Lineaire aandrijvingen van NSK in frees centra van Modig brengen hoge snelheid in voorbewerking en afwerking naar nieuwe dimensies.

Het hoge snelheids bewerkingscentrum RigiMill van de Zweedse fabrikant Modig is de trotse bezitter van het wereldrecord hogesnelheidsfrezen. Tijdens een intern evenement verwijderde de machine 1001 kubieke inch spanen of 16,4 liter vast materiaal in één minuut. De Y- en Z-assen van de RigiMill zijn voorzien van dubbele aandrijvingen met gekoelde HMD kogelomloopspindels van NSK. De axiale lagers en geleiders voor de assen worden eveneens door NSK geleverd.

De RigiMill vestigde tijdens de lancering een nieuw wereldrecord in hogesnelheidsfrezen. De doelmarkt is de wereldwijde luchtvaartindustrie. Foto: Modig Machine Tool

Voor bewerkingscentra in de lucht- en ruimtevaartindustrie is de snelheid van de spaanafvoer een belangrijke parameter. Veel van de centraal gelegen zeer grote onderdelen, zoals de vleugelribben en andere onderdelen van de structuur, zijn gefreesd uit vast materiaal. Zo kunnen onderdelen met een gewicht van meer dan 100 kg bijvoorbeeld gemaakt worden uit blokken aluminium met een gewicht van 4 ton of meer, wat betekent dat 97,5% van het materiaal moet worden verwijderd.

Klanten willen maximale bewerkingssnelheid
Modig Machine Tool AB uit Virserum in Zweden is gespecialiseerd in het veeleisende domein van hogesnelheidsbewerkingen voor materialen zoals aluminium, titanium, staal en composieten. Het bedrijf, dat in 1947 werd opgericht door de grootvader van de huidige eigenaar en CEO David Modig, ontwikkelt en produceert zeer performante CNC-machines. Zij worden ingezet door lucht- en ruimtevaartfabrikanten over de hele wereld, inclusief Airbus, Boeing, SAAB, Sikorsky en Volvo Aero. Alle Modig-machines staan bekend om hun hoge snelheid en precisie, het RigiMill freesportaal zet in dit opzicht nieuwe maatstaven.
“Een van onze doelstellingen was om de eerste 2-in-1 machine in deze prestatieklasse te ontwikkelen, dus een freesmachine voor het op hoge snelheid opruwen én afwerken”, legt David Modig uit. “En het tweede doel: de RigiMill moest de snelste freesmachine ter wereld worden.

Stijfheid als vereiste voor nauwkeurigheid
Dit streven was geen doel op zich, net zo min het de bedoeling was om een Olympische medaille te behalen. David Modig: “De luchtvaartindustrie is booming en fabrikanten breiden hun capaciteit voortdurend uit, dus wilden we de klanten van portaalsystemen nog kortere bewerkingscycli aanbieden”. Het bewerken van de structurele onderdelen van een vliegtuig vereist enorme precisie, zodat de stijfheid van de assen van de machine net zo belangrijk is als de snelheid, zo niet zelfs nog belangrijker. De spindel van de RigiMill maakt daarom gebruik van dubbele aandrijvingen op de Y- en Z-as met een positioneernauwkeurigheid van telkens 0,5 μm. De twee elektromotoren werken in master/slave-modus.

“Wij werken enkel met de beste leveranciers”
Bij de keuze van de lineaire aandrijvingen voor de assen was de beslissing niet alleen gebaseerd op de technische specificaties van de aandrijfeenheden, aldus David Modig: “We werken alleen met de beste leveranciers. In dit geval zochten we naar een gerenommeerde leverancier die niet alleen beschikt over aandrijfeenheden met de hoogste nauwkeurigheid, maar ook een passie heeft voor de ontwikkeling en promotie van innovatieve ontwikkelingen”.

Met deze criteria in het achterhoofd koos het bedrijf voor NSK. En dat was geen verrassing, want ook alle vorige modellen van de bewerkingscentra van Modig zijn uitgerust met NSK-aandrijfcomponenten. Specialisten van NSK in Ratingen, configureerden de aandrijfeenheden In samenwerking met de Zweedse erkende distributeur Acumo , rekening houdend met factoren zoals koppel, snelheid, axiale versnellingskrachten en temperaturen gegenereerd in de spindelaandrijvingen tijdens de bewerkingen aan hoge snelheid.

