W ciągu najbliższych lat udział napędów liniowych w rynku będzie się zdecydowanie zwiększał, ponieważ jest to oczywiste i naturalne rozwiązanie w obrabiarkach, które mają osie liniowe, wygodne do poruszania napędami liniowymi.
Podczas naszej poprzedniej rozmowy mówił pan, że firma Polcom Przemysław Kimla, dzięki optymalizacji produkcji napędów liniowych, cały czas rozszerza ofertę maszyn z takimi napędami. Porozmawiajmy zatem o ich rozwoju.
Przemysław Kimla: Rozwój napędów liniowych był możliwy dzięki temu, że na rynku pojawiły się nowoczesne materiały magnetyczne, takie jak magnesy neodymowe, które znacząco zmniejszyły objętość magnesów w stosunku do rozwiązań starych, wykonywanych z magnesów ferrytowych. Aby uzyskać napędy o podobnych możliwościach, magnes ferrytowy musiał być nawet dziesięciokrotnie większy niż nowoczesny magnes neodymowy. Produkcja magnesów neodymowych zaczęła się gwałtownie rozwijać dopiero około 20 lat temu. Obecnie praktycznie wszystkie rozwiązania serwonapędów obrotowych już wykorzystują magnesy neodymowe, dzięki czemu współczesne serwonapędy są dużo mniejsze w stosunku do rozwiązań sprzed 20 lat, osiągając tę samą moc.
Czy w tym rozwiązaniu nie ma żadnych ograniczeń?
P.K.: Ograniczenie wynika z pewnych właściwości materiałów magnetycznych, z których wykonuje się rdzenie i magnetowody w maszynach elektrycznych. Jeśli pojawi się kolejna generacja materiałów magnetycznych do budowy silników i serwonapędów, to wówczas będzie można myśleć o zrobieniu kolejnego kroku. I tak tego typu napędy w ostatnich latach zrobiły bardzo duży skok do przodu. Można powiedzieć, że ta technologia jest już rozwinięta, natomiast jeszcze nie jest spopularyzowana. Ze względu na to, że napędy liniowe stosowane są w mniej niż 1 proc. wytwarzanych maszyn, to naturalne jest, że ze względu na ich niewielką produkcję, są to rozwiązania drogie. Natomiast w naszej firmie uważamy, że w ciągu najbliższych lat udział napędów liniowych w rynku będzie się zdecydowanie zwiększał, ponieważ jest to oczywiste i naturalne rozwiązanie. Obrabiarki, które mają osie liniowe, powinny być napędzane napędami liniowymi. W tej chwili rozwiązania polegające na zamianie ruchu obrotowego na ruch liniowy w 99 proc. maszyn są rozwiązaniami nienaturalnymi i stworzonymi niejako na siłę. Trzeba wykorzystywać specjalistyczne mechanizmy, jak: przekładnie planetarne, listwy zębate, śruby kulowe, żeby zamienić ruch silnika obrotowego na ruch liniowy.
W standardowych obrabiarkach ruch liniowy zespołów jest napędzany ruchem obrotowym, co jest nienaturalnie skomplikowane...
P.K.: Napędy liniowe konstrukcje takich maszyn upraszczają, polepszają, i dlatego zdecydowanie jest to przyszłość w branży obrabiarek. Może nie najbliższego roku czy dwóch, ale gdy pokazały się pierwsze telefony komórkowe, powszechnie nie sądzono, że w ciągu 20 lat tak się diametralnie zmienią, i zmienią sposób komunikowania się ludzi na całym świecie. Podobny rozwój czeka napędy liniowe.
W silnikach liniowych nie definiuje się ich mocy…
P.K.: Rzeczywiście, w silnikach liniowych nie podaje się parametru mocy, jak w silnikach obrotowych, które zawsze mają podaną jakąś nominalną prędkość obrotową, przy której jest wyznaczona moc. Natomiast silniki liniowe nie mają takiego pojęcia jak nominalna prędkość obrotowa czy prędkość posuwu, ponieważ zależy to od układu sterowania, i dlatego takiej wartości nie mają zdefiniowanej. Jednak gdyby tę moc przeliczać, to mają one moc kilkakrotnie większą od napędów obrotowych, jednak, co ciekawe, pobierają mniej energii niż napędy obrotowe. Nasza firma wprowadziła specjalną technologię tzw. wspólnej szyny zasilania, która daje możliwość przekazywania energii pomiędzy napędami. Ze względu na to, że w na- pędach liniowych praktycznie nie ma strat energii, to gdy trzeba rozpędzoną oś maszyny wyhamować, można energię włożoną w rozpędzenie tej osi odzyskać i przekazać kolejnej osi, która się rozpędza. Dzięki temu ilość energii potrzebnej w celu poruszania napędami zmniejszyliśmy o 70 proc. w stosunku do standardowych rozwiązań, co jest również rekordem. Dzięki temu średnia moc pobierana przez naszą maszynę jest często o połowę niższa niż w rozwiązaniach konkurencyjnych.
W różnego typu waszych obrabiarkach stosowane są identyczne napędy liniowe?
