So warten Sie Ihre 3-Achs-CNC-Drehmaschine: Pflegetipps

CNC Drehmaschinen arbeiten mit hohen Drehzahlen und extremen Drehmomenten. Die rotierende Spindel erzeugt durch Reibung Wärme. Diese Wärme kann zu einer axialen Ausdehnung der Spindel von bis zu 70 µm führen, was Ungenauigkeiten verursacht, die ein Werkstück unbrauchbar machen können. Wie lässt sich die Auswirkung dieser Wärmeausdehnung minimieren? Dieser Artikel bietet Wartungs- und Pflegetipps, die helfen, Ungenauigkeiten und Fehler an Werkstücken aufgrund von Phänomenen wie der Wärmeausdehnung zu vermeiden. Allein die Wärmeausdehnung ist für 40 bis 70 % aller Positionierungenauigkeiten verantwortlich.

Die einfache Routine, der CNC-Drehmaschine 15–30 Minuten Aufwärmzeit zu geben, ermöglicht es der Spindel, das thermische Gleichgewicht zu erreichen. Die Temperaturen stabilisieren sich, und jegliche Auswirkungen der Wärmeausdehnung werden gestoppt. Ähnlich verhält es sich mit der vorbeugenden Wartung von 3-Achs-CNC-Drehmaschinen. Beachten Sie die im Artikel beschriebenen täglichen, wöchentlichen, monatlichen, vierteljährlichen und jährlichen Maßnahmen, die die Leistung Ihrer 3-Achs-CNC-Drehmaschine verbessern können. Erfahren Sie, wie Sie eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren gewährleisten und gleichzeitig die für Ihre Hochgeschwindigkeitsdrehbearbeitungen erforderliche Präzision im Mikrometerbereich beibehalten.

5 Gründe, warum vorbeugende Wartung wichtig ist

1. Die 80/20-Regel bei der CNC-Aufgabenanalyse

Die 20 % der Bauteile einer CNC-Drehmaschine sind für 80 % aller schwerwiegenden Ausfälle verantwortlich. Dies ist die praktische Anwendung des Pareto-Prinzips. Zu diesen kritischen Bauteilen wie Spindellagern, Kugelgewindetrieben und Schmiersystemen gehören die Spindellager und erfordern eine gezielte Wartung.

2. Einhaltung der Toleranzen

Die 3-Achs-Drehmaschine arbeitet in der X-, Z- und oft auch in der C-Achse. Die Präzisionsbearbeitung hängt davon ab, dass die Achsen senkrecht und konzentrisch zueinander stehen. Beispielsweise würde eine geringfügige Abweichung der Z-Achse von nur einem Bruchteil eines Grades dazu führen, dass jede lange Welle konisch bearbeitet wird.

3. ISO 9001 und Qualitätssicherung

In der Medizin- und Luftfahrtindustrie sind strenge Toleranzvorgaben unerlässlich. Als Lieferant von Produkten, die auf 3-Achs-CNC-Drehmaschinen gefertigt werden, müssen Sie die höchste Produktqualität nachweisen. Dies geschieht üblicherweise durch sorgfältig dokumentierte Wartungsprotokolle gemäß den Anforderungen der ISO 9001.

4. Energieeffizienz und Reibung

3-Achs-CNC-Drehmaschinen besitzen viele bewegliche Teile. Beispielsweise die Führungsschiene, auf der sich die Maschine bewegt. Ist diese Schiene nicht ausreichend geschmiert, kann dies zu einem erhöhten Stromverbrauch des Motors führen, da dieser die zusätzliche Kraft überwinden muss.

5. Wartung des Kontrollzentrums der CNC-Drehmaschine

Die Steuerplatinen sind teuer und reagieren sehr empfindlich auf Feuchtigkeit und Staub. Regelmäßige Reinigung und Überprüfung der Dichtungen gewährleisten einen sicheren Betrieb der Platinen. Auch einfache Kontrollen wie die der Innentemperatur können Schäden vorbeugen.

Tägliche Wartungscheckliste für eine 3-Achs-CNC-Drehmaschine

Flüssigkeits- und Druckprüfung

In der 3-Achs-CNC-Drehmaschine werden zwei Arten von Flüssigkeiten verwendet. Zum einen die Kühlflüssigkeit, die die Temperaturen von Werkstück und Werkzeug im zulässigen Bereich hält. Zum anderen der Hydraulikdruck, der dem Spannfutter auf der rotierenden Spindel die nötige Kraft für einen sicheren Halt verleiht. Die regelmäßige Überprüfung der Kühlflüssigkeitskonzentration und des Hydraulikdrucks, der bei etwa 4,5 MPa (650 PSI) liegt, trägt zu einer sicheren und produktiven Fertigung bei.

Mechanische Reinigung und Entfernung von Ablagerungen

Beim Bearbeiten von 3-Achs-CNC-Drehmaschinen entstehen Metallspäne. Diese können in Form von Spanen oder Ansammlungen um das Werkzeug herum auftreten. Wenn sich Metallspäne im Revolverbereich festsetzen, kann dies zu Achsenfehlern führen.

