Ganz gleich, ob Sie eine neue CNC-Schneidanlage erwerben, Ihre eigene konstruieren oder eine bestehende Anlage aufrüsten: die Bewegungskapazität der Anlage ist ein wichtiger Faktor für Ihren Erfolg. Im Hinblick auf die Teilequalität und Konsistenz ist die Bewegung der Anlage sogar genauso wichtig wie die Auswahl der optimalen Schneidanlage. Schneidfunktionen und Anwendungsfunktionalitäten – True Hole®-Technologie und True Bevel – werden ebenfalls durch die Anlagenbewegung beeinflusst. Es ist wichtig, die Anwendungen zu kennen, für die die Anlagen, die bereits in der Fertigungsumgebung sind, entwickelt wurden.

Wodurch wird die Bewegungsqualität bestimmt?

Plasmaanlagen und andere Schneidanlagen werden gewöhnlich von bestimmten funktionalen Überlegungen ausgehend entwickelt:

  • Anwendungsbereiche – Soll die Anlage für Platten großer Stärken, HLK, Fasen, Rohre, Multi-Prozess-Verfahren, Strukturelemente usw. verwendet werden?
  • Produktivitätsanforderungen – Soll die Anlage mehrere Schneidstationen, mehrere Platten, und schnellen Transfer unterstützen oder andere Fertigungsanforderungen erfüllen?
  • Gewünschte Schnittqualität – Soll die Anlage zur Produktion von Präzisionsteilen, Bolzenlöchern, Schlitzen, Kerben oder für eine Kombination als mehreren Arbeiten eingesetzt werden?

Das soll nicht bedeuten, dass sich eine Anlage nicht für eine Vielzahl von Arbeiten gut eignen kann.  Es ist jedoch wichtig, eng mit Ihrem Maschinenhersteller zusammenzuarbeiten, um die richtige Anlage für Ihre Schneidanforderungen zu konfigurieren.

Die Bewegungsqualität ist nicht immer gleich wichtig. Verschiedene Funktionen können mit unterschiedlichen Qualitätsgraden erreicht werden. Dies gilt auch für unterschiedliche Qualitätsgrade bei der Schnittqualität und Produktivität. Eine geringere Bewegungsqualität (gewöhnlich zu niedrigeren Preisen) reicht in einigen Fällen aus, während andere Situationen höchste Qualität erfordern. Die Bewegungsqualität Ihrer Anlagen sollte zu Ihren betrieblichen Anforderungen passen.

Mechanische Überlegungen

In mechanischer Hinsicht kann eine Schneidanlage mit zahlreichen verschiedenen Führungssystemen ausgestattet sein. V-Führungssysteme, Stangen- und Linearführung sind nur einige der häufig eingesetzten Führungssysteme. Sie sollten die Unterschiede zwischen den verschiedenen Führungssystemen gut kennen. So tritt bei linearen Führungssystemen mit abgedichteten Lagern gewöhnlich eine stärkere Reibung auf als bei Wälzlagern mit Laufrollen, doch in normalen Anwendungen bieten sie eine konsequentere Leistung und die beste und präziseste Schnittqualität bei minimalem Wartungsaufwand.

Ein guter Indikator für die Qualität der Mechanik einer Anlage ist, wie leicht sich die Anlage bei ausgerückten Antrieben schieben lässt, nachdem die Trägheit der Anlage überwunden wurde. Schlecht konstruierte Anlagen lassen sich nur schwer schieben. Das heißt, dass mehr Kraft erforderlich ist, um zu beschleunigen, die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten und die Richtung zu ändern. Zwar sind das „Reduzieren von Reibung“ und das Minimieren der für den Antrieb der Portal-Schneidmaschine erforderlichen Kraft schon lange etablierte kritische Elemente der Konstruktion, jedoch haben inzwischen die Anlagenhersteller erkannt, dass es für eine herausragende Schnittqualität wichtiger ist, ein Antriebssystem zu verwenden, dessen Größe angemessen ist, und dessen Motoren und Getriebe eine gleichbleibende Bewegung gewährleisten können.

