Welt der Fertigung
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Mauser: Fräsen im Nanometerbereich

Ein Meilenstein für extreme Fälle

Die Welt der Fräsmaschinen steht vor einem tiefgreifenden Wandel. Der Grund ist im Modell ›Präzoplan‹ der Mauser-Werke Oberndorf zu suchen, das mit einem neuartigen Führungskonzept aufwartet, mit dem das Fräsen im Nanometerbereich möglich wird.


Die Geschichte der Technik lehrt, dass umwälzende Erfindungen in der Regel von einzelnen Koryphäen ihrer Zunft ersonnen werden. So auch im Fall des Maschinentyps ›Präzoplan‹ von Mauser. Hier hat Dr. sc. Dipl-Ing. Sascha Jaumann eine konstruktive Sensation ersonnen, die die Welt der Zerspanung massiv beeinflussen wird. Er hat den bisher traditionellen Aufbau der Führungen von Werkzeugmaschinen infrage gestellt, da diese gestapelte Gliederung der Achsen für eine ganze Reihe von Fehlern verantwortlich ist, die das Fräsen hochpräziser Teile im Mikrometerbereich sehr erschweren oder unmöglich machen. Zu diesen Fehlern gehören das ›Rollen‹, das ›Nicken‹ sowie das ›Gieren‹. Diese Fehler schlagen sich am Werkstück in Form von Oberflächen- beziehungsweise Formfehlern nieder.

Stapelung war gestern

Fehler dieser Art sind dem ungünstigen Aufbau der Maschinenführungen geschuldet, die nicht zuletzt die X-Y-Ebene betreffen. Der Grund ist, dass bei herkömmlichen Maschinenkonstruktionen die Achsen gestapelt werden, was zur Folge hat, dass die unten liegende Führung ein wesentlich höheres Gewicht zu tragen hat, als die obere Führung. Das führt zu einer ganzen Reihe von Nachteilen. So kann beispielsweise die unten liegende Achse durch das höhere zu tragende Gewicht nicht so agil sein, wie die obenliegende Achse.

Dies bedeutet, dass die Regelung der Antriebmotoren für die beiden Achsen durch die CNC-Steuerung entsprechend schwierig ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn exakte Konturen bei hohen Vorschüben zu erzeugen sind. Doch selbst der beste Regelungsalgorithmus kann nicht verhindern, dass sich Maß- und Formfehler am Werkstück abbilden, die der Maschinenkonstruktion geschuldet sind. Darüber hinaus führt die Stapelung von Führungen automatisch zu den bereits angesprochen Fehlern ›Rollen‹, ›Nicken‹ und ›Gieren‹.

Es ist daher mit solchen Werkzeugmaschinen sehr schwer, mitunter gar ausgeschlossen, hochgenaue Werkstückoberflächen zu erzeugen, wie sie beispielsweise in der optischen Industrie benötigt werden. Aus diesem Grund hat Dr. Jaumann im Konstruktionsprozess der ›Präzoplan‹ alle Paradigmen des herkömmlichen Werkzeugmaschinenbaus infrage gestellt.

Herausgekommen ist eine völlig neue Art der Schlittenführung, in der Elemente aus dem Messmaschinenbau ebenso zu finden sind, wie aus der Automationstechnik. Das im Vergleich zu gestapelten Achsen sehr kompakte Führungskonzept fußt auf Luftlagern, was eine wesentliche Voraussetzung für die sensationelle Genauigkeit der Präzoplan ist. Mit dieser Maschine sind problemlos Oberflächen mit Ra-Rautiefen im Nanometerbereich möglich. Doch helfen die sehr guten Leistungen der Maschine nichts, wenn sie nicht am Werkstück ankommen. Daher wurde darauf geachtet, bei dieser Maschine ausschließlich bestes Equipment einzusetzen.

So wurde beispielsweise das Spindelmodell ›HSG 120.30-18.AK‹ von Diebold verbaut. Mit dieser keramikgelagerten Spindel, die eine axiale Steifigkeit von 187 N/µm besitzt, sind in Kombination mit der sehr präzisen, rauscharmen aerostatischen Führung Oberflächen möglich, die lediglich eine Rauheit von Ra 1,5 Nanometer (0,0000015 mm) aufweisen! Mit der Leistung der Diebold-Spindel können mittels eines Diamantfräswerkzeugs problemlos spiegelnde Oberflächen hergestellt werden.

Diese Eigenschaft ermöglicht es, derart hergestellte Werkstücke ohne weitere Nacharbeit in einem optischen Instrument einzusetzen, was deren Stückkosten massiv reduziert.Es können somit auch in der allgemeinen Teilefertigung Schleif- und Polieranwendungen durch Fertigfräsen ersetzt werden, wobei neben der Kosteneinsparung dieser aufwändigen Bearbeitung dann auch der Nachteil entfällt, dass durch das Polieren die Formgenauigkeit verschlechtert wird.

Mit Präzision ans Ziel

Neben der Spindel ist natürlich auch die Werkzeugaufnahme daran beteiligt, die Leistung der Präzoplan voll auszuschöpfen. Daher hat Dr. Jaumann auch hier darauf geachtet, dass das Spannmittel zur Leistung der Präzoplan passt. Die Wahl ist wiederum auf ein Produkt von Diebold gefallen: Zum Einsatz kommt das Präzisisionsspannzangenfutter ›CentroGrip‹, das einen Rundlauf von weniger als drei Mikrometer bietet.

Bleibt nur noch festzuhalten, dass die Maschine dank ihres genialen Konstruktionsprinzips nicht wie ein rohes Ei behandelt werden muss, sondern sich dem harten Praxisalltag wie jede andere Fräsmaschine stellt. Mit ihr ist es ebenso möglich, Schrupparbeiten durchzuführen, wie auch mikrometergenau zu schlichten. Und das besondere „Zuckerl“ ist, dass diese Maschine selbst noch nach vielen harten Einsatzjahren nichts von ihrer Genauigkeit einbüßt, da die Luftlagerung keinen Verschleiß kennt.

Mauser wird daher mit der Präzoplan den Fräsmaschinenmarkt wohl gewaltig aufwirbeln. Es heißt nicht umsonst, dass das Bessere der Feind des Guten ist.

 

Mehr Informationen:

Kontakt  Herstellerinfo 
MAUSER-WERKE Oberndorf Maschinenbau GmbH
Werkstrasse 35
78727 Oberndorf a. N.
Tel.: +49 (0) 7423 / 922 - 0
Fax: +49 (0) 7423 / 922 - 250
E-Mail: office@krause-mauser.com
www.krause-mauser.com
 

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