Obrabiarka CNC, czyli wszystko w jednym

Producent maszyn szukał możliwości obniżenia kosztu podzespołów maszyny do cięcia kamienia, zmniejszenia jej wymiarów i czasu konstrukcji, a także poprawienia osiągów. Instalując nowy układ napędu i sterowania, firma AIM zapewniła te i inne korzyści.
Przycinanie dużych płyt kamiennych na wysokiej jakości blaty kuchenne, blaty lad recepcyjnych oraz inną armaturę wewnętrzną i zewnętrzną wymaga solidnych urządzeń oraz dużej mocy i doskonałej kontroli nad procesem. Jednak cięcie twardego marmuru czy granitu nie jest największym wyzwaniem, jakiemu musi sprostać przemysł kamieniarski; wyzwaniem jest cięcie z zachowaniem maksymalnej wydajności i precyzji oraz optymalne wykorzystywanie surowców.

Używając MasterJetSaw (powyżej), jeden z klientów całkowicie wyeliminował nadgodziny i wyprzedził harmonogram o pięć dni. W porównaniu z systemem sprzężenia zwrotnego z koderem przyrostowym wykorzystywanym do przesyłania danych o położeniu w urządzeniu starego typu, zintegrowany system napędowy poprawił sprawność operacyjną. Rexroth IndraDrive Mi (z prawej) łączy serwomotor i napęd w jedno ultrakompaktowe urządzenie, które jest o około 50% mniejsze od systemów konwencjonalnych. Sprzężenie zwrotne z enkoderem absolutnym wykorzystujące napęd eliminuje konieczność resetowania serwomotorów za każdym razem, gdy proces cięcia zostanie przerwany. Źródło: Bosch Rexroth
Firma produkująca narzędzia do cięcia kamienia – Advanced Industrial Machinery (AIM), przekonstruowała jeden ze swoich najlepszych produktów – MasterJetSaw, połączenie piły i systemu cięcia strumieniem wodnym – w celu znacznej redukcji kosztów budowy i jednocześnie poprawy wydajności.
Aby osiągnąć te cele, AIM wyposażyła urządzenie MasterJetSaw w nowy napęd i układ sterowania: platformę sterującą CNC IndraMotion MTX, zdalne wejście/wyjście Profibus, a także zintegrowany silnik i układ napędowy IndraDrive Mi. Wszystkie te podzespoły są dziełem grupy Bosch Rexroth zajmującej się napędami elektrycznymi i sterowaniem.
MasterJetSaw jest najdroższym produktem firmy AIM, przeznaczonym do wysoko wydajnego cięcia kamienia do większych zastosowań komercyjnych i na kamienne nawierzchnie przy obiektach mieszkalnych. Narzędzie to, łączące w jedną całość sztywną, bardzo precyzyjną, obrotową głowicę tnącą o mocy 20 KM, ostrze z diamentową końcówką i urządzenie do cięcia wodą ze ścierniwem o mocy 50 KM, pomaga wykonywać precyzyjne i powtarzalne cięcia w bloku kamiennym o grubości do 10 cm. Większość cięć jest prosta, wykonuje się je za pomocą piły obrotowej o mocy 20 KM. Strumień wody wykorzystywany jest do wykonywania cięć po promieniu, wycięć na umywalki, otworów na rury i armaturę oraz innych cięć okrągłych lub cięć po linii krzywej.
Aż do niedawna AIM konstruowała systemy cięcia strumieniem wodnym i urządzenia tnące wykorzystujące konwencjonalne serwonapędy i serwomotory. Firma poszukiwała nowej technologii, która:

  • zmniejszyłaby wymiary urządzenia;
  • obniżyłaby koszt podzespołów urządzenia;
  • skróciłaby czas konstrukcji maszyn i wprowadzania ich na rynek;
  • poprawiłaby wydajność i stopień wykorzystania materiałów.

