As we mentioned in our previous news article, Hembrug had already sold more than 20,000 precision machines before 1969 with conventional bearings. These worked in a range of just 1/100 mm and met the accuracy requirements of the time perfectly. IBM’s application for memory drives in 1968, with a surface requirement of 0.025 µm, forced Hembrug to look beyond the current capabilities that its machine range offered. It lead to the development of the first hydrostatic turning machine.
Areas of application of the first fully hydrostatic Mikroturn, e.g. lapping wheels, memory discs and braking discs (Brochure 1969)
What makes a hydrostatic bearing system so special?
Every bearing with metal contact, e.g. a roller/ball bearing, is subject to friction resulting in inaccuracies, no matter how small they may be. When creating a mirror-smooth surface (accuracy Ra 0.025 µm), this inaccuracy can be seen directly in the surface in the form of waviness which is very fine, but visible to the naked eye. It is and was therefore impossible to obtain a mirror-smooth surface with a machine like the DR133-NC (with rolling bearings) as required by IBM in 1968. Hyydrostatic bearings, on the other hand, have a thin oil layer between two moving metal parts. This means that there is no metal contact and besides the many other advantages like very high stiffness, good damping, no wear and no stick-slip, you do not suffer from the mentioned inaccuracies – resulting from the friction effects – that a bearing with metal contact has. In addition, the temperature control of the hydrostatic oil to 20° ± 1 degree Celsius leads to a temperature-stable process independent of the ambient temperature of the machine. Although the advantages of a hydrostatic bearing were already theoretically known, these advantages became clearly evident for the first time when the first memory discs were manufactured.
The principle of a hydrostatic bearing explained (German brochure 1969)
One of the advantages of hydrostatic bearing system: no wear and everlasting accuracy. Roundness measurement of a main spindle on a 17 year old Super-Mikroturn. After 17 years it is still within specification (< 0.1 micron).
Focus on the development of hydrostatic turning machines only
The first special hydrostatic bearing machines in the 1970’s were used for machining non-ferrous workpieces. However, the market size for this type of high precision workpieces was limited so that normal precision machines such as the DR133-NC remained the bread-and-butter line of Hembrug for a long time. The demand for high-accuracy workpieces (e.g. drums for copiers, glass fiber connections, video tape recoders heads, precision molds etc.) grew steadily in the early 80’s. For this reason and an organizational change, the decision was made in 1984 to concentrate only on the development and sale of fully hydrostatic custom made turning machines for the micron and submicron area. Later on, machines such as the mini mikroturn were also built in series.
The Mikroturn Special in 1989 was also equipped with a hydrostatic tailstock for machining of pressure rolls. (With our current chief engineer!)
The development of the first hydrostatic hard-turning machine.
In the 80’s the first cubic boron nitride (CBN) cutting tools were introduced. (the hardest cutting material besides diamond) and with these tools hardened steel could be turned for the first time. The advantages of a (Mikroturn ®) machine with hydrostatic bearing system could for the first time be applied practically when machining hardened steel up to 70 HRC. It led to the development of world’s first high precision, hard turning machine with a hydrostatic bearing system.
The fully hydrostatic Slantbed-Mikroturn CNC was designed in 1992 specifically for hard turning.
From the second half of the 90’s the focus was entirely on the development of fully hydrostatic hard-turning machines. Hembrug slowly developed into “the hard turning company” and “the hydrostatic specialist”. Many different hydrostatic modules were developed since then, including a turntable for workpieces up to 1,500 mm in diameter. More about this in the next news article.
NEDERLANDS
Zoals we in ons vorig news artikel al vermelde had Hembrug voor 1969 al meer dan 20.000 precision machines verkocht voor 1969 met conventionele lageringen. Deze werkte in net 1/100 mm bereik en voldeden prima aan de nauwkeurigheidseisen van die tijd. De aanvraag van IBM voor geheugenschijven in 1968, met een oppervlakte eis van 0.025 µm, dwong Hembrug verder te kijken dan de huidige capabilities die haar machines bood.
Wat maakt een hydrostatische lagering bijzonder?
Bij elke lagering met metaalcontact, bijv. een kogellagering, is er sprake van wrijving wat resulteert in onnauwkeurigheid. En hoe klein deze ook mag zijn: deze is in het oppervlak in de vorm van golving zichtbaar met het blote oog. Het is en was dus onmogelijk om met een bijv. kogelgelagering een spiegelgladoppervlak te krijgen, zoals deze door IBM in 1968 geëist werd.
Bij een hydrostatische lagering is er echter sprake van een dunne olielaag tussen twee bewegende metalen delen. Hierdoor ontbreekt elke metaalcontact en heb je, naast de vele andere voordelen zoals een zeer hoge stijfheid en goede dempingseigenschappen, ook geen last van de onnauwkeurigheden die een lagering met metaalcontact wel heeft.
Toepassingsgebieden van eerste machines met hydrostatische lageringen in ’70 en ‘80
De eerste special hydrostatische gelagerde machines in de jaren ‘70 werden ingezet voor het bewerken van non-ferro werkstukken, zoals memory discs. De marktgrootte voor dit type werkstukken was echter beperkt, waardoor de normale precisiemachines zoals de DR133-NC nog lange tijd bleven lange tijd nog de “bread-and-butter-line” van Hembrug bleven.
De vraag naar hoognauwkeurige non-ferro werkstukken (o.a.) groeide echter gestaag begin jaren ’80. Om die reden werd in 1984 het besluit genomen om alleen te concentreren op de ontwikkeling en verkoop van klant specifieke, volledig hydrostatisch gelagerde draaimachines voor het micron- en submicron gebied. Later kwamen daar ook serie-machines bij zoals de Mini-Mikroturn®.
De ontwikkeling een hydrostatisch gelagerd harddraai machine.
In de jaren 80 kwamen ook de eerste CBN gereedschappen geïntroduceerd. (het hardste snijmateriaal naast diamant) en met deze gereedschappen kon voor het eerst gehard staal worden gedraaid. De voordelen van een Mikroturn ® machine met hydrostatische lagering konden voor het eerst praktisch worden toepast bij het bewerken van gehard staal tot 70 HRC.
Vanaf de tweede helft van de jaren ’90 lag de focus volledig op de ontwikkeling van volledig hydrostatische hard draaiende machines. Langzaam maar zeker ontwikkelde Hembrug zich tot “the hard turning company” en “de hydrostatische specialist”. Sindsdien zijn er veel verschillende hydrostatische modules ontwikkeld, waaronder een draaitafel voor werkstukken met een diameter tot 1.500 mm. Meer hierover in het volgende nieuwsartikel.