Das Know-how von Mill-Turn verbessert die Präzisionsbearbeitung von Mikrozahnrädern

Amorphology, ein Spin-off-Unternehmen der NASA, ist führend in der Anwendung fortschrittlicher Materialien und Fertigungstechnologien zur Verbesserung von nicht geschmierten Mikrogetrieben für die Robotik und andere industrielle Anwendungen unter Verwendung „amorpher“ Metalle wie metallischer Massengläser.

Diese Materialien weisen im Vergleich zu beispielsweise Stahl, Titan und Aluminium fortschrittliche Eigenschaften auf, und die Patente des Unternehmens für mehrere Metalllegierungen basieren auf der Entwicklung von Zahnrädern für die Raumfahrt und andere Anwendungen bei extrem kalten Temperaturen.

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Die s191H gehört zu einer Familie von Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren von Starrag Bumotec, die auf die Präzisionsbearbeitung oft komplexer Teile in einer einzigen Aufspannung ausgerichtet sind. Quelle:Starrag

Amorphe Metalle sind eine nichtkristalline Klasse von Legierungen, die anders schneiden und zerspanen als andere Materialien, erklärt das Unternehmen. Bei dem Versuch, eine Werkzeugmaschine zu finden, die seine Mikrozahnräder herstellen kann, führte Amorphology Tests mit mehreren Maschinenlieferanten, darunter Starrag, durch, um die Präzision, Zykluszeiten und Gesamtfähigkeiten der Maschinen beim Schneiden einer relativ unbekannten Legierung zu bewerten.

„Wir haben uns darauf konzentriert, die beste Maschine zu finden, die unseren Anforderungen an Rapid Prototyping, Formeinsatzschneiden und Nachbearbeitung gerecht wird“, sagt Jason Riley, COO von Amorphology. Letztendlich entschied sich das Unternehmen für die Dreh-Fräsmaschine Bumotec s191H von Starrag.

Nach Erhalt der CAD-Dateien der Mikrozahnrad-Prototypen und der Durchführung von Bearbeitungstests mit einem von Starrag entwickelten Schneidwerkzeug an den Standorten des Werkzeugmaschinenherstellers in der Schweiz und in den USA wurden mehrere Musterchargen hergestellt.

„Wir zielen auf hochpräzise Teile mit Toleranzen von oft etwa fünf Mikrometern bei bestimmten Abmessungen ab“, erklärt Riley. „Der Großteil unserer Arbeit konzentriert sich auf schnelles Prototyping und relativ kleine Serienproduktionsmengen im Bereich von Hunderten von Teilen pro Monat.

„Die Bumotec bietet die Fräs-Dreh-Fähigkeiten, die wir derzeit nicht haben, sowie eine höhere Produktionskapazität“, fügt er hinzu. „Die Maschine ergänzt unsere aktuellen Fähigkeiten und bietet Fähigkeiten, die wir nicht haben.“

Hier finden Sie Beispiele für Mikrozahnräder, die auf der Dreh-Fräsmaschine hergestellt werden. Quelle:Starrag

Amorphology weist darauf hin, dass der Bumotec s191H „ein einzigartiges Wertversprechen bieten kann“, indem er entweder einzelne Teile bearbeitet oder Hunderte von Komponenten in einem Lights-Out-Szenario produziert.

Neben der Herstellung von Zahnrädern für die Luft- und Raumfahrt werden die Zahnräder von Amorphology auch in Cobots, Robotern und medizinischen Geräten eingesetzt. Beispielsweise verwenden die meisten Cobots Spannungswellengetriebe – die Hauptkomponente ist ein Flexspline, ein komplexes, dünnwandiges Teil.

Der s191H gehört zu einer Familie von Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren von Bumotec, die auf die Präzisionsbearbeitung oft komplexer Teile in einer einzigen Aufspannung ausgerichtet sind. Mit einer Stangenkapazität von 65 mm, Stangenvorschub und Hochdruck-Kühlmittelzufuhr (3 PS) kann die s191H dank Linearantrieben und hoher thermischer Stabilität Bearbeitungsfähigkeiten bis zu ±2,5 Mikrometer innerhalb ihres X-, Y- und Z-Achsenbereichs von 410 x 200 x 400 mm erreichen.

Die 191neo-Version ist eine Weiterentwicklung des Bumotec s191 Mill-Turn von Starrag und bietet zusätzliche Leistungsfähigkeiten, darunter 15 % schnellere Werkzeugwechselzeiten, 12 % schnellere Rückbearbeitungsbewegungen und eine Frässpindel mit höherem Drehmoment (175 Nm). Diese Multitasking-Maschinenplattform mit B-Achsen-Spindel bietet in ihrem automatischen Werkzeugwechselsystem die Lagerung von bis zu 90 Werkzeugen. Das hier gezeigte Modell wurde auf der IMTS 2022 ausgestellt und demonstrierte die Bearbeitung von Wirbelsäulenkäfigen komplett aus Polyetheretherketon (PEEK)-Polymer. Quelle:PM

Darüber hinaus wird die Hauptspindel durch eine Nebenspindel ergänzt, die sich sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene drehen kann, um Multitasking-Routinen zu ermöglichen. Die Werkzeugmagazinoptionen erstrecken sich auf bis zu 90 Plätze auf einer Maschine, die über Eilganggeschwindigkeiten von 50 m/min und eine Spindeldrehzahl von 30.000 U/min (40.000 U/min ist eine Option) verfügt, was ebenfalls zu schnellen Zykluszeiten beiträgt.

Viele der Cobot-, Roboter- und Medizingeräteteile von Amorphology können gegossen oder spritzgegossen werden, aber manchmal müssen diese Mikroteile mit höheren Toleranzen nachbearbeitet werden. Starrag Bumotec hat sich mit der Entwicklung von Maschinen für die Schweizer Uhrenindustrie einen Namen gemacht und ist daher in der Lage, hochwertige Zahnräder in Mikrogröße herzustellen. Amorphology geht davon aus, dass der Bumotec s191H Mikrogetriebe ohne Schmierung bearbeiten kann.

Auch das Unternehmen schätzte die Ergebnisse und in Gesprächen mit Starrag über die Art und Weise, wie beide Organisationen zusammenarbeiten könnten, einigte man sich darauf, dass Amorphology die Bumotec-Maschine in seinem Werk in Pasadena, Kalifornien, zur Besichtigung durch die Kunden beider Unternehmen ausstellen würde.

Im Demozentrum kann man sehen, wie die Maschine eine Vielzahl von Teilen herstellt, darunter Zahnräder, Formeinsätze, Massenmetallgläser und traditionelle Metallproduktionsteile.

Greg Dunkley, Vizepräsident für Präzisionstechnik bei Starrag Bumotec, sagt:„Die Einrichtung einer Laborumgebung zur Demonstration der Präzision, Qualität und Fähigkeiten des Bumotec s191H wird es Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsingenieuren ermöglichen, diese Echtzeitbearbeitung zu erleben, die in ihren Fertigungsabläufen eingesetzt werden könnte.“