Hier ein kleiner Einblick in unsere Vorbereitung der Teile zur Fertigung.

PS: Wer über Google hergefunden hat und das Projekt Werkzeug-Kettenmagazin noch nicht kennt, der findet hier noch einmal eine kleine Einführung.

Teil 1: Flansch

Wir fangen mit einem einfachen Teil an, dem Trägerflansch für die Werkzeugklammer.

Insgesamt nichts weltbewegendes.

Teil 2: Kettenglied

Jetzt wird es spannender. Was zunächst recht simpel aussah, entpuppte sich doch als Werkzeugschlacht und benötigte etwas Planung in Sachen Aufspannung sowie Bearbeitungsreihenfolge.

Hier wäre eine 5-Achs Maschine hilfreich, geht aber auch so… Insgesamt muss das Teil von 5 Seiten bearbeitet werden, was damit bisher auch unser komplexestest Teil ist.

Wir werden die Teile nach Aufspannungen sequentiell abarbeiten um Fehler zu vermeiden. Da alle Bearbeitungsschritte in der Maschine erfolgen und es keine großartigen weiteren Bearbeitungsschritte gibt, ist das hier verzeihlich.

Bearbeitung 1, Oberseite

Schritt 1

Planfräsen mit 40mm Messerkopf

Schritt 2

Tasche fräsen mit 12mm VHM Fräser

Schritt 3

Anbohren mit NC Anbohrer

Schritt 4+5

Bohrern für M6 und 9,9mm

Schritt 6

Reiben 10mm H7

Schritt 7

2D Kontur, Außenkontur fräsen mit 12mm Schaftfräser

Schritt 8

Fasenfräser 0,2mm Fase

Bearbeitung 2, Vorderseite

Schritt 1

12mm Schaftfräser

Schritt 2

Anbohren mit NC Anbohrer

Schritt 3+4

Bohren 4,9 und 4,2mm (für M5)

Schritt 6

Fase fräsen

Schritt 7

Reiben auf 5mm H7

Schritt 8

Gewinde schneiden M5x1mm

Bearbeitung 3, Unterseite

Schritt 1

Planfräsen

Schritt 2

Tasche Fräsen

Schritt 3

Tasche Fräsen

Schritt 3

Fase fräsen

Bearbeitung 4, Links

Schritt 1

Tasche fräsen

Bearbeitung 5, Unten

Schritt 1

Fase fräsen

Anschluss

Die Spannung stimmt, das Drehfeld steht auf Rechts und die Erdung ist durchgemessen. Zeit, das erste Mal den Hauptschalter umzulegen.

Nachdem die Maschine mit Strom und Druckluft versorgt wurde, wollten wir sie auch gleich testen. Die Druckluftanlage war noch nicht fertig, somit kam unser kleiner Minikompressor zu Testzwecken an die Maschine und es konnte los gehen.

Festgefahrene Situation – Entstörung Werkzeugwechsler

Dummerweise war der Kompressor ausgeschaltet und der Restdruck im kleinen Tank sank durch die Kegelreinigung direkt unter den Schwellenwert… Fehlermeldung, Abbruch des Werkzeugwechsels und Sperrung jeglicher Bewegung.

Normalerweise kein Problem, dafür haben Maschinen eine Wiederherstellungsfunktion.

Versuch 1: Neustart. Hilft oft, aber in diesem Fall lässt sich der Fehler nicht quittieren. Was aus Sicherheits-Gesichtspunkten ja auch Sinn macht… man will sich ja nicht unnötigerweise das Werkzeugmagazin amputieren.

Versuch 2: Handbuch aufschlagen, Zusatzheft „Steuerung“. Hier wird M77 beschrieben, eine Rettungsfunktion für den Werkzeugwechsel. Kein Erfolg, denn ich komme nicht dazu den MDI Aufzurufen.

Versuch 3: Google. Scheinbar kann man im I/O Menü durch Eingabe des Codes 78900000 das Service-Menü öffnen. Bei meiner Steuerung hat das jedoch keine Wirkung gezeigt.

Versuch 4: Nochmal Handbuch, diesmal im Hauptteil. Hier findet sich ein Hinweis auf einen Service-Schalter im Schaltschrank, S1. Steht dieser auf „1“ zeigen sich im Soft-Key Menü am rechten Bildschirmrand zwei Buttons, um das Werkzeugmagazin manuell zu verfahren.

