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Vorausetzung für diese Programmierbarkeit ist die Verwendung eines Schrittmotors mit zugehörigem AchsController als Antrieb. Die Vorteile dieser Technik sind enorm:
- Sehr leise auch beim Bearbeiten
- Bohren mit geringer Drehzahl
- Fräsen mit hoher Drehzahl
- Gewindebohren mit normalen Gewindebohrern
- Winkelpositionierung von Werkzeugen
- Winkelpositionierung von Werkstücken
Durch die Integration in die Multi-Controller-Steuerung MCS und in die Software nccad entstehen ungeahnte Anwendungsmöglichkeiten.
Zur Bearbeitungseinheit bzw. C-Achse wird der Schrittmotor, wenn er über eine Kraftübertragung mit einer Spindel verbunden wird und das ganze am Z-Tisch montiert ist (siehe Bild oben). Es ist die Typenreihe BAE5x, sie besteht grundsätzlich aus folgenden Komponenten:
- Spindel mit doppelter Lagerung
- Halterung in verschiedenen Ausführungen
- Spannzange mit Spannmutter
- Motorplatte mit Abdeckhaube
- 2-Strang-Schrittmotor
- Zahnradsatz mit Zahnriemen
- Encoder für Überwachung und Positionierung
- Anschlußkabel und Stecker
- AchsController für C-Achse
- Software-Unterstützung innerhalb von nccad ab V7.5
Die Baureihe BAE5x gibt es in verschiedenen Ausführungen, die sich in erster Linie durch den Schrittmotor-Typ unterscheiden. Dazu die folgenden Daten:
BAE 50
- - Bearbeitungseinheit mit SMot 2,2A als C-Achse
- - Zahnrad Übersetzung ca. 1:3 und 3:1 wechselbar
- - Drehzahl a ca. 10 .....1000 U/min
- - Drehzahl b ca. 100...2500 U/min
- - Gewicht ca. 2,5 kg, Spannzange DIN 6499 B, 426E
BAE 51
- - Bearbeitungseinheit mit SMot 4,3A als C-Achse
- - Zahnrad Übersetzung ca. 1:3 und 3:1 wechselbar
- - Drehzahl a ca. 10 ....2000 U/min
- - Drehzahl b ca. 100...6000 U/min
- - Gewicht ca. 3 kg, Spannzange DIN 6499 B, 426E
Verschiedene Betriebsmodi können im Moment unterschieden werden:
Mode "Bohr-/Fräs-Spindel"
- - Spindel ohne/mit Rampe hochfahren
- - Erreichen der Zieldrehzahl zurückmelden
- - Drehüberwachung mit hartem Stopp im Fehlerfall
- - Nach dem Ausschalten schnelle Rampe zum Halten
- - Drehrichtung wählbar bzw. programmierbar
- - Unterstützung der direkten Handbedienung (Bild)
Mode "C-Achse"
- - Referenzposition anfahren (0°- Position)
- - Spindel ohne/mit Rampe in Winkelposition fahren
- - Drehrichtung wählbar bzw. programmierbar
Mode "Mehrachsbetrieb"
- - Referenzposition anfahren (0°- Position)
- - Koordinierte Bewegung mit anderen Achsen z.B.
zusammen mit Z-Achse zum Gewindebohren
Beide Elemente können modifiziert werden,
der Motor ist in weiten Grenzen wählbar und kann nach unten angeordnet werden,
er steht nicht oben über die Maschine hinaus.
Über unterschiedliche Zahnradkombinationen lässt sich der Drehzahlbereich und die Winkelauflösung variieren.
Nachteil: Der Zahnriemen muß hin und wieder ausgewechselt werden.
Die C-Achse kann in alle Maschinen mit Multi-Controller-Steuerung MCS integriert werden. Bei KOSY3 gehört der Typ BAE50 normalerweise zum Lieferumfang.
Ältere Maschinen vom Typ KOSY2 können bedingt nachgerüstet werden, es muß die Elektronik für die U-Achse vorhanden sein. Die Software-Unterstützung ist allerdings eingeschränkt (z.B. keine Drehzahl-Überwachung).
