Linearantriebe für das Fräsen im „Freestyle“

Mit den CNC-Fräsmaschinen von Stepcraft können Hobbyisten und industrielle Anwender, zum Beispiel im Prototypenbau, neue Freiheiten entdecken und ihre CAD-Zeichnungen in die Realität umsetzen. Besonders vielseitig ist die M-Serie. Bei ihr verfährt das Werkzeug mit wartungsfreien dryspin Gewindespindeln aus dem igus Konstruktionsbaukasten.

Die meisten Anwender der Stepcraft M-Serie – entwickelt und produziert von der Stepcraft GmbH & Co. KG in Menden/Sauerland – haben eines gemeinsam: Sie sind kreativ. Was sie mit der Maschine herstellen, lässt sich aufgrund von deren Vielseitigkeit nicht verallgemeinern. Peter Urban, Geschäftsführer des Herstellers Stepcraft GmbH & Co. KG: „Der Großteil der Kunden sind Hobbyanwender aus dem Modellbau, mit dieser Zielgruppe sind wir groß geworden. Die M-Serie kommt aber zum Beispiel auch im Werkzeugbau, bei der Auftragsfertigung von Kleinserien und in der Prototypenfertigung zum Einsatz.“

„Think it – make it“

2012 hat Stepcraft eine erste CNC-Fräsmaschine für den Modellbau entwickelt und in der Folgezeit ein ganzes Produktprogramm aufgebaut. Typisch für alle Maschinen ist die hohe Funktionalität und Vielseitigkeit bei einem günstigen Preis – schließlich sind viele Kunden Privatkäufer. Mit der M-Serie lassen sich Kunststoff, Holz, Aluminium und Messing verarbeiten, unter Verwendung von Zubehör können die Maschinen zudem für das Lasern, Plotten, Gravieren, Heißschneiden und sogar für den 3D-Druck genutzt werden. Dabei gilt immer die Devise: „Think it – make it“.

„Freestyle Milling“ in drei Dimensionen

Das gilt für die M-Serie noch mehr als für die anderen CNC-Maschinen von Stepcraft. Peter Urban: „Die M-Serie ist die weltweit einzige CNC-Maschine, die echtes Freestyle Milling ermöglicht.“ Das heißt, der Anwender kann den Maschinentisch herausnehmen und große Werkstücke unterhalb der Maschine (oder aber den Fußboden) bearbeiten.

Und die Freiheit geht sogar noch weiter: Mit optionalen Vakuumschienen kann sich die Maschine auch an der Wand oder der Decke festsaugen und dort fräsen. Dazu passt, dass die meisten Käufer das Angebot annehmen, „ihre“ Maschine im Bausatz zu beziehen und selbst zu montieren.

Urban: „Das hat nicht nur Kostengründe. Unsere Kunden haben einfach Spaß am Bauen und möchten die Maschine, mit der sie arbeiten, bestmöglich verstehen.“

Kostengünstig konstruieren – ohne Qualitätseinbußen

Da die Hobbyisten kostensensibel sind, geht es für die Konstrukteure von Stepcraft nicht allein um die beste Funktion und die größte Flexibilität, vielmehr auch um die Kosten jeder Innovation. Der Stepcraft-Geschäftsführer weiter: „Zu den Optionen, die wir für die M-Serie bieten, gehört auch ein oszillierendes Tangentialmesser. Als Kaufteil hätte uns das 1.100 € gekostet. Wir haben eins entwickelt, das mindestens ebenso vielseitig und robust ist, aber nur 350 € kostet.“ Auch bei der Frage, wie der Fräskopf (oder jedes andere Werkzeug) in drei Achsen bewegt wird, mussten die Konstrukteure nicht nur die technisch beste Lösung finden, sondern ebenfalls die Kosten im Blick behalten. Urban: „Wir haben einen eigenen Prüfstand für Antriebe. Dort haben wir verschiedene Linearsysteme wie Rundgewindespindeln und Trapezgewindespindeln mit Rotgussmutter im direkten Vergleich getestet.“ Zu den geprüften Parametern gehörten Geräuschentwicklung, Präzision und Verschleiß – und am besten abgeschnitten haben die dryspin Spindeln von igus.

dryspin Steilgewinde mit Sondermuttern

Dabei handelt es sich um ein Steilgewinde mit besonderer Geometrie, in dem eine Kunststoffmutter aus dem Hochleistungspolymer iglidur J4 mit inkorporiertem Schmierstoff verfährt. Beide Komponenten bilden einen hocheffizienten wartungsfreien und langlebigen Linearantrieb, der sich präzise positionieren und gut an die individuellen Anforderungen anpassen lässt. Diese Spindeln kommen in allen drei Achsen der M-Serie zum Einsatz.

Die x- und y-Achsen bezieht Stepcraft in verschiedenen Längen, weil die Maschinen in mehreren Tischgrößen lieferbar sind. Bewegt werden die Spindeln von NEMA-23-Motoren. Auf ihnen verfahren Doppelmuttern aus dem Spritzguss mit einer kundenspezifischen Außenkontur, die Stepcraft durch eine Aluminiumhalterung verbindet. So wird die gewünschte Vorspannung erreicht und Umkehrspiel vermieden.

Gewindetriebe werden stark beansprucht

Die dryspin Gewindetriebe werden in dieser Anwendung stark beansprucht, wie Peter Urban erläutert: „Wenn das Werkzeug zum Beispiel einen Kreis ins Material fräst, wirken hohe und überlagerte Kräfte auf die Achsen.“ Weil die Maschine unterschiedlichste Materialien bearbeitet, und das in ganz verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten, kann man konstruktiv nicht ganz ausschließen, dass es zu Vibrationen kommt. In diesem Fall hilft, so die Erfahrung der Stepcraft-Konstrukteure, ein Tröpfchen Öl als Dämpfer: „Dann ergibt sich ein nochmals besseres Laufverhalten.“ Positiv wirkt sich dabei auch eine aktuelle Detailverbesserung aus, die igus bei laufender dryspin Serie vorgenommen hat: Die Gewinde der Kunststoffmuttern werden nicht mehr nachträglich geschnitten, sondern über ein angetriebenes Werkzeug mit Drehkern direkt gegossen. Deshalb kann man auf eine mechanische Bearbeitung verzichten, was zur Folge hat, dass die Gusshaut erhalten bleibt und die Mutter noch reibungsärmer läuft.

Technische Daten: