WYCINARKI Każdy przedsiębiorca z branży metalowej, który zamierza zainwestować w wycinarkę laserową, chciałby kupić maszynę, która ma akceptowalną cenę i dużą wydajność, generuje niskie koszty eksploatacyjne i prawie nigdy się nie psuje. Tyle oczekiwania. A jaka jest rzeczywistość? Okazuje się, że spełnienie tych wymagań jest trudne, ale nie niemożliwe.
Lasery fiber weszły przebojem na rynek wycinarek do blach już ponad dekadę temu, ale wciąż producenci nie są w stanie w pełni wykorzystywać ich możliwości. Stosowane w nich systemy sterowania zostały zaprojektowane z myślą o maszynach skrawających, a kilkadziesiąt lat temu nikt nie mógł przewidzieć potrzeby poruszania narzędzia roboczego z prędkością 1 m/s. Ze względu na nadążny tryb pracy regulatorów pozycji już z samej zasady ich działania wynika, że maszyna nimi sterowana może poruszać się szybko lub dokładnie, ale nigdy – szybko i dokładnie. Innych systemów sterowania na rynku do tej pory nie było. Producenci laserów byli zatem zmuszeni do stosowania dostępnych rozwiązań, a problem z zachowaniem dokładności odwzorowania ścieżki narzędzia był rozwiązywany przez intencjonalne znaczne zwalnianie posuwu podczas obróbki skomplikowanych kształtów, otworów czy narożników – i to do wartości wielokrotnie niższych niż wynikałoby to z przemieszczanych mas.
Pełna wydajność dzięki sterowaniu
Skalę tego problemu najłatwiej zrozumieć, porównując wydajność laserów danego producenta w wersji fiber i CO2. Lasery fiber ze względu na dziesięciokrotnie krótszą długość fali pozwalają na skupienie promienia do znacznie mniejszej średnicy, co z kolei umożliwia wycinanie kształtów z węższą szczeliną i – co za tym idzie – uzyskanie prędkości cięcia nawet pięciokrotnie wyższych niż w przypadku laserów CO2. Dlaczego zatem firmy produkujące wcześniej lasery CO2, przechodząc na lasery fiber, zwiększyły ich wydajność jedynie o 30-35% zamiast pięć razy? Okazuje się, że przez zastosowanie systemów sterowania, które nie były przewidziane do obsługi takich maszyn, większość firm marnuje potencjał drzemiący w laserach fiber. Rozwiązaniem tego problemu może być bezuchybowy system kontroli pozycji, który potrafi utrzymywać głowicę dokładnie w miejscu wyznaczonym przez interpolator – niezależnie od prędkości. Pierwszy pracujący w tej technologii układ powstał ponad 20 lat temu, gdy nikt jeszcze nie słyszał o laserach fiber dużej mocy. Dopiero po dziesięciu latach, gdy na rynku pojawiły się takie lasery, okazało się, że system ten idealnie nadaje się do ich obsługi.
Napęd, który się nie zużywa
Kolejnym aspektem działania tak szybkich laserów są napędy poruszające osiami maszyny. Tradycyjnie od wielu lat w tego typu aplikacjach stosowane są napędy z listwą zębatą, po której porusza się koło zębate napędzane serwonapędem przez przekładnię planetarną. Takie rozwiązanie jest tanie, skuteczne, ale ma też wady: napędy zębate to napędy mechaniczne wymagające kontaktu pomiędzy kołami w przekładni i z listwą zębatą. Napędy takie z czasem się zużywają, pojawia się luz zwrotny i maszyna traci dokładność. Problem ten jest szczególnie widoczny w laserach fiber z powodu znacznie większych prędkości, przyspieszeń i częstotliwości zmiany kierunku ruchu, co powoduje dużo szybsze wyciera- nie się powierzchni kontaktowych. Jako że w takim rozwiązaniu pomiar pozycji realizowany jest przez enkoder na osi silnika, pojawiające się luzy zwrotne bezpośrednio wpływają na jakość i dokładność cięcia. Alternatywą dla napędów mechanicznych są dostępne na rynku od wielu lat magnetyczne napędy liniowe o cechach idealnie dopasowanych do wymagań wycinarek laserowych. Są one bowiem szybkie, dokładne, mają duże przyspieszenia i nie zużywają się, ponieważ pracują bezdotykowo, a pola magnetycznego nie można zużyć. Ze względu na brak przekładni i generowanych w nich strat mają też największą sprawność i pobierają mniej energii. Jedyną ich wadą jest to, że poza nielicznymi wyjątkami są drogie, przez co firmy niechętnie je stosują.
Zamiast G-kodu
Ze względu na stosowanie systemów sterowania ogólnego przeznaczania ich programowanie odbywa się w klasyczny sposób z udziałem G-kodu. Jest to prosty format opisujący ruchy maszyny opracowany w latach 60. ubiegłego wieku, przeznaczony do zapisu na papierowych taśmach perforowanych. Taśmy zostały zastąpione najpierw dyskietkami, a potem pendrive’ami, ale G-kod pozostał w niemal niezmienionej formie, ograniczając możliwość wygodnego programowania maszyn. Aby wyeliminować żmudne, ręczne wprowadzanie programu, w latach 80. zaczęto używać dedykowanych programów CAM do generowania ścieżek narzędzi dla maszyn CNC. Przyspieszyło to w dużym stopniu przygotowanie produkcji, ale nadal konieczne było zatrudnianie technologów przygotowujących w zewnętrznym oprogramowaniu programy dla operatora lasera. W przypadku małych serii i pojedynczych detali czynności przygotowawcze często zajmowały wielokrotnie więcej czasu niż sam proces cięcia. Jednak z powodu braku innych rozwiązań producenci współczesnych laserów, nie mając innego wyjścia, nadal wykorzystują takie systemy. Ale i tu istnieje alternatywa: niektórzy producenci, np. firma KIMLA, opracowują bowiem własne układy sterowania dedykowane wycinarkom laserowym, które integrują w sobie wszystkie funkcje niezbędne do przygotowywania i wykonywania programów obróbczych, takie jak CAD, CAM, NESTING czy CNC.