Die Lösung, dachte ich zumindest. Es bewegt sich nichts und die Fehlermeldung E24 konnte ich auch nicht Quittieren. Nach einiger Zeit rätseln und rumprobieren war die Lösung dann doch einfach – und logisch! Im Service-Modus lassen sich die Achsen in positive Richtung verfahren, jedoch nur extrem langsam, bei geschlossener Türe und wenn man den Freigabetaster hält. Nachdem die Spindelnase aus dem Gefahrenbereich war ließ sich das Magazin wie erwartet mit dem Soft-Keys auf seine Ausgangsposition zurückbewegen.

Danach S1 wieder auf „0“ stellen, neu referenzieren und fertig. Eigentlich einfach – wenn man weiß wie.

Weiter geht’s!

Die MillPlus v330 besitzt bereits ein wenig Visualisierung und ist (bedingt) Grafikfähig. Gewöhnungsbedürftig ist die Bedienung trotzdem – hier hat sich in den letzten 24 Jahren seit Bau unserer DMU einiges getan.

Werkzeuge und Aufnahmen

Damit es dann bald mal los gehen kann mussten erst einmal Werkzeugaufnahmen und Werkzeuge für die Stahlbearbeitung her. Das ging bisher (sinnvollerweise) bei uns nur an der konventionellen Universalfräsmaschine, alle CNC-Werkzeuge waren bisher auf Aluminium ausgerichtet.

Durch etwas Gedult und Glück konnten wir in den Kleinanzeigen ein gutes Konvolut an Aufnahmen finden. Darunter Flächenspannfutter, Schrumpffutter und NC-Bohrfutter in gutem bis originalverpacktem Zustand. Insgesamt sind es nun 32 Aufnahmen.

Auch in Sachen Werkzeuge, hier speziell Messerköpfe/Planfräser, sind wir fündig geworden.

Damit die Maschine die Werkzeuge verdauen kann muss zunächst der passende Einzugsbolzen an die Aufnahme. Passt man hier nicht auf kann es zu Schäden an der Spindel kommen oder das Werkzeug fällt bei der Bearbeitung raus…

Mangels Maulschlüssel-Aufsatz für den Drehmomentschlüssel wurde nur „handfest“ angezogen. 50Nm müssen es bei M16 sein, ich denke das sind es allemal geworden.

Beladung

Mit der Maschinenfunktion M46 lässt sich das Werkzeugmagazin komfortabel beladen. Die Reihenfolge dazu muss man strikt einhalten, sonst klappt es nicht:

• MDI für die manuelle Eingabe öffnen
• Türe schließen
• M46 eingeben und Start drücken
• Maschine fährt auf X0Y0Z0
• Werkzeugmagazin verfährt und öffnet die Abdeckung
• Türe wird entriegelt und kann geöffnet werden
• Werkzeugmagazin über Softkey-Tasten + Zustimmtaste drehen
• Werkzeug einlegen
• Türe schließen
• Start drücken, Magazin fährt zu

Einrichtung

Eigentlich hatten wir die zwei baugleichen Schraubstöcke mal für die Portalfräse gekauft, auf die neue Maschine passen sie jedoch auch ganz gut… Ist zwar kein Deutsches Premium-Hydraulikfabrikat, für unsere Zwecke sollten die Schraubstöcke jedoch trotzdem mehr als ausreichend sein.

Jetzt müssen wir uns nur noch ein paar auf unseren Maschinentisch abgestimmte Leisten zur Ausrichtung der Schraubstöcke anfertigen.

PS: Auf den Fotos sieht die Maschine etwas fertiger aus als sie ist… Mit ein wenig 2K Lack im Arbeitsraum sowie einer Aufbereitung der Scheiben sollte sie auch unter dem unvorteilhaften Licht wieder gut da stehen.

Irgendwas ist immer

Nachdem wir beim Aufstellen der Maschine die Tür-Notöffnung betätigt hatten, schließt diese jetzt nicht mehr. Zwar funktioniert die Türüberwachung, aber es findet keine Zuhaltung mehr statt. Das ist nicht weiter tragisch, führt aber beim unüberlegten Öffnen zum sofortigen Abbruch des aktuellen Programms (wir haben leider keine Betriebsarten 3/4…).

