Laserové rezacie stroje pre veľkoplošné aplikácie

Firma MicroStep, spol. s. r. o. sa za 25 rokov svojho aktívneho pôsobenia v oblasti vývoja a výroby CNC strojov na delenie materiálov plazmou, kyslíkom, laserom a vysokotlakovým vodným lúčom, prepracovala medzi významných dodávateľov týchto technológií aj v globálnom meradle. Dokazuje to vyše 2400 CNC strojov, ktoré dnes pracujú v 55 štátoch sveta, pričom export predstavuje cca. 90 % produkcie firmy.

 Jednou z kľúčových oblastí zamerania firmy je oblasť rezania materiálov pevnolátkovým vláknovým laserom. Táto technológia postupne začína dominovať v laserových rezacích aplikáciách a záujem o CO2 lasery klesá. Je to spôsobené celým radom faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú výrazne lepšia energetická účinnosť, nižšie náklady na údržbu a vyššia životnosť . 

 Pevnolátkové vláknové lasery vďaka optovláknovému lúčovodu priniesli do oblasti rezacích systémov nové možnosti. Optovláknový lúčovod totiž oslobodil rezací stroj od ťažkopádneho reflektívneho lúčovodu CO2 laserov, ktorý stavbu strojov významne komplikoval. Veľkosť strojov s takýmto lúčovodom bola obmedzená resp. pri veľkoplošných aplikáciách musela byť celá laserová technológia zabudovaná do portálu stroja, čo významne obmedzovalo jeho dynamiku. Optovláknový lúčovod otvoril pri konštrukcii rezacích systémov cestu k tvorbe zložitých CNC centier, v ktorých sú okrem laserovej rezacej technológie implementované aj prídavné technológie zvyšujúce úžitkovú hodnotu stroja. Ide napr. o technológie úkosového rezania, vŕtania, rezania závitov, zahlbovania , popisovania a aj ďalšiu napr. plazmovú rezaciu technológiu. Možno tu aj omnoho jednoduchšie vytvárať rôzne zákaznícky orientované riešenia, kombinovať rezanie plechov s rezaním rúr, profilov, atď. 

 Využívajúc práve tieto možnosti bol vývoj vo firme MicroStep v oblasti laserových rezacích systémov zameraný na vytvorenie modulárnej štruktúry CNC strojov, ktorá umožní stavbu zákaznícky orientovaných zostáv, aj čo sa týka rozmerov pracovných plôch, aj čo sa týka inštalovanej technológie. Na báze tohto modulárneho systému možno zostaviť jednoduché rezacie stroje pod označením MSF-Eco  pre rezanie polotovarov s rozmerom maximálne 3 x 1,5 m, štandardné CNC stroje s výmenným stolom pod označením MSF do rozmerov pracovnej plochy 12 x 3 m a stroje MSF- Max s maximálnou pracovnou plochou až do 50 x 6 m. Stroje typu MSF-Eco môžu byť vybavené iba jednoduchou kolmo režúcou rezacou hlavou a nie sú vybavené výmenou pracovných roštov. Štandardné MSF stroje sú vybavené výmenným systémom pracovných roštov a môžu byť osadené laserovou rezacou hlavou pre úkosové rezanie, vŕtacou hlavou s revolverovým výmenníkom vŕtacích nástrojov až do priemeru 20 mm, hlavou s líniovým skenerom na zameriavanie dielcov pri dodatočnom úkosovaní, atď. Stroje typu MSF-Max sú zostavované s pevným rezacím stolom, ktorý svojou dĺžkou vytvára niekoľko pracovných zón. Nad stolom sa pohybuje ochranná kabína v ktorej sa nachádza portál s inštalovanými technológiami. Pri tomto prevedení stroja to môže byť samozrejme jedna, alebo dve laserové úkosové rezacie hlavy, vŕtacia hlava s automatickou výmenou nástrojov s priemerom do 30 mm, úkosová hlava pre plazmové rezanie a iné. 

