Vláknové lasery: Programování

Řídicí systémy mnohých CNC strojů vyžadují nákup externího CAD/CAM softwaru pro přípravu řezných plánů, které se následně nahrávají do stroje. Procesní inženýr nebo technolog v kanceláři nahraje již existující výkres nebo jej vytvoří, a dle požadavků výroby pak připraví řezný program pro obsluhu stroje. CAD/CAM software potřebuje pro každý stroj samostatný postprocesor, který umožní správnou komunikaci s daným řídicím systémem. Vývoj takového postprocesoru je poměrně komplikovaný a vyžaduje opakované testování a opravy. Kvalita zpracování postprocesoru má pak významný vliv na kvalitu a účinnost stroje. Jelikož řídicí systém a CAD/CAM software fungují nezávisle, může zde nastat několik problémů a komplikací, které mohou výrobu zbytečně prodlužovat, a snižovat tak efektivitu.

Pro zjednodušení těchto procesů je ideální, když řídicí systém a CAD/CAM software spolu vzájemně komunikují. Společnost Kimla proto vyvinula pro svoje laserové stroje komplexní systém, který v sobě slučuje funkce CAD/CAM a nestingu. Se stroji Kimla je možné pracovat zcela bez procesního inženýra, protože veškeré přípravné práce mohou být operátorem provedeny automaticky v průběhu několika minut, a případné změny nebo úpravy na poslední chvíli zaberou jen několik sekund. Pokud připravujete výrobní plány v kanceláři, je možné nainstalovat systém i do počítače. Operátoři pak mohou plnit všechny úkoly procesního inženýra, a platí to i obráceně.

CAD je vektorový grafický editor, který umožňuje vytvářet výkresy a načítat tvary ve formátech .dxf, .dwg, .geo, .taf, .plt, .hpgl atd. Kromě standardních funkcí tohoto typu programu jsou pro laserové řezací stroje podstatné zásadní funkce softwaru CAD pro automatické čištění a uzavírání obrysů.

Pro správné vyřezání dílů laserový paprsek nemůže přesně sledovat obrys výkresu, protože mezera vzniklá při řezání může být v závislosti na typu a tloušťce plechu 0,05–0,4 mm, a to by pak mohlo způsobit, že by vyřezané díly neměly správné rozměry. Proto musí být dráha nástroje posunuta od obrysu dílu o polovinu šířky mezery. Aby program mohl „rozpoznat“, kam má být posun směrován, měl by být obrys uzavřený, protože v opačném případě není možné zjistit, zda se má jednat o vnější, nebo vnitřní korekci. Další komplikace je spojena s díly, ve kterých jsou vyvrtány otvory. Jejich vnější obrys by měl být posunut směrem ven a vnitřní obrys dovnitř. Kromě toho, jde-li o menší díly umístěné uvnitř větších dílů, je situace ještě složitější.

Výkresy jsou bohužel často zpracovány špatně. Obrysy nejsou uzavřené, je tam několik čar nebo se úseky částečně překrývají. U výkresu připraveného pro tisk to není vážný problém, ale pro tvorbu řezného programu musí být tvary přesně stanoveny. Ruční úprava výkresů je časově náročná, a je proto důležité, aby CAD software obsahoval funkce, které umožňují automatické zpracování výkresů. Uzavření otevřených obrysů, odstranění překrývajících se čar a výměna roztřepených hran za čáry a křivky jsou jen některé z funkcí, které umožňují automatizaci přípravy projektu pro laserové zpracování.

Program CAM vytváří dráhu nástroje a všechny povely pro řezací hlavu, zdroj a automatiku. Předem připravené šablony pro jakýkoliv typ a tloušťku plechů definují způsob, jakým mají lasery pracovat, aby díl správně vyřízly. Výrobci laserů by měli metodou pokusu a omylu vybrat všechny parametry pro každý materiál a tloušťku, aby si operátor nebo procesní inženýr mohl vybrat jednu z připravených procesních tabulek a automaticky vytvořit program.

Občas se může stát, že operátor musí kvůli atypickému materiálu nebo výrobním požadavkům provést změny v nastavení. Většina laserových řezacích strojů má technologické procesy rozptýleny mezi řídicím systémem a programem CAM. Například rychlost řezu, výkon laseru nebo parametry průpalů jsou obsaženy v řídicích tabulkách stroje. V tabulkách v programu CAM jsou zase definovány body průpalů a vzdálenosti, které tvoří obrys a tvar dráhy. Často dochází k tomu, že laserové tabulky upravené kvůli jednomu programu nejsou resetovány na výchozí hodnoty, a řezání dalších programů s použitím těchto parametrů může vést k nesprávným výsledkům.

Použití komplexního systému umožňuje pracovníkům obsluhy provést libovolnou úpravu řezných parametrů, protože všechny technologické tabulky jsou zkopírovány do konkrétního projektu a jejich úprava v rámci jedné zakázky nemá vliv na ostatní. Uložený projekt s upraveným nastavením lze kdykoli předělat. Navíc ve firmách, kde technolog připravuje programy pro operátora, je možná plná souhra a zaměnitelnost činností na obou pozicích. Program připravený technologem může být v případě potřeby operátorem opraven. Technolog může použít i technologické šablony opravené operátorem, takže v následných zakázkách technolog používá přizpůsobená nastavení.

