. Je nach Anwendung lässt sie sich im Vergleich zur traditionellen Bearbeitung um das Zwei- bis Fünffache verringern. Was die Präzision anbelangt, arbeitet die Maschine im Submikrometerbereich und erreicht eine Oberflächengüte, die einer geschliffenen Fläche nahekommt. Allfällige weitere Superfinish-Nachbearbeitungen erweisen sich zudem als sehr einfach.

Das Argument allein, dass die Betriebskosten der neuen 701S nicht jenen mit einer traditionellen Maschine vergleichbar sind, genügt nicht, auch die gefertigten Teile müssen unvergleichbar sein und völlig überzeugen. Gerade in dieser Hinsicht spielt der Maschinenhersteller seinen Trumpf aus, denn die Teile werden nicht nur schneller, sondern auch mit höherer Präzision und höherer Oberflächengüte gefertigt. Die Ingenieure haben die Maschine mehrere Monate lang getestet, auch in Zusammenarbeit mit Partnern des Unternehmens. Die erzielten Resultate gehen über die gesetzten Ziele hinaus. Die Kunden seien überzeugt von der Qualität der gefertigten Teile

Erste Auslieferungen sind ab dem ersten Quartal 2014 geplant. Gerade in der Uhrenteilefertigung und im Mikrospritzguss ist bereits reges Interesse erkennbar.

 

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