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REDEX
DMG社は自社の最新で最大の門型加工機で、最高の精度を実現するためにREDEX社製のゼロバックラッシュ・ラック&ピニオン駆動装置およびスピンドルを採用しました。
DMG社の門型5軸加工機DMU 600P型は最大40トンの材料を高速、ダイナミックそして高精度に加工できる機械として設計されました。
ヨーロッパの高精度駆動のスペシャリストはX、YおよびC軸のラック&ピニオン駆動に“Twin Drive”システムを採用し、REDEX社の高精度駆動装置はそれ以外の駆動軸やメインミーリングスピンドル駆動にも使用されました。
大型プラスチック金型や自動車ボディーのプレス金型などの製造では最高の加工精度が要求されます。船舶用デーゼルエンジンハウジングの加工もまた同様に高い精度が要求されます。加工される部品材料の重量は数トンもあり、またその長さは通常数メーターに及びますが、ミクロンオーダーの精度が求められます。
重量物の高精度機械加工
DMG社ではまさにこの重量物の高精度加工用にDMU P-シリーズの門型5軸加工機を開発しました。DMU 600P型(図 1)シリーズの最大モデルは特にXXL寸法での高精度、高速機械加工用に設計されており、機械は最大6000x4200x1500mm (X/Y/X-軸)、 W軸は最大2000mmの移動ができ、ミーリングおよびターニングの高精度加工が可能です。
最大加工物積載重量は最大40トンです。
同時にDMU600Pは最高の速度と最大限の柔軟性が保証されています。なぜならばこの機械は5軸のターニングおよびミーリングが1回のクランプで行える様に設計されているからです。
長い移動距離での高精度
DMG社の設計者の最大の挑戦は、長い移動距離でこの高いレベルでの高精度加工を保証することでした。(図―2)
リニアー駆動はこの場面の中心的役割を担うとする、DMG社(フロンテン)のプロジェクトマネージャーのフローリアン・ガルバルスキー氏は「数千時間以上の動作時間でも繰り返し精度を維持し、さらにスピンドルモーター60Kwを直接受けていても駆動はゼロバックラッシュでなければならない」と言っています。
図では:6メーター以上の移動で最大加速度3m/s2で精度は最大+/-0.0075mmを達成しています。この条件の機械の完璧な設計する際には最高のレベルの精度、剛性、および厳しい温度維持が必修条件でした。この様な長い移動距離と高い精度レベルへの要求に対して、ボールネジ技術を考慮しないことで、真の挑戦者となりました。
ラックおよびピニオン駆動
剛性のレベルを保証する為に、DMG社の設計者は細心の注意を払って適切な駆動システムを選択しました。フロリアン・ガルバルスキー氏は”REDEX社のゼロバックラッシュ・ラック&ピニオン駆動装置を採用する前に我々は広範なベンチマークテストを実施しました。”と語ります。
C-軸(スピンドルヘッドの旋回軸)であっても。”TWIN DRIVE”高精度駆動装置は高精度の動きと位置決めを確実にしけなればなりませんでした。
また、2つの垂直ボールネジによるW-軸はREDEX社の2つのSRP2サーボ遊星減速機を介して同期されて駆動させることも重要でした。
スピンドル駆動
低速時の高トルク機能により高い生産性を提供するために、REDEX社の水冷式2段減速機“RAM”シリーズもインライン(駆動モーターとスピンドルの中間にRAMが組み込まれた形)でスピンドル軸に組み込まれています。
XおよびY軸:ゼロバックラッシュ“TWIN DRIVE” ラック&ピニオン駆動
その機械的な原理から従来のラック&ピニオン駆動では常にバックラッシュがありそれは位置決め精度に影響を与えていました。しかしながらこれらの制限はREDEX社は自社の”TWIN DRIVE“システムには当てはまらず、100%ゼロバックラッシュ ラック&ピニオン駆動が提供できることに気付きました。
基本原理:2つの電子的に同期された完全な駆動はパラレルに使用されます。(モーター+遊星減速機) 2つのサーボモーターの1つが駆動になり、他方がブレーキとして動作することにより一定のプリロードを2つのピニオンとラックの間の加えることが確実になります。
この方法によりバックラッシュは完全に除去され、最も高精度な動きと位置決めの提供ができます。
この基本原理がDMU600PのX-軸6000mm 長さ、Y-軸4200長さ、そしてC-回転軸に採用されました。
X-軸にはターンキィー駆動装置のDRPが選択されました、これには2つの遊星駆動装置と2つのサーボモーターが含まれています。(図―3)
Y-軸にはKPRX遊星減速機が選択され、Z-キャリエッジの左側と右側に装着されました。さらにはDRPが旋回軸(C-軸)に使用されています。