Další funkcí, která zlepšuje efektivitu řezání, je schopnost automaticky generovat společné řezné linie. V případě detailů s rovnými stranami je velmi výhodné je uspořádat tak, aby vzdálenost mezi nimi byla šířkou mezery vzniklé při řezání. Pak stačí pouze jeden řez k oříznutí okrajů obou sousedních dílů. Úspory jsou značné, protože v některých případech lze snížit čas a náklady na řezání až o 45 % a spotřebu materiálu až o 10 %. Společné řezné linie by měly být vytvářeny automaticky algoritmem generování dráhy nástroje a u silnějších plechů je neocenitelná funkce předřezů na místech rozbočení. Předřezy chrání hlavu před kolizemi v případě řezání plechů s vnitřním pnutím. Pro plnou automatizaci procesu generování dráhy pomocí běžných řezných linií by tato funkce měla být implementována také v modulu Nesting, abyste mohli automaticky umístit díly ve správné vzdálenosti od sebe.

Nesting je automatické uspořádání navržených tvarů na plechu tak, aby se minimalizovalo plýtvání materiálem. Moderní program nestingu například umožňuje ukládat odpad ze zpracování ve formě plechů, z nichž byl vyříznut nepravidelný tvar. Pokud znovu použijeme plech, ze kterého již byly některé díly vyříznuty, nesting může takový plech použít tak, že při mapování nových řezných drah zohlední již vyříznutá místa.

Integrace funkce nestingu do řídicího systému vytváří zcela nové možnosti. Při praktické realizaci projektů tvary a množství detailů často neumožňují materiál efektivně využít. Velké prvky na prvních rozložených listech jsou efektně doplněny menšími díly vyplňujícími mezery mezi nimi, přičemž poslední listy jsou často využívány v malé míře. Předpokládaný počet prvků, které mají být vyříznuty, není nikdy přesně takový, aby zaplnil všechny prostory na všech listech. Je možné použít funkci obsazování volných míst díly ze zakázek, které se ve výrobě pravidelně opakují, ale nikdy nemáte jistotu, že tyto díly skutečně prodáte. V klasických řešeních s externím CAM systémem není možné provést změny po zahájení realizace projektu, protože laser zpětně s CAM softwarem nekomunikuje. V laserech Kimla je možné projekt v průběhu výroby přerušit, zavést na daný plech jinou zakázku a znovu spustit nesting s ohledem na již vyřezané prvky. Díky tomuto přístupu je možné materiál mnohem lépe využít.

Stanovení ceny za řezání laserem je první důležitý parametr pro získání zakázky. Jedna z největších chyb, kterou poskytovatelé dělají, je nabídka konstantní sazby za metr řezu pro daný materiál. V případě řezu výrobku s množstvím děr nebo menších tvarů je délka dráhy nástroje stejná jako u velkého výrobku bez menších řezů. Čas řezání však může být i několikanásobný a náklady mnohem vyšší. Je samozřejmě možné připočítat příplatek za průpal, což do určité míry tento rozdíl vyrovná, ale kalkulace nebude nikdy optimální. Existuje jediné řešení – přesná cenová nabídka za řezání musí vycházet z množství potřebného času a vynaložených nákladů.

Zákazníci obvykle zasílají soubory s tvary a formami dílů, poskytují informace o typu a tloušťce plechu a žádají o stanovení ceny. Technolog načte soubor do programu CAM, načte tabulku parametrů, vytvoří dráhu nástroje a spustí simulační funkci. Doba vypočtená simulátorem řezání v programu CAM však bohužel není přesná. Rozdíly mohou být výrazné a rostou s klesající tloušťkou plechu. V některých případech potřebují lasery k vyřezání dílů dvojnásobek času oproti původnímu výpočtu provedenému v programu. Stává se to proto, že externí program CAM neumí přesně zohlednit dynamiku pohybů laseru. Celá otázka je komplikována skutečností, že charakteristiky a doba potřebná k prořezání jsou uloženy v paměti laseru a program CAM k nim nemá přímý přístup. Jestliže je obsluha stroje změní, nejsou automaticky aktualizovány v programu technologa, protože program stroje je jednosměrný pro použití G-kódu. Údaje se odesílají z programu CAM do stroje, ale ne opačným směrem.

Integrací CAM do řídicího systému společnost Kimla tento problém vyřešila. Díky tomu, že program CAM má stálý přístup k nastavení simulačního algoritmu dynamiky stroje a procesních tabulek, může provést přesný výpočet s ohledem na náklady na elektřinu, plyny, provozní díly, vlastní náklady obsluhy a amortizaci. Provozovatel může také stanovit výši příjmu za hodinu práce laseru, a systém automaticky vypočítá cenu za každý díl, a zohlední při tom náklady na materiál a údaje o nestingu, které se týkají odpadu z každého plechu. Takovou zprávu lze vygenerovat ve formátu PDF. Vznikne tím cenová nabídka, kterou je možné předložit zákazníkovi. Modul pro tvorbu cenových nabídek může fungovat i na samostatném osobním počítači, aby tento úkol nezatěžoval technologa nebo operátora.

Umístění expozice firmy KM CNC na MSV 2022:
pavilon B, stánek 7