MachinebouwPräzoplan: vlak frezen op 6 nm nauwkeurig

Om aan nauwkeurigheidseisen te blijven voldoen, zijn nieuwe machineconcepten nodig. De huidige aandrijfconcepten stapelen teveel fouten op elkaar. Parallelle kinematica heeft niet gebracht wat gehoopt werd. Daarom hebben ze aan de ETH in Zürich (Zwitserland) de Präzoplan ontwikkeld. De eerste freesmachine waarbij de X- en Y-beweging uit hetzelfde vlak komen.

Hoge nauwkeurigheid door X- en Y-beweging uit hetzelfde vlak te halen

 

[dropcap type=”circle” color=#ffffff background=#f16236]H[/dropcap]et onderzoeksteam van professor Konrad Wegener van IWF, het onderzoeksinstituut van de ETH in Zürich, heeft, samen met Inspire AG, een heel nieuw machineconcept voor freesmachines ontwikkeld. De reden hiervoor is, zegt hij, dat het huidige kinematisch model niet meer toereikend is. Elke as bevat 6 locatie en 3 componentfouten. Door de lineaire assen op elkaar te stapelen, moet je al die fouten bij elkaar optellen. Zodra je ultraprecies wilt gaan frezen, is het extreem moeilijk dit nog te kalibreren. Bovendien gaat het stapelen van geleidingen waarover de assen bewegen ten koste van de stijfheid. En die wil je juist zo hoog mogelijk houden. “Een draaibank heeft daarom nog het beste kinematisch concept”, zegt Wegener.

Präzoplan
De Zwitsers hebben voor de Präzoplan freesmachine een planaire aandrijving ontwikkeld. “We hebben slechts één geleiding voor de beweging in twee richtingen”, verduidelijkt Konrad Wegener dit concept. De X- en Y-beweging komen uit hetzelfde vlak. Vergeleken met de traditionele kruisslede betekent dit een vermindering van het aantal vrijheidsgraden van 15 naar 11. Ter vergelijking: parallelle kinematica telt er meer dan 100, een van de redenen waarom dit concept niet doorzet, denkt Wegener. De geleiding die hij in de Präzoplan freesmachine gebruikt is een aerostatische: de tafel beweegt over een luchtkussen. In totaliteit gebruikt hij 124 nozzle inserts met elk 4 tot 8 nozzles waaruit de lucht komt. Deze aerostatische geleiding verbruikt zeer weinig lucht en heeft een hoge stijfheid van meer dan 1000 N/µm. Als basis voor de machine gebruikt men natuurgraniet.

Vijf keer hogere stijfheid
Het eerste concept van de Präzoplan die nu gebouwd is, kent een tafel van 325 bij 275 mm en een bereik in X-, Y-, en Z-richting van telkens 300 mm. De ijlgang bedraagt 20 m/s2, de voeding 60 m/min en de nauwkeurigheid in het X-Y-vlak is beter dan 0,5 µm. De Z-as is aldus Konrad Wegener extreem stijf met een waarde van 315 N/µm. “Vergeleken met de huidige verticale freesmachines is de machine zeker een factor 5 stijver”, zegt de Zwitserse hoogleraar. “De hoge stijfheid van de Z-as is meer dan er in de markt te koop is.”

Dynamische eigenschappen zorgen voor extreme nauwkeurigheden in korte cyclustijden

Halvering freestijd
Het belangrijke voordeel van dit nieuwe concept is, zo legt Konrad Wegener uit, dat je de hoge dynamiek van de machine maximaal kunt benutten omdat je de zogenaamde ‘jerk’ op oneindig kunt zetten. Dit is de grenswaarde waar de besturing ingrijpt omdat de versnellingen anders te abrupt worden. Als test heeft men in Zwitserland de Matterhorn gefreesd op basis van data die van de Zwitserse rijksgeologische dienst zijn verkregen. Vergeleken met een gewoon bewerkingscentrum freest men bij een ‘soft instelling (j=300 m/s3) het werkstuk in 77 procent van de tijd. Stelt men de jerk-waarde op oneindig, verkort men de bewerkingstijd zelfs tot 45 procent . Beide waarden gelden voor het finishen. Bij het voorfrezen is het verschil tussen de drie bewerkingen slechts enkele seconden.

De nauwkeurigheid waarmee gefreesd wordt, is extreem. Een vlakheid van 1 µm en een ra-waarde van 2,8 nm. Qua productiviteit komt men in aluminium komt tot een spaanvolume van 500 cm3 / min. In staal tot 40 cm3/min (bij een spindel met een vermogen van 12 kW / 35000 rpm. Inmiddels worden ook andere spindels gebruikt op de machine, tot 85.000 rpm.

[accordion]
[acc_item title=”MM Award”]Op de EMO 2013 is een van de MM Awards toegekend aan de Präzoplan. De Zwitsers kregen deze onderscheiding als blijk van bijzondere erkenning voor het baanbrekend werk dat ze hebben gedaan bij de ontwikkeling van dit nieuwe concept. [/acc_item]
[acc_item title=”Meer informatie”]Professor Konrad Wegener hield bij de viering van 120 jaar PTW Darmstadt een inleiding over de Präzoplan machine. Meer informatie:

– folder van de Präzoplan

– Präzoplan

[/acc_item]
[/accordion]