CNC Hochfrequenzspindelmotor mit SK30 Werkzeugkopf

Das Steinhauer eCAB WorkCenter Bearbeitungszentrum verfügt über einen industriezertifizierten (ISO30/DIN 69871) und wartungsfreien CNC Hochfrequenz Spindelmotor mit 7.5 kW/18.000 min^-1. Die hervorragenden Rundlaufeigenschaften des Motors sorgen zusammen mit dem Industriestandard Werkzeugwechselsystem SK30 (DIN 2080) für einen vibrationsarmen und somit leisen Maschinenbetrieb, selbst bei hohen Fräsgeschwindigkeiten. Durch Einsatz dieser hochpräzisen Maschinenkomponenten entfällt die Notwendigkeit für aufwändige Werkstückniederhalter direkt am und um den Bohrmotor.
Ein per Software steuerbares Minimalmengenschmiersystem garantiert hohe Werkzeugstandzeiten.

Abb.: Hochfrequenz Spindelmotor mit Minimalmengen-Schmiersystem, Seitenansicht ohne Abdeckung.

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Werkzeugmagazin

Zur Grundausstattung des eCAB WorkCenter Bearbeitungszentrums gehört ein 12-fach Werkzeugmagazin nach Industriestandard SK30 (DIN 2080) mit kompletter Werkzeugausstattung (Standard: 3 Durchgangsbohrer: D4, D4.2, D6, Gewindeformer: M4, M5, M6, M8, Pulvermetall-Schaftfräser, optional: andere Werkzeugbestückung). Das Werkzeugmagazin kann bei Bedarf bis 18 Werkzeuge erweitert werden. Alle Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen sind handelsüblich und DIN genormt. Jede Werkzeugaufnahme kann wahlfrei Bohrer, Gewindeformer, Fräser oder Werkzeuge für Spezialaufgaben aufnehmen. Auch ein Mehrfräserbetrieb ist möglich.

Abb.: Werkzeugmagazin mit bestückten Werkzeugen.

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Frässpanabsaugung

Zur Vermeidung langer Wege in der Werkstatt werden Bearbeitungszentren gerne nahe dem Verdrahtungsbereich der Schaltschränke aufgestellt. Verwirbelte Frässpäne können jedoch bis 10 m weit fliegen und würden in einem Schaltschrank möglicherweise verheerende Schäden anrichten. Der Austritt von Frässpänen aus dem Arbeitsbereich der Maschine muss also technisch verhindert werden.

Die Frässpanabsaugung bei hochdrehenden CNC Maschinen ist kein triviales Thema. Bei einer Fräsgeschwindigkeit von 2.000 mm/min fliegt ein Metallspan mit ca. 6 m/s radial weg. Selbst die Vakuumleistung eines 3 kW Industriesaugers reicht nicht aus, diesen Flug zu bremsen geschweige denn, den Span einzusaugen. Der Flug des Spans muss also zuerst mechanisch gebremst werden um ihn danach einsaugen zu können. Eine funktionierende Absaugvorrichtung für Frässpäne muss somit folgenden Kriterien genügen:

• Mechanische Reduzierung der Bewegungsenergie des Spans,
• Vermeidung von Bürsten und Gittern als Spanflugbremse, da sich Spanreste absetzen können, die lackierte Oberflächen verkratzen können,
• Vermeidung jeglicher Werkstückniederhalter aus gleichem Grund,
• Vermeidung von Blockaden durch langspanende Bohrspäne und angesaugte Fräsausschnitte,
• Hochleistungs-Industriestaubsauger mit selbstreinigendem großvolumigem Filter zur Abfuhr der gefangenen Späne,
• Möglichkeit zu Kühlmittelzufuhr während des Betriebs,
• Tauglich für täglichen Dauereinsatz.

