Linear- und Gewindetechnik für CNC-Fräsmaschine zur Prototypenherstellung

Steckbrief

• Was wurde benötigt: drylin-Miniaturführungen und dryspin-Gewindemuttern
• Anforderungen: hohe Präzision, minimales Umkehr­spiel, hohe mechanische Belastung, hohe Geschwindigkeiten; Führungen und Muttern müssen zudem möglichst wartungsfrei sein und gleichzeitig kosteneffizient
• Branche: Maschinenbau
• Erfolg für den Kunden: der Kunde konnte kompaktes "Kraftpaket" schaffen; die hohen Anforderungen der Maschinenserie (hohe Performance bei gleichzeitiger Einfachheit und Kosteneffizienz der Lösung) konnten allesamt mit Komponenten von igus erfüllt werden

Problem

Diese kleinen und kompakten CAD/CAM-Fräsmaschinen vom Ingenieurbüro G. Kohlbecker sind sehr einfach in der Handhabung und erfordern keine speziellen Kenntnisse der CAD- oder CAM-Technik. Zweck der Anlagen ist es, schnell, präzise, einfach, aber mit professioneller Qualität, elektrische und mechanische Prototypen oder Geräte fertigen zu können. Die Anlagen wurden mitunter für Forschungs- und Entwicklungslabors, Schulen oder Anwender mit dem "schlanken Etat" entwickelt. Typische Anwendungen sind die Herstellung von PCB's im umweltfreundlichen Isolierfräsverfahren, Gravieren, Frontplattenfräsen, Modellbau u.v.m.
Die technischen Anforderungen bestanden vor allen Dingen in Bezug auf die Präzision (im 1/100 mm-Bereich), ein minimales Umkehr­spiel (<3/100 mm), die mechanische Belastung (<65 Newton) und die Geschwindigkeit (<150 mm/Sek). Zudem mussten die Komponenten möglichst wartungsfrei sein. Eine bisherige Lösung war zwar ausreichend präzise ohne Last, aber nicht mehr unter steigender Last, und musste auch von Zeit zu Zeit gewartet und gereinigt werden. Auch war der Preis der bisherigen Anwendungen zu teuer. Die Maschinen sollten daher neu konstruiert und insbesondere wartungsfrei, Leistungs- und Fertigungsoptimiert und gleichzeitig preiswerter umgesetzt werden.

Lösung

Nach einer ziemlich langen Serie von Versuchen (ca. 2 Jahre) hat sich mit einem drylin-System von igus eine optimale, sehr flexible Lösung ergeben, die den technischen Anforderungen präzise angepasst werden konnte. Insgesamt werden ca. 15 drylin-Miniatur­führungen als Lineareinheiten und dryspin-Gewindemuttern mit Vorspannung für den präzisen Vorschub der X- Y- und Z-Achsen verwendet. Die Wagenführungen der Ach­sen konnten dabei annähernd spielfrei, trotzdem leichtgängig, geräuscharm und wartungsfrei realisiert werden. Dabei haben die dryspin-Gewindemuttern die hohen Anforderungen an das geforderte Umkehrspiel erfüllt. Die Genauigkeit des Systems überzeugt ohne und mit Last, wobei diese unter Last um den Faktor 20 verbessert wurde. Grund für die extreme Verbesserung der Auflösung und Genauigkeit ist der Wechsel vom Zahnriementrieb auf einen Spindelantrieb mit erheblich höherer Übersetzung. Beim Antriebssystem wurden starre Motorkupplungen auf die spielfreien Antriebsmotoren gesetzt und die relativ kurzen Gewindestangen wurden nur durch die auf den Linearachsen festsitzenden Gewindemuttern geführt, ohne zusätzliche Konstruktion für eine Lagerung. Die geforderte Geschwindigkeit wurde dabei erreicht und übertroffen. Die Konstruktion ist auch sehr "fertigungsfreundlich", da sie um ca. 45% preiswerter in der Herstellung der Maschinen geworden ist.