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Die FZ37 ermöglicht eine mehrachsige 5-Seiten-Bearbeitung, durch die auch sehr komplexe Formen aus einem Werkstoff gefräst werden können. Bild: F. Zimmermann
Lineartechnik

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Präzises Fräsen

Text: Guido Brenner, Wittenstein Alpha
F. Zimmermann stellt an die lineare Bewegungsführung in ihren Fräsmaschinen hohe Ansprüche. Ein Unternehmen der mechatronischen Antriebstechnik kann dem gerecht werden.

In den neuesten Portalfräsmaschinen der Generation FZ37 von F. Zimmermann erfüllt das High Performance Linear System HPLS von Wittenstein Alpha alle Anforderungen an eine ruhige und dennoch dynamische Bewegungsführung. Auch höhere Beschleunigungen und Geschwindigkeiten in allen Achsen, eine modulare und montagefreundliche Integration bei jeder Achslänge sowie eine maximale Systemsteifigkeit für die hochpräzise High-Speed-Cutting-Feinbearbeitung bietet das System. Das HPLS ist ein Ritzel-Zahnstangensystem, das aus einem spielarmen Planetengetriebe der Baureihe RP+ mit angeschweißtem, schrägverzahntem Ritzel sowie einer in Hochpräzisionsprozessen gefertigten Zahnstange besteht. Die Komponenten sind aufeinander abgestimmt – wodurch sie hinsichtlich der Dreh- und Haltemomente für den Vorschub und die Beschleunigung, der Laufruhe, der Leistungsdichte sowie der Spielfreiheit und Systemsteifigkeit gute Leistungswerte für die hochdynamische und präzise Bewegungsführung von Linearachsen bieten. Hartmut Kälberer, Geschäftsführer von F. Zimmermann sagt: „Die Systeme lassen sich flexibel entsprechend der Achslängen auslegen. Darüber hinaus können das Getriebe wie auch die Zahnstange durch konstruktive Merkmale, Langlöcher am Getriebeflansch und Zahnstangen mit hochpräziser und ergonomischer Exzenter-Montagetechnik, mit deutlich weniger Aufwand als bei herkömmlichen Antriebslösungen dieser Art montiert werden.“

Ansprüche an Fräslösungen

Mit diesen Eigenschaften erfüllt das HPLS wesentliche Voraussetzungen für Fräslösungen. Deren Entwicklung ist von besonderer Dynamik geprägt, denn die Anforderungen steigen stetig. Entwicklungszyklen werden kürzer, Prototypen müssen kurzfristig realisierbar sein. „Geschwindigkeit, höchste Maßhaltigkeit und Oberflächengüte sind bei Fräslösungen gefragt, aber auch Vielseitigkeit und Flexibilität“, erklärt Hartmut Kälberer. „Auf den Portalfräsmaschinen der neuesten Generation werden heute sowohl Leichtmetalle, Kunst- und Verbundwerkstoffe also auch Stahl und Guss bearbeitet.

Deshalb haben solche Maschinen, die man für die Bearbeitung großvolumiger Bauteile unter anderem im Automobil-, Flugzeug- und Werkzeugbau oder in der Eisenbahn- und Energietechnik einsetzt, üblicherweise einen großen Arbeitsraum. Gleichzeitig müssen sie dabei über eine hohe Dynamik und eine maximale Systemsteifigkeit verfügen.“

Verbesserungen mit HPLS

Durch den Einsatz des Linearsystems an den X-, Y- und Z-Achsen der FZ37 werden laut Hersteller Verbesserungen gegenüber den Vorgängerbaureihen erreicht. So gewährleistet das RP+-Planetengetriebe als rotative Komponente durch seine hohe Verdreh- und Kippsteifigkeit sowie die steife Maschinenanbindung einen geringen Schleppfehler. Zusammen mit der Präzision der Zahnstange ergibt sich hieraus eine struktursteife Antriebskonzeption und damit eine hohe Systemsteifigkeit der Fräsmaschine über die komplette Achslänge. Der verbesserte KV-Faktor der Maschine führt in allen Achsen zu hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bei der High-Speed-Cutting-Feinbearbeitung. Darüber hinaus ergibt sich aus der hohen Bahntreue im Bewegungssystem der Maschine eine hohe Präzision: Mit einer volumetrischen Genauigkeit bis 55 µm erfüllt die FZ37 hinsichtlich Oberflächengüte und Präzision hohe Maßstäbe. Das RP+-Getriebe für die Z-Achse ist zudem so dimensioniert, dass es alle auftretenden Kräfte aufnehmen kann. „Dadurch konnten wir die Maschine jetzt ohne hydraulischen Gewichtsausglich auslegen“, erläutert Hartmut Kälberer: Darüber hinaus bietet die Antriebsauslegung mit dem modularen Ritzel-Zahnstangensystem HPLS den Vorteil, die Maschinen- beziehungsweise Achslänge unbegrenzt auslegen und auch große Hübe umsetzen zu können.

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