无论您是购置新的 CNC 控制器切割系统,自行打造切割系统,还是升级某台现有设备,系统的运动能力都是您能否取得总体成功的重要因素。事实上,就零件质量和一致性而言,机器运动与选择最佳切割系统同等重要。切割功能和应用能力——例如 True Hole® 精细螺栓孔True Bevel——同样受机器运动的影响。对于已经安装到位的机器,重要的是了解各台机器在设计上支持哪些应用。

哪些因素决定运动质量?

等离子切割系统和其他切割机通常是围绕特定功能因素而设计:

  • 应用 — 系统是否用于厚板材、HVAC、坡口、圆管、多工艺、结构元件等?
  • 生产效率需求 — 系统是否需要支持多个切割站、多块板材、快速横移或其他制造要求?
  • 期望的切割质量 — 系统将用于制造精密零件、螺栓孔、凹槽、开口,还是完成几种类型的组合作业?

这并不是说一台机器就无法出色地完成多项作业。 关键在于,您需要与机器制造商合作,配置出适合您的切割需求的机器。

运动质量不是一个绝对值。为实现不同的功能,以及达到不同的切割质量和生产效率水平,需要不同的运动质量水平。在某些情况下,较低的运动质量(通常价格也较低)是可以接受的,而在其他情况下,则必须达到卓越的质量水准。机器的运动质量应与您的业务需求相称。

机械因素

在机械层面,导轨种类繁多,切割机可能配备了其中一种导轨。V 形导轨、条形导轨和直线导轨只是几种常用的导轨。您需要了解这些导轨之间的差异。例如,使用密封轴承的直线导轨的摩擦力通常高于滚珠轴承和齿轮,但在正常使用情况下,它们的一致性更高,并且只需很少甚至无需任何维护便可提供最出色、最准确的切割质量。

有一个指标可以充分反映出机器机械系统的质量,那就是在松开传动系统的情况下克服机器惯性后推动机器的容易程度。设计或制造不佳的机器难以推动。这表明机器需要获得更多功率,才能加速、保持速度和改变方向。尽管以往将“减少摩擦”和最大限度减少驱动台架所需的力量视为关键设计要素,但现今的机器制造商已经意识到,要想获得卓越的切割质量,更重要的是配备尺寸适当的驱动系统,并且其电机和传动装置应能够提供一致的运动。

刚性(另一种常见的衡量标准)也容易被人误解。在某些情况下,机器的刚性实际上过高。如果刚性过高,机器可能变得笨重并且难以加速。在刚性过高的机器上,箱子、割炬电缆及其他电缆可能会在进出急转角时摇晃,由此造成的振动可能在切割的零件上体现出来。在电机、齿轮箱与齿条或滚珠丝杠之间的机械连接中,刚性则是有利的。这些连接刚性越高,机器加速就越容易。

机器上使用的驱动系统类型同样重要。在入门级、DIY 和轻型生产机器上,通常使用廉价的“开放回路”系统,因为其质量对作业而言已足够好。这些系统没有反馈回路,因此无法在切割时调整速度和位置。封闭回路系统可以根据机器的反馈调整速度或位置,它们一般用于工业、商业和生产环境。这样,可以使切割作业更有预见性,从而提高零件精度以及零件与零件之间和套料与套料之间的一致性。

模拟式还是数字式?

模拟式驱动系统仍在广泛使用,并且能够达到非常高的精度。不过,当前趋势是向 SERCOS(串行实时通信系统)、EtherCAT®(控制自动化技术以太网)和 PROFINET(过程现场网络)等数字式自动化标准发展。与其说这一趋势是受到了机器运动的推动,倒不如说是由于工厂自动化和适合多种应用的通用解决方案日益受到重视所致。

模拟式和数字式驱动系统都可提供具有极高分辨率的反馈设备。在某些情况下,每行进一英寸,可达到超过一百万的计数,其结果便是带来极高的切割精度。

为驱动系统和电机确定适当的尺寸

无论采用哪一种驱动技术或品牌,机器制造商都需要为驱动系统和电机确定与机器相适的尺寸。一般而言,机器越重,对电机和驱动系统的功率要求就越高。必须将惯性因素考虑在内。在改变方向时,电机需要足够的功率来克服自身惯性,使驱动系反向运动,并克服机器的惯性。在经过合理设计的系统中,驱动系统的功率与克服惯性并使机器加速运动所需的力成正比。

可利用传动装置来获得机械优势。齿轮减速器具有加大电机有效扭矩的作用,但牺牲了最高速度。设计目标是,采用经济实惠的驱动系统/电机尺寸,并且配备的齿轮减速器能够达到应用所需的目标加速率和速度。采用等离子切割时,通常可以达到 20–40 mG 的加速率和大约每分钟 1,000 英寸的横移速度。

与机器运动和切割工艺有关的要点

旧式切割床最初是为前几代等离子切割系统设计的,通常会使用较新的等离子切割系统进行改装,但有时结果令人失望。实际上,使用新型等离子切割系统改装后的切割床输出的零件外观可能更加糟糕!哪里出了问题呢?

可能是旧式等离子切割系统掩盖了切割床上出现的振动或机械问题,直到现在才因为新型等离子切割系统更精细的切割质量而显现出来。可以把旧式等离子切割系统想像成一只粗头马克笔,将新型等离子切割系统想像成一只细尖机械铅笔。切割床上发生轻微振动时,使用宽边马克笔时注意到这种情况的可能性较小。在同一切割床上从火焰切割跳转到等离子切割时,或者将旧式等离子切割系统升级到更新的 HyPerformance® 高性能系统时,也会发生这种情况。无论是哪种情况,机器制造商都能为您提供最佳解决方案建议。

其他影响运动质量的因素

一个重要但往往被低估的因素是,切割机如何保持符合工业使用标准。如果高端机器和入门级机器都是全新的机器,可能难以区分两者的切割质量。不过,结构和切割质量上的差异可能会随时间和使用而凸显。

运动中断或“后冲”可能是因使用低质量齿轮箱、小齿轮啮合不良(在齿条和小齿轮系统上)、过度磨损或小齿轮和/或齿轮齿条缺乏维护所致。滚珠丝杠系统可作为更稳定的替代方案,但存在长度限制。

CAD 和 CAM 系统也可能会影响机器运动。扫描的图像或艺术风格的零件经常需要先进行编辑,然后再上传至切割系统。CAM 系统可以通过在零件程序到达 CNC 控制器之前对零件程序进行过滤和平滑处理来提供帮助。

零件的几何形状可能会在机器运动中发挥作用,但与之关系更密切的是控制而非运动本身。通过了解特定几何形状在既定机器上的行为,可以确定应如何绘制零件,以及最终确定可以在某特定机器上执行什么作业。出色的控制器能够应对可能导致其他控制器发生碰撞和振动的情况。如果控制器无法经受挑战,直接降低机器速度或使用转角回路可能有助于清理零件。

最后,充分的机器维护至关重要。机械零件会磨损失效,引发割炬碰撞和其他问题。通过定期计划维护提前解决这些问题有助于确保在切割床整个寿命期内保持良好的机器运动。