Durch ziehen an dem schwarzen Nippel lässt sich die Türe manuell entriegeln. So ganz habe ich die Mechanik hinter der Verriegelung ehrlich gesagt noch nicht verstanden… der Magnet zieht an, wirkt sich aber nicht auf den Verschluss aus. Mal sehen, ob wir noch hinter das Geheimnis kommen

MillPlus, wir kommen

Jetzt können wir uns mal etwas tiefer mit der Steuerung beschäftigen. Aus heutiger UI/UX Sicht ist die Bedienung etwas schwerfällig… andererseits stehen auch nur 66 MHz (!) Rechenleistung zur Verfügung, und das muss für die Maschine sowieso die grafische Oberfläche ausreichen.

Uns war schon länger klar, dass wir das Thema Absaugung noch mal aufgreifen mussten. Seit dem Umstieg auf die HSD Spindel war unser altes Absaugkonzept hinfällig geworden. Einmal wegen der Maße, und zum Anderen wegen dem automatischen Werkzeugwechsel.

Unser Ansatz für einen simplen automatischen Absaugschuh…

Material

Hier eine kurze Auflistung des Materials. Hinzu kommen noch diverses Kleinzeug wie Schrauben und Klebstoff.

Die Konstruktion

An sich recht simpel. Die „neue“ HSD Spindel mit der langen Nase ist bietet ca. 100mm Weg für einen Absaugschuh, den wollten wir durch einen niedrigen Aufbau möglichst nutzbar machen. Theoretisch lässt sich der Absaugschuh auch unter die Spindelnase verfahren, die zusätzliche Abstützung durch die Spindel wollten wir jedoch nutzen.

Für die Führung kommen Igus Drylin® Lager und Schienen zum Einsatz. Diese sind wartungsfrei und Staub/Späne können sich nicht am Schmiermittel verfangen, da es schlichtweg keins gibt.

Hier noch mal die Hebevorrichtung im Detail. Orange Bauteile sind aktuell aus 20mm PMMA hergestellt. Technisch sind mit dieser Bauart zwei Betriebsarten möglich: Heben und Senken mit Druck auf feste Positionen oder Heben mit Druck und frei schwebend.

Herstellung

Damit der Absaugschuh das Geschehen nicht vollständig verdeckt besteht die Basisplatte aus 20mm PMMA (Plexiglas). Mit etwas Geduld lässt sich das Material recht gut mit unserem 80W CO2 Laser bearbeiten… Natrülich sind die Schnittkanten nicht glänzend poliert wie bei der Bearbeitung von Material bis zu 10mm, für diesen Anwendugszweck war das jedoch egal.

Auch die Halterung der Konstrktion haben wir zunächst aus Plexiglas hergestellt. Einerseits als Prototyp, andererseits als Kraftbegrenzung. Sollte sich das Absaugschuh verhaken sorgt das Bauteil für eine einfach zu erneuernde Sollbruchstelle. Später werden wir das Teil wohl noch mal aus Aluminium herstellen.

Hier die erste Anprobe. Das Gewinde für den Pneumatikzylinder haben wir direkt ins Plexiglas geschnitten. Auf dem Foto erkennt man noch einen kräftigen Ausrichtungsfehler durch den verlaufenen Laserschnitt. Mit etwas Schleifpapier konnte das jedoch einfach korrigiert werden.

Drossel vs. Druckminderer

Einen extra Druckminderer für den Absaugschu wollten wir uns sparen und somit nutzen die vollen 6 bar Betriebsdruck der Maschine. Bei 16mm Kolbendurchmesser wird eine Kraft von ca. 120 Nm bzw. 12 Kg erreicht, was für diesen Zweck gleichzeitig ausreichend aber und nicht exzessiv zu viel ist.

Nich ideal ist jedoch die Verfahrgeschwindigkeit – der Zylinder stempelt ordentlich in die Endlagen. Abhilfe schafft hier eine Zuluftdrossel auf beiden Anschlusseiten des doppeltwirkenden Zylinders.

