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antriebstechnik 11/2016

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WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Präzision erzeugt Präzision Kugelgewindetriebe und Wälzlager für Werkzeugmaschinen Andreas Kropp Moderne Werkzeugmaschinen erzeugen Produkte, die extrem hohe Anforderungen an Präzision, Funktionalität und Oberflächenqualität erfüllen. Eine Voraussetzung dafür ist der Einsatz von Antriebskomponenten, die noch präziser gefertigt und eigens für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurden. Aktuelle Neuheiten und Entwicklungstrends bei Kugelgewindetrieben und Wälzlagern verdeutlichen diesen Kausalzusammenhang. Andreas Kropp ist Application Engineering Manager Precision bei der NSK Deutschland GmbH in Ratingen Hohe Präzision bei immer höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten: Das ist nur einer von vielen Trends, die derzeit bei Werkzeugmaschinen zu erkennen sind. Weitere Themen, die in der Branche diskutiert werden, sind der zunehmende Einsatz von angetriebenen Werkzeugen und die Mehrachsbearbeitung, die hohe Positioniergenauigkeit und Laufruhe auch von den Kugelgewindetrieben und Linearführungen verlangt. Für NSK gehört der Werkzeugmaschinenbau zu den anspruchsvollen Zielbranchen, in der ein dezidiertes Programm an Antriebskomponenten angeboten wird. Das gilt für Kugelgewindetriebe ebenso wie für Wälzlager und Linearführungen. Einige neuere Entwicklungen, bei denen die Anforderungen der Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen im Fokus standen, werden hier kurz vorgestellt. Hohes Tempo, leiser Lauf 2003 stellte NSK die erste Generation der BSS-Serie vor: eine Kugelgewindetriebebaureihe, die eigens für den Werkzeugmaschinenbau entwickelt wurde. Für die neueste BSS-Generation wurden wesentliche Fertigungsschritte nochmals optimiert, sodass u. a. die Kugellaufbahnen mit noch höherer Genauigkeit geschliffen werden können. Das sorgt für einen nochmals ruhigeren Lauf und es werden weniger Schwingungen in die Umgebungskonstruktion eingebracht. Das bringt vor allem dann (hörbare) Vorteile, wenn der Linearantrieb benachbarte Abdeckungen und Umhausungen der Maschine anregen kann. Konstruktive Verbesserungen gibt es aktuell auch bei den Kugelgewindetriebe-Serien HMD und HMS, die für Anwendungen in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt wurden. Hier erlaubt ein optimiertes Kugelrückführsystem eine höhere Verfahrgeschwindigkeit und zugleich verringerte Antriebsgeräusche. Dies wird hauptsächlich durch neu konstruierte Formteile in der Kugelrückführung erreicht. Sie bewirken ein tangentiales Abgreifen der Wälzkörper. Das reduziert die Irritationen, die beim Kugelübergang aus dem Tragbereich in den Rückführungskanal entstehen. Zudem wirkt der Kunststoff, aus dem die Rückführung gefertigt wird, auch geräuschdämmend. Ergebnis dieser optimierten Konstruktion ist ein High-Speed-Kugelgewindetrieb mit deutlich verringerten Geräuschemissionen und zugleich um bis zu 40 % erhöhter Rotationsgeschwindigkeit. In Werkzeugmaschinen-Anwendungen wird der Kennwert „dn“ (Spindeldurchmesser x Drehzahl) dadurch auf 160 000 bis 180 000 gesteigert. Deutlich geringere Geräuschemissionen Die NSK-Entwickler haben sich intensiv mit der Geräuschreduzierung von Kugelgewindetrieben beschäftigt und durch die erwähnten konstruktiven Maßnahmen (präzisere Schleifbearbeitung der Kugellaufbahnen, verbesserte Kugelumlenkung in der Rückführung) eine Senkung der Geräuschemissionen um bis zu 6 dB(A) erreicht. Dabei zeigten Testreihen im Vorfeld, dass eine einzelne Maßnahme nicht zu diesem 84 antriebstechnik 11/2016

