Per assicurare la massima precisione di lavorazione sulla sua più nuova e più grande fresatrice a portale, DMG ha scelto gli azionamenti REDEX: azionamenti a pignone e cremagliera senza gioco e azionamenti mandrino

Le fresatrici a Portale DMU 600P di DMG sono state progettate per lavorare compomenti di grandi dimensioni ‐ fino a 40 tonnellate ‐ ad altissime velocità, dinamica e precisione. I sistemi di azionamento innovativi sono stati elementi determinanti per questo sistema a cinque assi, offrendo un’elevata versatilità attraverso una singola impostazione. In questo ambito, DMG ha collaborato con REDEX. Lo specialista europeo degli azionamenti di precisione ha equipaggiato gli assi X-, Y- e C- con un sistema di azionamento a cremagliera e pignone TwinDrive. Gli azionamenti di precisione REDEX sono utilizzati anche su altri assi motorizzati e per l’azionamento del mandrino principale della fresatrice.

Figura 1 (DMU 600 P - completa)

Quando si lavorano grandi pezzi di precisione come stampi o sagome di formatura per parti di carrozzerie di automobili, è richiesta la massima precisione. I requisiti di lavorazione delle carcasse di motori diesel marini sono altrettanto elevati. I pezzi pesano diverse tonnellate e sono normalmente lunghi diversi metri, ma ogni micron è cruciale.

Lavorazione di precisione di componenti pesanti
DMG ha sviluppato le fresatrici a portale DMU serie P esattamente per questo scopo. Il modello più grande della serie, DMU 600P (Fig 1), è stato espressamente progettato per la lavorazione precisa e rapida in dimensioni XXL e può eseguire operazioni di fresatura e tornitura di elevata precisione su corse massime di 6000 x 4200 x 1500 mm (assi X/Y/Z) e fino a 2000 mm lungo l’asse W. Il peso delle parti grezze può raggiungere le 40 tonnellate. Nello stesso tempo, la DMU 600P garantisce la massima velocità e flessibilità, perché la macchina è stata progettata per la tornitura e fresatura a 5 assi in una singola configurazione.

Elevata precisione su corse di grande lunghezza
Uno dei problemi maggiori per i progettisti DMG era quello di garantire questo elevato livello di precisione di lavorazione su corse di lunghezza così grande (Fig. 2).
Qui, gli azionamenti lineari giocano un ruolo centrale. Florian Garbarsky, Responsabile di Progetto presso la DMG di Pfronten, afferma: “Gli azionamenti devono avere un gioco nullo, una precisione ripetibile per migliaia di ore di funzionamento e sopportare le forse elevate direttamente legate alla potenza di 60 kW del motore mandrino”.
Nelle figure: su una corsa di 6 metri, viene raggiunta una precisione massima di +/‐ 0,0075 mm, con accelerazioni fino a 3 m/s2. Pertanto, il massimo livello di precisione, la rigidità e la massima costanza termica sono considerati prerequisiti nella fase di progettazione della macchina completa. Considerando queste lunghezze di corsa e i livelli di precisione richiesti, non si riteneva che la tecnologia della vite a sfere potesse rappresentare una reale alternativa.

Azionamenti a pignone e cremagliera
Per garantire il livello di rigidità richiesto, i progettisti DMG hanno avuto la massima cura nella selezione dei sistemi di azionamento più adatti. Come riferisce Florian Garbarsky, ´´Abbiamo eseguito prove estensive prima di decidere di utilizzare gli azionamenti a pignone e cremagliera senza gioco di REDEX´´. Anche sull’asse C (l’asse di rotazione della testa mandrino), un azionamento di precisione ´TwinDrive´ assicura elevate precisioni di movimento e posizionamento. E’ da notare inoltre che le due viti a sfere verticali dell’asse W del portale sono sincronizzate tramite due riduttori servoplanetari SRP2 di REDEX.