Die regelmäßige Reinigung der Spindelnase und der Spannbacken minimiert den Rundlauf. Rundlauffehler treten auf, wenn die Drehachse von ihrer idealen Mittellinie abweicht – häufig verursacht durch Fremdkörper, die sich in den engen Spalten der CNC-Drehmaschine oder des Spannfutters festsetzen. Selbst kleinste Partikel können den korrekten Sitz beeinträchtigen und so zu exzentrischer Rotation, Vibrationen bei hohen Drehzahlen und verringerter Bearbeitungsgenauigkeit führen.

Bewegungs- und Tonprüfung

Eine Möglichkeit, die Schmierung einer 3-Achs-CNC-Drehmaschine zu überprüfen, besteht darin, sie manuell entlang der X- und Z-Achse zu bewegen. Achten Sie dabei auf ruckartige oder schwergängige Stellen. Sollten Sie Reibung feststellen, ist Schmierung erforderlich.

Das menschliche Gehör kann mangelhafte Schmierbedingungen wahrnehmen. Eine gut geschmierte und einwandfrei funktionierende 3-Achs-CNC-Drehmaschine erzeugt ein gleichmäßiges Summen, während eine schlecht gewartete Maschine ein hohes Pfeifen oder Schleifgeräusch von sich gibt.

Der Experten-Präzisionscheck

Bei hochpräzisen 3-Achs-CNC-Drehmaschinen tragen Kugelstabprüfungen zur Aufrechterhaltung der Maschinengenauigkeit von 0,005 mm bei. Die tägliche Durchführung dieser Prüfungen hilft der Werkstatt, Setzungseffekte zu erkennen und Fehlausrichtungen aufzudecken, die durch ein minimales Antippen des Spannfutters oder Revolvers am Werkzeug während des Betriebs entstehen.

Anmerkung: Setzung bezeichnet das Einsinken der CNC-Maschine in den Beton auf mikroskopischer Ebene. Der teleskopierbare Kugelstab ist ein hochpräziser Sensor, der zwischen der Maschinenspindel und einer festen Halterung auf dem Maschinenbett der 3-Achs-CNC-Drehmaschine sitzt.

Wöchentliche Inspektionsroutinen für 3-Achs-CNC-Drehmaschinen

Steuerschrankfilter

Das Steuerungssystem ist das Herzstück einer 3-Achs-CNC-Drehmaschine. Es besteht aus Ansteuerverstärkern und einer CPU. Im Betrieb können sich diese Komponenten aufgrund des elektrischen Widerstands in ihren Schaltkreisen erwärmen, was normal ist. Ein Kühlsystem sorgt dafür, dass ihre Temperatur im normalen Bereich bleibt. Durch den einfachen Austausch der Luftfilter lassen sich Schäden an IGBT-Modulen (Insulated Gate Bipolar Transistor) verhindern, deren Kosten sich auf rund 5.000 US-Dollar belaufen können. Im Vergleich dazu kostet ein wöchentlicher Filterwechsel nur 20 US-Dollar. In stark staubigen Umgebungen, wie beispielsweise bei der Gusseisenbearbeitung, sollte die Wechselfrequenz erhöht werden.

Riemen und Kabel

Bei 3-Achs-CNC-Drehmaschinen wird die Spindel über hochbelastbare Keilrippenriemen angetrieben. Ein lockerer Riemen kann zu Schlupf und damit zu schlechter Oberflächengüte bei groben Schruppbearbeitungen führen. Ein zu stark gespannter Riemen kann aufgrund der Seitenbelastung die Lager belasten.

Prüfen Sie bei Kabeln den Zustand der Kunststoffführungsketten, auf denen die Kabel laufen. Kurzschlüsse in den Kabeln können zu plötzlichen Fehlfunktionen der Maschine führen, deren Diagnose schwierig sein kann.

Lecksuche in Hydraulik- und Kühlsystemen

Bei einem Leck in einem Flüssigkeitskreislauf bildet sich in der 3-Achs-Drehmaschine möglicherweise nicht sofort eine Flüssigkeitsansammlung. Nach dem Druckabfall im System kann jedoch Luft eindringen. Beim nächsten Startvorgang verursacht dies ein ungleichmäßiges Druckverhalten, was zu einer ungleichmäßigen Steigkraft führen kann. Überprüfen Sie daher das Kühlsystem sorgfältig. Ignorieren Sie keine Anzeichen von Kühlmittel im Kreislauf.

Hinweis: Undichte Verschraubungen dürfen nicht nachgezogen werden, da sie sonst reißen können. Nach dem Druckentlasten des Systems sollte zunächst der Zustand des O-Rings geprüft und dieser gegebenenfalls nachgezogen werden.

Schmieren der Kiefer

Nachdem der Hydraulikdruck auf 4,5 MPa überprüft wurde, ist es wichtig, auch das Einfetten der Spannbacken in Betracht zu ziehen, da ein trockenes Spannfutter seine Spannkraft um 50 % verlieren kann, wenn es nicht ordnungsgemäß gepflegt wird.