Die Steifigkeit ist ein weiterer Maßstab und wird ebenfalls häufig missverstanden. In einigen Fällen kann eine Anlage eine zu hohe Steifigkeit aufweisen. Hat die Anlage eine zu hohe Steifigkeit, dann ist sie vermutlich auch schwer und lässt sich nur schwer beschleunigen. Eine zu hohe Steifigkeit einer Anlage kann dazu führen, dass die Boxen, Brennerschlauchpakete und Kabel vibrieren, wenn scharf in eine Ecke oder daraus herausgefahren wird, und die Erschütterungen werden am geschnittenen Teil erkennbar sein. In den mechanischen Verbindungen zwischen dem Motor, dem Getriebe und der Zahnstange oder dem Kugelgewinde ist Steifigkeit hingegen erwünscht. Je höher die Steifigkeit dieser Verbindungen, desto leichter ist es, die Anlagen zu beschleunigen.

Die Art des Antriebssystems der Anlage ist ebenfalls wichtig. In der Einstiegsklasse, im Heimwerkerbereich und bei Leichtindustrieanlagen werden gewöhnlich günstigere Steuerungssysteme mit offenem Wirkungsweg eingesetzt, da die Qualität für diese Anwendungen ausreichend ist. Diese Systeme haben keine Regelschleife, sodass es nicht möglich ist, die Geschwindigkeit oder Position während des Schneidvorgangs anzupassen. Geschlossene Systeme, die die Geschwindigkeit oder Position gemäß dem Feedback der Anlage anpassen können, werden überwiegend in Industrie-, Gewerbe- und Produktionsumgebungen eingesetzt. Sie ermöglichen zuverlässigere Schnitte, was bessere Präzisionsteile und einheitlichere Ergebnisse auf der Teile- und Verschachtelungsebene zur Folge hat.

Analog oder digital?

Analoge Antriebe sind immer noch weit verbreitet, und können sehr hohe Präzision bieten. Aktuell geht der Trend jedoch hin zu digitalen Automatisierungsstandards, z. B.: SERCOS (Serial Real-time Communication System), EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology) und PROFINET (Process Field Net). Die treibende Kraft dahinter ist nicht der Aspekt der Anlagenbewegung, sondern die wachsende Nachfrage nach der Automatisierung von Produktionsanlagen und universellen Lösungen für eine breite Palette von Anwendungen.

Sowohl analoge als auch digitale Antriebe können Rückkopplungs-Vorrichtungen mit extrem hoher Auflösung bieten. Es ist in einigen Fällen möglich, mehr als eine Mio. Impulse pro Zoll Maschinenbewegung zu erreichen, was eine extrem hohe Schneidpräzision zur Folge hat.

Antrieb und Motor der richtigen Größe

Ganz gleich, welche Antriebstechnologie oder Marke eingesetzt wird: der Maschinenhersteller muss dafür sorgen, dass Antrieb und Motor eine für die Anlage angemessene Größe haben. Grundsätzlich benötigen schwerere Anlagen leistungsstärkere Motoren und Antriebe. Die Trägheit muss berücksichtigt werden. Beim Richtungswechsel muss der Motor genug Leistung haben, um seine eigene Trägheit überwinden, den Antrieb umkehren und die Trägheit der Anlage überwinden zu können. Bei einem gut konstruierten System entspricht die Leistung des Antriebs der Kraft, die erforderlich ist, um die Trägheit zu überwinden und das Gewicht der Anlage zu beschleunigen.

Man kann mithilfe des Getriebes mechanische Vorteile nutzen. Die Getriebeuntersetzung erhöht zwar die effektive Motordrehzahl, hat jedoch gleichzeitig Einbußen im oberen Geschwindigkeitsbereich zur Folge. Ziel der Konstruktion ist eine kostensparende Antriebs-/Motorgröße mit einer Getriebeuntersetzung, die den für Ihre Anwendung erforderlichen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswert erreicht. Beim Plasmaschneiden heißt das gewöhnlich, dass ein Beschleunigungswert von 20–40 mG und eine Vorschubgeschwindigkeit von rund 1.000 Zoll pro Minute erreicht werden muss.