 Príkladom takéhoto systému je laserový rezací CNC stroj znázornený na obr. 1 , ktorý v roku 2017 dodala firma MicroStep do lodeníc STX France. Ide o unikátny stroj s celkovou dĺžkou 50 m s dvoma pracovnými plochami 21 x 3,5 m. Pracovnú plochu stroja tvoria odsávané stoly zapustené do podlahy továrenskej haly tak, aby obsluha mala pohodlný prístup na rošty rezacieho stola pri nakládke a vykládke. Odsávaný stôl je rozdelený na zóny ovládané pneumatický valcami, pričom sú otvárané tie, nad ktorými sa práve reže.

Obr. 1 Laserový rezací stroj MSF-Max s dvoma pracovnými plochami veľkosti 21 x 3,5 m

Nad pracovnou plochou sa pohybuje rezací portál v uzavretej ochrannej kabíne a celá táto zostava sa nachádza nad tou pracovnou zónou, v ktorej sa reže. Druhá pracovná zóna je vtedy obsluhou vykladaná a následne nakladaná novým polotovarom. Portál sa môže pri rezaní pohybovať jedine v kabíne a iba pre uľahčenie servisu môže byť mierne predsunutý pred kabínu tak, ako to znázorňuje obr. 2.

Obr.2 Portál rezacieho stroja MSF-Max s úkosovou rezacou hlavou

Portál rezacieho stroja sa pohybuje po presných lineárnych vedeniach, ktoré sú oddelené od pracovného stola. Kryty týchto vedení ich chránia pred poškodením pri manipulácii s materiálom nad rezacím strojom. Ochranná kabína sa pohybuje po samostatných vedeniach, pričom kabína má obojstranný elektronicky synchronizovaný pohon samostatnými motormi, systémom ozubený pastorok – hrebeň. 

Aby dĺžky prívodov elektrickej energie k jednotlivým servopohonom, optického kábla, rozvodu chladiacej kvapaliny k laserovej hlave atď. boli minimálne, je celá elektronika systému umiestnená v koncovej časti ochrannej kabíny.

Obr.3 Autokalibračný systém umiestnený priamo na portáli stroja

Ako rezacia technológia je v stroji implementovaný 8 kW vláknový laser firmy IPG. Prenos lúča do rezacej hlavy firmy HIGHYAG zabezpečuje optické vlákno s priemerom 150 m. Kinematická štruktúra suportu rezacej hlavy umožňuje jeho naklápanie vo všetkých smeroch v rozsahu + 48o čo dovoľuje úkosové rezanie s uhlom 45o v celom pracovnom rozsahu. Rezací systém je schopný vytvárať rezné hrany tvaru V,Y,K,X potrebné pre následné zváranie dielcov. Presnosť a dlhodobú stabilitu stroja zabezpečuje patentovaný autokalibračný systém vyvinutý firmou MicroStep. Vzhľadom na veľkosť stroja je tento implementovaný spolu s jednotkou kalibrácie kapacitného snímača rezacej hlavy a jednotky kontroly stavu trysky, priamo do portálu stroja. Na obr.3 vidieť túto jednotku v činnosti. Vysoká absolútna presnosť stroja na celej pracovnej ploche ( cca. 0,2 mm ) pri konštantnej teplote je zabezpečená dráhovými korekciami zavedenými na základe presného zamerania mechaniky laserovým trackerom.

Stroj ovláda obsluha pomocou MMI konzoly, ktorá je, ako ukazuje obr.4, upevnená na kabíne a spolu s ňou sa presúva z jednej pracovnej polohy do druhej. Okrem stavu stroja, obsluha vidí na prídavnom monitore vnútro kabíny, ako aj obraz z kamery umiestnenej priamo na rezacej hlave, ktorá umožňuje sledovať rezací proces v priamom prenose.

Obr.4 Umiestnenie ovládacej konzoly riadiaceho systému na pohyblivej ochrannej kabíne

Vďaka cieleného vývoju v oblasti CNC strojov na rezanie pevnolátkovým vláknovým laserom je dnes firma MicroStep schopná dodávať systémy aj na tie najzložitejšie aplikácie. Samozrejme tento vývoj kontinuálne pokračuje a firma svoje portfólio produktov rozširuje neustálou inováciou jednotlivých technologických uzlov, ako aj vývojom nových systémových modulov. 

TEXT: Andrej Smelík

Článok bol originálne publikovaný v časopise Ai Magazine v čísle 01/2018 str. 60-61