EMO 2017

Präzise Bewegungen in der Werkzeugmaschine

| Autor / Redakteur: Andreas Kropp / Monika Zwettler

Im Zentrum der Messepräsentation wird die Weltpremiere neue Baureihe von Kugelgewindetrieben stehen, die im Hinblick auf die Abmessungen, d.h. die Flanschform und die Befestigungsbohrungen, den Anforderungen von DIN 69051 entspricht.
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Im Zentrum der Messepräsentation wird die Weltpremiere neue Baureihe von Kugelgewindetrieben stehen, die im Hinblick auf die Abmessungen, d.h. die Flanschform und die Befestigungsbohrungen, den Anforderungen von DIN 69051 entspricht. (Bild: NSK)

Mit einer Baureihe von DIN-konformen Kugelgewindetrieben präsentiert NSK auf der EMO eine Weltneuheit, die eigens für den Werkzeugmaschinenbau entwickelt wurde. Auch Kugelgewindetriebe für Hochlastanwendungen und Systeme mit gekühlter Mutter werden vorgestellt. Eine weitere Innovation auf dem Messestand sind Schrägkugellager mit neuen Käfigen, die in den Hauptspindelantrieben zum Einsatz kommen.

Präzise Linearbewegungen nach vorgegebenen Beschleunigungsprofilen und mit definierter Kraft: Das sind, ganz kurz gefasst, die Anforderung, die Werkzeugmaschinenbauer und -anwender z.B. an die Antriebe von Werkzeugtischen oder Werkzeugwechslern stellen. Erfüllt werden diese Anforderungen von Kugelgewindetrieben, die sich in den vergangenen Jahren zunehmend gegen die früher gebräuchlichen Trapezgewindespindeln durchgesetzt haben. Gründe dafür sind die höhere Präzision, die sie ermöglichen, und auch die immer höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten moderner Werkzeugmaschinen – Stichwort High Speed Cutting (HSC).

Werkzeugmaschinenbau als Zielbranche

Für NSK ist der Werkzeugmaschinenbau eine zentrale Zielbranche – sowohl in Japan als auch in Europa. Seit 1960 fertigt das Unternehmen Kugelgewindetriebe für Werkzeugmaschinen. Das Programm umfasst diverse Baureihen mit Wellendurchmessern von 4 bis 200 mm und zahlreiche Sondertypen für spezielle Anforderungen wie extreme Geräuscharmut, kurze Hübe und höchste Positioniergenauigkeit. Das Unternehmen kann den Herstellern von Werkzeugmaschinen ein komplettes Spektrum an Antriebskomponenten wie Wälzlager, Kugelgewindetriebe und Linearführungen bieten – einschließlich umfassender Unterstützung der Maschinenhersteller und –anwender. Auf der diesjährigen EMO Hannover zeigt NSK Neuheiten, die dezidiert für Maschinen und Anlagen der spanenden Metallbearbeitung entwickelt wurden.

Premiere für neue Kugelgewindetriebe

Im Zentrum der Messepräsentation wird die Weltpremiere einer neuen Baureihe von Kugelgewindetrieben stehen, die im Hinblick auf die Abmessungen, d.h. die Flanschform und die Befestigungsbohrungen, den Anforderungen von DIN 69051 entspricht. Im Hinblick auf die Leistungsdaten haben die Entwickler bewusst für die spezifischen Anforderungen der Werkzeugmaschine konstruiert – also hohe Steifigkeit und folglich geringe Einfederung sowie und höchste Tragzahlen auf begrenztem Bauraum.

Die neue Baureihe wird in Wellendurchmessern von 32 bis 63 mm und Steigungen von 10 bis 30 mm gefertigt. Mit einem Drehzahlkennwert DN von 160.000 eignet sie sich ohne Einschränkungen für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen, bei denen auch ein sehr präzises Positionieren erforderlich ist. Zugleich setzt die Laufruhe der neuen Baureihe Maßstäbe. Das schafft beste Voraussetzungen für minimale Vibrationen im Linearsystem. Typische Anwendungen der neuen Kugelgewindetriebe sind etwa die linearen Hauptachsen von Werkzeugmaschinen sowie andere Linearbewegungen mit hohem Anspruch an die Tragzahl.

Für den Einsatz in Umformanlagen

Mit der kürzlich vorgestellten S-HTF-Serie zielt NSK auf ein anderes Einsatzprofil, nämlich auf Anwendungen, bei denen hohe Lasten aufgenommen werden. Das gilt z.B. für Umformanlagen, zu denen etwa auch Pulverpressen für gesinterte Metallbauteile gehören.