Die Lösung bei STEINHAUER ist zweistufig. Der Spanflug wird gebremst durch eine pneumatisch bewegte Gummikalotte, die während des Fräsens auf das Werkstück abgesenkt wird und die wegfliegenden Späne mechanisch bremst. Dieses Spanfangschild gehört zur Standardausstattung des eCAB WorkCenters. Auch ohne optionale Frässpanabsaugung wird somit sicher gestellt, dass keine Späne durch die Werkstatt fliegen. Ohne nachgeschaltete Absaugvorrichtung rieseln die eingefangenen Späne nach unten ab. Gleiches gilt für langspanende Bohrspäne und Ausschnitte.

Gut sichtbar ist das pneumatisch bewegte Spanfangschild, welches mittels einer am Werkstück anliegenden Gummikalotte verhindert, dass Frässpäne den Arbeitsbereich der Maschine verlassen können. Das im Standard enthaltene Spanfangschild kann optional um eine Absaugvorrichtung mit Industriesauger erweitert werden.

Abb.: Die Funktion des pneumatischen Spanfangschilds.

Mit der Frässpan-Absaug-Option werden die Späne über einen leistungsstarken Industriestaubsauger (Fabrikat Kärcher, Bosch oder Ruwac) automatisch abgeführt. Die Absauglösung ist resistent gegen alle im Schaltschrankbau üblichen Materialien. Der Industriesauger kann außerhalb des Sicherheitsbereichs der Maschine aufgestellt und während des Betriebs entleert werden.

Für die Bearbeitung von Metallen und PVC ist das standardmäßig vorhandene Spanfangschild ausreichend. Die Absaugoption erhöht lediglich den Komfort. Bei Verarbeitung von GFK oder Kupfer sollte die Absaugung auf jeden Fall bestellt werden, denn der entstehende ultrafeine Staub mit äußerst geringer Masse verteilt sich sonst über große Bereiche der Werkstatt.

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Frontseitige Werkstückaufnahme

Flache und abgekantete Werkstücke, wie Montageplatten und externe Gehäusebleche (Türen, Seiten- und Dachbleche) bis zur Größe von 1.550 x 2.400 mm, werden auf der Vorderseite der Maschine bearbeitet. Die mechanischen (obere Spannerreihe) und pneumatischen (untere Spannerreihe) Schnellspannmechanismen der Maschine erlauben eine schnelle und sichere Fixierung der Werkstücke.

Abb.: Bearbeitung einer Schaltschranktür

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Vordere Werkstückspannung

Die unteren vorderen Werkstückspanner sind als pneumatische Muskeln ausgeführt. Die 7 pneumatischen Muskeln fixieren das Werkstück durch Umlegen eines Schalters automatisch. Jeder pneumatische Muskel kann, genau wie die mechanischen Spanner, einzeln abgeschaltet werden, um Sperrflächen im Randbereich des Werkstücks zu vermeiden. Der pneumatische Muskel bietet bei gleicher Größe eines herkömmlichen Pneumatikzylinders eine bis zu 10-fach höhere Klemmkraft.

Abb.: Links: Pneumatisches Spannelement, rechts: Mechanischer Schnellspanner

Abb.: Werkstück verspannt über pneumatischen Muskel

Abb.: Sieben pneumatische Muskeln im Maschinengestell

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Positioniertechnik

Zur Positionierung auf allen Achsen dienen hochwertige Linearführungen und Kugelrollspindeln aus dem Hause Bosch-Rexroth^©. Gegenüber anderen Positioniermethoden ist diese Technik unempfindlich gegen Späne und bietet eine sehr hohe Positioniergenauigkeit - eine unabdingbare Voraussetzung für Funktionen wie Zirkularfräsen und Maschinengravur. Durch angetriebene Muttern statt angetriebener Spindeln müssen nur kleine Massen bewegt werden. Dadurch wird auch bei hohen Positioniergeschwindigkeiten das Eigenschwingungsverhalten reduziert, was zu einem sehr leisen Maschinenbetrieb führt.

Abb.: Linearführungen und Kugelrollspindeln der X-Achse mit angetriebener Mutter bei demontierter oberer Haube.

Abb.: Linearführungen und Kugelrollspindeln der Y-Achse mit angetriebener Mutter bei demontierter Haube des Maschinenbaums.

