Wie wählt man zwischen einer echten und einer interpolierten Y-Achse bei einem Dreh-Fräszentrum?

Sie benötigen eine Y-Achsen-Fähigkeit für Ihr neues Dreh-Fräszentrum, aber die Auswahl ist verwirrend. Sie haben Angst, die zusätzlichen 30% für eine echte Y-Achse auszugeben, die Sie nicht benötigen, oder schlimmer noch, eine interpolierte Maschine zu kaufen, die für Ihre Aufträge nicht steif genug ist.

Wählen Sie eine echte Y-Achse für fräsintensive Arbeiten, komplexe Seitenmerkmale und Anwendungen, die maximale Steifigkeit erfordern. Entscheiden Sie sich für eine interpolierte Y-Achse, wenn Sie hauptsächlich Drehteile mit einfacheren Fräsungen an der Stirnseite, wie z. B. Abflachungen oder Keilnuten, bearbeiten und die Kosten ein wichtiger Faktor sind.

Ich hatte einmal einen Kunden, der eine Maschine mit interpolierter Y-Achse für wenig Geld kaufte. Sie eignete sich hervorragend zum Bohren außermittiger Löcher auf der Werkstückoberfläche. Aber sechs Monate später kam ein neuer Auftrag herein, bei dem eine tiefe Tasche an der Seite einer Welle gefräst werden musste. Sie stellten fest, dass ihre Maschine damit nicht zurechtkam. Die Wände verjüngten sich und die Oberfläche war schrecklich. Dies ist eine kritische Entscheidung, bei der es darauf ankommt, nicht nur die Teile, die Sie heute herstellen, sondern auch die Teile, die Sie vielleicht morgen herstellen wollen, ehrlich zu bewerten.

Was ist der wesentliche mechanische Unterschied zwischen einer echten Y-Achse und einer interpolierten Y-Achse?

Sie hören die Begriffe "true" und "interpoliert", aber sie klingen wie Software-Jargon. Sie versuchen, den physikalischen Unterschied im Eisen zu verstehen, nicht nur den Code in der Steuerung.

Eine echte Y-Achse ist ein physischer, unabhängiger Schlitten mit eigener Führung und Kugelumlaufspindel, der sich senkrecht zur X-Achse bewegt. Eine interpolierte Y-Achse ist eine virtuelle Achse, die durch Koordinierung der Bewegung der X-Achse und der C-Achse zur Bewegung des Werkzeugs erzeugt wird.

Eine wahre Y-Achse¹ ist ein echtes Stück Hardware. Die Maschine verfügt über einen speziellen, servogesteuerten Schlitten mit einem Verfahrweg von normalerweise ±2 bis ±4 Zoll, der den Werkzeugrevolver auf und ab bewegt. Er bildet ein standardmäßiges, orthogonales XYZ-Koordinatensystem. Die Programmierung ist einfach: Sie befehlen eine Y-Bewegung, und der Schlitten der Y-Achse bewegt sich.

Eine interpolierte Y-Achse ist ein raffinierter Trick, der manchmal als Polarkoordinaten-Interpolation². Es gibt keinen physischen Auf- und Abwärtsschlitten. Um das Werkzeug in eine Y-Position zu bringen, bewegt die Steuerung gleichzeitig die X-Achse (lineare Bewegung) und dreht die C-Achse (Drehbewegung). Durch die perfekte Synchronisierung dieser Bewegungen bringt sie das Werkzeug an die gewünschte Y-Koordinate. Es handelt sich um eine virtuelle Achse, die nur in der Software existiert und durch die Bewegung anderer physischer Achsen erzeugt wird. Das macht die Maschine mechanisch einfacher, aber geometrisch begrenzt.

Wie wirkt sich eine echte Y-Achse auf die Steifigkeit und Schwerzerspanungsfähigkeit eines Dreh-Fräszentrums aus?

Sie müssen auf Ihrer Drehbank ernsthafte Fräsarbeiten durchführen, nicht nur leichte Gravuren. Sie befürchten, dass eine interpolierte Y-Achse nicht steif genug ist und zu Ratterern und schlechter Werkzeugstandzeit führt.

Eine echte Y-Achse erhöht die Steifigkeit erheblich. Ihre unabhängigen Bahnen und Führungen unterstützen die Schnittkräfte direkt, so dass die Maschine eher wie ein kleines Bearbeitungszentrum funktioniert. Dies ist für schwere Fräsarbeiten weitaus besser geeignet.

Wenn Sie an der Seite eines Teils fräsen, drücken die Kräfte seitlich gegen das Werkzeug. Bei einer Maschine mit echter Y-Achse³Dieser Kraft wird ein massiver, spezieller Schlitten mit Y-Achse entgegengesetzt. Die Struktur ist so konzipiert, dass sie diese Kräfte in einer geraden Linie aufnimmt, was eine unglaubliche Steifigkeit gewährleistet. So können Sie tiefere Schnitte machen und härtere Materialien ohne Vibrationen bearbeiten.

