Bez względu na to, czy kupujesz nowy system cięcia CNC, budujesz własny czy modernizujesz istniejący sprzęt, wydajność ruchu systemu odgrywa bardzo ważną rolę w ogólnym sukcesie. W rzeczywistości ruch maszyny można pod względem wpływu na powtarzalność i jakość części porównać z wyborem optymalnego systemu cięcia. Właściwości cięcia i funkcje aplikacji — na przykład True Hole®True Bevel — również zależą od ruchu maszyny. W przypadku maszyn, które już znajdują się w instalacji, należy zadać sobie pytanie, do jakiego celu każda z nich została zaprojektowana.

Co jest wyznacznikiem jakości ruchu?

Systemy plazmowe i inne maszyny tnące są zwykle projektowane z myślą o konkretnych funkcjach:

  • Zastosowania — czy system będzie używany z grubymi płytami, przewodami układów HVAC, do ukosowania, cięcia rur, z wieloma procesorami, elementami konstrukcyjnymi itp.?
  • Wymagana produktywność — Czy system ma obsługiwać wiele stacji cięcia, wiele płyt, szybki posuw lub być zgodny z innymi wymogami produkcyjnymi?
  • Wymagana jakość cięcia — Czy system będzie używany do produkowania części precyzyjnych, otworów na śruby, szczelin, nacięć lub używany w sposób łączący prace kilku typów?

Nie chcemy wcale powiedzieć, że jedna maszyna nie jest w stanie dobrze realizować kilku funkcji.  W rzeczywistości chodzi o to, aby przedstawić dostawcy maszyny nasze konkretne wymogi. Wtedy będzie on w stanie dobrać odpowiednią maszynę i skonfigurować ją zgodnie z naszymi potrzebami cięcia.

Jakość ruchu nie ma tutaj charakteru absolutnego. Różne funkcje wymagają różnych poziomów jakości. Różne poziomy jakości przekładają się również na różne poziomy produktywności. W pewnych sytuacjach gorsza jakość ruchu (zwykle za niższą cenę) może być akceptowalna, natomiast w innych — nie. Jakość ruchu maszyny powinna być odpowiednio dopasowana do potrzeb biznesowych.

Kwestie mechaniczne

Od strony mechanicznej maszyna tnąca może być wyposażona w prowadnice różnorodnych typów. Niektóre z często stosowanych prowadnic to prowadnice typu V, pręty i prowadnice liniowe. Warto poznać różnice między nimi. Na przykład tory liniowe z uszczelnionymi łożyskami zwykle charakteryzują się większym tarciem niż łożyska wałeczkowe i koła, ale w typowych warunkach użytkowania gwarantują spójniejszą pracę i lepszą jakość cięcia przy minimalnych wymogach konserwacyjnych.

Jednym z dobrych wskaźników jakości elementów mechanicznych maszyny jest łatwość, z jaką można je przesuwać przy wyłączonych napędach po pokonaniu siły bezwładności maszyny. Słabo zaprojektowane lub wyprodukowane elementy maszyny będzie trudno wprawić w ruch. Oznacza to, że do ich przyspieszenia, utrzymania prędkości i zmiany kierunku jest potrzebna większa moc. Podczas gdy „zmniejszanie tarcia” i minimalizowanie siły wymaganej do przesuwania portalu są z historycznego punktu widzenia uważane za krytyczne elementy projektu, obecnie projektanci maszyn uważają, że w kwestii jakości cięcia większe znaczenie ma prawidłowe zwymiarowanie układu napędu i wyposażenie go w silniki i przekładnie oferujące jednostajny ruch.

Sztywność, kolejny ważny wskaźnik, również łatwo mylnie zinterpretować. W pewnych sytuacjach maszyna może w rzeczywistości być zbyt sztywna. Jeśli jest zbyt sztywna, prawdopodobnie jest ciężka, a jej elementy trudne do przyspieszenia. W zbyt sztywnej maszynie skrzynki, przewody palnika i kable mogą ulegać wstrząsom przed oraz za ostrymi skrętami, a skutkujące drgania będą widoczne na ciętych częściach. Sztywność jest wymagana w przypadku mechanicznych połączeń między silnikiem, skrzynią przekładniową i zębatką lub śrubą kulową. Im bardziej sztywne są te połączenia, tym łatwiej przyspieszyć maszynę.

Ważny jest również typ układu napędu zastosowany w maszynie. W maszynach najprostszych, hobbystycznych i przeznaczonych do drobnej produkcji często spotyka się tańsze układy „otwartej pętli”, gdyż ich jakość pasuje do takich prac. Systemy te nie działają z pętlą sprzężenia zwrotnego, przez co nie mogą regulować prędkości i położenia podczas cięcia. Układy działające w zamkniętej pętli mogą regulować te parametry zgodnie z sygnałami odbieranymi podczas cięcia z maszyny i są zwykle używane w środowiskach przemysłowych i komercyjnych. Gwarantują one bardziej przewidywalne cięcie, wyższą precyzję części oraz lepszą spójność część-część oraz płaszczyzna-płaszczyzna.

Analogowe czy cyfrowe?