Abb.: Detailfoto des pneumatischen Muskels

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Solide und aktuelle Steuerungs- und Antriebstechnik

Die Maschine verfügt wahlweise über eine hardwarebasierte CNC-Steuerung von Siemens (SINUMERIK 802D sl) oder eine PC-basierte speicherprogrammierbare Steuerung von Beckhoff. Alle Maschinen-, CNC- und Steuerungsfunktionen werden über eine durchgängige Windows Oberfläche (TwinCAT) erreicht. Die aktiven Steuerungskomponenten der Maschine sind über EtherCAT (Echtzeit Ethernet) vernetzt und somit durchgängig fernwartbar bis hin zur letzten Busklemme. Den Zugang zum lokalen Firmennetzwerk bildet ein 10/100 mbps Ethernet Anschluß.

Alle Antriebsachsen werden über wartungsfreie Frequenzumrichter (double Motor Module) von Siemens bzw. Beckhoff betrieben.

Abb.: Beim Blick in den Schaltschrank der Maschine erkennt man die moderne hardwarebasierte CNC-Steuerung von Siemens.

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Pneumatische Kastenspannung und motorischer Tiefenanschlag

Ein schneller und ergonomischer Werkstückwechsel in der Kastenöffnung der Maschine wird erreicht durch die pneumatische Kastenspannungung und den motorischen Tiefenanschlag. Der Kasten wird von vorne oder hinten bestückt und mittels des verfahrbaren Tiefenanschlags auf die Arbeitstiefe gefahren. Ein Endschalter schaltet den motorischen Tiefenanschlag automatisch bei Erreichen der Arbeitsposition ab. Durch Umlegen eines Pneumatikschalters wird der Kasten dann sicher verspannt.

Abb.: Pneumatische Kastenspannung

Abb.: Der motorisch verfahrbare Tiefenanschlag kann Kästen bis 150 Kg bewegen. Eine hochglatte Kastenauflage aus Pertinax verhindert Kratzer auf lackierten Oberflächen.

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Kastenbearbeitung

Zur Bearbeitung nichtzerlegbarer Gehäuse und Schaltkästen (z.B. Eldon, Rittal, HÄWA, AE, CM, EL) oder Klemmkästen dient die Kastenbearbeitungsöffnung des Steinhauer eCAB WorkCenters. Zur Umrüstung der Maschine für die Kastenbearbeitung wird lediglich eine Tür in der Vorderseite der Maschine geöffnet. Das Werkstück (Kasten) kann bequem von vorne oder hinten bestückt und mittels pneumatischer Spanner fixiert werden. Bearbeitet wird jeweils die nach vorne weisende Fläche des Werkstücks. Maximal und allseitig bearbeitet werden können Kästen bis 1.600 x 1.000 mm (H x B).

Bei kleineren Kästen kann eine zu bearbeitende Tür montiert bleiben.

Abb.: Bearbeitung eines Rittal AE Kastens in der Standard Kastenöffnung der Maschine

Abb.: Bearbeitung eines Rittal Pultgehäuses in der Standard Kastenöffnung der Maschine

Abb.: 1.600 mm Kasten in der Maschinenöffnung

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Optische Personenschutzeinrichtung

Ein reaktionsschneller Sicherheitslichtvorhang vorne sowie ein Doppelstrahl-Lichtschrankensystem auf der Rückseite garantieren ein sofortiges Abschalten der Maschine beim Betreten des Arbeitsbereiches während des Maschinenbetriebs. Nach Auslösen der Lichtschranke kann das Maschinenprogramm an der gleichen Stelle wieder einsetzen, ohne das komplette Programm erneut zu durchlaufen.

Abb.: Optische Personenschutzeinrichtung

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Maschinengestell

Eine Schweißkonstruktion aus 10 mm starkem Rohrstahl garantiert höchste Verwindungssteifigkeit des Maschinengestells. Die Auflagepunkte der Achsbasen werden auf einem Präzisionsbohrwerk überfräst, um maximale Genauigkeit bei der Bearbeitung zu sichern.

Abb.: Absolut verwindungssteifes Maschinengestell

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