Späneförderer

Wenn die Späneförderkette trocken ist, kann sie sich durch die Metall-auf-Metall-Reibung selbst abnutzen. Dabei entsteht Metallstaub, der in den Kühlmittelbehälter gelangen und dort Ablagerungen verursachen kann. Diese Ablagerungen können wiederum interne Filter und Kühlleitungen verstopfen.

Monatliche und vierteljährliche Aufgaben für die 3-Achs-CNC-Drehmaschine

Reinigung des Kühlmittels

Wie bereits erwähnt, können sich im Kühlmittel mit der Zeit feine Metallpartikel ansammeln und Schlamm bilden. Es ist wichtig, den Zustand des Kühlmittels einmal im Monat zu überprüfen. Gelangen diese Ablagerungen in die Pumpe, wirken sie wie Schmirgelpapier und beschädigen das Pumpenlaufrad. Darüber hinaus kann ein Rückgang des Kühlmitteldurchflusses um 20–40 l/min zu blauen Abplatzungen führen.

Scheibenwischer und Abdeckungen

Die Linearführungen, die für eine geradlinige Bewegung sorgen, sind durch Gummi- oder Filzgleiter geschützt. Mit der Zeit kann sich deren Material zersetzen. Überprüfen Sie die Funktion anhand von Öl- oder Kühlmittelspuren. Sollten Sie Spuren feststellen, tauschen Sie die betroffenen Teile aus.

Kalibrieren von Spiel und Revolver

Moderne 3-Achs-CNC-Drehmaschinen ermöglichen die Achsenbewegung aus zwei verschiedenen Richtungen. Dabei wird die mechanische Neigung gemessen. Überschreitet diese 0,002 mm, müssen die CNC-Parameter entsprechend angepasst werden. Die Ausrichtung des Revolvers ist ebenfalls entscheidend, um eine perfekte Achsenflucht zu gewährleisten. Ein nicht zentrierter Revolver kann zu Unebenheiten an den Werkstücken führen.

Gleisschwingungen

Gemäß ISO 9001 ermöglicht die Überwachung von Schwingungstrends die Vorhersage von Lagerausfällen Monate im Voraus. Dadurch können potenzielle Instandsetzungsmaßnahmen in vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen umgewandelt werden, was Zeit und Kosten spart.

Halbjährliche und jährliche Generalüberholungen für 3-Achs-CNC-Drehmaschinen

Ölwechsel an Hydraulik und Schmierung

Nach 1000 Betriebsstunden beginnt sich das Hydrauliköl auf molekularer Ebene zu zersetzen. Dies führt zu einer Viskositätsreduktion. Daher muss das gesamte System gründlich gespült werden, um die sich an den Wänden bildenden Ablagerungen zu entfernen, die zu Ventilstörungen und ungleichmäßigem Spannfutterdruck führen können.

Spindelzustandsprüfung

Die Spindel ist die wichtigste und teuerste Komponente einer 3-Achs-CNC-Drehmaschine. Nach einem Jahr wird der Zustand der Spindel mithilfe einer hochempfindlichen Messuhr überprüft. Achten Sie auf den Rundlauf (TIR). Ein Zielwert unter 0,025 mm (0,001 Zoll) gewährleistet präzises Arbeiten. Axiales Spiel kann zum Verschleiß des Axiallagers führen.

Neunivellierung und Geometrie

Ist der Boden nicht eben, kann sich das Maschinenbett minimal verziehen. Die Nivellierfüße müssen daher regelmäßig nachjustiert werden, um die Planheit des Maschinenbetts zu gewährleisten. Für präzise 3-Achs-Bewegungen müssen Reitstock und Spindelstock maximal 0,05 mm (0,002 Zoll) außermittig ausgerichtet sein. Jede Fehlausrichtung führt zu Verformungen der Werkstücke.

Elektrische Sicherheit & ISO 23125

Das Lösen von Erdungskabeln ist ein häufiges Problem bei beweglichen Maschinen wie der 3-Achs-CNC-Drehmaschine. Die Norm ISO 23125 fordert eine ordnungsgemäße Erdung der Drehmaschine, um nicht nur die Maschine, sondern auch den Bediener zu schützen.

Abschluss

Bewegliche Maschinen, ob Fahrzeuge oder Präzisionsmaschinen wie 3-Achs-CNC-Drehmaschinen , benötigen sorgfältige Pflege. Vorbeugende Wartung ist immer besser als das Abwarten eines Ausfalls. Die Fehlersuche und -behebung an der CNC-Drehmaschine ist zeitaufwendig. Daher ist die Einhaltung eines strikten Wartungsplans – täglich, wöchentlich, monatlich, halbjährlich und jährlich – unerlässlich. So wird sichergestellt, dass das Werkstück mit höchster Präzision gefertigt wird und alle Komponenten – von der Spindel über die CPU und die elektrischen Bauteile bis hin zu Fundament, Abstreifer, Öl und Gehäuse – einwandfrei funktionieren.

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