Małowymiarowe napędy oszczędzają miejsce i pieniądze
AIM współpracowała z Livingston & Haven, dostawcą rozwiązań technologicznych poprawiających wydajność produkcji i poważnym dystrybutorem produktów Bosch Rexroth, by znaleźć najlepsze rozwiązanie dla MasterJetSaw. Wspólnie zdecydowano się zmodernizować urządzenie, instalując platformę CNC Rexroth IndraMotion MTX oraz zintegrowany układ IndraDrive Mi, tworząc kompletne rozwiązanie łączące napęd i układ sterowania.

Platforma MTX działa na przemysłowym komputerze PC Rexroth 15-in. IndraControl VSP
– Wiele firm twierdzi, że potrafi konstruować układy sterowania, ale wszystko, co naprawdę potrafią zrobić, to kontrola procesu metodą punkt–punkt. Kontrola procesu i interpolowany ruch na kilku osiach to dwie zupełnie różne rzeczy – twierdzi prezes AIM, Bob Pharr. – Rexroth udowodnił, że potrafiąciąć po okręgu z dużą prędkością i precyzją, a następnie dopasować cięcie za pomocą innego narzędzia lub z inną wielkością, zachowując wydajność na najwyższym poziomie.
IndraDrive Mi firmy Rexroth łączy serwomotor i napęd w jedno ultrakompaktowe urządzenie, które jest o około 50% mniejsze od konwencjonalnych serwomotorów i układów napędowych. Instalując elektronikę napędu na silniku zamiast w oddzielnej szafie sterowniczej, można dramatycznie zmniejszyć wymiary urządzenia i koszty podzespołów.

Urządzenia IndraDrive Mi są podłączone szeregowo, do każdego urządzenia prowadzi jeden przewód. Eliminuje to konieczność prowadzenia oddzielnych przewodów zapewniających zasilanie i przesył danych z każdego serwomotoru z powrotem do szafy sterowniczej.
Wykorzystywanie zintegrowanych silników i napędów IndraDrive Mi pozwoliło firmie AIM zastąpić dużą, wolno stojącą obudowę, która wcześniej mieściła wszystkie serwowzmacniacze, zasilacze, styczniki i inne podzespoły, dwoma mniejszymi szafkami o wymiarach 610×610 mm, montowanymi na maszynie. Pozwoliło to znacznie zmniejszyć całkowite wymiary urządzenia i zmniejszyło także koszt obudowy.
Znaczne oszczędności na okablowaniu
Przewód zaprojektowany przez IndraDrive Mi – kombinowany przewód zapewniający zarówno zasilanie, jak i przesył danych dzięki technologii SERCOS – także pozwolił na znaczne oszczędności. Urządzenia IndraDrive Mi połączone są szeregowo, jeden przewód biegnie do jednego urządzenia. Eliminuje to konieczność prowadzenia oddzielnych przewodów zapewniających zasilanie i przesył danych z każdego serwomotoru z powrotem do szafy sterowniczej. Dla AIM, która wykorzystuje cztery urządzenia IndraDrive Mi na MasterJetSaw, znacznie zmniejszyło to wymagania dotyczące okablowania w porównaniu z wcześniejszą konfiguracją.
– Zmniejszenie wymiarów MasterJetSaw, kosztu podzespołów i czasu konstrukcji maszyny – to wszystko były dla nas ważne cele – stwierdził Pharr. – Rexroth IndraDrive Mi było kluczem do osiągnięcia wszystkich trzech. Używając go, skróciliśmy czas konstrukcji instalacji elektrycznej maszyny o połowę – dodał.