Kogelomloopspindels voor hogesnelheidsbewerkingen
Rekening houdend met deze factoren kwam de HMD-serie kogelomloopspindels met moerkoeling als optimale oplossing uit de bus. De HMD-reeks is uitsluitend ontworpen voor gebruik in hogesnelheidsbewerkingsapplicaties, ter ondersteuning van verplaatsingen met snelheden tot 120 m/min. Met het nieuw ontwikkelde recirculatiesysteem was het mogelijk om de d x n snelheidsrating op te drijven tot 160.000.

Koeling van de moer verhoogt de precisie
De koeling van de lineaire aandrijving door de moer (precies daar waar de warmte wordt opgewekt), verbetert de bescherming tegen een te hoge temperatuur, iets dat de nauwkeurigheid van de bewerking zou kunnen aantasten. Om deze lineaire aandrijving met geoptimaliseerde koeling te ontwikkelen, moest NSK een aantal uitdagingen tijdens het ontwerp overwinnen. Zo moesten de specialisten van het bedrijf een probleem oplossen dat werd veroorzaakt door de koeling. Die veroorzaakte een samentrekking van het materiaal van de behuizing van de moer, wat op zijn beurt de voorspanning van de kogelomloopspindel beïnvloedde. Na uitgebreide tests kwamen de specialisten van NSK op de proppen met een koelsysteem waarbij het niveau van de voorbelasting niet werd beïnvloed door de koeling, dit op elk mogelijk moment tijdens de werking.

Uit één hand: kogelomloopspindels, lagers en rolgeleidingen
Kogelomloopspindels met moerkoeling uit de HMD-serie worden gebruikt in de Y- en Z-as van de RigiMill. De Y-as heeft een rijafstand van 1560 mm, met 900 mm in de Z-as.
HMD kogelomloopspindels zijn uitgerust met axiale hoekcontactkogellagers uit de BSBD-serie van NSK, die precies ontwikkeld werden voor dit soort toepassing. De dubbelrijige configuratie van deze lagers, met een contacthoek van 60°, is bestand tegen de hoge axiale belastingen in beide richtingen. Zij bieden tegelijkertijd de stijfheid en nauwkeurigheid vereist door moderne precisiemachines.

De NSK systeemoplossing wordt vervolledigd door RA rolgeleidIingen in alle hoofdassen van de RigiMill. Ook zij beschikken over een extreme stijfheid bij maximale belastbaarheid en scheppen de voorwaarden voor de spindelassen om soepel en trillingsarm te lopen, ondanks de hoge snelheden en hoge krachten die door de bewerking worden opgewekt. Het ideale lijncontact van de rol houdt de verdringingskracht laag omdat een pure rolbeweging geen invloed heeft op de wrijving met de aandrijving.

Een indrukwekkende totaaloplossing
“De componenten van NSK en het gehele aandrijfsysteem voldoen aan de zeer strenge eisen die wij stellen aan onze leveranciers”, aldus David Modig. “Zij leveren een belangrijke bijdrage om ervoor te zorgen dat de RigiMill niet alleen met de hoogste precisie werkt, maar dat ook kan aan een extreem hoge snelheid. Dat verlaagt op zijn beurt weer de bewerkingstijden en -kosten per onderdeel”.

De RigiMill is dus een economische oplossing vanuit het oogpunt van de klant, simpelweg omdat hij in dezelfde tijdspanne meer structurele lucht- en ruimtevaartonderdelen kan produceren. Neem het voorbeeld van een vleugelrib, waarbij de bewerkingstijd van 384 minuten werd teruggebracht tot slechts 74 minuten. Bovendien kan bij de afwerking van een stuk een oppervlaktekwaliteit tot 0,8 Ra gerealiseerd worden met de machine. De reacties van de klanten uit de luchtvaartindustrie zijn dan ook unisono positief. David Modig: “We hebben nog nooit zo’n goede feedback gehad op de lancering van een nieuwe productserie. Bijna onmiddellijk heeft de RigiMill een plaats bemachtigd in de investeringsplannen van grote vliegtuigfabrikanten en hun leveranciers”.
Het wereldrecord dat gevestigd werd tijdens een klantendemonstratie in oktober 2017 leverde zeker een bijdrage aan het succes van het bedrijf. RigiMill verwijderde 16,4 liter vast materiaal in slechts één minuut.

De spindel draaide op snelheden tot 30.000 tpm, aangedreven door een 180 kW motor. Na dit indrukwekkende record volgden al snel de eerste orders. Modig schroefde daarop haar productiecapaciteit op, in lijn met die van de grote vliegtuigfabrikanten. Een nieuw productiegebouw is momenteel in aanbouw.