Harmonic-Getriebe vs. harmonischer Drehantrieb: Was ist besser für CNC-Werkzeugmaschinen?

Hallo zusammen, ich bin Theodore Li, Technischer Direktor bei HONPINE.

Viele Kunden stehen bei der Auswahl von Harmonic-Drive-Komponenten für CNC-Werkzeugmaschinen vor einer häufigen Frage: Sollten sie sich für ein Harmonic-Getriebe oder einen Harmonic-Drehantrieb entscheiden?

In diesem Artikel erläutere ich die Unterschiede zwischen diesen beiden Lösungen und helfe Ihnen dabei, festzustellen, welche besser für Ihre CNC-Anwendung geeignet ist.

Bei der Wahl zwischen einem Harmonic-Getriebe und einem Harmonic-Drehantrieb für CNC-Werkzeugmaschinen müssen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden, darunter Tragfähigkeit, Steifigkeit, Positioniergenauigkeit, Kompatibilität mit Motor und Steuerungssystem, Bauraum und spezifische Anwendungsanforderungen.

Unter diesen Faktoren sollten Tragfähigkeit und Steifigkeit höchste Priorität haben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Automatisierungsanlagen müssen bestimmte Drehachsen in CNC-Werkzeugmaschinen nicht nur eine präzise Positionierung erreichen, sondern auch den bei der Bearbeitung entstehenden äußeren Kräften standhalten.

Warum eignen sich Harmonic-Getriebe gut für CNC-Anwendungen an der vierten Achse?

Harmonic-Getriebe eignen sich aufgrund ihrer wesentlichen Vorteile besonders für CNC-Anwendungen an der vierten Achse, beispielsweise Rundtische: nahezu spielfrei, hohe Positioniergenauigkeit, hohe Untersetzungsverhältnisse und kompakte Bauweise.

Diese Eigenschaften machen Harmonic-Getriebe zu einer attraktiven Lösung für CNC-Rundtische, die eine präzise Indexierung, eine effiziente Nutzung des Bauraums und eine reaktionsschnelle Bewegungssteuerung erfordern.

Harmonic-Getriebe arbeiten durch die elastische Verformung eines Flexsplines, wodurch sie hohe Untersetzungsverhältnisse in einer kompakten Struktur erreichen können.

Dieses einzigartige Übertragungsprinzip trägt dazu bei, die Anforderungen von CNC-Systemen der vierten Achse an hohe Präzision, hohe Drehmomentdichte, kompakte Abmessungen und gleichmäßige Bewegung zu erfüllen.

Die Eignung eines Harmonic-Getriebes hängt jedoch auch von seiner Torsionssteifigkeit, Tragfähigkeit, Lageranordnung und Widerstandsfähigkeit gegenüber Bearbeitungskräften ab. Bei Schwerzerspanungsanwendungen müssen diese Faktoren sorgfältig bewertet werden.

Sind Harmonic-Drehantriebe besser für CNC-Anwendungen an der fünften Achse geeignet?

Nicht unbedingt. Die am besten geeignete Lösung hängt weiterhin von den spezifischen technischen Anforderungen der CNC-Maschine ab.

Auf Grundlage der Erfahrungen von HONPINE bei der Betreuung von Kunden in den letzten Jahren haben wir jedoch ein wachsendes Interesse an integrierten Harmonic-Drehantrieben für kompakte CNC-Fünfachssysteme festgestellt.

Eine CNC-Fünfachsmaschine besteht typischerweise aus drei Linearachsen – X, Y und Z – sowie zwei Drehachsen, beispielsweise A/C oder B/C.

Im Vergleich zu einem Mechanismus mit einer einzelnen Drehachse erfordert ein Fünfachssystem eine koordinierte Bewegung zwischen zwei Drehachsen. Bestimmte komplexe Bearbeitungen von Oberflächen erfordern zudem eine simultane Fünfachsinterpolation.

Für kompakte Fünfachsmechanismen bieten Harmonic-Drehantriebe vier wesentliche Vorteile.

1. Integriertes Design trägt zur Verringerung der Anlagengröße bei

Fünfachs-Rundtische müssen häufig zwei Drehachsen, Antriebssysteme, Lager und Kabel in einem begrenzten Bauraum unterbringen.

Ein Harmonic-Drehantrieb integriert Motor, Harmonic-Getriebe und Encoder in einer kompakten Einheit.

Diese Integration reduziert die Anzahl separater Übertragungskomponenten und mechanischer Verbindungen und ermöglicht eine kompaktere Anordnung der A/C- oder B/C-Achse.

2. Integrierte Rückführung unterstützt die koordinierte Mehrachssteuerung

Die Fünfachsbearbeitung erfordert eine präzise Positionierung der Drehachsen, eine gleichmäßige Drehzahlregelung und ein reaktionsschnelles dynamisches Verhalten.

Durch die Kombination eines abgestimmten Motors, Getriebes und Rückführsystems kann ein integrierter Servoantrieb bestimmte Aspekte der Systemintegration vereinfachen und gleichzeitig eine Bewegungsregelung im geschlossenen Regelkreis unterstützen.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass ein integrierter Antrieb grundsätzlich eine höhere Regelgenauigkeit bietet als ein separater Servomotor in Kombination mit einem Harmonic-Getriebe.