Napędy analogowe są nadal popularne i zapewniają bardzo dużą precyzję. Jednak obecnie trend jest ukierunkowany na standardy automatyki cyfrowej, takie jak SERCOS (Serial Real-time Communication System — szeregowy system komunikacji w czasie rzeczywistym), EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology — Ethernet w technologii automatyzacji sterowania) oraz PROFINET (Process Field Net). Nie wynika to z wymogów jakości ruchu maszyny, lecz z większego nacisku na automatyzację fabryki oraz poszukiwanie uniwersalnych rozwiązań pasujących do wielu różnych zastosowań.

Zarówno napędy analogowe, jak i cyfrowe, oferują urządzenia zwrotne o bardzo wysokiej rozdzielczości. W pewnych przypadkach można osiągnąć ponad milion zliczeń na jeden cal posuwu, co zapewnia niesamowicie wysoką precyzję cięcia.

Odpowiednie zwymiarowanie napędu i silnika

Bez względu na zastosowaną markę i technologię napędu projektant systemu musi prawidłowo dobrać rozmiar napędu i silnika względem maszyny. Cięższe maszyny wymagają zwykle mocniejszych silników i napędów. Trzeba też wziąć pod uwagę bezwładność. Podczas zmiany kierunku silnik potrzebuje tyle mocy, aby przezwyciężyć własną bezwładność, odwrócić zespół napędowy i ponownie pokonać bezwładność maszyny. W prawidłowo zaprojektowanym systemie moc napędu jest dopasowana do siły wymaganej do przezwyciężenia bezwładności oraz przyspieszenia masy maszyny.

Korzyści mechaniczne można uzyskać również poprzez użycie przekładni. Przekładnia redukcyjna pozwala zwiększyć efektywny moment obrotowy silnika, ale zmniejsza jego maksymalną prędkość. Celem projektowym jest wybranie najbardziej opłacalnego kosztowo rozmiaru silnika/napędu oraz takiej przekładni redukcyjnej, która pozwoli wartości przyspieszenia i prędkości ustalone dla wybranego zastosowania. W przypadku plazmy przyspieszenie wynosi zwykle 20–40 mG, a prędkość posuwu poprzecznego — około 1000 cali na minutę.

Ważne kwestie dotyczące ruchu maszyny i procesu cięcia

Starsze stoły cięcia, zaprojektowane pierwotnie do współpracy z systemami plazmowymi poprzedniej generacji, są często modernizowane poprzez montaż nowszych systemów plazmowych. Niestety czasami efekty takiego rozwiązania nie są satysfakcjonujące. Części opuszczające taki zmodernizowany stół mogą wyglądać gorzej! Dlaczego tak jest?

Możliwe, że starszy system plazmowy maskował drgania lub mechaniczne problemy stołu, które ujawniły się teraz ze względu na wyższą jakość cięcia nowego systemu plazmowego. O starszym systemie plazmowym należy myśleć jak o pisaku markerowym z dużą końcówką, natomiast o nowym systemie plazmowym jak o mechanicznym piórze z bardzo cienką końcówką. Jeśli stół drży, trudno to dostrzec w przypadku pisania markerem. Podobnie może się stać w sytuacji przejścia z cięcia tlenowego na cięcie plazmowe na tym samym stole albo zamiany starszego systemu plazmowego na nowszy system HyPerformance®. W każdym z przypadków projektant maszyny doradzi Ci najlepsze rozwiązanie.

Inne czynniki wpływające na jakość ruchu

Ważnym, ale często niedocenianym aspektem jest odporność maszyny tnącej na przemysłowe warunki robocze. Gdy nowa jest zarówno najbardziej nowoczesna i zaawansowana maszyna, jak i maszyna podstawowego typu, odróżnienie oferowanej jakości cięcia może być trudne. Jednak różnice konstrukcji i jakość cięcia będą się stawać coraz bardziej widoczne w miarę upływu czasu.

Pomijanie ruchów lub powstanie luzów może wynikać z zastosowania przekładni niskiej jakości, niedostatecznego zazębienia (w układach z zębatkami), nadmiernego zużycia bądź słabej konserwacji wałków zębatych i/lub zębatki. Układy ze śrubami kulowymi stanowią bardziej wytrzymałą alternatywę, ale wprowadzają ograniczenie długości.

Na ruch maszyny mają także wpływ systemy CAD oraz CAM. Skanowane obrazy albo artystyczne części często wymagają edycji przed przesłaniem do systemu cięcia. Systemy CAM pomagają w tym zadaniu dzięki możliwości filtrowania i dopracowania programu przed wysłaniem go do systemu CNC.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na ruch maszyny jest kształt części, jednak należy go postrzegać raczej jako cechę sterownika, a nie samego ruchu. Zrozumienie sposobu, w jaki konkretne kształty zachowują się w danej maszynie, może podpowiedzieć, jak części powinny zostać narysowane oraz czy ich produkcja na tej maszynie jest możliwa. Bardzo dobre sterowniki radzą sobie doskonale w warunkach, w których inne sterowniki hałasują i wibrują. Jeśli sterownik nie radzi sobie z zadaniem, sytuację można uratować, zmniejszając szybkość maszyny i stosując pętle narożnikowe.

Na końcu warto wspomnieć o krytycznym znaczeniu odpowiedniej konserwacji maszyny. Części mechaniczne zużywają się. Dochodzi do kolizji palnika i innych problemów. Zapobieganie tym problemom poprzez regularną konserwację zgodną z harmonogramem sprawi, że ruch maszyny będzie odpowiedni w całym okresie eksploatacji stołu cięcia.