ASD-H25 / UASD-H25

Ultrapräzise aerostatische Werkzeugspindeln mit automatischer HSK-E25 Werkzeugspannung und radial abgehenden Spindelanschlüssen

Unsere Modelle ASD-H25 und UASD-H25 erfüllen alle Ansprüche, die man an eine hochqualitative Spindel zur Erzeugung von Oberflächen in optischer Qualität und höchsten Genauigkeiten hat. Sie vereinigt die Robustheit und die Funktionalität für die mehrachsige CNC-Bearbeitung mit hohen Drehzahlen für die Mikrobearbeitung und geringsten Error-Motion Werten für die Bearbeitung von optischen Komponenten. Unter anderem verfügen unsere ASD-H25 und UASD-H25 über eine automatische und federlose HSK-E25 Werkzeugschnittstelle, einen hochauflösenden Drehencoder, eine hocheffiziente Dünnfilm-Flüssigkeitskühlung, Spannzustandsüberwachung sowie über einen standardisierten Gehäusedurchmesser.

Als Resultat erhält der Anwender in der CNC-Bearbeitung eine bisher nie dagewesene Präzision, thermische Stabilität und die Möglichkeit zur Bearbeitung optischer Oberflächen in Fräs- und Schleifanwendungen. Der Anwender in der Ultrapräzisionsbearbeitung wiederum erhält zum ersten Mal die Möglichkeit hoher Spanabnahmen und eines auto-matisierten Werkzeugwechsels für eine signifikante Produktivitäts- und Automatisierungssteigerung. Unsere Spindeln ASD-H25 und UASD-H25 sind auch mit axial orientierten Spindelanschlüssen erhältlich (ASD-H25A und UASD-H25A).

ASD-H25_FR

ASD-H25 und UASD-H25 mit Hochdruck-Aerostatik im Vergleich

Das patentierte hochdruck-aerostatische Lagersystem unseres Modells UASD-H25A wurde für einen Betrieb an 20-30 bar Luftversorgungsdruck ausgelegt und gefertigt, welche damit eine im Kundenversuch verifizierte Tragfähigkeit an der Spindelnase von 300 % der Standardlagerung bei 6 bar erlaubt.
Das neue Axiallagerdesign und die patentierte Kapillartechnologie reduzieren dabei den Luftdurchsatz deutlich und erlaubt auch hier einen ökonomischen Einsatz.

Zum Betrieb der Hochdruckvariante UASD-H25A benötigen Sie unter Umständen einen anderen Luftverdichter oder einen zusätzlichen Druckverstärker..

Titel

Radialbelastbarkeit an Spindelnase bei verschiedenen Lagerdrücken, UASD-H25

Abb4
H25kombi_
Werkzeugschnittstelle HSK-E25, automatisch, federlos
Gehäusedurchmesser 100 mm
Motoroptionen 400 V max., Hochleistung, 0,66 Nm S1
208 V max., Hochleistung, 0,66 Nm S1
400 V max., Luftspaltwicklung, 0,33 Nm S1
208 V max., Luftspaltwicklung, 0,33 Nm S1
Lageregelung 1 VSS SinCos, 80 Striche, mit Referenz
Nenndrehzahl 60.000 Upm
80.000 Upm
90.000 Upm
Werkzeugwechselsystem pneumatisch, 4bit Spannzustandsüberwachung, Konusreinigungsluft
4bit Spannzustandsüberwachung,
Konusreinigungsluft
Kühlung Dünnfilm-Flüssigkeitskühlung
Lagersystem aerostatisch (ASD-H25)
hochdruckaerostatisch (UASD-H25)
Genauigkeit, Dynamik Dynamischer Rundlauf am Werkzeug < 0.5 µm *)
Rotationstreue (Error-Motion) < 30 nm
Kühlschmiermittelleitung 2 x Kühlschmiermitteldüsen an Spindelfront
Anschlüsse radial abgehend

 