Die C-Achse Typ: BAE50
Vorläufige Version: April 2006
Bearbeitungseinheit und frei programmierbare Achse sind hier in einem Produkt vereint. Der Schrittmotor-Antrieb und die zugehörigen Software-Funktionen machen es möglich. Das Bild zeigt die BAE50 mit folgenden Standard-Elementen:
- Spindel mit Motorplatte und Abdeckhaube
- Zahnriemenantrieb mit Übersetzung 40:18 und Encoder
- 2,5-Ampere Schrittmotor
- Halterung als Alu-Block mit Befestigungsabstand 52 mm,
- 4 Befestigungsschrauben.
- Absaugadapter mit Tellerbürste und 16er Schlauch
- Staubsaugeranschluss 35mm am X-Tisch, nach hinten abgeführt.
Andere Ausführungen sind möglich, sie haben auf Handhabung und Programmierung keinen Einfluß.
Diese Bearbeitungseinheit gehört zu KOSY3, der 3. Generation des Koordinatentisch-Systems KOSY und erfordert eine entsprechende Steuerung mit zugehöriger Software. nccad7.5 und höher ist zwingend erforderlich, um die C-Achse bedienen und nutzen zu können.
Diese Bearbeitungseinheit kann als professionelles Bohr/Fräshilfsmittel verstanden werden, sie hat folgende Vorteile:
- Dauerbetriebsfest
- Schrittmotor ohne Bürsten und ohne Collektor, gute Kugellager und über die Halterung eine gute Wärmeabführung.
- Verschleißteile sind...
- Der Zahnriemen
- Die Spannzange
- Das Saugrohr
- Die Tellerbürste
Diese Verschleißteile sind in der Regel von Garantieforderungen befreit (Ausnahmen: Material- und Fertigungsfehler, die sofort nach der Lieferung erkannt werden).
- Hohe Präzision möglich
- Die Rundlaufgenauigkeit ist gut und die Spindel weicht auch bei stärkeren Bearbeitungskräften nur wenig aus.
- Geringe Geräuschentwicklung
- Aufgrund des Motorprinzips entsteht drehzahlabhängig ein sehr geringer Geräuschpegel, der zusätzlich durch die in KOSY3 integrierte Schutzhaube gemindert wird.
- Vielseitige Programmierung
- Drehzahl, Drehrichtung, Winkelposition und diverse Bearbeitungszyklen können mit Hilfe von nccad7.5 und höher sehr vielseitig programmiert werden.
- Sehr weiter Drehzahlbereich
Für Bohr- oder Positionier-Vorgänge kann die Spindel mit 25 U/min sehr langsam gedreht werden. Die Maximaldrehzahl ist vom Typ abhängig. Standardmäßig gelten für den Typ BAE50 3000 U/min (Schrittmotorantrieb mit 2,5A-Strangstrom unter Verwendung eines normalen Achs-Controllers).
Für die Ermittlung der Bearbeitungsdaten gibt es Hinweise unter........