Bürstenleiste

Die mit viel Vorsicht eingebrachten Gewinde entlang der Kontur kamen doch nicht zum Einsatz. Unsere erste Idee, die Bürstenleiste zu durchbohren und anzuschrauben, mussten wir leider wieder verwerfen. Am Ende haben wir beides mit Klebstoff (Acrifix Acrylglaskleber) zusammengefügt, soweit scheint es zu halten.

Montage und Test

Passt wie angegossen! Durch die Verstellung des Mitnehmers lässt sich die maximale Tiefe einstellen. Der obere Anschlag ist durch die Maschine definiert. Damit wir den maximalen Verfahrweg erreichen können muss die Z-Bodenplatte noch umgearbeitet werden.

Viellcht hat der ein oder andere ihn bemerkt und sich gefragt, was es mit dem Spiegel an der Maschine auf sich hat?! Dieser ist noch von der aktuell laufenden Vermessung des Steigungsfehlers montiert… Hierzu demnächst in einem gesonderten Artikel mehr.

Und am Ende natürlich noch ein Video
Mit der Zuluftdrossel lässt sich die Verfahrgeschwindigkeit sehr fein einstellen.

Mit den SK30 Werkzeugaufnahmen haben wir auch direkt Halterungen in passender Menge erhalten. Unter Ausnutzung des X-Verfahrwegs passen somit ziemlich genau 10 Aufnahmen nebeneinander.

Herstellung

In unserem kleinen Stahllager hatten wir noch etwas 30x30x3mm gefunden. Zitat Fabian: Das kann man wenigstens ordentlich schweißen.

Ich wollte ja erst noch Versteifungen oder ein Knotenblech einbauen, was sich aber im Nachhinein als totaler overkill herausgestellt hätte

Für die Montage der Halter werden zwei Lochreihen benötigt. Ein idealer Anwendungsfall für die Universalfräsmaschine mit der nachgerüsteten Digitalanzeige. Die hintere Reihe ist für die Passstifte, in die vordere kommen M8 Gewinde.

Reihenfolge beachten! Nach dem Zusammenbau ist das Teil unhandlich und (mit unseren Mitteln) schwer zu spannen. Hier schon kurz vor der Fertigstellung.

Die vordere Schraube sitzt direkt unter der Strebe, weshalb wir das Loch erst noch zugänglich machen mussten.

Hier schon nach dem nächtlichen lackieren bei LED-Taschenlampenschein draußen. Da die Konstruktion nur temporär ist haben wir hier den schnellen Weg gewählt und mit der Dose (aber mit Vorgrundierung) lackiert.

Ein beherzter Klopfer mit dem Montagehammer und die Zangen sitzen. Die Passstifte sitzen alle sauber in den Bohrungen. Ohne Maßstäbe an der Maschine wäre das sicher schnell daneben gegangen.

Montage

Dank dem massiven Gusstisch konnten wir das Magazin mit 4 M8 Schrauben einfach direkt montieren. Wie massiv die Konstruktion ist haben wir dann gleich auf die harte Tour rausgefunden… Mehr dazu weiter unten.

Grauguss lässt sich übrigens sehr angenehm verarbeiten und schmiert das Werkzeug aufgrund des hohen Graphitanteils automatisch ein wenig.

Nutensteine und Spindelposition

Bei dieser Gelegneheit haben wir dann auch gleich die Spindel noch ein wenig versetzt. Vor gar nicht so langer Zeit hat eine HSD Spindel in LN-Version (Steht für Long Nose) zu uns gefunden – die alten Befestigungspunkte waren jedoch für die reguläre Spindel vorgesehen und entsprechend tief. Damit keine neuen Löcher in die Z-Platte gebohrt werden mussten, haben wir noch fix zwei extralange Nutensteine aus Stahl hergestellt.

Software

An der Softwareseite des Werkzeugwechsels arbeiten wir aktuell noch, die Positionen haben wir jedoch bereits vermessen. Was passiert, wenn man dabei nicht vorsichtig genug ist sieht man hier:

Glück im Unglück… unserer Bestellung lagen 11 anstatt 10 Halter bei. Das Material (POM oder ähnlicher sehr stabiler Kunststoff) hat beim Kräftemessen mit der Z-Achse den kürzeren gezogen.