WÄLZ- UND GLEITLAGER 01 Die Kugelgewindetriebe-Serien HMD und HMS wurden für Anwendungen in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt 02 Zum NSK-Programm gehören Hochpräzisionslager speziell für die Lagerung von Kugelgewindetrieben 03 Die Zylinderrollenlager der Aptsurf-Serie tragen zur hohen Laufruhe von Werkzeugspindeln bei Ziel führt. In Hochgeschwindigkeits-Anwendungen erzeugt die Kugelrückführung den größten Teil des Geräuschpegels, und zwar im hochfrequenten Bereich. Wenn man hier (wie NSK es getan hat) Verbesserungen erreicht, tritt das laufbahnbedingte Geräusch im tieferen Frequenzbereich in den Vordergrund. Deshalb war es wichtig, auch die Fertigungsgenauigkeit der Kugellaufbahnen zu verbessern und somit beide Geräuschquellen zu adressieren. „Überschwinger“ vermeiden Darüber hinaus hat NSK ein Optimierungsprojekt aufgegriffen, das überwiegend die Hochleistungs-Anwendungen von Kugelgewindetrieben betrifft. Hier spielt die Wärmeentwicklung eine große Rolle. Der nicht zu vermeidende Wärmeeintrag muss möglichst gering sein, um Deformationen an der Maschinen und damit Ungenauigkeiten beim Verfahren und Positionieren zu vermeiden. Zudem wird eine extrem hohe Fertigungsgenauigkeit aller Komponenten gefordert. In Versuchsreihen hat NSK nachgewiesen, dass es eine klare Kausalität zwischen der Oberflächenqualität von Dreh- und Frästeilen und der Fertigungsqualität von Kugelgewindetrieben als Positionierantrieben der X- und Y-Achse von Werkzeugmaschinen gibt. Typische Unregelmäßigkeiten im Mikron-Bereich an der Oberfläche von Frästeilen ließen sich auf sogenannte „Überschwinger“ (englisch: „quadrant glitches“) zurückführen. Bei der Verwendung der Hochleistungs-Kugelgewindetriebe z. B. der Serie HMD traten diese Unregelmäßigkeiten in erheblich verringertem Maße auf. Linearantrieb plus Wälzlager Als einer der weltgrößten Hersteller von Wälzlagern hat NSK selbstverständlich Hochpräzisionslager speziell für die Lagerung von Kugelgewindetrieben entwickelt – z. B. die doppelreihigen Schrägkugellager der Baureihe BSBD, die sich u. a. durch extra große Kugeln auszeichnen und damit hohe Axiallasten aufnehmen können. Dieses Komplettangebot nutzen u. a. führende Hersteller von Werkzeugmaschinen, und es wurde kürzlich nochmals aufgewertet durch den Einsatz von Schrägkugellager des NSKHPS-Standards. Dieser „High Performance Standard“ ermöglicht höhere Tragzahlen sowohl im Vergleich zu den Vorgängerserien als auch zu Wettbewerbslagern. Außerdem hat NSK neue Baugrößen der BSBD-Serie ins Programm aufgenommen. Nicht nur die Kugelgewindetriebe, auch die Wälzlager in den Spindeln haben maßgeblichen Anteil daran, dass moderne Werkzeugmaschinen Dreh- und Frästeile mit sehr hoher Oberflächenqualität fertigen. Dies setzt voraus, dass der Antrieb der Werkzeugspindel vibrationsfrei arbeitet, und daran wiederum hat die Lagerung der Spindel maßgeblichen Anteil. Speziell für diese Anwendung hat NSK eine neue Baureihe von Zylinderrollenlagern entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen Lagern dieser Bauart zeichnet sich die Aptsurf-Serie durch einen um 55 % verbesserten geometrischen Mittenrauwert („root mean square“; RMS) aus. Das führt zu einer entsprechenden Verringerung von Umlaufvibrationen. Die Lager laufen also ruhiger und bringen weniger Vibration in den Bearbeitungsprozess ein – mit dem Ergebnis, dass die Oberflächenqualität der bearbeiteten Teile besser ist. Darüber hinaus profitieren Hersteller und Anwender der Werkzeugmaschinen von einer um 15 % erhöhten dynamischen Tragzahl der Aptsurf-Serie, was zu einer um 60 % verlängerten Lebensdauer der Zylinderrollenlager führt (im Vergleich zu konventionellen Zylinderrollenlagern). Erreicht werden diese Verbesserungen durch eine optimierte Lagergeometrie und – ähnlich wie bei den Kugelgewindetrieben – durch innovative Produktionsverfahren, die zu einer höheren Fertigungsgenauigkeit der Lagerkomponenten führen. Damit schließt sich letztlich ein Kreis in der kompletten Wertschöpfungskette des Werkzeugmaschinenbaus: Kugelgewindetriebe und Wälzlager, die nach neuesten Fertigungsprozessen hochgenau bearbeitet werden, leisten einen Beitrag zur spanenden Bearbeitung von Bauteilen, die ebenso hohe Anforderungen an Präzision und Qualität erfüllen. www.nskeurope.de NEU! Die dritte MDrive Generation! Hannover Messe ·25. –29.04.16 · Halle 14 · Stand L35 NEU! 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