Zusammenarbeit der CHIRON Group mit NSK Kugelgewindetriebe in Bearbeitungszentren: Zielgenaue Kühlung steigert Oberflächenqualität von Frästeilen

 

Mit den „Nut cooling“-Kugelgewindetrieben setzt NSK Maßstäbe, was die Präzision von Werkzeugmaschinen mit mechanischen Antriebskomponenten angeht. Das bestätigen nicht nur eigene Testreihen, sondern auch Versuche gemeinsam mit der CHIRON Group, dem renommierten Hersteller von Werkzeugmaschinen. Diese Kugelgewindetriebe leisten einen Beitrag dazu, dass die neuen CNC-Bearbeitungszentren der CHIRON Group Frästeile mit hervorragender Oberflächenqualität herstellen.

Kühlen genau dort, wo Kühlung benötigt wird: Das ist das Grundprinzip der Kugelgewindetriebe mit gekühlter Mutter. Bildnachweis: NSK

Der Werkzeugmaschinenbau nutzt Kugelgewindetriebe, um die Rotationsbewegung eines Elektromotors in eine Linearbewegung umzuwandeln. Dabei werden häufig sehr hohe Anforderungen sowohl an die Positioniergenauigkeit als auch an die Verfahrgeschwindigkeit und die Beschleunigung gestellt.

Bedingt durch Axialkräfte, Beschleunigung und Geschwindigkeit entsteht am Kugelgewindetrieb Reibungswärme, die – aufgrund der Wärmeausdehnung der Werkstoffe – zum Längenwachstum des Kugelgewindetriebs und damit zu sehr geringen, oft aber entscheidenden Ungenauigkeiten beim Positionieren führen kann. Das wiederum hat Beeinträchtigungen der Bearbeitungsqualität zur Folge.

  Hochpräzise CNC-Bearbeitungszentren: CHIRON FZ 16 S five axis (links) und DZ 22 W (rechts).                         Bildnachweis: CHIRON Group

Aus diesem Grund sind viele Werkzeugmaschinen mit einem Längenmaßstab ausgestattet, der die Ist-Position des Werkzeugs erfasst. Für höhere Positioniergenauigkeiten können Kugelgewindetriebe mit Hohlwelle verwendet werden. Durch die Welle wird Kühlflüssigkeit geleitet, um die Wärme aus dem System abzuführen. Dieses Verfahren ist allerdings recht kostspielig, da bei rotierenden Spindeln außer der Hohlbohrung auch eine Drehdurchführung benötigt wird.

Ein neuer Ansatz besteht darin, die Mutter zu kühlen. Die Vorteile: Es entfällt zunächst die teure Hohlbohrung und eine Drehdurchführung. Die Kühlung erfolgt nun direkt am Entstehungsort der Wärme. Dieses Kühlprinzip bringt den entscheidenden neuen Effekt, dass die entstandene Wärme im Kugelgewindetrieb nicht mehr direkt an die Maschine abgegeben wird. Der Kugelgewindetrieb wird also thermisch von der Maschine entkoppelt. Das ist wichtig, weil jegliche Wärme die Formstabilität einer Maschine beeinträchtigen kann. Durch die Kühlung der Mutter wird nun nachgewiesenermaßen die Oberflächenqualität der bearbeiteten Bauteile gesteigert.

Die NSK-Ingenieure haben den Mutternkörper so konstruiert, dass die durch die Kühlung bewirkten Veränderungen des Kugelgewindetriebs keine negativen Einflüsse auf sein Leistungsprofil haben. Dauerversuche im NSK-Technologiezentrum haben dies bestätigt.

Die langjährige Zusammenarbeit mit der CHIRON Group hat diese Ergebnisse nun auch in der Praxis bestätigt. Der Einsatz von NSK-Kugelgewindetrieben mit gekühlter Mutter hat zur Folge, dass die Bearbeitungszentren der CHIRON Baureihen 16 und 22 mit besonders hoher Präzision arbeiten. Das gilt nicht nur für die einfache Positionier-, sondern auch für die Bearbeitungsgenauigkeit und die erzielte Oberflächenqualität.

In zwei Baureihen dieser CHIRON-spezifischen Maschinen-Plattform sind die Kugelgewindetriebe von NSK zusätzlich mit der hochwirksamen X1-Dichtung ausgerüstet, die Verunreinigungen der Mutter vorbeugt und den Schmierstoff länger in der Mutter behält.

Auch zukünftig wird NSK mit der CHIRON Group zusammenarbeiten, um die Technologie der gezielten Kühlung von Kugelgewindetrieben weiterzuverfolgen und zu optimieren. Diese Zusammenarbeit ermöglicht den Entwicklern ein tieferes Verständnis für den Kugelgewindetrieb und erlaubt den Erwerb neuer Erkenntnisse über die durch den Kugelgewindetrieb beeinflusste Maschinenperformance.

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