Mit dem Labeldrucker und der sehr praktischen Serialisierungsfunktion sind dann noch schnell Werkzeugplatz-Nummern entstanden.

Das bringt zwar in unserem Fall kein Plus an Leistung, macht uns das Leben beim automatischen Werkzeugwechsel bzw. einem zukünftigen Magazin jedoch deutlich einfacher.

Modellvergleich

Was sind denn nun die Unterschiede bei den beiden doch sehr ähnlich Spindeln?

Die 900er Baureihe besitzt ein identisches Montageraster (Zwei 10 mm T-Nuten auf der Rückseite) und kann bei uns problemlos ersetzt werden. Auch der Durchmesser des oberen Rings ist identisch.

Etwas Arbeit steht uns beim Stecker bevor – die Pinbegelgung hat sich geändert und er Lüfter arbeitet nun mit 24 anstatt 220V.

Pneumatisch gibt es auch einen kleinen Unterschied – Bei der E950 muss der Ausdrückkolben pneumatisch eingefahren und während der Bearbeitung in der oberen Position gehalten werden. Das ist jedoch nicht weiter tragisch, da wir eine 5/2 Wege Ventilinsel einsetzen und nur einen Blindstopfen entfernen müssen.

Fotos!

Und wer sich schon immer gefragt hat, was die Tasten auf der Front bedeuten: Bei den E-Modellen der 900er Baureihe könen einige Funktionen programmiert werden.

• Anlernen der Lagesensoren für den WZ Wechsel
• Vorhandensein Lüfter anlernen
• Vorhandensein Temperatursensor Lager anlernen
• Vorhandensein eines Encoders anlernen

Abgesehen davon zeigt die Spindel ihren Betriebszustand über die 4 LEDs an. Sieht gleich nochmal viel cooler aus

Einbau

Ruck Zuck ist die neue Spindel an ihrem Platz. Insgesamt baut das Gehäuse ein wenig höher, was jedoch mit den vorhandenen Platzverhätlnissen noch gut funktioniert.

Mit 25 Kg ist die Spindel kein Leichtgewicht und am besten mit einem Hilfsmittel einzusetzen.

Eine neue Spindelabdeckung in Form eines VA Blechs steht schon länger auf der Wunschliste und wird demnächst angegangen.

Verkabelung

Leider hat die neue Spindel auch einen neneun Stecker bekommen. Plug & Play ist also leider nicht. Eine der größten Änderungen ist wohl der Lüfter, welcher nun anstatt 240 mit nur noch 24 Volt läuft. Da sich allerdings auch das Layout des Steckers geändert hat (Codierung), kann weiter nichts passieren.

So heißt es also wieder: Stecker löten! Nachdem wir beim ersten Mal etwas Erfahrung sammeln konnten sollte die Verkabelung jetzt deutlich schneller von der Hand gehen.

Mehr Details in diesem separaten Artikel.

Bonus

Auf dem Weg haben wir dann auch gleich noch die Anschlussbox der Z-Achs-Antriebe überarbeitet. Diese war bisher doppelt so groß und nicht sonderlich schön verarbeitet.

Bandsäge verkauft

Unsere alte Bandsäge hat einen neuen Besitzer gefunden. Nachdem ich sie Samstagabend online gestellt habe bestand gleich reges Interesse – scheinbar ist die hydraulische Absenkung in der Größe recht selten.

Vor dem Verkauf hatten wir nochmal ein paar Dinge überarbeitet (neue Kugellager an der Blattführung, Ausdrehen der Riemenscheibe, Grundreinigung). Den Schraubstock bzw. die Trapezgewindespindel nebst Mutter hatte Fabian vor einiger Zeit bereits neu gemacht.

In ihrer neuen Heimat wird die Säge übrigens für ein Treppen-Eigenbauprojekt genutzt. Wir wünschen viel Erfolg und Spaß mit der Säge!

Spindeltausch

Durch einen glücklichen Zufall konnten wir unsere gebraucht gekaufte HSD Spindel günstig gegen eine neue aus dem aktuellen Programm tauschen. Die Einbaumaße sind identisch, jedoch muss ein neuer Stecker an die Spindel. Mehr dazu in Kürze!