Im Vergleich zur Vorgängerserie zeichnet sich die S-HTF-Serie durch eine verdoppelte Lebensdauer und um den Faktor 1,3 erhöhte Tragzahl aus. Diese Verbesserungen werden u.a. durch den Einsatz eines besonderen Stahlwerkstoffs mit der Bezeichnung „Tough Steel“ (TF) erreicht, der im Wälzlagerprogramm von NSK seit Jahren bekannt und mit seinen Eigenschaften felderprobt ist. Die aus TF hergestellten Wellen weisen eine optimale Kombination von Härte und Zähigkeit auf. Die Baureihe ist bereits bei europäischen (Werkzeug-) Maschinenbauern im Einsatz, aber auch bei den Herstellern von Kunststoff-Spritzgießmaschinen.

Linearantriebe mit gekühlter Mutter

Gerade bei schnell laufenden Linearantrieben von Werkzeugmaschinen ist Wärmeentwicklung unvermeidlich. Deshalb kommen hier häufig Baureihen zum Einsatz, bei denen die Welle als Hohlwelle ausgeführt ist. Das Kühlmedium läuft durch die Welle, führt die Wärme ab und mindert damit nicht nur den Verschleiß, sondern erhöht auch die Positioniergenauigkeit, weil temperaturbedingte Dimensionsänderungen minimiert werden. Nochmals geringer sind diese unerwünschten Effekte, wenn der Maschinenbauer Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter nutzt. Sie gehören zum Programm von NSK und ermöglichen eine besonders hohe Präzision beim Verfahren.

Ergänzendes zum Thema
 
Kugelgewindetriebe unter Beobachtung

Schrägkugellager für hohe Anforderungen

Eine besonders sensible Antriebskomponenten sind die Lagerungen der Hauptspindelantriebe. Hier erreichen die Lager – insbesondere bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) – sehr hohe Geschwindigkeiten und es wirken z.B. beim Fräsen hohe Radial- und auch Axialkräfte auf sie ein. Zugleich sind die Anforderungen an die Laufgenauigkeit extrem hoch. Und trotz der hohen Geschwindigkeiten muss die Wärmeentwicklung minimal bleiben, damit es nicht zu temperaturbedingten Maßänderungen und in der Folge zu eingeschränkter Laufgenauigkeit kommt.

Mit den Robust-Serien bietet NSK ein ganzes Programm an Schrägkugellagern, die eigens für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurden und von zahlreichen Werkzeugmaschinenbauern und Spindelherstellern eingesetzt werden. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen u.a. mit Stahl- und Keramikkugeln, Laufringen aus verschiedenen Spezialstählen und mehreren Käfigausführungen.

Käfige für hohe Geschwindigkeiten

Auf der EMO wird NSK eine Neuentwicklung innerhalb der Robust-Serien vorstellen: den Sursave-Käfig, der insbesondere für die Hauptspindelantriebe von HSC-Werkzeugmaschinen entwickelt wurde. Neben der Eignung für sehr hohe Geschwindigkeit gehört das sehr niedrige Reibmoment zu den charakteristischen Merkmalen der neuen Käfige. Es bewirkt eine nur geringe Wärmeentwicklung, was zur Laufgenauigkeit der Wälzlager beiträgt.

In Zahlen ausgedrückt: Für die neuen Lager wurden Drehzahlkennwerte von über 3 Millionen n x dm ermittelt. Das ist ein Plus von 20 % im Vergleich zu einem konventionellen Schrägkugellager. Außerdem erreicht ein Robust Sursave-Lager in diesem Vergleich ein um 20% niedrigeres Reibmoment sowie eine glatte Halbierung des NRRO-Wertes. Die Abkürzung steht für „non-repeatable runout“. Mit diesem Wert wird die Laufgenauigkeit des Lagers beschrieben.

Die Summe dieser Eigenschaften – hohe Drehzahlen, geringes Reibmoment und sehr hohe Laufgenauigkeit – führt dazu, dass Spindelantriebe mit Robust Sursave-Schrägkugellagern eine sehr hohe Oberflächenqualität der bearbeiteten Bauteile gewährleisten, und das bei hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit. Je nach Einsatz und Anforderungen schaffen die Lager auch die Voraussetzung dafür, dass auf nachfolgende Bearbeitungsschritte wie z.B. Schleifen verzichtet werden kann. (mz)

NSK auf der EMO 2017: Halle 7, Stand D 12

* Andreas Kropp, Application Engineering Manager Precision, NSK Deutschland

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