Jak systemy sterowania wyznaczają drogę cięcia wycinarkom laserowym?

Użytkownik kupujący laser często koncentruje się na parametrach samej maszyny, nie zwracając uwagi na sposób, w jaki zostało stworzone oprogramowanie. Właściwie skonfigurowany system sterowania jest jak sprawnie funkcjonujące centrum dowodzenia – zarządza procesem obróbki, optymalizując go i skracając jego czas do minimum.

W chwili, gdy na rynku pojawiły się pierwsze wycinarki laserowe, jedynym dostępnym rozwiązaniem w zakresie systemu sterowania było zapożyczenie oprogramowania stosowanego do tej pory we frezarkach. Jak wiadomo frezarki, tokarki czy wytaczarki są maszynami poruszającymi się stosunkowo wolno, ze względu na ograniczenia wynikające z możliwości narzędzia skrawającego. Plus tej sytuacji był taki, że systemy te były dość uniwersalne, więc można było je łatwo zaadaptować do wycinarek laserowych. Popularne w tamtym czasie wycinarki starego typu − CO2, również nie były zbyt dynamiczne, ich napędy prymitywne, w związku z czym wydajność systemu sterowania nie była aż tak bardzo istotna. Sukcesem była już sama możliwość cięcia, nikt nie zwracał jeszcze uwagi na szybkość czy wydajność procesu cięcia. Kiedy popularność wycinarek laserowych zaczęła wzrastać, a na rynku na dobre zadomowiły się współczesne lasery światłowodowe, okazało się, że ograniczeniem przestała być maszyna sama w sobie, a właśnie system sterowania, który za nią nie nadążał.

Co to tak właściwie oznacza, że system sterowania nie nadąża za wycinarką?

Systemy sterowania, które są stosowane obecnie w maszynach, zostały opracowane 50 lat temu. Wtedy, kiedy procesory, elektronika procesorowa jeszcze raczkowała. Procesory były prymitywne i bardzo wolne. W tych czasach, aby stworzyć system sterowania, trzeba było zastosować mnóstwo kompromisów, które niestety przetrwały do dziś. Jednym z nich jest uchybowy system sterowania. Uchybowy system sterowania, czy inaczej nadążny system sterowania, to jest pewna zasada działania takiego systemu, polegająca na tym, że prędkość zadana napędu wyliczana jest z uchybu, czyli ze spóźnienia współrzędnej osi za interpolatorem. Interpolator jest komputerem sterującym ruchami maszyny w jej wnętrzu. Jest to osobny procesor, który wykonuje komendy dostarczane poprzez G-kod. Interpolator steruje serwonapędami, natomiast te serwonapędy spóźniają się za interpolatorem. Opóźnienie wzrasta wraz ze wzrostem prędkości cięcia.

Z czego wynika opóźnienie serwonapędu?

Wartość tego spóźnienia jest potrzebna do wyliczenia prędkości do serwonapędu, więc nie jest to jakiś błąd systemu sterowania, tylko to jest zasada działania i koncepcja tego systemu sterowania. W związku z tym systemy sterowania mogą być albo szybkie, albo dokładne. Jeżeli prędkość zadana jest wolna, spóźnienie jest małe, to odzwierciedla zapro- jektowane kształty ścieżki narzędzia, jest ona zdecydowanie precyzyjniejsza. Jeżeli maszyna się porusza bardzo szybko i występuje duże spóźnienie, w momencie gdy maszyna dojedzie na narożnikach, druga oś ruszy, a pierwsza jeszcze nie dojechała do narożnika, to oczywiście ruch zostanie ścięty (zaokrąglony). Sytuacja ta występuje również w przypadku maszyn skrawających, poruszających się wolno, ale są to wręcz niezauważalne setne części milimetra. Natomiast przy prędkości lasera 1 m/sek, to ścięcie narożnika występowałoby na poziomie 1 cm, co oczywiście jest niedopuszczalne. W wyniku czego producenci korzystający z takich systemów sterowania zmuszeni są zwalniać prędkość na narożnikach, aby uniknąć ich deformacji. Więc de facto wszystkie systemy sterowania mogą być albo szybkie, albo dokładne. Nie mogą być zarazem szybkie i dokładne.

Bezuchybowy system sterowania firmy KIMLA

Polski producent wycinarek laserowych firma KIMLA 20 lat temu opracowała system sterowania bezuchybowy, w którym nie występuje powyżej opisany problem. System ten został zaprojektowany od podstaw ponad 20 lat temu, kiedy na rynku były już dostępne dużo szybsze procesory. Co najważniejsze, producent nie był ograniczony kompatybilnością wsteczną, wynikającą z tego, że firmy produkujące systemy sterowania mają mnóstwo innych komponentów. Systemy te musiały współpracować z tymi komponentami, ponieważ w przeciwnym razie nie nadawałyby się do użytku. Firma KIMLA stworzyła system sterowania od „białej kartki”, co pozwoliło stworzyć najlepsze możliwe w tamtym czasie rozwiązanie. System ten stworzony był do pracy na frezarkach, w tam tych czasach jeszcze nikt nie słyszał o laserach fiber. Natomiast na frezarkach, które poruszają się stosunkowo wolno, spektakularny efekt nie był widoczny, ponieważ one i tak poruszały się wolno. Po około 10 latach, oczywiście nasze frezarki pracowały trochę płynniej, było trochę gładziej, ale to nie były różnice wielokrotne, jak potem okazało się przy laserach. W tym czasie pojawiły się na rynku źródła fiber o wystarczającej mocy do zastosowania w wycinarce laserowej. Okazało się wtedy, że firma KIMLA jest jedynym na świecie producentem systemu sterowania idealnie dopasowanego do super- szybkiej technologii fiber. To wtedy rozpoczęła się produkcja wycinarek laserowych KIMLA na bazie autorskiego systemu sterowania. Produkt ten zadebiutował 10 lat temu na targach w Hanowerze i okazał się strzałem w dziesiątkę, ponieważ szybkość cięcia była bezkonkurencyjna. Różnice były tak duże, że często jedna maszyna KIMLA mogłaby zastąpić kilka wycinarek innych firm, a dysproporcje były liczone nie w procentach, a w krotnościach. Maszyny te cięły w blasze nie- rdzewnej o grubości 1,5 mm, wykonując 8 otworów fi 4 mm w czasie jednej sekundy. W tamtych czasach były to rezultaty wręcz rekordowe. Dziś ulepszone wersje tych maszyn są w stanie wyciąć w blasze o tych samych parametrach nawet 13 takich otworów na sekundę. Jest to prędkość większa niż prędkość wystrzału niejednego karabinu maszynowego. Dzięki tej przewadze wydajnościowej i osiągnięciom technologicznym firma KIMLA bardzo szybko stała się czołowym producentem branży laserowej w Polsce.