Advanced Technology Machine Solutions

Das grundlegende Problem bei der Konstruktion von CNC-Werkzeugmaschinen besteht darin, wie die Drehbewegung von Elektromotoren für eine lineare Bewegung geändert werden kann, um die Arbeit einzelner Maschinen ausführen zu können. Derzeit werden je nach den Anforderungen an die Art der Bearbeitung und die Abmessungen der Maschinen verschiedene Antriebsübertragungssysteme verwendet. Die am häufigsten verwendeten Linearantriebe sind:

• Zahnriemenantrieb

  Das vom Zahnriemen implementierte Übertragungssystem ist in CO2-Laserplottern weit verbreitet. Zu den wichtigsten Merkmalen gehört die Fähigkeit, hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, kein Spiel und hohe Genauigkeit zu erzielen. Diese Merkmale sind während des Gravurprozesses äußerst wichtig. Darüber hinaus zeichnet sich diese Art von Antrieb durch eine einfache Konstruktion und einen niedrigen Preis aus. Die Nachteile von Zahnriemenantrieben umfassen die relativ kurze Haltbarkeit, die mit dem allmählichen Ausdehnen des Riemens verbunden ist, und Betriebsschwierigkeiten, die mit der Notwendigkeit verbunden sind, eine ordnungsgemäße Riemenspannung sicherzustellen. Zahnriemenantriebe können keine schweren Lasten tragen, aber bei Laserplottern ist dies aufgrund des geringen Gewichts des Kopfes und des fehlenden Kontakts des Kopfes mit dem Werkstück kein Problem.

• Schraubenantrieb

  

  Die nächste Anordnung der linearen Bewegungsimplementierung ist ein Schraubenantrieb. Gegenwärtig werden verschiedene Arten von Schraubenmechanismen verwendet, hauptsächlich Trapezschrauben- und Kugelumlaufspindelmechanismen. Der Trapezschraubenmechanismus hat unter vielen Vorteilen (die Fähigkeit, schwere Lasten zu tragen, selbsthemmend, gute Haltbarkeit, niedriger Preis) zwei Nachteile, die die Möglichkeiten seiner Verwendung in Präzisions-CNC-Maschinen einschränken, nämlich hohes Spiel und sehr niedrige Geschwindigkeit. In modernen Maschinen werden viel häufiger Schraubenwalzmechanismen verwendet, die allgemein als Kugelumlaufspindeln bekannt sind. Die Hauptvorteile dieses Antriebstyps sind eine hohe Genauigkeit, kein Spiel und eine ziemlich hohe Tragfähigkeit, die viel höher ist als bei Zahnriemenantrieben. Kugelumlaufspindeln werden hauptsächlich in kleinen Fräsmaschinen eingesetzt. Zu den Einschränkungen für Kugelumlaufspindeln gehört das Risiko einer Durchbiegung der Schrauben bei Verwendung an einer großen Maschine. Dieses Problem kann durch Verwendung einer Schraube mit einem ausreichend großen Durchmesser oder durch Verwendung eines Systems von Servomotoren, die die Schraube tragen, beseitigt werden (ein solches System wird beispielsweise in WaterJet ATMSolutions verwendet). Außerdem kann das Propellersystem keine hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entwickeln. Daher kann dieser Antrieb nicht in Lasergravurmaschinen verwendet werden.

• Zahnständer

  Ein weiterer Antrieb, der eine lineare Bewegung ermöglicht, ist das Rack. Im Vergleich zu einer Kugelumlaufspindel können damit noch höhere Lasten übertragen werden. Dies ist ein wichtiger Vorteil, der den Einsatz in großen Fräsplottern ermöglicht. Darüber hinaus gibt es bei Zahnstangen kein Problem bei der Verwendung in Maschinen mit großem Arbeitsbereich. Darüber hinaus können Sie höhere Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte als mit der Kugelumlaufspindel erzielen. Zu den Nachteilen von Zahnstangenantrieben gehört ein großes Spiel. Es kann jedoch durch Verwendung von spiralförmigen Zahnstreifen, die in ATMSolutions-Fräsplottern verwendet werden, beseitigt werden. Antriebe dieses Typs weisen auch eine hohe Reibung auf, was zu einem verringerten Wirkungsgrad, der Notwendigkeit, mehr Leistung bereitzustellen, und einer verringerten Haltbarkeit führt. Aufgrund der schlechteren Dynamik und der deutlich höheren Kosten werden Zahnradantriebe in Laserplottern nicht verwendet.

• Linearmotor

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  Zusammen mit der kontinuierlichen Erhöhung der Anforderungen an lineare Verdrängungssysteme werden immer innovativere Antriebe eingeführt, die eine größere Bewegungsfluidität und Dynamik ermöglichen. Ein Beispiel für solche Antriebe sind Linearmotoren. Sie ermöglichen eine Steigerung der Produktionseffizienz aufgrund hervorragender dynamischer Parameter. Einfach ausgedrückt ist ein Linearmotor ein versetzter rotierender Elektromotor. Bei einem Linearmotor wird die Funktion eines Stators von einem Permanentmagnetstreifen wahrgenommen, während der Aktuator als Rotor wirkt. Die Hauptvorteile von Linearmotoren sind: hohe Drehzahl- und Beschleunigungswerte, hohe Zuverlässigkeit und geringer Verschleiß (keine Reibung zwischen Strukturelementen, keine Zahnräder, Kupplungen), genaue Positionierung, sehr geringe Geräuschemission, geringe Lockerheit / kein umkehrbares Spiel. Linearmotoren können im Vergleich zu Antrieben mit Zahnstange und Kugelumlaufspindel kleinere Kräfte übertragen, weshalb sie derzeit hauptsächlich in Laserplottern und Faserschneidern eingesetzt werden. Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung der Linearmotortechnologie besteht jedoch die Möglichkeit, dass es sich in Zukunft um klassische Antriebssysteme handelt.

Vergleich von Kraftübertragungssystemen in CNC-Maschinen

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	Zahnriemen	Rollschraube (Kugelumlaufspindel)	Zahnständer	Linearmotor
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Richtigkeit
Last übertragen
Anwendungen in ATMSolutions-Maschinen

Quellen:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_motor
[2] Hiwin-Produktkatalog - Positionierungssysteme / Linearmotorsysteme
[3] https://www.cncinfo.pl
[4] https://www.hiwin.com/ballscrews.html
[5] https://pivexin-tech.pl
[6] https://www.hiwin.com/linear-motors.html
[7] http://silnikliniowy.pl/zalety.html
[8] https://www.linearmotiontips.com/choose-the-best-linear-positioning-device-for-your-application/
[9] https://www.apexdyna.nl/de/news/linear-drives-advantages-rack-pinion/
[10] https://www.atmsolutions.pl