2. Installation und Test
Nacheinander ist Folgendes zu tun:
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1. Fixieren der Halterung Die Halterung besteht aus einem Alu-Block, der an 4 Schrauben mit dem Z-Tisch zu verbinden ist. Es ist Folgendes zu tun: Schieben Sie nach dem Öffnen der Schrauben die Halterung bzw. die Nutensteine soweit in den Z-Tisch, daß das rechte Ende der Motorhalterung rechts mit dem Z-Tisch abschließt. Richten Sie die Halterung so aus, daß die Spindel senkrecht steht. Befestigen Sie zunächst nur die 2 rechten Schrauben, die Halterung ist fixiert. |
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2. Fixieren der Spindel Die Spindel wird mit den 2 linken Schrauben in der Halterung geklemmt, gleichzeitig wird die Verbindung mit dem Z-Tisch verbessert. Es ist Folgendes zu tun:
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3. Spindellage nach der Fixierung prüfen Das Bild zeigt die richtige Lage. Bitte überprüfen Sie die Vorgaben von 1. und 2. |
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4. Elektrischer Anschluss Hinter dem Z-Linearmodul befindet sich eine 15pol-Dsub-Buchse. Dort ist der Stecker der C-Achse anzustecken und unbedingt mit den beiden Schrauben zu fixieren. |
| 5. Parameter-Einstellungen und Aktivierung Im Menü Parameter/Maschine/KOSY aktivieren Sie zunächst die C-Achse. Im Fenster Erweitert muß das Übersetzungsverhältnis für den Zahnriemenantrieb eingegeben werden (Standard = 40:18). Weitere Einstellungen hängen vom Entwicklungsstand und dem Typ ab........ |
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6. Handsteuerung starten Über das Menü Maschine/CNC-Fräsmaschine kommen Sie in die Handsteuerung. Im Bild links sehen Sie im Feld 9 den Bedienbereich zum Testen der C-Achse. Im Feld 10 können CNC-Befehle für die C-Achse eingegeben werden, die unmittelbar nach "Return" auch ausgeführt werden. |
| Lauf im Uhrzeigersinn MO3 C0 S500 Lauf im Gegenuhrzeigersinn M04 C0 S500 Stoppen M02 C0 |
7. Test der C-Achse Im Bedienfeld 9 kann ein Wert für die Spindel-Drehzahl eingegeben werden. Nach Return muß die Spindel unmittelbar laufen (angezeigt durch eine Markierung in "Spindel EIN/AUS") Wenn Sie auf "Spindel EIN/AUS" klicken, wird die Drehzahl langsam bis auf Null heruntergefahren. Wenn Sie eine beliebige Taste drücken, stoppt die Spindel in sehr kurzen Zeit (NotHalt). Testen Sie auch die Drehrichtung durch Klicken in das entsprechende Feld. Mit den nebenstehenden CNC-Befehlen, die Sie im Bedienfeld 10 eingeben, kann die Spindel ebenfalls getestet werden. |
| 8. Referenzfahrt Nachden Sie den Referenzlauf gestartet haben (Taste POS1), ist die C-Achse mit eingebunden. Im Anschluss an die Z-Achse fährt auch die C-Achse in die 0°-Position. Dies geschieht etwas langsam, um Fehler auszuschließen. |
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| Nur C-Achse G01 C180 F100 C- und Z-Achse G01 C360 Z-10 F20 3-Achsen G01 C100 X50 Z20 |
9. Winkelposition testen Im Bedienfeld 9 kann statt der Drehzahl auch eine Winkelposition eingegeben werden, bitte machen Sie einen Versuch. Auch mit CNC-Befehlen kann operiert werden, siehe Beispiele links. Die Winkelauflösung ist normalerweise 0,5° (Übersetzungsverhältnis 40:18) Anmerkung: Wenn zuvor die C-Achse als Spindel rotiert hat, wird bei einer Winkelangabe zunächst die 0°-Position angefahren, erst dann erfolgt die Winkelfahrt. |
| 10. Stopp und NotHalt Bitte testen Sie das entsprechende Verhalten. Es werden 2 Fälle unterschieden:
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Die mitgelieferte Spannzange ist nach DIN genormt, ebenso die Spannmutter. Es wird normalerweise die Größe ER16 benutzt. Sie hat in der Regel einen Spannbereich von 1mm, meist mit ganzzahligen Abstufungen. Es gibt aber auch Hersteller, die Abstufungen von 1/2mm liefern, sie werden für Werkzeuge mit zölligen Schäften gebraucht.
