Hochzyklusautomatisierung: Präzisionsantriebsgehäuse und kinematische Verbindungen

Technische Herausforderung: Umgang mit dynamischer Trägheit vs. struktureller Steifigkeit

Die größte Herausforderung für europäische Automatisierungsintegratoren liegt oft im optimalen Verhältnis zwischen oszillierender Masse und Bauteillebensdauer. In diesem Projekt forderte der Kunde eine 15%ige Steigerung der Zyklusgeschwindigkeit, ohne die Betriebsdauer des Antriebs im 24/7-Betrieb zu beeinträchtigen. Unser Ingenieurteam stellte fest, dass die vorhandenen Stahlverbindungen bei hohen Drehzahlen übermäßige parasitäre Vibrationen verursachten.

Strategie zur Materialoptimierung

Wir haben einen Hybridmaterialansatz implementiert, um das Trägheitsproblem zu lösen:

• Kinematische Verbindungen: Umstellung von Standardstahl auf 7075-T6 AluminiumDurch den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Umfangsfräsen mit polierten Nutfräsern erzielten wir eine Oberflächengüte, die Spannungskonzentrationspunkte eliminiert und somit Ermüdungsrisse bei Hochbeschleunigungszyklen verhindert.
• Antriebsgehäuse: Beibehalten AISI 4140 legierter Stahl Aufgrund seines überlegenen Elastizitätsmoduls. Um den erhöhten Lagerbelastungen standzuhalten, haben wir die Lagerlaufbahnen gezielt durch lokale Induktionshärtung auf HRC 48-52 gehärtet, wodurch der Kern zäh und schlagfest blieb.

Hartfräsen vs. traditionelles Schleifen

Ein bedeutender Durchbruch war in diesem Fall der Verzicht auf das Rundschleifen. Traditionell werden Bauteile aus 4140-Stahl nach dem Härten geschliffen, um die endgültigen Toleranzen zu erreichen – ein zeitaufwändiges und kostspieliges Verfahren.

Durch die Nutzung unserer Mazak 5-Achs-ZentrenMithilfe spezieller CBN-Werkzeuge (kubisches Bornitrid) führten wir das Hartfräsen der Lagersitze durch. Dadurch konnten wir die Parallelität der Lagersitze gewährleisten.0,01 mm über die gesamte Gehäusespannweite in einer einzigen Montageeinheit, wodurch sichergestellt wird, dass die Antriebswelle perfekt orthogonal zur Montageebene bleibt, wodurch Wärmeentwicklung und parasitäre Reibung reduziert werden.

Fortschrittliche Oberflächentechnik

Um den Verschleiß der Gleitkontaktstifte durch Klebstoffe zu minimieren, gingen wir über die herkömmliche Galvanisierung hinaus. Wir trugen eine Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) von Titannitrid Beschichtung. Dadurch wurde die Oberflächenhärte der Edelstahlstifte auf etwa 2300 PSDer daraus resultierende niedrige Reibungskoeffizient ermöglichte es dem Endanwender, die Schmierfrequenz zu reduzieren und so die Ausfallzeiten seiner automatisierten Montagelinien deutlich zu senken.

Metrologie und Validierung

Aufgrund der „Plug-and-Play“-Anforderung der deutschen Montagenormen umfasste unser Qualitätskontrollprotokoll Folgendes:

• Luftdruckmessung: Wird bei kritischen Bohrungsdurchmessern eingesetzt, um Konizität oder Unebenheiten zu erkennen, die mit Standard-Koordinatenmessgeräten möglicherweise nicht erfasst werden.
• Zeiss CMM-Berichterstattung:Eine vollständige GD&T-Kartierung wurde für jede Charge bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die Toleranzen beim Zusammenbau in der Endmontage innerhalb der Grenze von 0,02 mm blieben.
• 100% Endkontrolle:Jeder Lagersitz wurde vor dem Vakuumverpacken für den internationalen Transport anhand einer „Gut/Schlecht“-Prüflehre geprüft.

Zukünftige Entwicklung: Generatives Design

Aufbauend auf diesem Erfolg entwickeln wir derzeit Prototypen. Version 2.5Das Verfahren nutzt Topologieoptimierung (Generatives Design). Durch das Entfernen nicht tragender Materialien aus dem Gehäuse erwarten wir eine weitere Gewichtsreduzierung um 12 % bei gleichbleibender Torsionssteifigkeit und erweitern damit die Grenzen von Hochgeschwindigkeits-Automatisierungshardware.