Im Gegensatz dazu steht eine interpolierte Y-Achse⁴. Die seitliche Belastungskraft wird durch die kombinierte Kraft des X-Achsen-Schlittens und der C-Achsen-Spindelbremse aufgefangen. Dieses System ist einfach nicht so direkt und robust. Bei einem schweren Schnitt ist es anfälliger für Durchbiegung. Das ist der Grund für Probleme wie sich verjüngende Wände in gefrästen Taschen - das System ist nicht steif genug, um unter Last eine perfekt senkrechte Linie zu halten. Für aggressive Fräsarbeiten ist eine echte Y-Achse die einzig richtige Wahl.

Welche Bearbeitungsaufgaben können effektiv mit einer interpolierten Y-Achse anstelle einer echten Y-Achse erledigt werden?

Sie sehen, dass Maschinen mit echter Y-Achse sehr viel mehr kosten. Sie fragen sich, ob Sie mit einer interpolierten Y-Achse für Ihre Teile auskommen können, die größtenteils gedreht sind, aber auch einige gefräste Merkmale aufweisen.

Eine interpolierte Y-Achse eignet sich perfekt für Teile, die in erster Linie gedreht werden, aber sekundäre Fräsoperationen an der Stirnseite des Teils erfordern. Sie eignet sich hervorragend für Merkmale wie außermittige Bohrungen, Abflachungen, Keilnuten und einfache Flächenprofile.

Eine interpolierte Y-Achse ist eine fantastische Sache, kostengünstige Lösung⁵ für die "Alles-in-Einem"-Bearbeitung, wenn das Drehen die Hauptrolle spielt. Denken Sie an das Fräsen eines Sechskants oder eines Vierkants am Ende einer Welle, das Gravieren eines Textes oder das Bohren eines Musters von außermittigen Löchern. Dies sind keine schweren Schruppbearbeitungen. Die Zerspanungskräfte sind gering, und die interpolierte Bewegung kann sie mit ausgezeichneter Präzision ausführen. Das Ziel ist es, einen zweiten Arbeitsgang auf einer Fräsmaschine zu vermeiden, was Rüstzeit spart und die Genauigkeit verbessert, da ein erneutes Einspannen vermieden wird.

Sie hat jedoch klare Grenzen. Es ist nicht ideal für das Fräsen von Merkmalen an der Seite eines Teils oder für das Einhalten extrem enger Toleranzen (z. B. ±0,0005 Zoll kann aufgrund des thermischen Wachstums eine Herausforderung darstellen). Es handelt sich um ein Spezialwerkzeug für die Stirnseitenbearbeitung und nicht um einen Ersatz für eine echte dritte Achse. Wenn sich Ihre Arbeit auf die Stirnseite des Werkstücks beschränkt, können Sie auf diese Weise eine Menge Geld beim Kauf der Maschine sparen.

Was sind die Unterschiede in der Wartung und Zuverlässigkeit zwischen diesen beiden Y-Achsen-Konstruktionen?

Sie denken an die Zukunft. Eine neue Maschine ist eine 10-Jahres-Investition, und Sie machen sich Sorgen, dass ein komplexes interpoliertes System später einmal Wartungsprobleme bereiten könnte.

Eine echte Y-Achse ist mechanisch komplexer, aber zuverlässiger, wenn es um die langfristige Einhaltung der Genauigkeit geht. Eine interpolierte Y-Achse ist mechanisch einfacher, aber ihre Genauigkeit hängt stark von der Software und dem Zustand der anderen Achsen ab.

Aus Sicht der Wartung ist eine wahre Y-Achse⁶ kommen weitere physische Komponenten hinzu: eine weitere Kugelumlaufspindel, Linearführungen und ein Servo, die alle geschmiert und ausgerichtet werden müssen. Die Genauigkeit ist jedoch unabhängig. Wenn die X-Achse einen geringen Verschleiß aufweist, ist die Y-Achse davon nicht betroffen.

Eine interpolierte Y-Achse hat weniger Teile, die brechen können, aber ihre Zuverlässigkeit ist eine andere Herausforderung. Ihre Genauigkeit hängt von der einwandfreien Funktion und Synchronisation der X-Achse und der C-Achse ab. Jeder Verschleiß oder jedes Spiel in diesen Systemen führt direkt zu einem Fehler in der Y-Position. Sie ist auch sehr empfindlich gegenüber thermischer Drift. Es ist nicht ungewöhnlich, dass sich die X-Achse in der ersten Stunde des Betriebs um 0,001 Zoll verschiebt, was die interpolierte Position verfälscht. Das macht sie für ultrapräzise oder unbeaufsichtigte "Lights-Out"-Operationen weniger zuverlässig. Sie muss häufiger kalibriert werden, um ihre Genauigkeit auf Dauer zu erhalten, während die echte Y-Achse robuster und stabiler ist.

Schlussfolgerung

Eine echte Y-Achse ist für Steifigkeit, schwere Fräsarbeiten und langfristige Genauigkeit bei komplexen Teilen geeignet. Eine interpolierte Y-Achse ist eine kosteneffektive Wahl für drehende Teile, die einfachere Fräsmerkmale auf der Stirnseite benötigen.