Für Spannzangen und Werkzeuge gelten bei KOSY3 folgende Grenzen:
- Im gewerblichen Betrieb
- Spannzangen maximal für 8mm Spannbereich
- Werkzeugdurchmesser maximal 8mm
- Im Ausbildungseinsatz mit Jugendlichen
- Spannzangen maximal für 3,5mm Spannbereich
- Werkzeugdurchmesser maximal 1/8 Zoll = 3,17mm
Die Werkzeugmontage und Spannzangenmontage zeigt die folgende Bilderreihe:
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1. Die Spannmutter Nachdem Sie diese durch eine Linksdrehung abgeschraubt haben, sehen Sie im Inneren einen halbkreisförmigen Steg, dahinter einen kurzen Konus. Die Spannzangen haben alle eine Nut, die in den Steg passt. Außen hat die Spannmutter einen breiten gerändelten Bereich und Schlüsselflächen für einen Gabelschlüssel (in der Regel 19mm Schlüsselweite). |
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2. Spannzange montieren Schrauben Sie die Spannmutter von der Spindel ab. Die Spannzange wird von hinten schräg in die Spannmutter eingesetzt und durch eine Kippbewegung in den Steg eingeführt. Danach muß die Spannzange vorn sauber aufliegen und sich zentrisch drehen lassen |
| 3. Spannzange demontieren Schrauben Sie die Spannmutter von der Spindel ab. Die Spannzange wird hinten vom Steg weg gekippt und von vorne herausgedrückt. Oft ist eine Dreh-/Kippbewegung erforderlich, bei gleichzeitigem Druck von vorn. |
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4. Werkzeug montieren/demontieren Wie das nebenstehende Bild zeigt, haben Sie an der Spannmutter und an der Spindel gerändelte Bereiche. Fassen Sie diese mit beiden Händen.
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5. Spann-Tipps
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Sie ist vorgeschrieben, nicht nur der Umwelt zuliebe. Bei der vorliegenden Technik muß der Staubsauger folgende Bedingungen erfüllen:
- Mindestens Klasse M
- Hohe Saugleistung
- Dauerbetriebsfest
- Keine Überhitzung, auch bei totaler Verstopfung
Zur Inbetriebnahme die folgende Bilderreihe:
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1. Verbindungsschlauch an der Halterung Die Halterung hat im unteren Bereich einen Hohlraum für die Aufnahme eines durchsichtigen Saugrohres und schräg eine Bohrung für die Aufnahme des Verbindungsschlauches, der einfach eingesteckt wird (siehe nebenstehendes Bild). |
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2. Verbindungschlauch oben Am Z-Linearprofil ist ein Adapterstück angebracht. Auf der Vorderseite wird der Verbindungsschlauch eingesteckt, auf der Rückseite das Ende des Staubsauger-schlauches. Normalerweise haben diese Schläuche ein Anschlussende mit ca. 35mm Durchmesser, andernfalls müssen Sie den Hersteller fragen. Der Staubsaugerschlauch kann sich hinten, sowohl bei geöffneter- als auch bei geschlossener Schutzhaube, mitbewegen. Bitte überprüfen Sie dies. |
| 3. Befestigen von Saugrohr und Tellerbürste Folgendes ist nacheinander zu tun:
Wenn das Werkstück sehr uneben oder treppenförmig ist, muß dies beim Überstand von Werkzeug und Tellerbürste berücksichtigt werden. |
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4. Betrieb mit Staub/Späneabsaugung Das Bild zeigt den Einsatz. Sie können zwar nicht immer alles mitlaufend absaugen, aber gerade die gefährlichen Feinstäube werden auf jeden Fall beseitigt. |
| 5. Staubsauger automatisch schalten
Es steht ein Netzadapter für den Staubsauger zur Verfügung (Option). Mit ihm kann der Staubsauger vom Programm gesteuert werden. |
... in Vorbereitung
5. Bearbeitungshinweise
Die C-Achse als Bearbeitungseinheit zum Bohren, Fräsen, Gravieren u.Ä.m. braucht passende Bearbeitungsdaten, bei denen die technischen Eigenschaften berücksichtigt werden. Zunächst folgendes Hintergrundwissen:
- Der Schrittmotorantrieb hat bestimmte Eigenschaften:
- Bei geringeren Drehzahlen ist das Drehmoment am größten.