Fühjahrsputz bei den Multifixen

Die 16 köpfoge Multifix Population hatte bedingt durch das Löschwasser (bzw. den daraus entstandenen Wasserdampf) etwas Patina angesetzt. Zwar hatten wir die Halter gleich am Tag darauf großzügig mit WD40 behandelt und im Ultraschallbad gebadet, etwas oberflächlicher Rost blieb aber trotzdem nicht aus.

Gerade unterhalb der Höhenverstellung hatte sich bei den meisten Haltern der Rost breit gemacht.

Nach knapp drei Stunden arbeit erstrahlen die Halter wieder im alten Glanz. Bearbeitet wurde mit WD40, 3M Schleifvlies, einer Messingbürste sowie Baumwoll-Lappen.

Neu: Alle Halter besitzen jetzt eine laufende Nummer – wenn wir demnächst das neue Glas-Messsystem bekommen können die Nullpunkte dort fest gespeichert werden.

Gummimatten für Drehbank

Damit Werkzeuge und Werkzeughalter sauber und materialschohnend abgelegt werden können hatten wir von Anfang an Gummimatten in Werkzeugschränken sowie auf der Drehmaschine. Letztere waren vom Rost der Multifix Halter unansehnlich geworden…

Zur einfacheren Reinigung sind wir von sogenannten Feinriefenmatten auf Pyramidenmatten umgestiegen.

Projekt Kompressor

Aktuell warten wir auf eine Lieferung von bestellten Reihenklemmen, einem Angebot für ein neus Riemenrad . Derweil wurde der Motorhalter schon mal lackiert.

So sah das Projekt Spindel vor dem Einbau aus.

• Frequenzumrichter Hitachi WJ200-055 HFE 7,5 kW Spitze
• Frässpindel HSD ES915A mit 6,6 kW Spitzenleistung
• LED Beleuchtungsring d = 90 mm
• Bremswiderstand Hitachi PWR-R600-100 1,1 kW
• Donaldson SF0020 Filter und Membrantrockner

Parametrisierung

Doch zunächst hatte der ebenfalls gebrauchte gekaufte (allerdings sehr neuwertig wirkende) Hitachi WJ200 Frequenzumrichter für einen kleinen Schockmoment gesorgt… Direkt nach dem Start zeigte das Display die Meldung „- 5 – -“ an und verweigerte jegliche Eingaben am Bedienfeld. Auch die ansonsten sehr ausführliche Dokumentation hatte dazu keine passenden Angaben parat.

Fabian hatte sich mehrere Stunden mit dem Frequenzumrichter sowie der dazugehörigen Software ProDrive auseinander gesetzt, konnte das Problem schließlich beheben (u.a. Einstellung zum „Startbildschirm“) und die Spindel zum laufen bekommen.

Bei mehreren hundert (!) Parametern sind nötige und optionalen Einstellungen manchmal nicht auseinander zu halten. Hier galt es: Handbuch lesen und mit konservativen Parametern an das Optimum heran tasten.

Das Endergebnis:

Die Spindel läuft innerhalb von 4 Sekunden von 0 auf Maximaldrehzahl hoch. Dank 1,6 kW Bremswiderstand stoppt sie innerhalb von nur 2 Sekunden wieder. Mit der zugeschalteten Gleichstrombremse ab 4 Hz gibt es keinerlei Nachlaufen.

Sicherlich geht da noch mehr… das wollten wir aus Gründen der Materialschonung erstmal nicht fahren.

Pneumatischer Werkzeugwechsel

Nach dem Umbau von Schaltschrank I (Spannungsversorgung, Sicherungen, Netzteile) haben wir jetzt auch die pneumatisch lösbare Werkzeugspannung (a.k.a. Automatischer Werkzeugwechsel) in Betrieb genommen, hier ein Video:

Zum Schutz der Ausgangsschaltkreise der CSMIO/IP-S CNC Steuerung wurden die Magnetventile nochmal mit einem Solid State Koppelrelais getrennt. Induktive Lasten (trotz Freilaufdiode) findet die Steuerung, wie wir bereits einmal schmerzlich erfahren mussten, nämlich nicht so gut.

Es werde Licht

Auch Fabians Spindelbeleuchtung ist wieder aktiv. Zufällig passt die eigentlich für die Chinaspindel gedachte kreisförmige Platine perfekt um die Nase der neuen Spindel.

