ASD-Cx / UASD-Cx

Ultrapräzise aerostatische Werkzeugspindeln mit automatischem Spannzangensystem

Funktion

Unsere Spindellösungen ASD-Cx (x = Werkzeugschaftdurchmesser) vereinen ultrapräzise Spindelqualitäten zur Erzeugung optischer Oberflächen mit der Robustheit und Funktionalität aktueller Werkzeugspindeln für die CNC-Bearbeitung:

  • Ausgestattet mit einem selbst entwickelten, automatischen Präzisionsspannzangensystem erlaubt dieses höchste Drehzahlen,
  • gepaart mit einer höchstpräzisen Werkzeugspannung mit garantierten statischen Rundläufen am Werkzeug von kleiner 0.5 µm TIR.

Auch hier findet der eigene entwickelte hochauflösende Drehencoder, mit einer effizienten Dünnfilm-Flüssigkeitskühlung sowie einem Stahlgehäuse mit standardisiertem Durchmesser, seinen Einsatz. Er garantiert Flexibilität und höchste thermische Stabilität, gepaart mit hohen Abtragsraten durch hohe Spindelsteifigkeiten und -belastbarkeiten.

Als Resultat erhält der Anwender in sowohl ultrapräzisen Bearbeitungen als auch CNC-Anwendungen eine bisher nie dagewesene Präzision, thermische Stabilität und Möglichkeit zur Bearbeitung optischer Oberflächen in Fräs- und Schleifanwendungen, auch mit hohem Zerspanvolumen für die Vorbearbeitung.

Cx_

Ganz gemäß unseres Mottos: “Ultra-Precision meets Industrial Grade

Wie unsere ASD-H25 mit federloser HSK-E25 Werkzeugspannung ist auch unsere ASD-Cx mit Direktschaftspannung als hochdruckaerostatische Variante UASD-Cx verfügbar. Mit 20-30 bar Lagerdruck erreicht diese eine Tragkraftsteigerung in axialer als auch radialer Richtung auf 300% und bietet, neben den damit unveränderten Dynamik- und Genauigkeitswerten, eine deutliche Robustheitssteigerung.

ASD-H25/A und ASD-Cx – Auf einen Blick

ASD-H25_Cx_AtAGlance
Design ohne Titel

Gehäusedurchmesser:

Drehzahl:

Werkzeugschnittstelle:

Spanndurchmesser:

Motor:

Konstant-Motordrehmoment, Hochleistungsoption (CNC):

Konstant-Motordrehmoment, Eisenlosoption (UP):

Drehencoder:

Länge:

Gewicht:

100 mm (Flanschioptionen auf Anfrage)

60.000, 80.000 oder 100.000 Upm (andere Drehzahlen auf Anfrage)

Präzisionsspannzange, pneumatisch betätigt

1/4″, 1/8″, 6 mm, 4 mm, 3 mm

Permanentmagnet-Synchron, 2-Pol, 3 Phasen

0.66 Nm

0.35 Nm

80 Perioden, 1VSS, mit Nullfahne

395 mm

16 kg

* – feldgeschwächter Betrieb

  • Flanschoptionen auf Kundenwunsch

Die auf das Spindelgehäuse thermisch geschrumpfte Spindelflansche erlaubt eine zuverlässige sowie konstruktiv einfache Methode, die Spindel in axial anflanschende und radial führende Spindelstöcke zu integrieren.

Sprechen Sie uns auf Ihre individuellen Spindelanbindungen an.

FlanschDesign
  • Wechselspannzange

Unsere im Haus entwickelten und gefertigten Spannzangen bieten einzigartige statische Rundläufe von garantierten 0.5 µm am Werkzeug. Als Standard ist unsere ASD-Cx auf eine Spannzange abgestimmt und optimiert.

Auf Kundenwunsch kann die verbaute Spannzange gegen eine mit einem anderem Spanndurchmesser selbst auswechselt werden. Hierzu stehen folgende Spanndurchmesser zur Verfügung:

  • 6 mm
  • 4 mm
  • 3 mm
  • 1/4″
  • 1/8″
ASD-Cx_Collet
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 die Fliehkfraftdehnung und thermische Dehnungen steigen diese mit der Drehzahl und erlauben eine auf dem Markt eine 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 an dem 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. Werden alle FFT-Spektren nach der Drehzahl aneinander gereiht, erhält man ein 3D-FFT-Wasserfalldiagramm, welches zur Vereinfachung von oben betrachtet wird. Darüber hinaus repräsentieren die weiße Bereiche die FFT-Spitzen, welche die Fundamentale als auch die Resonanzen bei jeweiliger Drehfrequenz darstellen. Da sich die anregende und drehfrequente Frequenz bei jeder Drehzahl/-frequenz stets unter den beiden starrkritischen (konische, zylindrische) und der Wellenbiegekritischen befindet (ausgelöst durch die Restunwucht), bleibt die Spindel für jede Drehzahl unterkritisch.

Für den Anwender bedeutet dies nicht nur äußerst geringe Schwingschnellen, sondern gleichzeitig 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 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 Wellenrotation von der theoretischen Rotationsachse, ohne den fundamentalen Synchronfehler (Fundamentaler Synchronfehler = Dynamischer Rundlauf).

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

ASD-H25_Cx_ErrorMotion
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. Verglichen mit anderen Werkzeugspindeln (sei es wälz- oder gasgelagert) ist dies um ein vielfaches kürzer.

Die einzigartige Spindelkonstruktion kompensiert thermische axiale Wellendehnungen mit der Fliehkraftdehnung. Sie weist zum Beispiel für unsere ASD080H25 (80.000 Upm) ein axiales Spindelwachstum von unter 5 µm auf (für den Betrieb von kaltem Zustand und dem 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 folglich durch das nachfolgende thermische Wachstum im roten Bereich des Diagrammes kompensiert.

ASD-H25_Cx_AxialGrowth