Témata
Zdroj: Kimla

Vláknové lasery:
Pohony a konstrukce stroje

Rychlý technologický pokrok v posledních 50 letech klade stále vyšší požadavky na kvalitu a preciznost výroby, ale také na produktivitu. To vyžaduje neustálý vývoj, inovace a implementaci nových poznatků do konstrukce obráběcích strojů. Důležitými faktory pro dosažení přesnosti obrobku a zabezpečení jeho stabilní kvality jsou zpracování samotné konstrukce stroje a volba pohonů stroje.

Kamil Suchánek

Jednatel společností KM CNC a Orca machines, odborník v oblasti laserových technologií a automatizace výroby.
„Přidanou hodnotou každého stroje je následná služba a partnerství mezi zákazníkem a dodavatelem. Protože všechno je to nakonec o lidech.“

Reklama

Zmíněné faktory mohou zásadně ovlivnit jak přesnost obrábění, tak i efektivitu a produktivitu výroby.

Servopohony

Pohony CNC laserových strojů musí splňovat množství náročných parametrů. Jejich funkcí je převod řídicích signálů ze stroje na mechanický pohyb po ose. Pohony musí zabezpečit dostatečný rozsah řezných rychlostí, umožnit dosažení optimální řezné rychlosti, dostatečně rychle reagovat na potřebné změny rychlostí a zároveň zabezpečovat požadovanou přesnost. V obráběcích strojích se nejčastěji využívají servopohony pracující na bázi rotačního motoru s integrovaným kodérem, který měří polohu pohonu. Motor pohání mechanismus, který převádí otáčivý pohyb motoru na lineární pohyb pracovní osy. Tímto mechanismem může být oběžný kuličkový šroub nebo, což je u laseru častější, systém ozubeného kola. Mezi ozubenou tyčí a motorem je převodovka, která řídí rychlost a točivý moment. Jde o mechanickou převodovku, u které tedy po čase dojde k opotřebení, a proto je potřeba ji pravidelně měnit, zejména v případě rychlých a dynamických pohybů, které jsou specifické po vláknové lasery. Na mechanické části pohonů působí nežádoucí vůle, která je způsobena nepřesnostmi v převodech, třením, napětím a opotřebením. Vůli nelze přesně kompenzovat, protože poloha je ovlivněna snímačem na ose motoru a pohyb osy v rozsahu vůle nemusí být kodérem naměřen.

Lineární pohony laserových strojů Kimla odečítají absolutní polohu z mikročárového kódu, který je vyryt na invarové pásce podél každé osy, a to s rozlišením 1 nm. (Zdroj: Kimla)

Bezkontaktní magnetické pohony

V posledních letech se v konstrukci stojů začala využívat moderní technologie lineárních magnetických pohonů. Pohyb osy je vyvolán přímo magnetickým polem, které se neopotřebovává, a neexistence mechanických převodů vede ke zvýšení účinnosti pohonu. U laserových řezacích strojů, kde nástroj neklade při řezání žádný odpor proti pohybu, může být téměř všechna energie vložená do zrychlení osy získána zpět v průběhu zpomalování. Zpětně získaná energie se pak přenáší na zrychlující osu, což vede k cirkulaci energie mezi pohony, a tím k minimalizaci spotřeby energie. Zavedením této technologie je možné dosáhnout až 70% úspory energie. Navíc společnost Kimla ve svých laserech využívá lineární pohony s odečtem absolutní polohy. Po spuštění tak stroj nevyžaduje sledování referenčních bodů, protože odečet polohy je proveden z mikročárového kódu, který je vyryt na invarové pásce podél každé osy, a to s rozlišením 1 nm. Portálový pohon je řízen na obou stranách prostřednictvím dvou lineárních pohonů s elektronickou korekcí úhlu.

Reklama
Reklama

Pro zvýšení účinnosti řezání zejména tenkých plechů je nutné zajistit co nejvyšší zrychlení, aby stroj dosáhl nastavené rychlosti na co nejkratší vzdálenosti. Z tohoto důvodu se výrobci snaží využívat pohony s nejvyššími možnými výkony. Hmotnost pohonů s relativně nízkým výkonem není příliš významná. Se zvyšováním výkonu motorů se však zvyšuje také jejich hmotnost, která se nakonec stává natolik podstatnou, že dochází k samoomezujícímu účinku, protože dvojnásobný nárůst výkonu je kompenzován zdvojnásobením hmotnosti pohonů.

Výrobci laseru nakupují lineární pohony od výrobců pohonů, kteří nabízejí konstrukční řešení stará 10 až 15 let. V poslední době se však na trhu objevily moderní magnetické materiály, které zajištují vysokou saturační indukci a ukazují cestu k vytvoření nové generace pohonů. Společnost Kimla provádí výzkum těchto materiálů v konstrukci pohonu s vysokou hustotou výkonu. Ve svých strojích využívá lineární pohony, u kterých došlo až k trojnásobnému navýšení výkonu bez zvýšení hmotnosti motoru. Tím byla vytvořena dynamika, jaké mnozí výrobci laserových řezacích strojů nejsou schopni dosáhnout.

