Klein aber fein

Auch bei mechatronischen Komponenten geht heute, wo immer es möglich ist, der Trend zu kleineren, kompakten Teilen. Das spart Rohstoffe und Kosten. Aber auch die Produktion solcher Komponenten selbst birgt Einsparpotential. Eine neue, kompakte 5-Achsen-CNC-Maschine erleichtert nun die Produktion komplexer Kleinteile. Trotz geringer Baugröße bietet die Anlage durch den Einsatz von bürstenlosen Kleinantrieben alle Eigenschaften, die bisher nur größeren Anlagen vorbe­halten waren.

Effizienz ist das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand. Große CNC-Zentren zur Produktion von Kleinteilen einzusetzen ist oft suboptimal. Hier setzt die Wegera Oy aus Oulunsalo in Finnland an. Sie bietet mit ihrer kompakten 5-Achsen-CNC-Anlage Kolibri eine praxistaugliche Alternative für die Produktion auf kleiner Fläche. Für die nötige Präzision bei kleinsten Abmessungen arbeiteten die Entwickler mit dem Kleinantriebsexperten FAULHABER zusammen.

Qualität ohne Abstriche.

Viele große Werkzeugmaschinen sind bei der Produktion von Kleinteilen überdimensioniert. Eine an die Anforderungen angepasste Fertigungsanlage erlaubt dagegen optimale Leistung bei überschaubaren Investitions- und Unterhaltskosten ohne Abstriche bei der Produktqualität. Die finnischen Bearbeitungsspezialisten gingen bei der Entwicklung von Kolibri von den üblichen Hauptanforderungen aus und erweiterten ihre CNC-Anlage durch modular nachrüstbare Optionen. So entstand ein anwendungsspezifisch skalierbares System, das sich sowohl für den Stand-alone-Betrieb eignet als auch für die Integration in eine Fertigungslinie. Die Kolibri-Anlage gibt es in zwei Versionen: die Kolibri 500 und die größere Kolibri 750. Trotz der kompakten Abmessungen mit 500 bzw. 750 x 740 x 910 (B x H x T), das entspricht etwa einem drittel eines normalen Tisches, sind die Kleinbearbeitungszentren universell einsetzbar. Das abgedichtete System erlaubt eine umweltfreundliche Nebelschmierung. Die nötige Steuerungssoftware lässt sich mit Kabel oder kabellos via Ethernet laden. Bei Bedarf ist es möglich, die Anlage sogar mit einer Fernsteuerung über Ethernet auszustatten. Die Fünf-Achsen-Maschine kann mit einer sechsten Achse aufgerüstet werden und ist standardmäßig mit einer drehzahlgeregelten Spindel ausgestattet. Für Anwendungen mit weniger hohen An­­sprüchen stehen auch Versionen mit drei und vier Achsen zur Verfügung. Alle Ma­schinen haben einen Bearbeitungsbereich von X = 265/470 mm, Y = 420 mm und Z = 160 mm. Die A-Achse kann um +/- 120° geneigt werden, die C-Achse um n x 360° rotieren. Ein optionaler, automatischer Werkzeugwechsler mit Stauraum für 22 Werkzeuge erlaubt einen schnellen Werkzeugaustausch ohne manuellen Eingriff. Die bewährten bürstenlosen Kleinstantriebe von FAULHABER werden zum Antreiben der vierten und fünften Achse eingesetzt. Trotz des beschränkten Bauraums an dieser Stelle ist so ein langer effizienter Betrieb gesichert. Die patentierten Schnellwechselmodule für Achse vier und fünf konnten mit jeweils zwei 200 W Kleinstantrieben und zugehörigem MotionController ausgestattet werden. Ein weiterer Kleinstantrieb mit durchmesserkonformem Getriebe ist für den Antrieb des Werkzeugmagazins zuständig. Alle Motorfunktionen der Antriebe werden über Motion Controller angesteuert, das entlastet den eigentlichen CNC-Controller von der rechenintensiven Motoransteuerung.

Kompakte Leistung.

Bürstenlose DC-Servoantriebe zeichnen sich durch hohe Lebensdauer und sehr gute Dynamik aus. Sie sind kurzzeitig mit weit über der Nennleistung liegenden Werten überlastbar, was das Beschleunigungs- wie Bremsvermögen zusätzlich verbessert. Da Kleinantriebe bauartbedingt ihre hohe Volumenleistung nur durch hohe Drehzahlen erreichen können, wird die nötige Drehzahl bei Bedarf über durchmesserkonforme Getriebevorsätze auf Anwendungsniveau gebracht. Das erhöht gleichzeitig sowohl das Drehmoment als auch die Auflösung an der Abtriebswelle, wenn ein Encoder auf der Motorwelle eingesetzt wird. Abgabeleistungen von über 200 W und mehr als 190 mNm bei nur ca. 40 mm Motordurchmesser sind bei einem Drehzahlniveau von rund 16.000 U/min möglich. Die Untersetzungsbandbreite für die robusten, lebensdauergeschmierten Planeten-Vorsatzgetriebe mit Stahlzahnrädern reicht von 4,8 bis 2548 : 1.

Motormanagement.

Die Antriebe werden alle über optimal abgestimmte Motion Controller angesteuert. So kann für jede Antriebsausführung die ideale Umsetzung der Steuerungsbefehle erreicht werden. Die 4-Quadranten-PWM-Controller arbeiten mit über 95 % Wirkungsgrad und entlasten die SPS bzw. Anlagensteuerung vom „Verwaltungsaufwand“ für die Motorregelung. Zusätzlich bieten sie neben Drehzahlregelung, Positionierbetrieb oder vielfältigen Schutzfunktionen auch die Möglichkeit, eigenständig Drehzahlprofile an den Motor weiterzugeben. Daten werden über eine RS232-Schnittstelle eingelesen. Analoge Hallgebersignale, Inkremental- und Absolut-Encoder können je nach Motortyp ebenfalls ausgewertet werden. Für die einfache Programmierung steht ein umfangreicher ASCII-Befehlssatz zur Verfügung. Die Software „FAULHABER Motion Manager“ erleichtert die Programmierung durch übersichtliche graphische Darstellung und bietet einen leichten Einstieg in die Steuerungswelt der Kleinantriebe.

Wirtschaftliche Kleinteilfertigung mit höchsten Ansprüchen
Kompakte CNC-Maschine Kolibri für den Standalone-Betrieb oder die Integration in eine Fertigungslinie