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Eliminieren und kompensieren: Wie Doosan mit Wärmedehnung umgeht

2017-11-10

Die Auswirkungen von Wärme auf Werkzeugmaschinen
Wärmedehnung ist der Feind der Präzisionsbearbeitung, weil Wärme von heiß nach kalt übergeht. So wandert beispielsweise bei einem vertikalen Bearbeitungszentrums in C-Form Wärme in die Gussteile und bewirkt eine Ausdehnung der Y- und Z-Achse. Wenn sich die Y-Achse ausdehnt, bewegt sich der Ständer der Maschine nach vorne und unten.

Das Metall dehnt sich bei zunehmender Systemerwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung wieder zusammen. Dieser ständige Wechsel zwischen Erwärmung und Abkühlung würde über den ganzen Arbeitstag weiterlaufen, da die Maschine in Rüstzeiten oder Arbeitspausen nicht läuft. Bei den heutzutage geforderten engsten Toleranzen reichen diese Dehn- und Kontraktionsbewegungen aus, bei Präzisionsbearbeitungen die Wiederholgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Aus diesem Grund ist die Kompensation der Wärmedehnungsauswirkungen eine der wesentlichen Funktionen, wenn es um die Gewährleistung der Gesamtgenauigkeit der Werkstücke geht.
 
Wärmeeliminierung an der Quelle
Vor der Durchführung einer thermischen Kompensation ist unser Bestreben, das Strahlungswärmepotenzial aus möglichst vielen Quellen in der Maschine zu entfernen oder abzuschwächen. Betrachten wir zum Beispiel die Horizontalbearbeitungszentren Doosan NHP 4000 und NHP 5000, die auf minimalen thermischen Versatz ausgelegt sind.

Mit Standardfunktionen wie dem Aufbringen von Kühlmanschetten auf Kugelumlaufspindeln und einem System zur Durchleitung von gekühltem Öl durch Kugelumlaufspindelwellen sind die X-, Y- und Z-Achsen der NHP-Serie so konzipiert, dass sie Wärmebildung reduzieren. Ein Spindelkühlsystem hält die für eine optimale Genauigkeit erforderliche gleichmäßige Spindeltemperatur aufrecht; hierzu zirkuliert Kühlschmierstoff um Lager und Motorwicklungen. Darüber hinaus passt sich bei laufender Spindel ein Konstant-Vorspannsystem aktiv auf die Spindellager an.

Heiße Späne werden schnell abgeführt; hierzu kommt ein Kühlschmierstoffdesign zum Einsatz, bei dem große Mengen Kühlschmierstoff in einer Kombination aus Spül- und Spindeldurchlaufkühlung verwendet werden. Eine optionaler Kühlschmierstoffkühler stellt sicher, dass der Kühlschmierstoff nicht das Problem, sondern Teil der Lösung ist.

Wenn so viele Wärmequellen wie möglich eliminiert wurden, besteht der nächste Schritt darin, die verbleibende Wärme zu kompensieren.
 
Passive Wärmekompensation
Ein passives System basiert auf der Messung der Wärmedehnung an verschiedenen mit einer bestimmten Geschwindigkeit laufenden Maschinen; die Messergebnisse werden geplottet und es wird eine Routine erstellt, die alle Maschinen ergebnisbasiert anpasst. Dies kann funktionieren, aber die statischen Einstellungen erlauben es nicht, die Bedingungen, die durch Variablen wie die Umgebungstemperatur der Werkhalle und inkonsistente Wärmespitzen aus Quellen wie Kühlschmierstoff und Spänen verursacht werden, zu einem beliebigen Zeitpunkt zu ändern.

Die Extrapolation aus einer Stichprobe bedeutet naturgemäß, dass einzelne Maschinen außerhalb des Medians liegen und sehr unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten aufweisen können. Ein passives System kann mehr Schaden als Nutzen anrichten, da es den Eindruck erweckt, dass Wärmedehnung kompensiert wird, obwohl dies möglicherweise gar nicht der Fall ist.
 
Aktive Wärmekompensation
Anstatt eine passive Methode zur Restwärmebehandlung zu verwenden, nutzt die Doosan NHP-Serie ein aktives, sensorbasiertes System. Die Wärmedehnung wird mit mehreren, in der gesamten Maschine platzierten Sensoren gemessen. Ein Sensor misst die Umgebungstemperatur (Normaltemperatur) des Gussgehäuses. Ein weiterer ist direkt in der Spindel montiert. Optionale Sensoren können in überall im Maschinenständer angebracht sein, insbesondere am Spindelmontagepunkt. Die Steuerung sammelt Datenpunkte von allen Sensoren der jeweiligen Maschine und verwendet diese Informationen, um die Position jeder Achse kontinuierlich zu messen und automatisch zu kompensieren. Der Bediener kann Kompensationsbeträge und Zeitparameter einstellen, die dann von der NHP übernommen werden.
 
Besiegen Sie die Hitze!
Mit diesem aktiven Eliminierungs- und Kompensationssystem kann die Baureihe NHP Wärmedehnungsauswirkungen um 70% oder mehr reduzieren! Eine vollständige Eliminierung von Wärmedehnungsauswirkungen ist zwar nicht möglich, aber dieses System ist sicher besser, als ständig Toleranzen zu messen oder darauf zu hoffen, dass ein passiver Ansatz spürbare Ergebnisse zeigt. Wir sind der Meinung, dass der beste Weg darin besteht, die von Ihren Kunden benötigten Präzisionsbauteile kühl zu halten.

Wenn Sie mehr über die Reduzierung des thermischen Versatzes oder über die Baureihe NHP Serie erfahren möchten, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen Doosan-Vertriebspartner.
 

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