多轴自动车床中的纵向滑块驱动
机床中的液压缸
为了在复杂的金属车削体中实现高效和精确的批量生产，多轴自动车床是一个基本前提。自1915年以来，科隆的机械制造公司Alfred H. Schütte一直将此作为产品重点，当时该公司将第一台4轴自动车床推向市场。在这些机器中，多个切削刀具同时切削工件，与使用连续更换刀具的简单车床相比，这大大缩短了循环时间。
Schütte 通过这些自动车床不断重新定义着各种可能性：无论是节拍时间还是精度。为了实现这一目标，Hänchen 液压缸被用于纵向滑块中，分辨率为 0.1 微米。
- 极长的维护间隔
- 节省空间的加工方法
- 同时提供力和速度，且可充分利用全部功率
对液压缸的要求
- 结构紧凑
- 分辨率为0.1 μm的位移传感器
- 非常低摩擦
- 有限的安装空间
- 精度， 高于 1 微米
- 高稳定性，因为更换密封件非常复杂
如今，一台自动机床上最多可使用 8 个主轴。它们围绕中心旋转轴呈圆形排列。由于结构空间非常有限，主轴的进给驱动装置紧密地相互嵌套。这对于主轴驱动装置的紧凑型结构提出了很高的要求。精度高于 1 微米对机床中的进给驱动装置提出了特殊要求，这些驱动装置必须将精度、速度、力和紧凑性结合在一起。长期以来，这一直是液压缸的典型应用领域。这些机床纵向滑块的精密线性驱动装置由 Herbert Hänchen GmbH & Co. KG（位于 Ostfildern）提供。每台机器最多有 15 个液压缸。
Schütte 公司管理层成员 Albert Herrscher 博士工程师报告说：“在较长一段时间内，我们一直面临着另一家制造商带来的严重的质量问题。因此，我们转而使用 Hänchen。Hänchen 随后根据我们的要求，设计了一款带有集成式玻璃标尺的双出杆液压缸，作为纵向滑块驱动装置，分辨率为 0.1 微米。自从我们使用这些液压缸以来，质量已不再是讨论的话题。”对于这家科隆公司而言，液压缸是精密系统的关键部件。其他重要部件包括阀以及上层位置控制回路，根据机器类型，该回路通过带有分散式、通过 ProfiBUS V2 连接的传感器的工业 PC 或 CNC 控制器进行寻址。因此，自 1992 年起，经典机械凸轮驱动技术和带有电动机械单元的混合解决方案被取代。对于特别长的行程，Schütte 迄今为止一直使用电动驱动装置。因为按照目前的技术水平，阀是限制该技术物理极限的部件，在 100 巴系统压力下的最大流量为 25 升/分钟。Hänchen 液压缸可以轻松应对其他尺寸。在某些机器类型中，横向滑块还包含集成到滑块中的带有单出杆液压缸的插装阀解决方案。在这种情况下，电子补偿可以实现所需的精度，而双出杆液压缸由于其对称结构，可以直接进行特别精确的控制。由于直接集成到滑块中，因此这些液压缸的稳定性尤为重要，因为更换密封件或更换非常复杂。Herrscher 博士工程师对此表示：“使用 Hänchen 液压缸，这已不再是问题！您可以安装它们并忘记它们。”
除了定位精度、稳定性和功率密度外，液压还具有其他优势：例如，管路位于用于机器基础的聚合物混凝土中（出于精度原因），这是一种用电线不易实现的集成形式。这样，客户可以获得一个紧凑的单元，只有几个油口。所描述的液压线性驱动装置可提供高达 4,500 N 的进给力，以便在最大扭矩为 50 牛米的情况下，以高达 7,000 分-1的速度移动工件。由于对精度有极高的要求，并且由于没有侧向力，因此在交付给 Schütte 的 Hänchen 液压缸中使用了获得专利的浮动环状间隙密封。“Servofloat®品质”几乎无摩擦地工作。在极其缓慢和非常快速的运动中，它可以实现无接触的向外压力释放和低泄漏。因此，这些液压缸具有最高的定位和重复精度，并且没有爬行现象。
密封件组合按照以下原理工作：在系统启动时，通过液压缸腔室在环状间隙密封中建立一个流体动力油流，从而使该密封件以金属无接触的方式“浮动”地径向定心在活塞杆周围。在施加压力时，钢制衬套会变形并形成一个间隙密封，该间隙密封用作几百分之一毫米的非接触式密封间隙。但是，此方法仅在几微米的生产精度范围内有效。否则，泄漏会导致较高的液压损失。逸出的泄油通过一个收集油口无压力地返回到流体回路中。缺少接触式加压密封件可最大程度地减少液压缸中的静摩擦和滑动摩擦。环状间隙密封仅具有在最小泄漏量下降低压力的功能。因此，活塞杆通过摩擦优化的导向带进行导向。尽管如此，带有浮动环状间隙密封的液压缸也可以承受相对较高的侧向力。带有浮动环状间隙密封的液压缸的一个决定性论据是价格。因为这种质量仅在较低的允许侧向力方面与带有静压活塞杆导向的液压缸不同，但带来了约 30% 的价格优势。
图 1：带有单出杆液压缸的插装阀解决方案
图 2：多轴自动车床
Schütte 是唯一一家在多轴自动车床中使用液压作为基础技术的公司。全球 4 家竞争对手中只有一家也提供一种带有液压驱动装置的机床类型。Herrscher 博士工程师强调说：“通过这种技术领先地位，我们可以为我们的客户开辟新的性能维度”。因为无论价格多么重要，质量和精度对于 Schütte 而言都是更重要的标准。仅在科隆，该公司就拥有 540 名员工，其中包括约 60 名学徒，年营业额约为 8000 万欧元。除了多轴自动车床外，这家机器制造商还专门从事工具和通用磨床的生产，并通过其在法国、日本、西班牙、美国和中国的子公司在全球范围内销售这些磨床，出口份额为 50%。特别重要的国外市场是日本和意大利。全球关注的重点是两个领域：黄铜配件的生产以及汽车和汽车零部件行业。管理层成员总结说：“存在两个世界，我们使用两种技术，这两种技术在价格上具有可比性。使用电动执行器可以实现与液压类似的精度。但是，这需要在紧凑性、力和加速度这三个方面做出妥协，而使用液压系统则无需这样做。因此，如果阀的流量没有限制，我们将在其他机器中使用液压。因为我们已经长期掌握了必要的液压专业知识，并且精通系统集成。我们已经长期赢得了客户的信任。Hänchen 液压缸为此做出了重要贡献。”
请访问我们的专题页面，了解更多关于Hänchen伺服液压缸的信息：伺服液压缸 - 配备阀和传感器技术的液压缸。
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