Die tatsächliche Mehrachsbearbeitungsleistung hängt weiterhin von der CNC-Steuerung, der gesamten mechanischen Steifigkeit, der Rückführungskonfiguration und der Maschinenkalibrierung ab.

3. Hohlwellendesign vereinfacht die Kabelführung

Einige Harmonic-Drehantriebe verfügen über ein Hohlwellendesign, durch das elektrische Kabel, Pneumatikschläuche und andere Anschlüsse durch das Drehzentrum geführt werden können.

Bei Fünfachs-Schwenkköpfen und Rundtischen trägt diese Anordnung dazu bei, den Bedarf an externer Kabelführung zu reduzieren und die Raumnutzung zu verbessern.

Bei Anwendungen mit kontinuierlicher Drehung müssen jedoch weiterhin das Verdrehen von Kabeln und der mögliche Bedarf an Drehdurchführungen oder Schleifringen berücksichtigt werden.

4. Vereinfachte mechanische Konstruktion und Montage

Im Vergleich zur eigenständigen Auswahl und Montage eines Motors, Harmonic-Getriebes, einer Kupplung und eines Encoders kann ein integrierter Harmonic-Drehantrieb die Anzahl mechanischer Schnittstellen reduzieren.

Dies kann die Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme der Anlage vereinfachen und den gesamten Maschinenentwicklungsprozess potenziell verkürzen.

HONPINE Harmonic-Drehantrieb der Serie 58 für CNC-Anwendungen

Für Kunden, die eine kompakte und hochpräzise Drehantreibslösung suchen, möchte ich den HONPINE Harmonic-Drehantrieb der Serie 58 vorstellen.

Die HONPINE Serie 58 wurde entwickelt, um außergewöhnliche Steifigkeit und Positioniergenauigkeit zu bieten.

Sie integriert drei Schlüsselkomponenten in einer einzigen kompakten Einheit:

- Ein hochpräzises Harmonic-Getriebe

- Einen rahmenlosen Drehmomentmotor

- Einen hochauflösenden 26-Bit-Encoder

Der Antrieb verfügt außerdem über eine Hohlbohrung von 47 mm, die praktischen Raum für die Verlegung von Kabeln und anderen Anschlüssen bietet.

Außergewöhnliche Steifigkeit durch Labortests nachgewiesen

Im HONPINE-Labor führten wir einen Steifigkeitsversuch mit einem nahezu zwei Meter langen Hebel durch.

Während des Tests übten wir über den Hebel eine Kraft auf das Abtriebsende des Antriebs aus und überwachten dessen Auslenkung mit einer Messuhr.

Selbst unter dieser durch den Hebel erzeugten Belastung zeigte die Messuhr nahezu keine sichtbare Bewegung.

Noch wichtiger ist, dass der in diesem Versuch verwendete Harmonic-Drehantrieb nicht mit einem Bremsmechanismus ausgestattet war.

Der Test sollte den inhärenten Widerstand des Antriebs gegen Durchbiegung unter den getesteten Bedingungen demonstrieren, anstatt sich auf eine zusätzliche mechanische Bremse zu stützen.

Dieses Ergebnis unterstreicht die beeindruckende Steifigkeit des Harmonic-Drehantriebs der HONPINE Serie 58.

Hohe Positioniergenauigkeit ohne Beeinträchtigung der Steifigkeit

Neben seiner hohen Steifigkeit erreicht der Harmonic-Drehantrieb der HONPINE Serie 58 eine ausgezeichnete Positionierleistung.

Laut den Laborprüfergebnissen von HONPINE umfassen seine wichtigsten Genauigkeitsspezifikationen:

Diese Ergebnisse belegen die Fähigkeit des Antriebs, hohe Steifigkeit mit präziser Bewegungssteuerung zu verbinden.

Nachfolgend finden Sie den mit unserem Lasermesssystem erstellten Genauigkeitsprüfbericht.

[Bild einfügen: Genauigkeitsprüfbericht des HONPINE Harmonic-Drehantriebs der Serie 58]

Es ist wichtig zu beachten, dass die endgültige Leistung jedes Antriebs in einer CNC-Werkzeugmaschine auch von der Einbaustruktur, den aufgebrachten Lasten, der Steuerungskonfiguration und der gesamten Maschinenkonstruktion abhängt.

Kontaktieren Sie HONPINE für Harmonic-Drive-Lösungen für CNC

Unabhängig davon, ob Sie einen CNC-Rundtisch für die vierte Achse, ein kompaktes Fünfachs-Bearbeitungssystem oder einen kundenspezifischen Drehpositionierungsmechanismus entwickeln, ist die Auswahl der richtigen Harmonic-Drive-Lösung für eine zuverlässige Leistung unerlässlich.

HONPINE bietet Harmonic-Getriebe und integrierte Harmonic-Drehantriebe für ein breites Spektrum von Präzisionsbewegungsanwendungen.

Kontaktieren Sie HONPINE noch heute, um mehr über unsere Harmonic-Getriebe und Drehantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen zu erfahren und zusätzliche technische Spezifikationen, Produktdokumentationen und Anwendungsunterstützung zu erhalten.