Maszyny z napędami liniowymi uzyskują nieprawdopodobne dokładności, na poziomie pojedynczych mikrometrów.
Rozmawiając o różnicach między centrami obróbczymi a ploterami (GPD 1/2018 i GPD 2/2018), zakończyliśmy poprzednio naszą rozmowę na wątku, że firma KIMLA stosuje rozwiązania w postaci napędów liniowych, które są nowością w centrach obróbczych do drewna. Mówił pan, że napędy liniowe są teraz bardzo mocno zminiaturyzowane, co nie uprościło systemu sterowania, ale rozwój technologii systemów sterowania umożliwił zastosowanie tych napędów w CNC. Obiecał pan odpowiedź na pytanie, dlaczego te rozwiązania są wciąż niezwykle rzadko stosowane w centrach do obróbki drewna?
Przemysław Kimla: Niestety, ze względu na wyższą cenę tych napędów te rozwiązania stosowane są niezwykle rzadko. Jednak tam, gdzie są bardzo duże wymagania dotyczące dokładności obróbki, stosowane są coraz częściej, ponieważ taki napęd nie ma elementów zużywających się. Nie ma listwy zębatej, nie ma śruby kulowej, nie ma przekładni, a pomiar pozycji jest realizowany nie na enkoderze silnika, tylko liniowy odczyt absolutny dokonywany jest bezpośrednio na liniałach pomiarowych, o bardzo dużej rozdzielczości. Nasza firma stosuje w napędach liniowych rozwiązania, gdzie rozdzielczość układu pomiarowego wynosi 1 nanometr, a dokładność – 5 mikrometrów na metrze. Są to rozwiązania znacznie przekraczające potrzeby branży drzewnej czy meblarskiej, ale takie stosujemy. Dlatego rozwiązania liniowe zaczęto przede wszystkim stosować w maszynach „narzędziowych”, tam, gdzie wykonuje się formy wtryskowe. Takie urządzenia były do niedawna bardzo drogie, a obecnie ceny maszyn o napędach liniowych zaczynają się od miliona złotych. Natomiast nasza firma oprócz tego, że produkuje maszyny do obróbki drewna, materiałów drewnopochodnych czy płyt, produkuje również wycinarki laserowe. Na ich potrzebę opracowaliśmy całą serię napędów liniowych o tzw. wysokiej gęstości mocy. Umożliwiło nam to pojawienie się na rynku materiałów magnetycznych na magnetowody silników liniowych o tzw. wysokiej indukcji nasycenia. Pozwoliło nam to, oprócz tego, że stosowane były magnesy neodymowe, jeszcze dodatkowo zmniejszyć forsery. Zaprojektowaliśmy silnik liniowy, w którym w stosunku do standardów rynkowych trzykrotnie zwiększyliśmy moc, bez zwiększania jego masy, co pozwoliło nam na uzyskanie wysokiej dynamiki pracy i płynniejszych ruchów. Ponieważ sami zaczęliśmy produkować napędy liniowe oraz specjalne systemy sterowania do napędów liniowych, umożliwiło nam to istotne ograniczenie ceny tego typu rozwiązań. W związku z tym nasza firma rozpoczęła po wycinarkach laserowych wdrażanie napędów liniowych do wszystkich pozostałych urządzeń, które obecnie oferujemy.
W których waszych maszynach są instalowane napędy liniowe?
P.K.: Po wycinarkach laserowych napędy liniowe zostały wprowadzone w naszych frezarkach narzędziowych do metali, następnie w maszynach typu cuttery, czyli w lekkich ploterach frezujących, a teraz wdrożyliśmy je do maszyn wielkoformatowych – centrów obróbczych, routerów, ploterów przemysłowych, które przemysł drzewny najbardziej interesują. Obecnie nasze maszyny z napędami liniowymi uzyskują nieprawdopodobne dokładności, na poziomie pojedynczych mikrometrów. Na maszynie do obróbki drewna jesteśmy w stanie wykonać ruch 1 mikrometr do przodu i 1 mikrometr do tyłu, ponieważ rozdzielczość układu pomiarowego jest rzędu 1 nanometra, więc wielokrotnie większa.
Jakie są inne, istotne cechy napędów liniowych?
P.K.: Te rozwiązania się nie zużywają, ponieważ pola magnetycznego nie da się zużyć. Są bardzo precyzyjne, szybkie, o dużej dynamice i zapewniają tak gładki ruch, że po obróbce frezem diamentowym bocznych krawędzi tworzyw sztucznych mają one przezroczystość tak idealną jak lico pleksi. Napędy liniowe cechują nieprawdopodobnie płynne ruchy, ponieważ nie ma żadnych przekładni ani listew zębatych czy śrub kulowych, które mogłyby wprowadzać nieliniowość ruchu, co przekładałoby się na pofalowaną powierzchnię skośną. Napędy liniowe są przyszłością wszystkich obrabiarek CNC i prędzej czy później napędy zębatkowe śrub kulowych przejdą do lamusa, ponieważ napędy liniowe mają absolutnie same zalety i nie mają żadnych wad.
Pojawiały się jednak różnego rodzaju zastrzeżenia co do silników liniowych, że pobierają dużo więcej mocy…
P.K.: To nieprawda. Ilość zużywanej energii jest mniejsza. Nasza firma opracowała jeszcze technologię „wspólnej linii zasilania”, co oznacza, że można przekazywać energię pomiędzy napędami. Silnik liniowy, rozpędzając bramę, pobiera energię, natomiast w momencie, kiedy ona się zatrzymuje, trzeba jakoś ją wyhamować, czyli energię musimy od niej odebrać. W większości tradycyjnych przypadków serwonapędy czy inne systemy sterowania tę energię wytracają w tzw. rezystorach hamujących, ogrzewając powietrze. Nasza firma za- stosowała technologię, gdzie wszystkie napędy są podłączone do jednego zasilacza, w związku z tym mogą sobie tę energię wzajemnie przekazywać. Jeżeli jedna oś hamuje, a druga się rozpędza, to energia z osi, która hamuje, jest przekazywana do osi, która się rozpędza, minimalizując tym samym pobór energii z sieci. Nasze pomiary wykazały, że w skrajnych przypadkach ilość energii przeznaczonej na posuwy, w przypadku naszych maszyn została ograniczona nawet do 70 procent. To jest ogromna zaleta, ponieważ jest to istotne zmniejszenie poboru mocy.
Choć napędy liniowe wydają się przyszłością,to w jednych rozwiązaniach spisują się lepiej, a w innych gorzej?
P.K.: Rzeczywiście, napędy liniowe są przyszłością, a najefektywniejsze są tam, gdzie są długie osie. Nie mają ograniczeń długościowych, bo nie mają nic, co by mogło zwisać, jak śruba kulowa, a jednocześnie mają bardzo duże dokładności. Żeby sobie wyobrazić, jaki mamy skok dokładności pozycjonowania, to takie najprymitywniejsze rozwiązania pozycjonowania, czyli zamiany ruchu obrotowego na ruch liniowy, zapewniają pasy zębate. Osiąga się dokładności na poziomie 1 mm. Rozwiązania nieco dokładniejsze to listwy zębate, gdzie można uzyskiwać dokładności na poziomie 0,1 mm. W precyzyjnych maszynach CNC śruby kulowe osiągają dokładności pozycjonowania rzędu 0,01 mm. Natomiast napędy liniowe bez problemu uzyskują dokładności rzędu 1 mikrometra. Można zatem stwierdzić, że każda kolejna technologia, z punktu widzenia dokładności pozycjonowania, jest dziesięć razy lepsza od poprzedniej.
