Bearbeitung von Rollengewindespindeln für Planetenrollengewindetriebe
Der Planetenrollengewindetrieb ist eine hocheffiziente Antriebskomponente für humanoide Roboter und Positioniersysteme. Die Rollengewindespindel bildet das zentrale Element, dessen Fertigungsqualität die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems bestimmt. Form- und Lagetoleranzen im einstelligen µm-Bereich sowie eine Oberflächengüte von Ra 0,4 erfordern hochpräzise Schleifverfahren.
Planetenrollengewindetriebe: Schlüsselkomponente moderner Antriebstechnik
Technische Anforderungen an Rollengewindespindeln
Die Rollengewindespindel überträgt lineare Bewegungen mit hoher Kraftdichte bei minimaler Reibung. Die Kraftübertragung erfolgt dabei über mehrere umlaufende Gewinderollen in planetarer Anordnung. Dadurch sind höhere Tragzahlen bei kompakteren Bauformen als bei konventionellen Kugelgewindetrieben möglich.
EMAG bietet als Spezialist für Präzisionsfertigung eine durchgängige Prozesskette für die Herstellung von Planetenrollengewindespindeln in Planetenrollengewindetrieben. Mit der Kombination aus hochpräzisen Rundschleifmaschinen der Baureihe WPG 7 und durchdachten Fertigungsstrategien ermöglichen wir die wirtschaftliche Produktion dieser anspruchsvollen Bauteile bei gleichzeitig höchster Qualität.
Werkstückspezifikationen der Planetenrollengewindespindel
Die Planetenrollengewindespindel für humanoide Roboter zeichnet sich durch eine kompakte Bauform bei gleichzeitig höchsten Präzisionsanforderungen aus. Das Ausgangsmaterial ist ein gehärteter Stahlrohling mit einer Härte von HRC 60, der nach der Wärmebehandlung geschliffen werden muss. Die Gesamtlänge der Spindel beträgt typischerweise 110 bis 120 mm, wobei mehrere abgestufte Außendurchmesser präzise geschliffen werden müssen.
Die vollständige Prozesskette: Vom Rohteil zur Fertigbearbeitung
Die Fertigung einer Planetenrollengewindespindel für Planetenrollengewindetriebe erfordert eine sorgfältig abgestimmte Prozesskette, die mehrere Fertigungsschritte vom Rohteil bis zum fertig bearbeiteten Bauteil umfasst. EMAG bietet für diese Prozesskette optimierte Lösungen.
- OP05 – Rohteilbereitstellung: Ausgangsmaterial ist ein Stahlrohling in zylindrischer Form, der bereits auf die ungefähren Endmaße vorbearbeitet wurde.
- OP10 – Präzisionsdrehen (VT 2): Auf einer EMAG Vertikaldrehmaschine der VT-Baureihe erfolgt die spanende Vorbearbeitung der Konturen. Alle Durchmesserabstufungen und Planflächen werden mit definiertem Aufmaß für die nachfolgende Schleifbearbeitung vorbereitet.
- OP20 – Tiefbohren: Die zentrale Bohrung der Spindel wird mittels Tiefbohrverfahren eingebracht. Diese Bohrung ist essenziell für die Gewichtsreduzierung und dient teilweise als Führung für nachfolgende Bearbeitungsschritte.
- OP30 – Wärmebehandlung: Die Härtung auf HRC 60 stellt sicher, dass die Spindel den hohen mechanischen Belastungen im späteren Einsatz standhält. Nach der Wärmebehandlung ist eine schleiftechnische Fertigbearbeitung zwingend erforderlich.
- OP40 – Außenrundschleifen I (WPG 7): Erste Schleifoperation zur Bearbeitung der dünneren Wellenabschnitte.
- OP50 – Außenrundschleifen II (WPG 7): Zweite Schleifoperation zur Bearbeitung der größeren Durchmesser.