* – bei Verwendung von Werkzeughalterserie UTS-25

ASD060H25 UASD060H25 *)
Versorgungsdruck [bar] 6 - 10 20 - 30
Drehzahl [rpm] 0 - 60.000 0 - 60.000
Statische Radialbelastbarkeit an Spindelnase [N] 330 900 (275 %)
Statische Axialbelastbarkeit [N] 550 1.400 (255 %)
Statische radiale Nullpunktsteifigkeit an Spindelnase [N/µm] 41 83 (202 %)
Statische axiale Nullpunktsteifigkeit [N/µm] 65 120 (180 %)
Statischer Luftverbrauch [Nl/min] 50 90 (180 %)
Dynamischer Rundlauf am Werkzeug **) [µm] < 0,4 < 0,3
Rotationstreue (Error-Motion) **) [nm] < 23 < 28

 

* – Alle Werte bei 20 bar Lagerzuführungsdruck

** – Bei Verwendung mit Werkzeughalterserie UTS-25

ASD060H25 ASD080H25 ASD090H25 UASD060H25 UASD080H25 UASD090H25
Allgemein Werkzeugschnittstelle [-] HSK-E25, federlos HSK-E25, federlos HSK-E25, federlos HSK-E25, federlos HSK-E25, federlos HSK-E25, federlos
Gehäusedurchmesser [mm] 100 100 100 100 100 100
Länge über Alles [mm] 472 472 472 472 472 472
Gewicht [kg] 16 16 16 16 16 16
Drehzahl [Upm] 0 - 60.000 0 - 0.000 0 - 90.000 0 - 60.000 0 - 0.000 0 - 90.000
Spannzustandsüberwachung [-] 4bit digital 4bit digital 4bit digital 4bit digital 4bit digital 4bit digital
Motoroption "Hochleistung", max. 400 V Typ [-] 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron
Konstantdrehmoment S1 [Nm] 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66
Polzahl [-] 2 2 2 2 2 2
max. Phasenspannung [V] 320 380 400 320 380 400
Nennstrom [A] 10 10 10 10 10 10
Spitzenstrom [A] 20 20 20 20 20 20
Wellenleistung [kVA] 4,1 5,5 6,2 4,1 5,5 6,2
Motoroption "Hochleistung", max. 208 V Typ [-] 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron
Konstantdrehmoment S1 [Nm] 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66
Polzahl [-] 2 2 2 2 2 2
max. Phasenspannung [V] 320 380 400 320 380 400
Nennstrom [A] 10 10 10 10 10 10
Spitzenstrom [A] 20 20 20 20 20 20
Wellenleistung [kVA] 4,1 5,5 6,2 4,1 5,5 6,2
Motoroption "Ultrapräzision", max. 400 V Typ [-] 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron
Konstantdrehmoment S1 [Nm] 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35
Polzahl [-] 2 2 2 2 2 2
Phasenspannung [V] 300 340 360 300 340 360
Nennstrom [A] 5 5 5 5 5 5
Spitzenstrom [A] 11 11 11 11 11 11
Wellenleistung [kVA] 2,2 2,9 3,3 2,2 2,9 3,3
Motoroption "Ultrapräzision", max. 208 V Typ [-] 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron 3 Phasen, Synchron
Konstantdrehmoment S1 [Nm] 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33
Polzahl [-] 2 2 2 2 2 2
Phasenspannung [V] 300 340 360 300 340 360
Nennstrom [A] 5 5 5 5 5 5
Spitzenstrom [A] 11 11 11 11 11 11
Wellenleistung [kVA] 2,2 2,9 3,3 2,2 2,9 3,3
Drehencoder Typ [-] inkrementell inkrementell inkrementell inkrementell inkrementell inkrementell
Perioden [-] 80 80 80 80 80 80
Signal A/B [-] SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS
Nullfahne [-] ja (an./dig.) ja (an./dig.) ja (an./dig.) ja (an./dig.) ja (an./dig.) ja (an./dig.)
Lagersystem Versorgungsdruck [bar] 6 - 10 6 - 10 6 - 10 20 - 30 20 - 30 20 - 30
Luftreinh. ISO8573 [-] 3 oder besser 3 oder besser 3 oder besser 3 oder besser 3 oder besser 3 oder besser
Radiale Nullpunktsteifigkeit an Wellennase, statisch [N/µm] > 40 > 25 > 20 > 70 > 50 > 35
Radiale Tragfähigkeit an Wellennase, statisch [N] > 330 > 300 > 280 > 900 > 800 > 750
Axiale Nullpunktsteifigkeit [N/µm] > 65 > 45 > 35 > 150 > 120 > 80
Axiale Tragfähigkeit [N] > 600 > 550 > 500 > 1300 > 1200 > 1100
Stabilität und Präzision Konusrundlauf [nm] < 100 < 100 < 100 < 100 < 100 < 100
Rotationstreue (Error-Motion) [nm] < 30 < 30 < 30 < 30 < 30 < 30
Dyn. Rundlauf am Werkzeug *) [µm] < 0,5 < 1 < 1,2 < 0,5 < 1 < 1,2
Durchwärmzeit [Min] < 3 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3
Axiales Wellenwachstum [µm] < 3 < 5 < 6 < 3 < 5 < 6