Wichtige Punkte hinsichtlich der Maschinenbewegung und des Schneidvorgangs

Ältere Schneidtische, die ursprünglich für Plasmaanlagen früherer Generationen entwickelt wurden, werden häufig mit neueren Plasmaanlagen nachgerüstet – das Ergebnis ist in einigen Fällen enttäuschend. Bei einem Tisch, der mit einer neuen Plasmaanlage nachgerüstet wurde, können die fertigen Teile sogar schlechter ausfallen als vor der Nachrüstung! Was ist die Ursache dieses Problems?

Es ist möglich, dass Erschütterungen oder mechanische Probleme am Tisch mit dem alten Plasmasystem nicht aufgefallen sind, und erst jetzt aufgrund der präziseren Schnittqualität der neuen Plasmaanlage erkennbar werden. Sie können sich den Unterschied zwischen der alten und neuen Plasmaanlage wie den zwischen einem groben Filzstift und einem feinen Druckbleistift vorstellen. Wenn leichte Erschütterungen am Tisch vorkommen, werden Sie diese wahrscheinlich nicht bemerken, wenn Sie einen groben Filzstift verwenden. Dieses Problem kann auch auftreten, wenn Sie an einem solchen Tisch von Autogen auf Plasmaschneiden oder von einer älteren Plasmaanlage auf ein neueres HyPerformance®-Gerät umsteigen. Ihr Anlagenhersteller kann Sie in jedem Fall dabei beraten, welche Lösung die beste ist.

Sonstige Faktoren, die die Qualität der Bewegung beeinflussen

Ein wichtiger aber häufig unterschätzter Faktor ist, wie die Schneidanlage der Belastung einer industriellen Anwendung standhält. Es mag schwierig sein, zwischen der Schnittqualität einer teuren Anlage und der einer Anlage der Einstiegsklasse zu unterscheiden, wenn beide neu sind. Die Unterschiede im Hinblick auf Konstruktion und Schnittqualität werden jedoch im Laufe der Zeit und mit zunehmendem Gebrauch vermutlich immer deutlicher.

Ein Bewegungsverlust oder „Spiel“ kann aufgrund von minderwertigen Getrieben, schlechter Getrieberadverzahnung (an einem Zahnstangengetriebe), extremer Abnutzung oder schlechter Wartung des Getrieberads und/oder der Zahnstange auftreten. Kugelgewindesysteme sind zwar eine robustere Alternative, jedoch in der Länge eingeschränkt.

Das CAD- und CAM-System kann die Anlagenbewegung ebenfalls beeinflussen. Gescannte Bilder oder kunsthandwerkliche Teile müssen häufig überarbeitet werden, bevor sie in die Schneidanlage hochgeladen werden können. CAM-Systeme unterstützen dies durch Filtern und Optimieren des Programms, bevor es zur CNC gelangt.

Die Teilegeometrie kann bei der Anlagenbewegung ebenfalls eine Rolle spielen, auch wenn sie eher eine Funktion der Steuerung als der Bewegung an sich ist. Das Verhalten bestimmter Geometrien an der jeweiligen Anlage kann sich darauf auswirken, wie die Teile gezeichnet werden müssen, und mitbestimmen, was schlussendlich an einer bestimmten Anlage möglich ist. Dazu ist eine gute Kenntnis des Geometrieverhaltens an den Anlagen erforderlich. Sehr gute Steuerungen können mit Umständen umgehen, die bei anderen Steuerungen zum Anstoßen und zu Erschütterungen führen. Ist die Steuerung der Herausforderung nicht gewachsen, dann kann schon die Verlangsamung der Anlage oder die Verwendung von Eckenschleifen dabei helfen, einen saubereren Schnitt zu erzielen.

Und schließlich: die richtige Anlage Wartung ist unerlässlich! Mechanische Teile nutzen sich ab. Brennerkollisionen und andere Probleme treten auf. Wenn Sie diesen Problemen durch planmäßige Wartungen vorbeugen, können Sie eine gute Anlagenbewegung über die gesamte Standzeit des Schneidtischs sicherstellen.