Winzling mit großem Potenzial
zeugvon Bernhard Wellinger Fein-, Klein- und Mikrobearbeitungen sowie HSC-Bearbeitungen nehmen immer mehr zu. Darauf reagieren die Werkzeughersteller mit der Entwicklung neuer Werkzeuge und neuer Beschichtungen. Die damit möglichen hohen Schnittgeschwindigkeiten können in der Regel aber gar nicht ausgenutzt werden, weil die Spindeln in den Werkzeugmaschinen nicht die notwendigen hohen Drehzahlen erreichen. Dem trägt Lehmann Präzision GmbH mit der Entwicklung der neuen Hochfrequenzspindel HFS 30 für Drehzahlen bis 80.000 min-1 Rechnung. Sie findet als Zusatzaggregat für Fräs-, Bohr-, Schleif- oder Gravieroperationen in Werkzeugmaschinen Anwendung. Dank der geringen Baugröße und den vielseitigen Einbaumöglichkeiten kann sie sowohl in Bearbeitungszentren als auch in Fräs-, Dreh- oder sondermaschinen eingesetzt werden.
Drei Faktoren sind maßgebend dafür, dass mit der Hochfrequenzspindel beste Oberflächenqualitäten und höchste Werkzeugstandzeiten erreicht werden. Erstens: Die Spindel ist mit Hyb-ridlagern ausgerüstet, diese sind mit einer Lebensdauer-Fettschmierung versehen. Zweitens: Der vibrationsfreie Lauf, der durch Feinstwuchten der Spindelwelle erreicht wird. Und last-but-not-least: Der gute Rundlauf des Werkzeugs. Um diesen zu gewährleisten, wird die Spannzangenaufnahme (standardmäßig ER 8 oder ER 11) im fertig montierten Zustand bei laufender Spindel ausgeschliffen. Damit ist ein absoluter Rundlauf gewährleistet. Bei Verwendung der empfohlenen Ultrapräzisions-Spannzangen lassen sich so Genauigkeiten am Werkzeug von einem bis zwei Mikrometer erreichen. Das Außengehäuse der Spindel besteht aus rostfreiem, gehärtetem Stahl. Der Antrieb erfolgt durch einen integrierten bürstenlosen und damit verschleißfreien DC-Motor, der über das Motorsteuergerät LS 30 angesteuert wird. Die Drehzahl ist von 6.500 bis 80.000 min-1 stufenlos regelbar. Gekühlt wird die Spindel mit 1 bar Druckluft. Bereits nach kurzer Zeit stellt sich die Betriebstemperatur ein, die dann sehr konstant bleibt. Die Kühlluft tritt als Sperrluft zwischen der Spindelwelle und dem vorderen Deckel aus und verhindert so zuverlässig das Eindringen von Schmutz oder Kühlmittel in das Innere der Spindel. Als Werkzeugaufnahme stehen in der Grundausführung Spannzangen ER 8 oder ER 11 zur Verfügung. Diese bieten einen Spannbereich von 0,5 bis 7 mm. Für höchste Anforderungen an den Rundlauf kann die Spindel optional auch mit einer Schrumpfaufnahme ausgerüstet werden.Alle Bauteile der Hochfrequenzspindel sind kompromisslos für Dauerbetrieb unter Produktionsbedingungen ausgelegt. Das Motorsteuergerät LS 30 ist speziell zum Antrieb von bürstenlosen DC-Motoren entwickelt worden, wie sie in der HFS 30 Verwendung finden. Durch die angewandte Pulsamplituden-Modulation (PAM) wird ein schonender Betrieb und damit eine lange Betriebslebensdauer der Motoren erreicht. Ein voll digitalisierter Regler mit Lastkompensation bietet hohe Drehzahlkonstanz und vermeidet durch niedrige Leerlaufströme unnötige Erwärmung der angeschlossenen Motoren. Steuerung und Überwachung von Motor und Umrichter erfolgen über einen 32-Bit-Mikroprozessor. Mit diesem ist hohe Zuverlässigkeit und Flexibilität gewährleistet. Die Drehzahl wird über einen Drehregler am Mototsteuergerät verstellt und die Anzeige des gewählten Wertes erfolgt digital. Sicherheitsfunktionen schützen die Hochfrequenzspindel vor Beschädigungen. So wird einerseits der Druck der Kühl- und Sperrluft überwacht, andererseits wird die Spindel abgeschaltet, wenn die Drehzahl unter einen bestimmten Wert absinkt. Die komplette Motorregelung und Bedienung kann als Schaltschrankmontage in die Werkzeugmaschine eingebaut oder in einem mobilen 19“-Tischgehäuse (3 HE, 250 mm tief) untergebracht werden. Das Tischgehäuse und die Anschlussanordnung sind so konzipiert, dass die Geräte problemlos von einer Maschine zur anderen gewechselt werden können. Die HFS 30 lässt sich zusammen mit dem Motorsteuergerät als steckerfertiges Standalone-Gerät betreiben. Im Motorsteuergerät stehen aber auch Ein- und Ausgänge zur Verfügung, über die die Hochfrequenzspindel von der Werkzeugmaschine aus programmiert werden kann. Die HFS 30 ist standardmäßig mit einem zylindrischen Schaft versehen, der im einfachsten Fall in einem Werkzeughalter mit Spannzange aufgenommen werden kann. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass die Spindel ohne Umbau auch auf anderen Maschinen, z.B. auf Drehmaschinen, eingesetzt werden kann. Die Spindel kann aber auch direkt mit einer passenden Werkzeugaufnahme (HSK-, SK- oder Sonderaufnahme) ausgerüstet werden. Durch die Reduktion der Baulänge erhöhen sich natürlich die Genauigkeit der Achsflucht und die Stabilität des Aufbaus. In beiden Fällen muss die Spindel bei Bedarf manuell in die Maschine eingewechselt werden. Dank den einfachen Schnittstellen ist dies aber in kürzester Zeit möglich. Als weitere Variante kann die Spindel auf einer Führung montiert sein, die seitlich am Spindelkopf angebaut wird. Bei Bedarf fährt sie in Arbeitsposition. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Spindel fest in der Maschine installiert bleiben kann. Die Entwicklung geht aber weiter: in Kürze wird eine neue Version der HFS 30 verfügbar sein, die sich für den automatischen Werkzeugwechsel in Bearbeitungszentren eignet. Praktische Anwendungen ergeben sich beispielsweise beim Bearbeiten von Freiformflächen mit HSC-Technologie, beim Bohren von kleinsten Bohrungen ab 0,1 mm und beim Hartfräsen.
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