AIM zastąpiła dużą, wolno stojącą obudowę dwoma mniejszymi szafkami o wymiarach 610×610 mm, montowanymi na maszynie. Montaż elektroniki napędu na silniku pozwolił znacznie zmniejszyć całkowite wymiary urządzenia i koszt podzespołów.
IndraMotion MTX to wysoko wydajna obrabiarka CNC, która zawiera wszystkie podzespoły – napędy, sterownik, oprogramowanie operatora oraz potężny szkielet – zoptymalizowane pod kątem automatyzacji. Jest w stanie obsłużyć 64 osie ruchu i 12 niezależnych kanałów CNC. Dzięki temu MasterJet-Saw wycina elementy z o wiele większą niż kiedyś, bo 0,004 do 0,005 cala, dokładnością. Źródło: Bosch Rexroth

Zintegrowany układ napędowy poprawił także sprawność operacyjną MasterJetSaw. Wcześniej urządzenie wykorzystywało system sprzężenia zwrotnego z koderem przyrostowym do przesyłu informacji dotyczących położenia, co wymagało przełączników zapobiegających wyjściu narzędzia poza limit i ograniczników na każdej osi. Za każdym razem, gdy proces cięcia kamienia ulegał przerwaniu, każda oś musiała wrócić z powrotem do „punktu zero”, by można było dokończyć cięcie. Oprócz tego otwory pod przełączniki ograniczające trzeba było wiercić w stalowej ramie i doprowadzać przewody do szafy sterowniczej, co zwiększało koszty robocizny i materiału.
IndraDrive Mi oferuje sprzężenie zwrotne z enkoderem absolutnym wykorzystujące napęd, co eliminuje potrzebę resetowania serwomotorów w przypadku przerwania cięcia,oszczędza czas obłożonych pracą producentów, którzy muszą realizować zlecenia na blaty. Oprócz tego wykorzystywanie sprzężenia zwrotnego z enkoderem absolutnym umożliwiło AIM wyeliminowanie 12 czujników zbliżeniowych, które wcześniej pełniły rolę przełączników i ograniczników.
Sterownik zwiększa wydajność
MasterJetSaw ma cztery osie ruchu. Głowice tnące zamontowano na suwnicy, co umożliwia ruch w poziomie, wzdłuż osi X i Y. Oś Z przesuwa głowice tnące pionowo, na niewielką odległość, zaś oś C steruje obrotowym ostrzem.
Jeśli chodzi o cięcie kamienia, najtrudniejsze są cięcia po okręgu: zaokrąglone krawędzie, owalne i okrągłe otwory na zlewy i armaturę, zawiłe detale na kamiennych powierzchniach itp. Zdaniem pracującego w AIM Pharra, zaokrąglone cięcia wymagają sterowania ruchem interpolowanym po wielu osiach w układzie zamkniętym, co jest powodem, dla którego AIM wybrała do sterowania urządzeniem IndraMotion MTX CNC firmy Rexroth.