- OP60 – Gewindeschleifen (G375H): Abschließende Bearbeitung des Präzisionsgewindes auf einer EMAG G 375 H Gewindeschleifmaschine
Bearbeitungsstrategie mit zwei WPG 7 Rundschleifmaschinen
Die besondere Herausforderung bei der Schleifbearbeitung von Planetenrollengewindespindeln liegt in der Kombination aus geringen Durchmessern, Hohlwellencharakteristik und engsten Toleranzanforderungen. EMAG setzt daher auf eine zweistufige Bearbeitungsstrategie mit zwei WPG 7 Außenrundschleifmaschinen, die optimal auf die spezifischen Anforderungen des Bauteils abgestimmt ist.
OP10: Erste Schleifoperation – Bearbeitung der dünnen Wellenenden
In der ersten Schleifoperation wird das dünnere Ende der Spindel bearbeitet. Dieser Bereich stellt aufgrund der geringen Wandstärke (die Spindel ist hohl) besondere Anforderungen an die Prozessführung. Selbst geringe Schleifkräfte können bei unzureichender Abstützung zu Vibrationen führen, die sowohl die Oberflächenqualität als auch die Maßhaltigkeit beeinträchtigen.
OP20: Zweite Schleifoperation – Bearbeitung der Hauptdurchmesser
Nach dem Wenden des Werkstücks erfolgt in der zweiten Schleifoperation die Bearbeitung der größeren Durchmesser. Da in OP10 bereits präzise Referenzflächen geschaffen wurden, kann nun mit einer starren Lünette gearbeitet werden, die auf den zuvor geschliffenen Flächen abgestützt wird.
Der Einsatz von Schrägschleifscheiben ist bei der Bearbeitung von Planetenrollengewindespindeln für Planetenrollengewindetriebe entscheidend für optimale Ergebnisse. Bei diesem Verfahren wird die Schleifscheibe in einem definierten Winkel zur Werkstückachse angestellt, wodurch mehrere Vorteile entstehen:
- Simultane Bearbeitung von Durchmesser und Planfläche: Die angestellte Scheibe ermöglicht das gleichzeitige Schleifen von zylindrischen Flächen und Schultern in einem Arbeitsgang.
- Verbesserte Spanabfuhr: Der Winkel begünstigt den Abtransport der Schleifspäne aus der Kontaktzone an der Schulter.
- Höhere Oberflächengüte: Die Kombination aus Schrägeinstich und nachfolgendem Längsschleifen führt zu optimalen Oberflächenrauheiten.
Als Schleifmittel kommen auf den WPG 7 Maschinen Korundschleifscheiben zum Einsatz (optional CBN-Schleifscheiben). Mit einem maximalen Scheibendurchmesser von 500 mm und einer Scheibenbreite von 80 mm bieten diese ausreichend Kapazität für die effiziente Bearbeitung. Die maximale Schnittgeschwindigkeit von 50 m/s gewährleistet optimale Zerspanungsbedingungen bei gleichzeitig kontrolliertem Wärmeeintrag in das Werkstück.
Vorteile der EMAG Fertigungslösung für Planetenrollengewindetriebe
Die EMAG Komplettlösung für die Fertigung von Planetenrollengewindespindeln bietet Anwendern aus der Robotik, Automatisierungstechnik und dem Präzisionsmaschinenbau entscheidende Wettbewerbsvorteile:
- Durchgängige Prozesskette aus einer Hand: Von der Drehbearbeitung über das Schleifen bis zum Gewindeschleifen bietet EMAG alle Fertigungstechnologien aus einer Hand.
- Integrierte Qualitätssicherung: Die In-Prozess-Messung garantiert die Einhaltung engster Toleranzen ohne zusätzliche Prüfschritte.
- Optimierte Bearbeitungsstrategie: Die zweistufige Schleifbearbeitung mit angepassten Lünettenkonzepten gewährleistet höchste Präzision bei wirtschaftlichen Taktzeiten.
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