P.K.: W zależności od zastosowania maszyny instalowane są napędy liniowe o różnych konfiguracjach. W maszynach ciężkich, jak choćby do nestingu, konieczne są rozwiązania o dużej sile, ale o mniejszych prędkościach posuwu. W cutterach do rozkroju skóry czy materiałów obiciowych są napędy, które mają mniejszą siłę, ale dużo większą prędkość posuwu, przy podobnej mocy. Konstrukcje silników liniowych można optymalizować pod konkretne zastosowania, aby uzyskać z danej maszyny jak największą wydajność. Silniki liniowe mają wiele parametrów, tak jak silniki obrotowe. Mogą mieć duży moment obrotowy i niskie obroty, mogą mieć mniejszy moment i wysokie obroty. W silnikach liniowych jest podobna sytuacja, ale gdy jest duża siła, to niska prędkość, albo mniejsza siła, ale wyższa prędkość. Doborem charakterystyki uzwojeń w silnikach liniowych określa się charakter pracy silnika. We wspomnianych cutterach, które mają lekką bramę, narzędzie nie generuje dużych obciążeń ruchu, dlatego stosuje się rozwiązania pozwalające na szybszą pracę. W maszynach, które wymagają dużej siły, a ograniczeniem prędkości posuwu jest wytrzymałość narzędzia, stosuje się silniki o podobnej mocy, ale o mniejszym posuwie, z większą siłą. Zatem każda maszyna, ze względu na swoją charakterystykę pracy, potrzebuje dedykowanego rozwiązania.
Często podkreśla pan, że jesteście pierwszą firmą, która wprowadziła na skalę masową napędy liniowe do tego typu maszyn, i jak na razie nie widać rozwiązań konkurencyjnych firm, które oferowałyby podobne maszyny. Dlaczego?
P.K.: Jesteśmy pionierami w tym zakresie. Głównie dlatego, że jesteśmy prawdopodobnie jedyną firmą na świecie, która będąc producentem gotowych obrabiarek, produkuje własne napędy liniowe. Inne firmy takie napędy liniowe kupują od firm produkujących takie rozwiązania. Jako że są to nowości, więc są bardzo drogie i ich zastosowanie w standardowych obrabiarkach powodowałoby nadmiernie wysoką cenę i prawdo- podobnie przez to – niemożliwość sprzedaży takich maszyn na rynku. Dodatkowo, rozwiązanie, które wprowadziliśmy, czyli silniki o wysokiej gęstości mocy wykorzystują specjalne materiały, o wysokiej indukcji nasycenia, które same w sobie są drogie. Nasza firma, dzięki optymalizacji produkcji napędów liniowych, cały czas rozszerza ofertę maszyn poszerzoną o napędy liniowe.
Tego typu napędy wymagają specjalnej konstrukcji maszyn?
P.K.: Solidność konstrukcji maszyn jest przede wszystkim wynikiem potrzeb związanych z przeniesieniem siły od napędu, poprzez narzędzie, do uchwytu materiału. Samo zastosowanie napędu liniowego, oprócz pewnych zmian konstrukcyjnych wynikających z geometrii napędu, niewymaga jakichś nowych rozwiązań w budowie korpusów maszyn. Oczywiście, ze względu na to, że silniki liniowe mogą mieć większe przyspieszenia, większą dynamikę, w niektórych przypadkach maszyna musi być solidniejsza, sztywniejsza, natomiast nie jest to najważniejszy czynnik w procesie wdrażania napędów liniowych do obrabiarek. Każda maszyna, która ma potrzebę pozycjonowania jakiejś osi liniowej, może mieć zastosowane napędy liniowe. W szczególności tam, gdzie te ruchy muszą być szybkie i precyzyjne. Każda maszyna CNC potrzebuje dokładnie tych cech, więc można powiedzieć, że w każdej maszynie CNC takie napędy są pożądane i uzasadniony jest dodatkowy wydatek na napędy liniowe.
Chyba można już mówić o złotej erze napędów liniowych w technologiach laserowych w przemyśle?
P.K.: Jeszcze kilka lat temu napędy liniowe nie były zbyt często wykorzystywane w technologiach laserowych. Teraz następuje ich rozkwit, nie tylko w wycinarkach, ale również w innych maszynach. Nowoczesne napędy liniowe w la- serach gwarantują maszynom nie tylko poprawę parametrów cięcia, przedłużenie trwałości maszyny, ale także zwiększenie ekonomiki jej użytkowania. Spełniają zatem oczekiwania najbardziej wymagających klientów. Tym bardziej że laser z napędem liniowym wcale nie jest o wiele droższy od tego, który ma napęd zębaty. Dlatego zaprzestaliśmy produkcji tych maszyn na napędach zębatych i jako standard wyposażenia naszych laserów wprowadziliśmy napędy liniowe, za które nie trzeba już dodatkowo płacić. Sprzedajemy w Polsce jedno takie urządzenie tygodniowo.
Skoro napędy liniowe znalazły zastosowanie również we frezarkach, to czy istnieje możliwość całkowitego zastąpienia śrub kulowych, pasków i listew zębatych?
P.K.: Myślę, że w przeciągu kilkunastu lat tak właśnie się stanie. Prędzej czy później napędy zębatkowe śrub kulowych przejdą do lamusa, ponieważ napędy liniowe mają absolutnie same zalety i nie mają żadnych wad. Maszyny z napędami liniowymi uzyskują nieprawdopodobne dokładności, na poziomie pojedynczych mikrometrów. 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 obecne potrzeby branży drzewnej czy meblarskiej, ale takie stosujemy w obrabiarkach do obróbki innych materiałów, wykorzystywanych choćby przy produkcji mebli metalowych czy tworzywowych.