- Je höher die Drehzahl ist, umso geringer wird das Drehmoment. Dies passt im Grunde zu den Werkzeugdurchmessern, denn dünnere Werkzeuge brauchen zwar eine größere Drehzahl, aber eine geringere Schnittkraft.
- Es gibt physikalisch begründet eine obere Drehzahlgrenze, bei der der Schrittmotor stehen bleibt. Der Rotor kann dem Drehfeld nicht mehr folgen und "dreht durch".
- Natürlich kann man durch höheren Strangstrom und kräftigeren Motor entgegenwirken, aber das ist auch eine Preisfrage. Bei dem Typ BAE50 erreichen Sie maximal ca. 3000 U/min. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß man damit schon sehr viel machen kann.
- Der Motor ist besonders wartungsfrei, er hat keine Bürsten und kein Stromübertragungselement zum Rotor (Collektor) und er hat keinen Ventilator.
- Der Motor ist besonders leise.
- Bei geringeren Drehzahlen ist das Drehmoment am größten.
- Schrittmotor und Spindel sind voneinander getrennt, dies bedeutet:
- Flexible Übersetzungsverhältnisse bei Bedarf (Standard 40:18)
- Einfachere Wartung
- Spindel kann modifiziert werden
- Flexible Übersetzungsverhältnisse bei Bedarf (Standard 40:18)
- Die totale Programmierfähigkeit der C-Achse ermöglicht folgende Einsatzgebiete:
- Verwendbar als Fräs-/Bohr-/Gravierspindel
- Verwendbar zum Positionieren von Winkeln
- Verwendung von Spezielwerkzeugen mir Drehrichtungsumkehr, wie...
- Gewindebohrer
- Schneidmesser
- Oszillierende Werkzeuge
- Gewindebohrer
- Verwendbar als Fräs-/Bohr-/Gravierspindel
Im Folgenden einige konkrete Hinweise zu verschiedenen Anwendungen:
5.1 Bohren
Der Bohrerdurchmesser und die Drehzahl hängen unmittelbar zusammen.
In der Regel sind die Drehzahlen bei Bohreren im unteren Bereich, um große Wärmeentwicklung zu verhindern.
Vorab einige Richtwerte:
| Material | Bohrer-Durchm [mm] | Vorschub (F) [0,1mm/sec.] | Teilzust. / Spanbruch [mm] | Drehzahl (S) [U/min.] |
| Holz/Spanplatte |
3
|
200
|
10
|
500
|
| Kunststoff / PE |
3
|
100
|
2
|
300
|
| Alu / ALMgSi05 |
3
|
20
|
1
|
200
|
Gehen Sie in der Praxis von einer konstanten Drehzahl aus, die im Falle der BAE50 bei 2500 bis 3000 U/min liegt. Dazu wird materialabhängig der Vorschub (F) bestimmt.
Vorab einige Richtwerte:
| Material | Fräser-Durchm [mm] | Vorschub (F) [0,1mm/sec.] | Teilzust. [mm] | Drehzahl (S) [U/min.] |
| Holz/Spanplatte |
3
|
100
|
2
|
3000
|
| Kunststoff / PE |
3
|
100
|
0,5
|
3000
|
| Alu / ALMgSi05 |
3
|
30
|
0,3
|
3000
|
Gehen Sie in der Praxis von einer möglichst hohen Drehzahl aus, die im Falle der BAE50 bei 2500 bis 3000 U/min liegt. Dazu wird materialabhängig der Vorschub (F) bestimmt.
Vorab einige Richtwerte:
| Material | Gravierstichel [°] | Vorschub (F) [0,1mm/sec.] | Zustellung [mm] | Drehzahl (S) [U/min.] |
| Holz/Spanplatte |
60
|
40
|
0.1....0.5
|
3000
|
| Kunststoff / PE |
60
|
10
|
0.1....0.3
|
3000
|
| Alu / ALMgSi05 |
60
|
20
|
0.1....0.2
|
3000
|
... folgt