Je kleiner das Werkstück, desto anspruchsvoller ist die Maßhaltigkeit. Solider Naturstein gibt dem Mikrobearbeitungszentrum ZORN microone die dafür nötige Stabilität.

Nicht den Nanometer jagen, sondern mit dem Mikrometer spielen — unter diesem Motto haben die Ingenieure von ZORN einer gängigen Faustregel im Maschinenbau den Kampf angesagt. Wenn bislang galt: Je kleiner das Werkstück, desto größer die Bearbeitungsmaschine, weil sich nur so Störfaktoren, wie etwa unterschiedliche Wärmeausdehnung, Vibrationen oder Stöße in den Griff bekommen ließen, so zeigt jetzt der baden-württembergische Hersteller mit seiner mehr als 30jährigen Erfahrung im Sondermaschinenbau, dass es auch anders geht.

Das modulare Mikrozerspanungssystem ZORN microone kommt mit einer Stellfläche von lediglich 0,9 Quadratmeter aus. Es kann aber trotzdem Werkstücke bis zu einem Durchmesser von 100 Millimeter aufnehmen. Seine Positioniergenauigkeit ist gemäß VDI/DGQ3441 für die linearen Achsen X und Y besser als fünf Mikrometer. Der Fehler der optionalen Rundachsen B und C liegt unter fünf Gradsekunden. Möglich wird diese Maßhaltigkeit nicht zuletzt durch das Chassis des 650 kg schweren 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsmoduls. Es ist solider Granit, wie er etwa auch bei optischen Bänken oder Anreißplatten zum Einsatz kommt. Der hochpräzise geschliffene Naturstein absorbiert sämtliche, während der Bearbeitung entstehenden Vibrationen der microone. Ebenso dämpft er alle Erschütterungen die von außen eindringen. Dank der, gegenüber Metallen, äußerst geringen thermischen Ausdehnung (0,69 mm /m / 100°C) und minimalen Wärmeleitfähigkeit (2,8 W / (m*K)) ist dieses Fundament nahezu spannungsfrei und bleibt über lange Zeit formstabil. Wodurch eine maximale Wiederholgenauigkeit garantiert ist.

Sowohl die linearen Hauptachsen X und Y, wie auch die Rundachsen B und C werden direkt angetrieben. Diese Art des Antriebs ist frei von Umkehrspielen und erzeugt durch den geringeren Anteil an bewegten Massen auch deutlich weniger Vibrationen, als etwa indirekte Spindelantriebe. Integrierte direkte Messsysteme verbessern die Positioniergenauigkeit zusätzlich. Alle Achsen, wie auch die Bearbeitungsspindel, werden mittels Wasserkühlung auf dem gleichen Temperaturniveau gehalten. Auch das modulare Konzept der microone hilft gegen Einfluss von Störfaktoren, weil die Bearbeitungseinheit separat von der Versorgungsgruppe aufgestellt werden kann. Solides Fundament: Ein massives Chassis aus Granit gibt der microone mechanische sowie thermische Stabilität. Durch seine hohe Eigensteifigkeit absorbiert der Naturstein sämtliche Vibrationen.

Nicht allein die Größe einer Maschine entscheidet bei Kleinstteilen über deren Fertigungsqualität. Gefordert ist eine besonders schwingungsarm ausgelegte Struktur des Maschinengerüstes.

Man sieht es nicht auf den ersten Blick: Eine halbe Tonne Granit ist bei dem Mikrobearbeitungszentrum microone verbaut. ZORN Maschinenbau in Stockach widerlegt damit das Vorurteil, dass kleine Maschinen – die microone benötigt nur einen Quadratmeter Platz – oft nicht stabil genug strukturiert seien, um hochgenau fertigen zu können. So lassen sich auf dieser Maschine Werkstücke in μ-Bereich bearbeiten.

Den Nutzen für die Praxis verdeutlichen vor kurzem ausgeführte Fräsversuche mit harten Werkstoffen, wie Hartmetall oder Keramik. Denn, um solch spröde Bauteile bearbeiten zu können, reichen Diamantwerkzeuge allein nicht aus, die Maschine muss zudem besonders biegesteif und stabil ausgeführt sein, wie eben die 5-achsige microone. Ein weiterer Vorteil, der zählt in der Fabrik: Kleinstbauteile lassen sich dank der schwingungsarmen Granitbasis hochgenau fertigen, ohne eine für solche Aufgaben, meist überdimensionierte Maschine zu verwenden. Die „massive“ und damit auch teurere Maschine im Hintergrund erübrigt sich. Ein solches kompakt ausgeführtes und auf das Bearbeiten von Kleinstteilen zugeschnittenes Bearbeitungszentrum verbraucht zudem weniger Energie als die „Größeren“ – und das bei gleichhoher Fertigungsqualität.

Ein massives Fundament und eine Wasserkühlung sichern enge Toleranzen in der Längenausdehnung von Achsen und Spindeln des Bearbeitungszentrums. Voraussetzungen für die hohe Prozessgenauigkeit.

Präzision braucht Stabilität. Das gilt besonders für die Mikrobearbeitung, denn je kleiner das Werkstück, desto größer ist der Anspruch an die Fertigungsgenauigkeit.

Bei seinem Mikrobearbeitungszentrum microone hat ZORN Maschinenbau in Stockach deshalb eine halbe Tonne Granit verbaut. Ein massiver Block, der Garant ist für die Eigenschaften, die Voraussetzungen für bestmögliche Prozessgenauigkeit sind: höchste Eigensteifigkeit sowie besonders hohe mechanische und thermische Stabilität in Kombination mit einem präzis geschliffenen Fundament. All diese physikalischen Eigenschaften sichern die maximale Wiederholgenauigkeit der einzelnen Bearbeitungsschritte.
Und: Weil die Längenausdehnung der Maschinenkomponenten direkt die Präzision des Bearbeitungszentrums beeinflusst, arbeitet es wassergekühlt. Dabei hält eine ausgeklügelte Physik den Temperaturwert aller Achsen und Spindeln mit einer Toleranz von ± 0,1° C. Denn erst die konstante Temperatur der Bauteile sichert die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse beim Einmessen und Bearbeiten der zu fertigenden Werkstücke.