* – bei Verwendung von Werkzeughalterserie UTS-25

  • Flanschoptionen auf Kundenwunsch

Auf das Spindelgehäuse thermisch geschrumpfte Spindelflansche erlauben eine zuverlässige sowie konstruktiv sehr einfache Methode, die Spindel in axial anflanschende und radial führende Spindelstöcke zu integrieren. Sprechen Sie uns auf Ihre individuellen Spindelanbindungen an.

FlanschDesign
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  • ASD-H25/A und ASD-Cx – Auf einen Blick
ASD-H25_Cx_AtAGlance
  • Betrieb außerhalb von Kritischen bis Nenndrehzahl

Die radialen und axialen Steifigkeiten unserer Werkzeugspindeln werden durch die Spindelkonstruktion und das patentierte aerostatische Lagersystem von keiner anderen Werkzeugspindel erreicht. Durch Fliehkfraftdehnung und thermische Dehnungen steigen diese mit Drehzahl und erlauben eine auf dem Markt einzigartige Resonanzfreiheit. Während alle sonstigen Hochfrequenz-Werkzeugspindeln kritische Drehzahlen aufweisen, bei denen die Drehfrequenz eine der starrkritischen Eigenfrequenzen des Welle-Lager-Systems kreuzen, bleiben alle unserer Werkzeugspindel durch die hohen Lagersteifigkeiten unterkritisch.

Bei nebenstehender Messung unserer ASD080H25 wurde der Schwingweg am Werkzeug mit Drehfrequenz mittels eines hochauflösenden und schnellabtastenden kapazitiven Wegsensors durchgeführt. Für jede Drehzahl erhält man somit ein FFT-Spektrum, welches die Fundamentale (drehfrequente) als auch die Eigenschwingungen der Spindel bei betreffender Drehzahl erhält. Reiht man nun alle FFT-Spektren nach Drehzahl aneinander, erhält man ein 3D-FFT-Wasserfalldiagramm, welches zur Vereinfachung von oben betrachtret wird. Weiße Bereiche representieren FFT-Spitzen, welche die Fundamentale als auch die Resonanzen bei jeweiliger Drehfrequenz repräsentieren. Man sieht, daß sich die durch Restunwucht anregende drefrequente Frequenz bei jeder Drehzahl/-frequenz stets unter den beiden starrkritischen (konische, zylindrische)  und der Wellenbiegekritischen befindet. Damit bleibt die Spindel für jede Drehzahl unterkritisch.

Für den Anwender bedeutet dies nicht nur äußerst geringe Schwingschnellen, sondern ebenfalls einen einzigartig geringen Dynamischen Rundlauf über den gesamten Drehzahlbereich der Spindel, ohne Einschränkungen.

ASD-H25_Cx_ResonanceMap
  • Dynamischer Rundlauf und Schwingschnellen mit Drehzahl

Die kompromißlos optimierte Wellendynamik, gepaart mit der hohen Steifigkeit des patentierten Lagersystems ergibt sich ein resonanzfreier Betrieb unserer ASD-H25 und ASD-H25A über den gesamten Drehzahlbereich.

Durch die hochspezialisierte Fertigungstechnologien der Levicron GmbH können zudem statische Rundläufe des Spindelkonus von kleiner 50 nm garantiert werden.

Der Anwender erhält eine Hochgeschwindigkeitsspindel, die trotz ihrer hohen Drehzahlen ein dynamisch neutrales Verhalten über den gesamten Drehzahlbereich und dynamische Rundläufe von unter 0.8 µm bietet.