Das neue Anschlussgehäuse muss noch befestigt werden, doch das nehmen wir erst in Angriff wenn klar ist wie der 3D Werkstücktaster montiert wierd.

Wie geht es weiter?

Als nächstes müssen wir nochmal die Anbindung des Frequenzumrichters sowie der Spindelsensorik an die Steuerung angehen. Leider geht das aufgrund der Softwarekombination welche wir einsetzen nicht über ModBus. Da die Leitungen jedoch noch aus Zeiten der 2,2 kW Chinaspindel fertig verdrahtet liegen sollte das kein all zu großes Problem sein.

Etwas neues wird es jedoch noch geben: Mit Version 7 der Royal-CNC Software kann die Leistungsabgabe des Frequenzumrichters in der Software live angezeigt werden.

Nach wie vor gibt es weder im Deutsch- noch im Englischsprachigen Raum sinnvolle Infos über die Anbindung einer HSD Spindel. Neben dem Preis schreckt das noch zusätzlich ab. Wenn alles final eingerichtet ist wird es nochmal einen ausführlichen Artikel zu dem Thema geben, ähnlich dem Artikel zur Chinaspindel.

Dieser Beitrag soll auch den Entwicklungsprozess darstellen. Daher werden Änderungen unten am Beitrag angehangen, d.h. für den aktuellen Stand ganz runter scrollen.

Konzept

• Antrieb
  • Über externen 3 bis 4KW Servomotor
  • Eventuell zunächst Antrieb über vorhandene 2.2kW Frässpindel
  • Als Direktantrieb oder über Zahnriemen
• Spindel
  • Vierfach gelagert Update: Dreifach gelagert, Kostengründe und geringe Kräfte
  • Evtl. Sperrluft
• Werkzeugwechsel
  • Aufnahmen/Kegelgröße SK30 nach DIN 69871 / Zugbolzen nach DIN 69872
  • Spannung über Feder, Spannkraft ~ 1300N
  • Pneumatischer Werkzeugwechsel über doppelwirkenden Zylinder
  • (Pneumatische Kegelreinigung)
• Überwachung
  • Werkzeugwechsel überwacht über Endlagen der Einzugstange (Kegel „Leer“ und „Voll“)
  • Positionsüberwachung des Ausdrückzylinders
  • Temperaturüberwachung der beiden unteren Spindellager
  • Stillstandsüberwachung (Eventuell über Frequenzumrichter / Sicherer Halt)

Aufbau

Erster Entwurf:

• Blau: Grundkörper
• Grün: Hauptspindel
• Gelb: Riemenkasten

Gegen das eindringen von Staub und anderem Schmutz gibt es eine einfache Labyrinthdichtung mit etwa 0,1mm Spaltmaß. Über Sperrluft denken wir noch nach. Hierbei sorgt ein leichter Überdruck im inneren der Spindel für noch mehr Schutz gegen das Eindringen von Staub.

Lagerung

Als Lager kommen insgesamt 3 Hochgeschwindigkeits-Spindellager Bauform 71910/71909 in Präzisionsklasse P4A von FAG/SKF zum Einsatz.

Antrieb

Für den Antrieb gibt es momentan noch 3 verschiedene Ansätze.

1. Verwendung der vorhandenen 2,2KW HF Spindel, welche über einen Riemenantrieb mit Untersetzung die Spindel antreibt
2. Einbau eines 3 bis 4KW starken Servomotors, gekoppelt ebenfalls durch einen untersetzten Riemenantrieb
3. Einbau des Servos mit Direktantrieb aber dafür über ein Getriebe

Bei Lösung 1 und 2 ist die Geschwindigkeit hauptsächlich durch den Riemen beschränkt. Im Hochgeschwindigkeitsbereich sind das etwa 50m/s Umlaufgeschwindigkeit.

Lösung 3 muss dafür um ein Ölbad erweitert werden, damit das Getriebe nicht übermäßig verschleißt.

Lösungen 2 und 3 haben den großen Vorteil von Positioniergenauigkeit sowie einer elektrischen Bremse. Somit sind indizierte Werkzeuge für z.B. Sonderanwendungen (Einwechselbares Tangentialmesser) oder sogar Gewindeschneiden möglich. Letzteres hängt allerdings auch am Drehmoment des Motors im unteren Drezhalbereich.