Tělo CNC strojů musí být tuhé, přesné a stabilní. Platí to i pro laserové řezací stroje. (Zdroj: Kimla)

Konstrukce stroje

Tělo CNC strojů by mělo být tuhé, přesné a stabilní. Mnoho výrobců se však domnívá, že tyto požadavky na laserové řezací stroje nejsou nejdůležitější a dovolují si určitá zjednodušení, která uživateli následně způsobují specifické problémy. V ideálním případě by mělo být laserové tělo monolitické, obrobené v jednom upnutí ve frézovacím centru, aby tak byla zabezpečena přesnost ploch, na které se následně montují funkční prvky stroje. Výroba těla stroje je tak poměrně nákladná, a proto se výrobci strojů někdy rozhodují pro těla sešroubovaná z několika prvků. Nejčastěji jde o dvě boční stěny spojené příčníky. Toto řešení bohužel nezabezpečuje dostatečnou tuhost stroje. Výrobci proto pro instalaci takového stroje vyžadují přípravu základů. Při instalaci je řezací stroj přišroubován k základu, který se stává konstrukčním prvkem, zpevňuje rám a je nezbytný pro správnou funkci stroje. Realizace takových základů je však nákladná a časově náročná, a někdy dokonce nemožná, pokud prostor, v němž má být zařízení instalováno, je například v pronájmu. U zkroucených konstrukcí je extrémně obtížné zajistit, aby vedení, po kterých se portál pohybuje, byla rovnoběžná. I malé deformace nebo nepřesnosti obrábění dokážou způsobit odchylky až 1 mm. Výrobci takových konstrukcí proto používají pružné kompenzátory šířky, které však mohou snižovat tuhost portálu. Monolitická těla strojů a jejich opracování v jednom upnutí je proto velice důležité a umožňuje zajistit rovnoběžnost vedení na úrovni 0,01 mm. Velká obráběcí centra dnes dokážou opracovat základny i pro stroje s velkými stoly o délce až 12 m.

Související články
Inženýrská akademie ČR podporuje mezinárodní výzkum

Inženýrská akademie České republiky, z.s. (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je projekt „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem roku 2016.

Výkonné CNC lasery

V letošním roce vstoupil na český trh nový evropský producent laserových řezacích CNC strojů, společnost Kimla, která však v tomto oboru není žádným nováčkem. Na trhu s laserovým řezáním dominuje jenom hrstka zavedených výrobců, jimž přichází konkurovat účastník s vlastní výraznou značkou strojů, které nabízejí vysokou technologickou úroveň a výkon. V České republice výrobce zastupuje společnost Kimla CNC se sídlem v Brně.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Související články
CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

Oboroví vystavovatelé MSV v Brně

V minianketě k tématu vydání oslovujeme ve spolupráci s Veletrhy Brno zástupce klíčových oborových vystavovatelů na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně (MSV). Na otázky odpovídají obchodní zástupce pro ČR a SR společnosti Maximator Hochdrucktechnik GmbH Ing. Lukáš Starý a Sales Engineer společnosti Renold Gears Jaroslav Edlinger, M.A.

Diskutovaný Průmysl 4.0

Fenomén Průmysl 4.0, nastínění možných směrů vývoje a příprava společnosti na změny způsobené novými technologiemi – to jsou diskutovaná témata konferencí a seminářů současnosti. Podpora výzkumu a vývoje se musí soustřeďovat na technologicky významné oblasti vycházející z potřeb české průmyslové praxe. Odborníci zdůrazňují potřebu vzdělávání a zvyšování kvalifikace zaměstnanců.

Evropa inovuje: Spojené království

Londýnská vláda může inspirovat tu naši v oblasti vědy a výzkumu, v oblasti spolupráce univerzit a podniků, jakož i v transferu akademických výsledků do průmyslových aplikací. V těchto oblastech za Spojeným královstvím v poměrovém hledisku zaostáváme. Pojďme společně nahlédnout pod pokličku inovací made in UK.

Neusnout na vavřínech

Nový systém inovací jako nedílná součást aktivit průmyslového podniku – i toto téma bylo diskutováno na letošním Strojírenském fóru v Obecním domě v Praze a my vám ho nyní přiblížíme v rozhovoru s prof. Jiřím Markem.

Inovace. Co to vlastně je?

Vděčné sexy téma, o kterém rádi všichni mluví, ale nikdo pořádně neví, jak je skutečně realizovat. Celá řada hvězdiček, jimž se podařilo inovovat sebevětší pitominu a s ní nějak uspět na našem malém hladovém lokálním trhu se cítí být vyvoleni rozdávat moudra. Zasvěcený člověk se pak nestačí divit.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit