ASD-H25 / ASD-CxAIR BEARING MOTOR SPINDLES

YOUR ROBUST STEP TO ULTRAPRECISION

«The way to get rid of

temptation is to yield to it.»

Oscar Wilde

Passionate Precision Made in Germany

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Produktentwicklung und -optimierung mittels Strömungs- simulation (CFD)

Produktentwicklung und -optimierung mittels gekoppelter FEM-Simulationen

Produktentwicklung und –optimierung mittels selbstent- wickelter analytischer Berechnungsmethoden

Product development using computational fluid dynamics (CFD)

Product development using coupled Finite Elemente Analy-sis (FEA)

Product development using bespoke analytical methods

Production / Produktion

Levicron

Development, production and sales of contact free motion systems are Levicron’s core business. At Levicron bespoke analytical and proven methods and simulation tools for structural analysis and fluid dynamics complement sound practical experiences in the field of spindle development and production.

Along with standard CNC machining like turning and mil-ling our spindle production uses CNC cylindrical grinding and CNC diamond machining to achieve tight tolerances like those required for aerostatic bearing manufacture.

Levicron

Die Levicron GmbH entwickelt, produziert und vertreibt berüh-rungslos gelagerte Systeme. Neben jahrzehntelanger prakti-scher Erfahrung im Spindelbau wird die Produktentwicklung unterstützt durch praktisch verifizierte Berechnungsmetho-den sowie Simulationswerkzeuge in den Bereichen Struk-turanalyse und Strömungsdynamik.

Zu den internen Fertigungsverfahren zählen unter anderem CNC-Drehen, -Fräsen, -Innenrundschleifen, -Außenrund-schleifen und CNC-Drehen mittels Naturdiamant.

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Applications / Anwendungen

Why air bearings for milling spindles & wheel heads?

As hard it is to believe for even most engineers the radial stiffness of our milling spindles and wheel heads is indeed-comparable with the radial stiffness of actual roller bearing spindles, the axial stiffness is even higher. Small bearing gaps in combination with huge bearing areas compared to the tiny Hertzian contact in roller bearings lead to compa-rable bearing performance. Besides the only a few microns wide bearing gap allows very high shear velocities and due to its overaging effect a remarkably precide rotation.

Direct technical benefits:

• Higher speeds: 100.000 rpm with HSK25 interface is feasible

• Smaller synchronous and asynchronous error motion: Dynamic run-out values of less than 0.4 μm in shaft taper, asynchronous error motion of less than 30 nm over the whole speed range

• Thermal stability: warm up time < 5 min., axial shaft growth < 5 μm, X/Y stability < 1 μm

• Wear free and stable continuous operation even at high speed

• Modular cartridge system• Oil- and grease free operation

Key benefits for the customer:

• Higher productivity and reduced tool wear for small tools

• Remarkably better surface finishes in every material; suitable for ultraprecision machining

• Safe stationary operation at all speeds with no time limit

• Excellent value for money when revision should be required, possibly even without disassembling

• Due to oil- and grease free operation suitable for appli-cations within the medical technology and food industry

Warum Luftlagerungen in Werkzeugspindeln?

Die radialen Steifigkeiten unserer Werkzeugspindeln sind mit denen von handelsüblichen gleichzusetzen, die axialen gar höher. Diese Vorstellung fällt selbst modernen Ingenieuren schwer, im Vergleich zum winzigen Hertz‘schen Kontakt von Wälzlagerungen jedoch sind die projizierten Flächen von Gas-lagerungen groß und erzeugen in Verbindung mit engen La-gerspalten vergleichbare Steifigkeitswerte. Hierneben erlaubt der nur wenige Mikrometer dicke Lagerspalt sehr hohe Scher-geschwindigkeit/Drehzahlen sowie eine außergewöhnlich ex-akt geführte Rotation aufgrund seines Ausgleicheffektes.

Direkte technische Vorteile:

• Höhere Drehzahlen: 100.000 U/min mit HSK25-Schnitt-stelle sind möglich

• Kleinere Synchron- und Asynchronfehler: dynamischer Rundlauffehler im Werkzeugkegel < 0.4 μm und Asyn-chronfehler < 30 nm über den Drehzahlbereich

• Thermische Stabilität: Aufwärmdauer < 5 min., axiales Wellenwachstum < 5 μm, X/Y-Stabilität < 1 μm

• Verschleißfreier, stabiler Dauerbetrieb selbst bei Höchstdrehzahl

• Modularer Kartuschenaufbau• Fett- und ölfreier Betrieb

Direkte Kundenvorteile:

• Höhere Produktivität und geringerer Werkzeugverschleiß bei kleinen Werkzeugen

• Deutlich bessere Oberflächengüten in allen Werkstoffen; für ultrapräzise Bearbeitung geeignet

• Sicherer stationärer Dauerbetrieb und thermische Stabi-lität bei allen Drehzahlen

• Kostengünstige Lagerrevision auch durch den Kunden, teilweise im eingebauten Zustand

• Eignung für Medizin- und Lebensmitteltechnik durch schmierstofffreien Betrieb.

ASD-H25 / ASD-Cx For the first time ever our ASD-H25 type (with pneumatical-ly operated HSK25 interface) and ASD-Cx type (with pneu-matically operated collet system) unite our patented high performance bearing system with the functionality of a sta-te of the art milling spindle or work head. According to their properties character both are being widely and successfully used for industrial production.

ASD-H25The used spring-less locking unit and the non-rotating draw bar guarantee excellent rotor dynamics and no broken disc springs ever can cause a machine break down anymore. The spindle taper itself is in-situ ground and thus guarantees a repeatable radial tool clamping accuracy of < 0.2 μm. Apart from this a high-resolution rotary encoder, efficient liquid cooling, tool clamping status monitoring and lubricant feedthrough fulfill the state of the art of an industrial motor spindles.

ASD-CxWith its remarkably compact pneumatically operated direct tool shank clamping system our ASD-Cx is capable of ope-rating to speeds of up to 100.000 rpm and offers run-outs at tool of less than 0.5 μm as well as exceptional dynamics. A high-resolution rotary encoder, efficient liquid cooling and lubricant feedthrough also with this model is supplied as standard and mean a step change for ultra precision milling spindles and work heads.

ASD-H25 / ASD-Cx Unsere Modelle ASD-H25 (mit pneumatisch betätigter HSK25-Schnittstelle) und ASD-Cx (mit pneumatisch betätig-tem Direktschaftspannsystem) vereinen erstmals weltweit das von uns patentierte aerostatische Hochleistungslagersys-tem mit den Funktionen einer modernen industriellen Werk-zeugspindel und werden breitflächig und erfolgreich mit den beschriebenen Eigenschaften eingesetzt.

ASD-H25Die federlose Verriegelungseinheit und eine nicht mitrotieren-de Zug-/ Druckstange ergeben beste Rotordynamik und las-sen gebrochene Tellerfedern der Vergangenheit angehören. Der in-situ geschliffene Schnittstellenkonus erlaubt Wieder-holaufspanngenauigkeiten der Werkzeugaufnahme von < 0.2 μm. Ein hochauflösendes Drehgebersystem, eine hocheffizi-ente Flüssigkeitskühlung, eine sichere Spannzustandsüber-wachung und spindelinterne Kühlschmiermittelführung erfül-len den Standard von führenden Werkzeugspindeln.

ASD-CxEin sehr kompaktes, intern entwickeltes Direktschaftspann-system für verschiedenste Schaftdurchmesser erlaubt Dreh-zahlen bis 100.000 U/min und garantierte Rundläufe am Werkzeug von < 0.5 μm. Ein hochauflösendes Drehgebersys-tem, eine hocheffiziente Flüssigkeitskühlung und spindelinter-ne Kühlschmiermittelführung sind auch hier Standard, jedoch Neuerungen für ultrapräzise Fräs- und Schleifspindeln.

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388

ASD080/100-Cx ASD060/080/090-H25

Permanent magnetSynchronousMotor

200V max., Air gap windings, 0.35 Nm s1|100% • • *)

400V max., Air gap windings, 035. Nm s1|100% • •

400V max., 0.6 Nm s1|100% • •

Commutation and positioning Fully encoder controlled, resolution 0.002° (12 Bit interp.) • •

Sensorless controlled, no positioning, encoder monitoring • •

Fully sensorless controlled, no positioning • •

Max. nom speed 60.000 rqm •*) •

80.000 rqm • •

90.000 rqm •*) •*)

100.000 rqm • In development

Tool clamping system Spring-less HSK-E25, no rotating draw bar •

Bespoke collet system for 1/4“ tool shank • *)

Bespoke collet system for 6 mm tool shank •

Bespoke collet system for 4 mm tool shank • *)

Bespoke collet system for 1/8“ tool shank •

Bespoke collet system for 3 mm tool shank • *)

Tool changing system Pneumatically actuated • •

Tool clamping status monitoring •

Taper cleaning air • •

Bearing system Quick change bearing catridge • •

Thin film liquid cooling • •

Feedthrough Lubricant nozzles at spindle front 2x 2x

Connectors and fittings Radially oriented • •

Axially oriented • **)

*) no standard, on request **) for limited mounting space

ASD080/100-Cx ASD060/080/090-H25

Motor, permanentmagnetsynchron 200V max., Luftspaltwicklung, 0.35 Nm S1|100% • • *)

400V max., Luftspaltwicklung, 0.35 Nm S1|100% • •

400V max., genutet, 0.6 Nm S1|100% • •

Kommutierung und Positionierung voll gebergeregelt, Positionierung 0.002° (12 bit interpo.) • •

sensorlos geregelt, keine Positionierung, Geberauswertung • •

voll sensorlos geregelt, keine Positionierung • •

Nenndrehzahl 60.000 Upm •*) •

80.000 Upm • •

90.000 Upm •*) •*)

100.000 Upm • in Entwicklung

Werkzeugspannsystem HSK-E25, feder- und zugstangenlos •

Präzisionsspannzange für Werkzeugschaft 1/4" • *)

Präzisionsspannzange für Werkzeugschaft 6 mm •

Präzisionsspannzange für Werkzeugschaft 4 mm • *)

Präzisionsspannzange für Werkzeugschaft 1/8" •

Präzisionsspannzange für Werkzeugschaft 3mm • *)

Werkzeugwechselsystem pneumatischer Wechselmechanismus • •

Spannzustandsüberwachung •

Kegelreinigungsluft • •

Lagersystem Schnellwechselkartusche • •

Dünnfilm-Flüssigkeitskühlung • •

Spindelinterne Kühlschmiermittelleitung

Kühlschmiermitteldüsen an Spindelfront 2x 2x

Anschlüsse radial abgehend • •

axial abgehend • **)

*) kein Standard, auf Anfrage **) für schmale Spindeldurchlässe

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radial connectorsoption

axial connectorsoption

At a glance

**)

Auf einen Blick

ASD-Cx ASD-H25

1110

ASD080Cx ASD100Cx ASD060H25 ASD080H25

Betri

ebsp

aram

eter

DrehzahlbereichU/min 0 (mit Drehgeber) -

80.0000 (mit Drehgeber) -

100.0000 (m. Drehg.)

- 60.0000 (m. Drehg.)

- 80.000

Permananetdrehmoment, S1 100% N∙m 0,351,2) / 0,553) 0,352) 0,351,2) / 0,553) 0,351,2) / 0,553)

max. Wellenleistung, S1 100% kW 2,71,2) / 4.23) 32) 2,11,2) / 3,23) 2,71,2) / 4,23)

Manometerdruck Lagerversorgung bar 6 - 10 6 -10 6 -10 6 -10

Luftverbrauch NL/min 65 70 55 65

Luftreinheitsklasse für Lagerung -/- 3 3 3 3

Kühlmittel -/- Wasser / Öl Wasser Wasser / Öl Wasser / Öl

Manometerdruck Kühlung bar 3 - 5 3 - 5 3 - 5 3 - 5

Kühlmittelvorlauftemperatur °C 20 +/- 1 20 +/- 1 23 +/- 1 23 +/- 1

Nomineller Kühlmitteldurchfluß 3/ 5 bar l/min 6/10 6/10 6/10 6/10

Wer

kzeu

g-sp

annu

ng

Werkzeugschnittstelle -/- Spannzange Spannzange HSK-E25 HSK-E25

Werkzeugschaftdurchmesser (x) mm 3 mm, 6 mm, 1/8“ or 1/4“ 3 mm, 6 mm, 1/8“ or 1/4“ -/- -/-

Werkzeugwechselmechanismus -/- pneumatisch pneumatisch pneumatisch pneumatisch

Spannzustandsüberwachung nein nein ja ja

Mot

or

Motor-/-

DC 2-Pol, 3 Phasen DC 2-Pol, 3 PhasenDC 2-Pol, 3 Phasen

DC 2-Pol, 3 Phasen

Antriebskommutierung-/- Pos.geber oder

sensorlosPos.geber oder

sensorlosPos.geber o.

sensorlosPos.geber o.

sensorlos

Motorschutz KTY 84-130, PTC 130 KTY 84-130, PTC 130KTY 84-130,

PTC 130KTY 84-130,

PTC 130

Lage

rege

lung

(opt

iona

l sen

sorlo

s) Lageregelungsart -/- GMR GMR GMR GMR

Lageregelungsauflösung (12 bit) -/- +/- 0.002° +/- 0.002° +/- 0.002° +/- 0.002°

Nullfahne -/- ja ja ja ja

Enco

der Encodersignalart -/- SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS

Encoderversorgungsspannung V 5 5 5 5

Encoder mA 30 30 30 30

Lage

rsys

tem

axia

l Nullpunktsteifigkeit N/µm > 40 > 30 > 60 > 40

Tragfähigkeit N > 550 > 450 > 550 > 500

radi

al Nullpunktsteifigkeit an Spindelnase, warm N/µm > 30 > 25 > 40 > 30

Tragfährigkeit an Spindelnase, warm N > 290 > 280 > 330 > 290

Maß

e un

d G

ewic

hte Gehäuseklemmdurchmesser mm 100 h5 100 h5 100 h5 100 h5

Spindellänge über Alles mm 388 388 454/393 4) 454/393 4)