Azionamento mandrino
Per potere offrire la caratteristica di ‘coppia elevata a bassa velocità’ ad alta produttività, è stato altresì montato ‘in linea’ (fra il motore di azionamento e il mandrino all’interno del RAM) un riduttore a due velocità raffreddato ad acqua della serie RAM di REDEX.

Assi X e Y: azionamento a pignone e cremagliera senza gioco “Twin Drive”
A causa del loro principio meccanico, negli azionamenti a pignone e cremagliera convenzionali esiste sempre un certo gioco che influisce sulla precisione della posizione. Questa limitazione non vale tuttavia per i sistemi TwinDrive di REDEX, perché l’azienda ha trovato il modo di offrire azionamenti a pignone e cremagliera al 100% senza gioco. Il principio base è il seguente: due azionamenti completi (motore + riduttore planetario) elettronicamente sincronizzati sono utilizzati in parallelo. Uno dei due servomotori serve da azionamento, mentre l’altro agisce da freno, assicurando quindi un precarico costante fra i due pignoni e la cremagliera. Questa soluzione elimina completamente il gioco ed offre il movimento e il posizionamento più precisi. Ed è questo il principio che è stato applicato all’asse X lungo 6000 mm della DMU 600P, nonché all’asse Y lungo 4200 mm e all’asse circolare C.
Lungo l’asse X, è stata scelta la soluzione di azionamento ‘chiavi in mano’ DRP, inclusi i suoi due azionamenti planetari con i relativi due servomotori (Fig. 3).
Lungo l’asse Y, la scelta è stata invece quella di usare i riduttori planetari KRPX, che sono stati montati a sinistra e a destra della slitta Z della macchina. E’ stato inoltre utilizzato un altro DRP sull’asse di rotazione del mandrino (asse C). Il controllo elettronico CN della macchina gestisce quindi la sincronizzazione e il precarico per ciascuno di questi sistemi TwinDrive.

Elevata accelerazione e massima precisione grazie agli azionamenti lineari rigidi
Anche se la caratteristica di gioco nullo degli azionamenti è assolutamente obbligatoria, essa non è di per sé sufficiente per raggiungere il livello richiesto di massima precisione e massima qualità delle superfici.
Altrettanto importanti sono la rigidità globale, il controllo delle variazioni di temperatura e un’eccellente precisione dell’errore di trasmissione – esattamente le caratteristiche che rappresentano i punti di forza centrali dei riduttori planetari REDEX. Gli azionamenti sono quindi estremamente rigidi in tutte le direzioni, permettendo di ottenere eccezionali precisioni di posizionamento, qualità delle superfici lavorate e ripetibilità.
Al fine di garantire queste caratteristiche, i riduttori sono dotati di solidi cuscinetti d’uscita e il pignone è integrato direttamente nel suo albero. In particolare, il gruppo dei cuscinetti consiste di due cuscinetti a rulli conici sovradimensionati e precaricati, che sono montati il più vicino possibile al punto di contatto dei pignoni. Il carter del riduttore è lavorato con estrema precisione e il suo progetto è stato ampiamente ottimizzato per offrire la massima rigidità, indipendentemente dalle direzioni di carico.

Questo progetto non solo garantisce un’altissima rigidità di coppia, ma anche i migliori valori di rigidità in tutte le altre direzioni, inclusa la flessione radiale che ‐ secondo i test estensivi condotti da REDEX ‐ è responsabile di quasi il 60 % della distorsione totale nelle applicazioni degli azionamenti a pignone e cremagliera.
Pertanto, la flessione è nettamente ridotta e la frequenza naturale degli assi è ampiamente migliorata, permettendo maggiori tassi di accelerazione e lo spostamento di masse più pesanti, rispondendo nello stesso tempo ai requisiti di precisione più elevata.

