Nesting płyt z centrami obróbczymI. Realne, rekordowe prędkości posuwu

Produkcja w systemie nestingu polega na kompletnym sformatowaniu elementów meblowych na jednej maszynie. Najpopularniejszymi maszynami do tego typu produkcji są centra obróbcze, które za pomocą freza wycinają z surowej płyty drewnopochodnej poszczególne kształty a następnie dokonują pionowej obróbki wiertarskiej i dodatkowej obróbki frezarskiej. Jednym z najważniejszych aspektów takiej produkcji jest osiągnięcie wysokiej prędkości posuwu przy jednoczesnym maksymalnym  wykorzystaniu żywotności narzędzi. Dwa powyższe aspekty w dużej mierze zależą od systemu sterowania maszyny. Firma KIMLA opracowała takie sterowanie, które pozwala na wydłużenie żywotności narzędzi i zwiększenie prędkości posuwu. Wyjątkowo szybki system sterowania częstochowskiego producenta maszyn CNC oparty jest na dynamicznej analizie wektorów. Dzięki temu, że sterownik maszyn KIMLA analizuje dane dotyczące wielu kolejnych ruchów następujących po aktualnie wykonywanym wzrasta wydajność maszyny oraz spada zużycie narzędzi na skutek mniejszej ilości zatrzymań. Brzmi skomplikowanie, ale to rozwiązanie nadzwyczaj proste do zrozumienia.

W systemach sterowania, które przetwarzają jednorazowo jeden blok kodu CNC czyli jedną współrzędną na raz, nie ma możliwości zakończenia ruchu po danej ścieżce, z inną prędkością niż zerowa. Dzieje się tak dlatego, ponieważ sterownik nie analizuje danych dotyczących kolejnych ruchów następujących po aktualnie wykonywanym. Nie wiedząc jaki ruch będzie następny musi się zatrzymać aby po pobraniu następnego bloku rozpocząć kolejny wektor. Skutkuje to sytuacją w której ruch po ścieżce narzędzia jest przerywany pomimo, że kolejne wektory są na przykład ze sobą styczne.

Najwięcej problemów zaczyna pojawiać się przy obróbce skomplikowanych kształtów, frezowań, czyli podczas wykonywania wektorów na tyle krótkich, że nie można na nich osiągnąć prędkości zadanej. W takiej sytuacji średnia prędkość posuwu jest znacznie niższa niż prędkość zadana. Skutkuje to znacznym ograniczeniem wydajności obróbki, a ponadto ze względu na częste zatrzymania przyspieszonym zużyciem narzędzia spowodowanym częstymi zmianami parametrów skrawania.

Problem ten jest szczególnie widoczny przy pracy w trybie HSM (High Speed Machining) polegającej na pracy ze znacznie zwiększonymi prędkościami skrawania. W technologii tej prędkość posuwu jest większa od prędkości rozchodzenia się temperatury w obrabianym materiale, co skutkuje tym, że prawie cała energia zgromadzona przy odrywaniu wióra zostaje razem z nim wyrzucona. W związku z tym narzędzie i materiał podczas skrawania rozgrzewają się mniej, niż przy obróbce konwencjonalnej. Aby wyprzedzić rozchodzenie się temperatury w materiale i jednocześnie zachować grubość wióra na bezpiecznym poziomie, prędkość obrotowa wrzeciona musi być odpowiednio większa. Tak duża, że w twardych materiałach przy niskich prędkościach posuwu (poniżej HSM) spowodowała by przegrzanie i uszkodzenie narzędzia.

Stosowanie technologii HSM na maszynach z systemem sterowania przetwarzającym jednorazowo jeden blok kodu CNC nie jest możliwe, ponieważ częste zatrzymania narzędzia w materiale skutkują jego przegrzewaniem co skutkuje bardzo szybkim zużyciem. Aby wyeliminować te problemy maszyna powinna w miarę możliwości utrzymywać prędkość posuwu na poziomie zadanym przez operatora. Maksymalna prędkość w węźle pomiędzy kolejnymi ruchami powinna być uzależniona od kąta pomiędzy nimi i kształtu ścieżki narzędzia, którą wektory te reprezentują.

Rozwiązaniem powyższych problemów może być analizowanie więcej niż jednego wektora na raz. System KIMLA która  umożliwia  przeanalizowanie do  15000  bloków  programu  na  sekundę  i  automatyczne  dobranie  odpowiednich  prędkości posuwu  do  zadanego  kształtu  ścieżki  narzędzia.  W  maszynach CNC KIMLA  narzędzie  nie pokonuje pojedynczych odcinków ruchu, tylko płynnie  porusza  się  po  ścieżce  wyznaczonej przez  program  obróbki.  Przykładem słuszności zastosowania systemu może być wynik obróbki zadanej maszynie: przy skomplikowanej ścieżce narzędzia liczącej kilkadziesiąt tysięcy wektorów o długości całkowitej ok. 20m, przy zadanej prędkości posuwu 200mm/s i przy włączonej Dynamicznej Analizie Wektorów czas pracy wyniósł niecałe 2 minuty, natomiast z wyłączoną analizą ok. 10min.

W kwestii nestingu firma KIMLA proponuje dwa rodzaje centrów obróbczych. Są to urządzenia wyposażone w jedno lub dwa pola robocze. W drugim przypadku rozwiązanie sprawdza się gdy elementy wyfrezowane z surowej płyty należy poddać dodatkowej obróbce. Wówczas maszyna dwustanowiskowa charakteryzuje się większą elastycznością i efektywnością. Centra CNC KIMLA wyposażone są w efektywny program do optymalizacji rozkroju płyt. Pozwala on w kilka sekund rozłożyć pracę na wielu różnych arkuszach, których wielkości definiuje operator. Zawiera bazę części składowych różnych modeli mebli, dzięki czemu można ponowić produkcję w każdej chwili. Dostosuje rozłożenie względem wielkości, włączy części mniejsze w luki wewnątrz lub pomiędzy większymi. Stosuje również system priorytetów który pilne elementy zada do wykonania w pierwszej kolejności. Mocowanie materiału odbywa się przy pomocy próżniowego stołu typu matrix. Oprócz tradycyjnych maszyn trzy-osiowych firma KIMLA proponuje centrum do nestingu z czwartą osią, która pozwala na symultaniczną obróbkę czterema osiami na raz. Jest to niezbędne przy wykonywaniu obróbek wymagających odchylenia narzędzia od pionu np. przy obróbce kieszeni na zamki lub wiercenie otworów pod zawiasy.