ASD-H25_DRunOut
  • Rotationstreue (Error-Motion)

Definition: Der Zahlenwert der Error-Motion umfaßt alle Synchron- und Asynchronfehlerabweichungen der Wellerotation von der theoretischen Rotationsachse, ohne den fundementalen Synchronfehler (Fundamentaler Synchronfehler = Dynamischer Rundlauf).

Levicron entwickelte eigens Prüfstände und mathematische Verfahren für die Messung und Auswertung der Spindel-Rotationstreue (Error-Motion). Hierbei wir durch ein spezielles Auswerteverfahren der Spindelfehler vom Fehler des angemessenen Objektes (z. B.) Kugel getrennt. Mit hochauflösenden und schnell abtastenden kapazitiven Sensoren und einer eigenen Auswertesoftware wird die Rotationstreue aller unserer ultrapräzien Motorspindeln verifiziert. Unsere ASD-H25, und ASD-H25A werden mit einem Error-Motion-Wert von kleiner 30 nm spezifiziert.

ASD-H25_Cx_ErrorMotion
  • Werkzeugein- und -umspanngenauigkeiten

Die hochspezialisierten Fertigungstechnologien der Levicron GmbH erlauben einen garantierten statischen Konusrundlauf von unter 50 nm. Mit den gleichen Fertigungsmethoden stellt die Levicron GmbH auch ihre ultrapräzisen HSK-Werkzeughalter UTS-x her, mit garantierten statischen Rundläufen am Werkzeug von unter 0.8 µm und einer Auswuchtgüte von G0.3 mm/s bei 60.000 rpm.

Im nebenstehenden Kundenversuch (oben) wurde der statischer Runlauf an einem Referenzdorn mit HSK-E25 Schnittstelle und 185 mm von der Spindelnase gemessen. Der gemessene Wert von unter 0.5 µm bestätigt die Kombination aus Konusrundlauf und Werkzeughalterqualität.

Intern werden die Einspanngenauigkeiten standardmäßig für jede Spindel im 4 x 90° Umschlagwuchten bei Nenndrehzahl durchgeführt (unten). Hierzu wird eine unserer UTS-x Werkzeugaufnahmen gegenüber der Welle vier Mal um 90° gegenüber der Welle verdreht, gespannt und die resultierende Restunwucht der gesamten Spindelwelle ermittelt. Von einen der Ecken des sich ergebenden Vierecks zu dessen Mittelpunkt ergibt nach Umlage der Unwucht auf die Exzentrizität der Aufnahmenmasse gegenüber der Drehachse die radiale Wiederholaufspanngenauigkeit. Diese wird für unsere ASD-H25 und ASD-H25A mit besser 0.2 µm spezifiziert.

ASD-H25_ToolClampAccuracy
  • Axiales Wellenwachstum und Durchwärmzeit

Wie in nebenstehendem Versuchsschrieb ersichtlich, erlaubt die hocheffiziente Dünnfilmflüssigkeitskühlung eine Durchwärmzeit von kaltem Zustand und Stillstand auf Nenndrehzahl – 80.000 Upm in diesem Fall – von unter 3 Minuten. Dies erlaubt einen stabilen und mit der Zeit absolut unveränderlichen Betrieb der Spindel bei gleichbleibender Drehzahl ab dieser Zeitdauer, was um eine vielfaches kürzer ist, verglichen mit allen anderen Werkzeugspindeln, sei es wälz- oder gasgelagert.

Die einzigartige Spindelkonstruktion kompensiert thermische axiale Wellendehnungen mit der Fliehkraftdehnung und weist zum Beispiel für unsere ASD080H25 (80.000 Upm) ein axiales Spindelwachstum von unter 5 µm auf, für den Betrieb von kaltem Zustand und Stillstand bis durchgewärmt und 80.000 Upm. Für unsere ASD060H25 beträgt dies weniger als 3 µm. Die axiale Wellendehnung im gelben Bereich ist fliehkraftbedingt. Hier weitet sich die Welle aufgrund der Fliehkraftlast auf, wird kürzer und zieht sich in das Spindelgehäuse. Durch die hierzu optimierte Spindelkonstruktion wird dies folgend kompensiert durch das nachfolgende thermische Wachstum im roten Bereich des Diagrammes.

ASD-H25_Cx_AxialGrowth