機械のCN電子制御によりこれらのTWIN DRIVEシステムそれぞれの同期とプリロードを得ることができます。
高加速度と最大の精度は剛性のあるリニアーガイド駆動から
もしゼロバックラッシュ仕様の駆動が絶対に必須であっても、それだけでは要求のレベルの最高精度、および裁量の面仕上げの達成には十分とは言えません。重要なものは全体的な剛性、温度管理そして最高の伝達エラー精度であり、REDEX社の遊星減速機の核心ともいえる剛性によるものです。
全ての軸にREDEXが採用されることにより、駆動は全ての方向に非常に強靭であり、優れた位置決め精度、機械加工された表面粗さおよび繰り返し精度を導きます。
これらの機能を保証するために減速機には大きな出力ベアリングが装着され、そしてピニオンはピニオン軸と減速機のメイン軸の一体構造となっています。ベアリングアッセンブリーはそれ自体が2つのプリロードを加えられたオーバーサイズのテーパーローラーベアリングで構成されピニオンに非常に近い位置に組み込まれています。減速機のハウジングは非常に高精度な機械加工が施され、そして負荷方向に関係なく最大の剛性を広範囲に渡り提供するように設計されています。
この設計は高トルクの剛性のみならずラジアル方向の曲がりを含めた全ての方向に対して最高の剛性を保証します。これはラック&ピニオンの用途全体の歪の約60%に匹敵する大規模なテストをREDEX社の責任において行っています。これにより、曲がりは急激に減少し、軸の固有振動数は大きく改善され、加速率が向上し、重い質量の移動も高精度の要求に適した状態で行う事ができます。
技術面のみならず経済的にも利益が発生します。
最終的にDMG社の為の REDEX社の駆動コンセプトは技術的観点のみならず経済的見地でも勝っています。工作機械メーカーによる長期の原価調査によるとREDEX社のラック&ピニオン駆動によって6mのX-軸移動に対して提供される最適のTCO*(Total Cost of Ownership)は、同程度の精度の精度における他の技術的解決方法では打ち負かすことはできません。
多面的コンセプト
拡張されたREDEXの製品範囲は工作機械の駆動用途に特化したもので、技術者の選択を無制限に拡大することができます。REDEX社の提供するラック&ピニオンには異なるコンセプトの物があります。例えば、機械式または電気式プリロードがありますが、DMG社では電気的な同期方式を採用しました。一方システムには全ての一般的なサーボモーターと減速機/減速機アッセンブリーのいずれかを使用することができます。
例えばDMU600P のC-軸(スピントル旋回軸)のツイン駆動のコンビネーションに、DMG社は2つのサーボ遊星減速機をユニバーサルハウジングに組み込んで一体化して真のターンキィー駆動を提供できるDRPを選択しました。
純粋なメカロトニクス― 一つ屋根の下
DMU600Pのデザインをさっと見てみるとREDEX社が”TWIN DRIVE" ラック&ピニオンにより、他の多くのハイクラスの工作機械メーカー殿にもご提供できることが端的に表されています。
コンパクト、で高性能なRAMシリーズの2段減速機(図4)もまた機械のメインスピンドルの内部に組み込まれ、ミーリングヘッドを“SINGLE DRIVE”に変更した時にはSRP遊星サーボ減速機構が駆動します。従ってDMG殿ではこの高いパフォーマンスの機械に“一つ屋根の下に全てを”の原則のもとで全ての軸に対して同じ供給元の製品を選択しました。そしてそれを実現したのはREDEX社の幅広い商品群と客先技術者からのほとんど全ての要求に対して技術的な回答をする基本方針です。更には、最終的なキィーポイントはDMGの為にREDEX社から初期の設計段階から最終の試運転まで広範なサポートが提供されたことだと言えます。
これは特に初めてラック&ピニオン駆動装置を使用するお客様には重要なことで、選定計算、設計への最適なアドバイス、さらに工場での組み立て調整の支援を通じて、REDEX社は工作機械の成功に関して付加価値の高い支援を行ってきました。
世界的な成功
フローリアン・ガルバルスキー氏は最後に:「DMU-Pシリーズの機械は大型部品の高精度、高速加工にある大きな需要に対してコスト効率に優れた機械として全世界に販売されます。」と付け加えました。
図の見出し
図 1 (DMU 600P 機械全体図)
図 2 (DMU 600O メイン軸の構造)
DMU 600P 5軸門型加工機は大型加工物の高精度且つ柔軟性に優れた機械として開発されました。
DRPツインドライブは他のX-軸ラックのエンドにあります。
ゼロバックラッシュ“TWIN DRIVE” ターンキィーコンセプトは6mのX-軸移動での高い位置決め精度を可能にします。
2段減速機内蔵のインラインスピンドルは粗加工用に低速で高トルク、高精度仕上げ加工用に高速で低トルクで動作する能力を有しています。