Spindelgewicht kg 16 16 16 16

1) Motor: DC-Permanentmagnet mit Luftspaltwicklung, Phasenspannung max. 200V2) Motor: DC-Permanentmagnet mit Luftspaltwicklung, Phasenspannung max. 400V3) Motor: DC-Permanentmagnet, genutet, Phasenspannung max. 200V4) mit axialer Anschlußoption

ASD-Cx / ASD-H25ASD080Cx ASD100Cx ASD060H25 ASD080H25

Ope

ratin

g pa

ram

eter

s

Speed rangeU/min 0 (with encoder) -

80.0000 (with encoder) -

100.0000 (w.enco.) -

60.0000 (m.enco.) -

80.000

Permanent motor torque, s1 100 % N∙m 0,351,2) / 0,553) 0,352) 0,351,2) / 0,553) 0,351,2) / 0,553)

Max. Shaft power, s1 100% kW 2,71,2) / 4.23) 32) 2,11,2) / 3,23) 2,71,2) / 4,23)

Bearing supply gauge pressure bar 6 - 10 6 - 10 6 - 10 6 - 10

Air consumption NL/min 65 70 55 65

Bearing air cleanliness class -/- 3 3 3 3

Coolant type -/- water / oil water water / oil water / oil

Coolant supply gauge pressure bar 3 - 5 3 - 5 3 - 5 3 - 5

Coolant inlet temperature °C 20 +/- 1 20 +/- 1 23 +/- 1 23 +/- 1

Nom. coolant flow, 3/5 bar l/min 6/10 6/10 6/10 6/10

Tool

Cl

ampi

ng Tool interface -/- bespoke collet system bespoke collet system HSK-E25 HSK-E25

Tool shank diameter (x) mm 3 mm, 6 mm, 1/8“ or 1/4“ 3 mm, 6 mm, 1/8“ or 1/4“ -/- -/-

Tool change activation -/- pneumatic pneumatic pneumatic pneumatic

Tool clamping status monitoring n.a. n.a. yes yes

Mot

or

Motor type -/-DC 2-poles, 3 phases DC 2-poles, 3 phases

DC 2-poles, 3 phases

DC 2-poles, 3 phases

Motor commutation -/- rot.encoder or sensorless

rot.encoder or sensorless

rot.enc. or sensorless

rot.enc. or sensorless

Motor protectionKTY 84-130, PTC 130 KTY 84-130, PTC 130

KTY 84-130, PTC 130

KTY 84-130, PTC 130

Vect

or

Posi

tion

cont

rol

(opt

iona

l sen

sorle

ss

driv

e op

erat

ion)

Shaft positioning measurement method -/- GMR GMR GMR GMR

Shaft positioning angular accuracy (12 bit interpol.) -/- +/- 0.002° +/- 0.002° +/- 0.002° +/- 0.002°

Index -/- yes yes yes yes

Enco

der Encoder output signal -/- SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS SinCos, 1 VSS

Encoder supply voltage V 5 5 5 5

Encoder current draw mA 30 30 30 30

Bear

ing

syst

em

Axi

al Zero point stiffness N/µm > 40 > 30 > 60 > 40

Load capacity N > 550 > 450 > 550 > 500

Radi

al Static radial zero point stiffness at spindle nose, warm N/µm > 30 > 25 > 40 > 30

Static radial load capacity at spindle nose, warm N > 290 > 280 > 330 > 290

Mea

sues

an

d w

eigh

ts Body diameter mm 100 h5 100 h5 100 h5 100 h5

Spindle total length mm 388 388 454/393 4) 454/393 4)

Spindle weight kg 16 16 16 16

1) Motor: DC permanentmagnet synchronous motor with air gap windings, phase voltage 200V max.2) Motor: DC permanentmagnet synchronous motor with air gap windings, phase voltage 400V max.3) Motor: DC permanentmagnet synchronous motor, phase voltage 200V max.4) With axial connectors option

ASD-Cx / ASD-H25

Levicron GmbH | FPOC: Dr. R. Dupont | Sauerwiesen 6 67661 Kaiserslautern, Germany

Tel.: +49 (0) 6301 – 718 57 25 | www.levicron.com | e-mail: info@levicron.com prod

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