Benefici non solo tecnici, ma anche economici
Infine, per DMG, il concetto di azionamento di REDEX è stato vincente non solo da un punto di vista tecnico, ma anche sul piano economico.
Secondo un dettagliato studio dei costi condotto dall’OEM, il TCO ottimale offerto da REDEX per una corsa di 6 m sull’asse X con i suoi azionamenti a pignone e cremagliera non può essere battuto da nessun’altra soluzione tecnica di analoga precisione.

Un concetto a più sfaccettature
L’ampia gamma di prodotti REDEX dedicati alle applicazioni di azionamento per macchine utensili permette agli ingegneri di fare la loro scelta in una libreria di azionamenti pressoché illimitata, qualunque sia il loro livello di requisiti tecnici.
REDEX offre il suo concetto di Pignone e Cremagliera in varianti differenti – ad esempio con precarico meccanico o elettrico, permettendo a DMG di optare per la sincronizzazione elettrica. Dall’altra parte, i sistemi possono includere qualsiasi tipo usuale di servomotore e riduttore/gruppo di riduttori.
Per l’asse C della DMU 600P, (l’asse di rotazione del mandrino), DMG ha scelto ad esempio un DRP, una combinazione TwinDrive di due riduttori servoplanetari montati insieme in un carter universale, che offre una vera soluzione di azionamento ‘chiavi in mano’.

Pura meccatronica – sotto un solo tetto
Un rapido sguardo al progetto della DMU 600P mostra facilmente la capacità di REDEX di offrire molti altri azionamenti di classe elevata per i costruttori di macchine utensili, oltre alla soluzione a pignone e cremagliera “Twin Drive”.
Ad esempio, all’interno del mandrino principale della macchina è stato utilizzato un riduttore a due velocità serie RAM compatto e ad alte prestazioni (Fig. 4), mentre il cambio testa di fresatura è azionato da un “SingleDrive”, che utilizza un riduttore servoplanetario SRP.
Pertanto, DMG ha applicato il principio di “tutto sotto un solo tetto”, scegliendo lo stesso fornitore per tutti gli assi azionati di questa macchina ad alte prestazioni. E questo non sarebbe stato possibile senza l’ampia gamma di prodotti del portafoglio REDEX, che offre una risposta tecnica a quasi tutte le richieste degli ingegneri.
Inoltre, finalmente, un altro elemento chiave per DMG è stato il supporto estensivo offerto da REDEX, dalle prime fasi di progettazione all’avviamento finale. Questo è di enorme importanza, soprattutto quando si utilizza un azionamento a pignone e cremagliera per la prima volta. Attraverso numerosi suggerimenti di calcolo, ottimizzazione e progettazione, nonché tramite la sua assistenza in reparto durante l’impostazione, REDEX è risucita ad offrire un’assistenza a elevato valore aggiunto sull’uso degli azionamenti della macchina utensile, contribuendo quindi in modo significativo al successo della macchina stessa.
Un successo mondiale! Come Florian Garbarsky aggiunge in conclusione: “Le macchine DMU serie P sono commercializzate in tutto il mondo e sono fortemente richieste per la lavorazione precisa, rapida e conveniente di grossi componenti”.

Didascalie

Figura 2 (DMU 600 P – struttura che mostra gli assi principali)
La fresatrice a portale a 5 assi DMU 600P è stata sviluppata per la lavorazione precisa e flessibile di componenti di grandi dimensioni.

Figura 3 (DMU 600 P – asse X)
Il TwinDrive DRP sull’altra estremità della cremagliera dell’asse X
Figura 4 ( DRP TwinDrive)
Il concetto ‘chiavi in mano’ senza gioco Twin Drive permette un’elevata precisione di posizionamento sulla corsa di 6 metri dell’asse X.

Figure 5 (RAM a coppia elevata)
Il riduttore a due velocità integrato in linea all’interno del RAM offre la possibilità di lavorare a bassa velocità - coppia elevata per le lavorazioni di sgrossatura e ad alta velocità – bassa coppia per le finiture di elevata qualità.
Figure: 1‐2‐3 DMG, 4‐5 REDEX

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