Suchen

Maschinenbauforschung

Magnetische Führungssysteme optimieren die Zerspanung

Seite: 4/5

Firmen zum Thema

Die Vorteile eines magnetgelagerten Planarmotors

Für die Fertigung von präzisen Bauteilen, wie zum Beispiel Spritzgussformen ist mindestens eine dreiachsige Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück notwendig. Daraus resultiert, dass mindestens zwei Achsen übereinander angeordnet sein müssen. Dabei trägt und beschleunigt die unterlagerte Achse stets die auf ihr angeordnete Achse. Durch die unterschiedlichen bewegten Massen und variierende Massenschwerpunkte unterscheidet sich sowohl das Beschleunigungs- als auch das dynamische Verhalten der gekoppelten Achsen. Die erreichbare Maschinendynamik und Steifigkeit am Werkstück wird dadurch herabgesetzt.

Am IFW wurde daher im Projekt „Grundlagen eines Mehrkoordinaten-Positioniersystems für spanende Werkzeugmaschinen“ durch die Kombination eines planaren Antriebs mit einer magnetischen Flächenführung ein neues Maschinenkonzept geschaffen. Die planaren Vorschubkräfte in den Hauptachsen (X- und Z-Achse) des MPS werden durch einen synchronen permanentmagneterregten Planarmotor (SPMPM) erzeugt (Bild 6).

Bild 6: Aufbau des Mehrkoordinaten-Positioniersystems (MPS).
Bild 6: Aufbau des Mehrkoordinaten-Positioniersystems (MPS).
(Bild: IFW)

Dieser bringt die benötigte Kraft direkt entlang zweier Achsen auf. Er zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise und eine einfache Ansteuerbarkeit durch zwei industrieübliche Umrichter aus. Um in einem Folgeprojekt auch eine Drehung um die B-Achse realisieren zu können, ist der SPMPM in vier Module aufgeteilt. Noch wird der B-Freiheitsgrad (FHG) durch eine mechanische Verdrehsperre blockiert. Die drei übrigen Freiheitsgrade (A, C und Y) werden von der aktiv geregelten elektromagnetischen Flächenführung kontrolliert.

Geometrische Fehler der Führungsflächen werden eliminiert

Das so realisierte Mehrkoordinaten-Positioniersystem (MPS) erreicht in zwei Vorschubachsen eine ausgeglichene hohe Dynamik, ohne dass zwei Achsen gestapelt werden müssen. Aufgrund der Möglichkeit der Feinpositionierung der Magnetführungen können geometrische Fehler der Führungsflächen wie bei der Präzisionsachse kompensiert werden. Durch den deutlich größeren Führungsluftspalt von 300 µm können Führungsflächen aus Präzisionsflachstahl DIN 59350 mit Grenzmaßen von 50 µm ohne zusätzliche mechanische Bearbeitung, wie sie bei hydro- oder aerostatischen Führungen notwendig ist, eingesetzt werden - dies spart Kosten bei der Fertigung, Qualitätskontrolle und Montage der Führungsflächen. Nach der Kompensation der geometrischen Fehler liegt die absolute Positioniergenauigkeit der Y-Achse bei 0,5 µm. Weiterhin treten durch die Reibungsfreiheit der Magnetführung im Gegensatz zu klassisch geführten Vorschubachsen bei Kreisfahrten keine Abweichungen an den Quadrantenübergängen auf. Dadurch erreicht das MPS bei in einem Kreisformtest der Vorschubachsen (X, Z) eine mit handelsüblichen WZM vergleichbare maximale radiale Abweichung von 1,2 µm. Mit dem MPS wird somit eine sehr hohe statische und dynamische Genauigkeit erreicht.

(ID:46838737)