Sterownik MTX firmy Rexroth precyzyjnie kontroluje ruch piły i strumienia wody, by zagwarantować, że każdy element zostanie wycięty prawidłowo, przy minimalnej ilości odpadów i z o wiele większą precyzją. Źródło: Bosch Rexroth
IndraMotion MTX to wysoko wydajna obrabiarka CNC, która zawiera wszystkie podzespoły – napędy, sterownik, oprogramowanie operatora oraz potężny szkielet – zoptymalizowane pod kątem automatyzacji obrabiarki. Jest w stanie obsłużyć 64 osie ruchu i 12 niezależnych kanałów CNC, zapewniając najkrótsze czasy cyklu CNC i minimalne czasy przetwarzania programu PLC. Pomaga to producentom narzędzi osiągać wysoką prędkość obróbki i skracać czas ustawiania i zmiany, kiedy to trzeba wstrzymać produkcję.
MasterJetSaw wykorzystuje platformę MTX działającą na przemysłowym komputerze PC Rexroth 15-in. IndraControl VSP. Wykorzystując technologię SERCOS, sterownik komunikuje się z napędem Rexroth 70-amp IndraDrive i urządzeniem Rexroth KCU, z którego jednoprzewodowa instalacja kablowa doprowadza zasilanie, sygnały sterujące, dane i magistralę DC do zintegrowanego silnika i serwomechanizmów.
– Zapewnienie faktycznego sterowania CNC i posiadanie wiedzy technicznej umożliwiającej współpracę platformy MTX z MasterJetSaw było absolutnie niezbędne i był to powód, dla którego AIM zdecydowała się zastosować rozwiązania Bosch Rexroth – powiedział Pharr.
Na przykład najważniejsza metoda uzyskiwania możliwie największej ilości materiału z każdej płyty nosi nazwę „zagnieżdżania”, to znaczy wycinanie jak największej liczby różnych blatów, okładzin i innych wyrobów gotowych z jednej, prostokątnej płyty o wymiarach 1,8×3 m lub 2,1×3,6 m. Przypomina to trochę wycinanie kawałków układanki puzzle.
W przeszłości operatorzy obrabiarek musieli pozostawiać siedmiocentymetrowy odstęp między każdym wycinanym elementem, by można było mieć pewność, że nacięcia wykonywane w celu wycięcia jednego elementu nie doprowadzą do uszkodzenia innego. MTX precyzyjnie kontroluje ruch piły i strumienia wody, by zagwarantować, że każdy element zostanie wycięty prawidłowo, przy minimalnej ilości odpadów i z o wiele większą precyzją. Dzięki temu operatorzy mogą stosować o wiele węższe tolerancje, wycinając więcej elementów z każdej płyty.
– Elementy wykonane są z dokładnością od 0,10 do 0,12 mm. Jest ona o wiele większa, niż miało to miejsce w przeszłości – stwierdza Pharr. – Pierwotne cięcie jest dokładniejsze, co przyspiesza proces wykańczania.
Innowacje, partnerstwo, oszczędności na robociznie
Pharr, który pragnie stale udoskonalać produkt i wprowadzać innowacje, a nie zadowalać się naśladownictwem, ceni sobie sprawdzone umiejętności i przynoszący korzyści związek, jaki AIM utrzymuje z Rexroth oraz Livingston i Haven. – Gdy wprowadzamy zmianę do systemu, chcę, żeby technologia była dobra, ale także, by ludzie za nią stojący byli dobrzy – nadmienia.
Pharr twierdzi, że szczególnie duże wrażenie zrobiły na nim kompetencje techniczne pracowników Rexroth, zwłaszcza w dziedzinie sterowników CNC i złożonego ruchu interpolowanego po wielu osiach. – Miałem wiele szczegółowych pytań na temat kluczowych zagadnień, takich jak masa, przyspieszenia, tłumienie i bezwładność. Wszyscy, z którymi mam tutaj do czynienia, wiedzą, czego potrzeba, by sprawić, żeby prawdziwa platforma sterowana numerycznie działała – i na tym polega cała różnica – dodał.
Jedną z pierwszych firm, które zaczęły używać nowej wersji MasterJetSaw, była Elite Installation and Designs. Przed rozpoczęciem korzystania z MasterJetSaw prezes Chris Brown powiedział, że ich księga zamówień była tak wypełniona, iż pracowali z maksymalną wydajnością z dużą liczbą nadgodzin, a czasem nawet do dziewiątej wieczorem.
Brown stwierdził, że w ciągu pierwszego tygodnia eksploatacji MasterJetSaw Elite była w stanie całkowicie wyeliminować nadgodziny. – Operatorzy cięli tak szybko, że wyprzedzili harmonogram produkcji o pięć dni – dodał.
– Samo zagnieżdżanie jest niewiarygodne – odpady to praktycznie okruszki – stwierdził Brown. – Tniemy z prędkością 4,2 metra na minutę. Podczas pierwszych sześciu godzin korzystania z narzędzia wycięliśmy 10 płyt i przepuściliśmy je przez naszą polerkę CNC. Nasi wykonawcy patrzyli na nas, jakbyśmy zwariowali! – wykrzyknął.
Jak twierdzi Bob Pharr z AIM, firmy, które zaczęły wykorzystywać MasterJetSaw, obliczają, że inwestycja zwraca się po roku, a w niektórych przypadkach nawet dwukrotnie szybciej.
CE