Zwischenstand Juli 2016:

Die Anzahl der Lager wurde von Anfangs vier auf jetzt drei reduziert. Die obere Lagerstelle hat eher stützende Wirkung, daher ist hier ein Lager völlig ausreichend um alle Kräfte aufzunehmen. Positiver Nebeneffekt ist das Einsparen eines Präzisionslagers, welche alles andere als günstig sind.

Für die ersten Tests wird die vorhandene Spindel adaptiert und die Verbindung über HTD-Zahnriemen ausgeführt. Bei Drehzahlen bis knapp 18.000 U/min kommen die Riemen an ihre Grenzen. Hier sollten Umlaufgeschwindigkeiten von über 50 m/s vermieden werden oder es kommt zu frühzeitigem Verschleiß und starker Geräuschbildung.

Hier noch ein paar neue Bilder vom aktuellen (aber noch nicht finalen) Stand:

Zwischenstand August 2016

Bei beiden Lagern kommt die UL-Version zum Einsatz, d.h. Universallager, leicht vorgespannt. Diese können direkt gegeneinander montiert werden und haben dann eine definierte Vorspannung. Um im unteren Lagerbereich etwas mehr Steifigkeit zu bekommen habe ich mich für Distanzhülsen entschieden. Diese werden später gemeinsam überschliffen, damit sie ein identisches Höhenmaß erhalten um die Vorspannung der Lager nicht zu verändern.

Außerdem wurde der Wechsler insgesamt nochmal deutlich verkürzt um Gewicht und Einbauraum zu sparen.

Mit montiertem Antrieb (erstmal über die bereits vorhandene 2,2KW HF Spindel):

Das obere Lager wird mit Hilfe einer Wellfeder vorgespannt, wodurch eventuelle thermische Längenänderungen kompensiert werden können.

Die Riemenscheibe wird gemeinsam mit einem Reduzierstück auf das obere Wellenende aufgeschraubt. Konstruktiv ist das nicht die schönste Lösung, aber Fertigungstechnisch einfach herzustellen.

Auf der Vorderseite befinden sich jetzt zusätzlich noch zwei Bohrungen in Höhe der Lagersitze. In diese werden Temperatursensoren montiert, welche eine Überwachung der Lagertemperatur ermöglichen. Auf eine Kühlung der Lager wird bewusst verzichtet, da bei korrekter Vorspannung und Einbau der Lager keine starke Reibung und somit Temperaturerhöhung auftreten darf. Ein Temperaturanstieg über eine gewisse Arbeitstemperatur (ca. 40°C werden erwartet) deutet auf ein Problem mit der Vorspannung der Lager oder der Schmierung hin. Generell ist es sehr wichtig den vom Hersteller angegebenen Einlaufzyklus einzuhalten. Dieser sorgt für eine gleichmäßige Fettverteilung im Lager wodurch stabile Betriebszustände erst ermöglicht werden.

Das Federpaket wurde auch nochmals überarbeitet. Die Verbauten Tellerfedern haben bei eingespannter Werkzeugaufnahme eine Einzugskraft von ca. 1300N. Zum erreichen der Auswurfposition (ca. 8mm Verfahrweg)  ist eine Kraft von ca. 2200N auf die Ausrückstange nötig. Der Pneumatikzylinder erreicht bei 6 bar Betriebsdruck eine Kraft von ca. 2650N.

Seitlich sind Gewinde angebracht, um den Halter für den Antriebsmotor zu montieren.

Auch über die Zustandsüberwachung haben wir uns Gedanken gemacht, damit Maschine und Werkzeugwechsler bei einem Fehler keinen Schaden nehmen. Hierfür werden zwei bis drei kleine induktive Näherungssensoren verbaut, welche die Position der Ausrückstange überwachen. Abgegriffen werden somit die Zustände

• „Leer“, d.h. kein Werkzeug eingezogen
• „Voll“, d.h. Werkzeug eingezogen
• Stillstand: Werden wir wahrscheinlich nach EN 60204 SS1 über den Frequenzumrichter ausführen. Alternativ ließe sich ein Hallsensor an der Spindel dafür verwenden.

Schema der Zustandsüberwachung: