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Linear Motion Control - 2021-05-21

Hochpräzisions-Werkzeugmaschinen

Quadrantenübergänge („Überschwinger“) sind ein bekanntes Problem, wenn Werkzeugmaschinen kreisbahnförmige Bearbeitungsvorgänge ausführen. 

Eine Innovation von NSK ermöglicht es nun, die Auswirkungen von Überschwingern zu verringern. Als Weltneuheit stabilisiert eine neue, von NSK entwickelte Technologie die Reibung, wenn der Kugelgewindetrieb die Bewegungsrichtung umkehrt. Dadurch wird die Neigung zu Quadrantenübergängen erheblich verringert.


Bei Werkzeugmaschinen wie CNC-Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen und Erodier-maschinen sind kreisbahnförmige Bearbeitungsvorgänge an der Tagesordnung. Dabei ist die präzise Koordination von zwei sich gleichzeitig bewegenden Maschinenachsen erforderlich. Wenn sich die Drehrichtung des Kugelgewindetriebs umkehrt, entsteht unregelmäßige Reibung, was zur Abweichung von der vorgesehenen Bahn führt. Diese „Überschwinger“ sind Bewegungsfehler, die auf der Werkstückoberfläche Unebenheiten im Mikrometerbereich hinterlassen. Sie sind später als Schlieren oder Materialvorsprünge sichtbar und messbar.

Im Formen- und Werkzeugbau sowie bei der Bearbeitung von Präzisionsbauteilen steigen die Anforderungen an die Oberflächengüten kontinuierlich. Das erfordert eine sehr stetige Vorschubleistung von Maschine und Werkzeug. Um dieses Problem bei Kreisbahnen in den Griff zu kommen, kompensiert man die angenommene Reibungsschwankung, die bei der Richtungsumkehr des Kugelgewindetriebs entsteht, über die Software des Servoreglers. Die Intensität der Reibungsschwankungen lässt jedoch nicht genau vorhersagen, deshalb kann man die Schwankungen nicht vollständig kompensieren.

NSK hat sich dieser Herausforderung gestellt und das Problem an der Quelle angepackt: beim Kugelgewindetrieb. Intensive Versuchsreihen, bei denen vor allem die Reibung hochgenau erfasst wurde, haben dazu geführt, dass die bei Kugelgewindetrieben unvermeidlich auftretenden Reibungsschwankungen während der Umkehrung der Bewegungsrichtung deutlich reduziert werden konnten. Kreisformtests beweisen die Wirksamkeit der neuen Technologie.

Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen, die diese neuen NSK-Kugelgewinde­triebe einsetzen, können bei der Bearbeitung von Formen, Werkzeugen, Gesenken und hochpräzisen Bauteilen eine höhere Oberflächengüte erzielen. Außerdem hat diese Technologie das Potenzial, den Aufwand für Folgeprozesse der Oberflächenbehandlung, z.B. für das Polieren, zu reduzieren. Das trägt auch zur Energieeinsparung bei. Jede Präzisions-Werkzeugmaschine, die mit hoher Positioniergenauigkeit verfährt, kann von dieser Neuentwicklung profitieren, denn auch im Austauschfall kann ein Kugelgewindetrieb mit neuer Technologie eingesetzt werden.


Bild 1): Mit den Fortschritten bei der Entwicklung von Kugelgewindetrieben (hier rot markiert) verbessert NSK das Leistungspotenzial von Hochpräzisions-Werkzeugmaschinen. 

Bild 2): NSK bietet eine innovative Lösung zur Minimierung von Überschwingern, die bei kreisförmigen Bearbeitungsvorgängen von Werkzeugmaschinen entstehen. 

Bild 3): Das Abfahren eines Kreisbogens erfordert die präzise Koordination von zwei Bewegungsachsen.

Bild 4): Die neuen Kugelgewindetriebe schaffen die Voraussetzung für eine Verbesserung der Oberflächenqualität z.B. von Werkzeugen, Formen und CNC-bearbeiteten Präzisionsbauteilen.

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