Drehen Adaptives Gegenspindelmodul steigert Rekonfigurierbarkeit

Autor / Redakteur: Uwe Heisel und andere / Bernhard Kuttkat

Die Lösung zur Ausrichtung des Gegenspindelmoduls ist ein weiterer Baustein zur Rekonfigurierung von Werkzeugmaschinen. Bei der Entwicklung des neuen Moduls wurde auf eine kostengünstige und einfache Konstruktion geachtet. Ergebnis ist eine gegenüber dem jetzigen Montage- und Ausrichtungsvorgang wesentlich einfachere und kürzere Inbetriebnahme, die es auch ermöglicht, Maschinen nach der Auslieferung rekonfigurieren zu können.

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Das Gegenspindelmodul (Prototyp) mit integrierter Verstelleinheit zur Feinausrichtung und Positionierung der Spindelwelle ermöglicht eine Spindelnachrüstung oder einen Spindelwechsel beim Anwender mit deutlich reduzierter Austauschzeit. Bild: IfW/Index
Das Gegenspindelmodul (Prototyp) mit integrierter Verstelleinheit zur Feinausrichtung und Positionierung der Spindelwelle ermöglicht eine Spindelnachrüstung oder einen Spindelwechsel beim Anwender mit deutlich reduzierter Austauschzeit. Bild: IfW/Index
( Archiv: Vogel Business Media )

Eine bessere Rekonfigurierbarkeit von Werkzeugmaschinen im gesamten Produktlebenszyklus ist das Forschungsthema des von der DFG geförderten Transfer-Projekts (TFB 59). Innerhalb des Forschungsprojekts wurden dazu neue Lösungen für rekonfigurierbare Maschinen- und Steuerungskomponenten in Zusammenarbeit mit Index, dem Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) und dem Institut für Steuerungstechnik (ISW) der Universität Stuttgart erarbeitet. Als konkreten Anwendungsfall hat das IfW ein Gegenspindelmodul entwickelt, das eine Spindelnachrüstung oder einen Spindelwechsel beim Anwender bei deutlich reduzierter Austauschzeit möglich macht.

Die stetige Zunahme an Produktvarianten bei kürzeren Produktlebenszyklen sowie der effiziente Umgang mit den vorhandenen Kapazitäten und Produktionseinheiten sind die treibenden Kräfte für mehr Flexibilisierung und Automatisierung. Rekonfigurierung von Werkzeugmaschinen und adaptive Produktionssysteme mit schneller Anpassung an neue Produktionsaufgaben erfordern deshalb neue Wege im Aufbau und in der Auslegung von Werkzeugmaschinen.

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Moderne Bearbeitungssysteme führender Maschinenhersteller sind häufig modular aufgebaut, das heißt, die einzelnen Module sind unternehmensweit standardisiert, sodass sich je nach Kundenwunsch mittels eines Baukastensystems unterschiedliche Maschinenkonfigurationen bilden lassen. Diese Konfigurierungsmöglichkeiten beschränken sich allerdings auf den Zeitpunkt der Bestellung oder der Montage einer Werkzeugmaschine. So muss beispielsweise das fakultativ zu erwerbende Gegenspindelmodul zur Hauptspindel im erwärmten Bearbeitungszustand exakt kollinear ausgerichtet sein (Bild 1).

Dies erfordert außer einem nicht unerheblichen Verkabelungsaufwand bei der Montage der Drehmaschine ein aufwändiges mechanisches Procedere mit Mess- und Einrichte-, Anpass- und Einstellprozessen sowie Schab- und Abbohrvorgängen. Dieser die Genauigkeit bestimmende Produktionsschritt ist nur von wenigen erfahrenen Mitarbeitern im Werk und bei freiem Zugang zu den Maschinenmodulen möglich und erfordert einen hohen Zeit- und Kostenaufwand. Eine einmal gewählte Konfiguration ist also nur mit erheblichem Aufwand zu ändern und rechnet sich daher in den seltensten Fällen.

Ausrichtung in vier Freiheitsgraden ist möglich

Es wurde deshalb eine konstruktive Lösung für ein Spindelmodul gesucht, die es ermöglicht, die Achse der Gegenspindel im eingebauten Zustand durch geeignete Maßnahmen gegenüber der Hauptspindel exakt kollinear auszurichten. Die Ausrichtung soll in vier Freiheitsgraden möglich sein, in der X- und Y-Richtung mit einer Genauigkeit von 1 µm sowie in den dazugehörigen Neigungsrichtungen φy(z) und φx(z) mit einer Genauigkeit von 2 µm/m. Das neu zu entwickelnde Modul beziehungsweise die neu zu entwickelnden Teilkomponenten sollen eine hohe Steifigkeit in axialer und radialer Richtung besitzen sowie kostengünstig im Aufbau, in der Fertigung und der Inbetriebnahme sein. Mit diesen Anforderungen wurden diverse Konzepte entwickelt, die im Folgenden näher beschrieben sind.

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