All-in-one-Maschinensteuerung

Entwicklung von Plasma-Rohrschneidesystemen vereinfacht

09. Dezember 2011

Techserv Cutting Systems, Hersteller von Schneidesystemen für CNC-Profile, hat eine neue, innovative Plasma-Schneidemaschine für Abgasleitungen entwickelt. Dank der erweiterten, interpolierten Bewegung des Schneidesystems – gesteuert durch ein in Echtzeit arbeitendes Maschinensteuermodul von Baldor – lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit deutlich erhöhen.

Der Plasma-Rohrschneider kann Abgasleitungen aus Aluminium und Edelstahl in jedem beliebigen Winkel schneiden und Bohrungen jeder Form und Größe erstellen. Somit automatisiert das System diesen Aspekt der Fertigung vollständig. Bis heute werden beispielsweise Rohrbögen traditionell gefertigt, indem zuerst komplexe Formen aus flachen Metallblechen geschnitten wurden, die dann vor der Montage gerollt und verschweißt wurden. Dieser mehrstufige Fertigungsprozess ist zwangsläufig mit erheblichen Bewegungen der Werkstücke in der Fabrik verbunden und somit sehr zeitaufwendig.

Mit dem neuen Schneidesystem entfällt die Notwendigkeit, komplexe Formen vorab auszuschneiden. Stattdessen wird das flache Metallblech zunächst zu einem Rohr gerollt und an der Naht geschweißt, dann wird jedes Rohr sukzessive in die Maschine geladen. Der gesamte Schneidvorgang wird autonom gehandhabt; ein einfacher Winkelschnitt ist eine Sache von Sekunden. Das Schneiden von abgewinkelten Endstücken für einen Rohrbogen und die Montage – eine Aufgabe, die zuvor etwa 15 Minuten dauerte – kann nun laut Techserv in etwa 4 Minuten abgeschlossen werden.

Das zu schneidende Rohr wird mit dem oberen Ende in die Maschine eingespannt und von einer rotierenden, pneumatisch angetriebenen Kupplungseinheit gehalten. Der Plasma-Schneidbrenner bewegt sich während der Rotation des Rohrs nach oben und unten. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird durch den Schneidewinkel oder die Größe und Form der zu schneidenden Bohrung bestimmt. Sowohl die Haupt-Drehachse als auch die Höhenachse des Plasmabrenners werden durch bürstenlose AC-Servomotoren der Baldor-BSM-Serie gesteuert, die von den digitalen Servoantrieben Baldor Microflex angetrieben werden. Eine Interpolation stellt eine konstante Schnittgeschwindigkeit unabhängig vom Profil des Schnittes oder dem Durchmesser des Rohrs sicher. Die Maschine verarbeitet verschiedene Rohrdurchmesser von 90 bis 350 mm mit Wanddicken bis 1,5 mm.

Darüber hinaus verwendet der Rohrschneider drei Achsen, die von Baldor-Schrittmotoren gesteuert werden. Zwei dieser Achsen steuern die Position eines Führungsrollenpaars, das das Rohr während des Schneidevorgangs stützt und das abhängig vom Rohrdurchmesser näher zusammen oder weiter auseinander getrieben wird. Während der Wiederbeladung bewegen sich die Führungsrollen automatisch zur Seite, um den Bedienerzugang zu erleichtern. Die dritte schrittmotorgesteuerte Achse variiert dynamisch den Abstand zwischen dem Plasmabrennerkopf und der Rohrwand während des Schneidens, um eine optimale Leistung sicherzustellen.

Alle fünf elektrischen Achsen werden von einem Baldor Nextmove ESB-2 gesteuert, einem kompakten, in Echtzeit arbeitendem Maschinensteuermodul, das die Befehle direkt von einem integrierten PC-basierenden CNC-System erhält, das Techserv speziell für Anwendungen zum Schneiden von Rohrprofilen entwickelt hat. Die Software des CNC-Systems wird unter Windows XP ausgeführt. Alle Bedienerdaten werden auf einem großen berührungsempfindlichen Farbbildschirm angezeigt.

Für diese Anwendungen erweise sich der Baldor-Nextmove-Controller als besonders kostengünstig, so Techserv. Er bietet sämtliche Steuerungsfunktionen für die fünf Servo- und Schrittmotor-Achsen der Maschine. Schon das Basismodell ist für zwei weitere Achsen ausgelegt, wenn zukünftig Maschinen-Varianten erforderlich werden sollten. Darüber hinaus verfügt der Controller über umfangreiche integrierte E/A-Funktionen, ebenfalls mit Erweiterungsmöglichkeiten, und bietet so eine wirtschaftliche Plattform zur Maschinensteuerung.

Techservs technischer Direktor, Mike Cowley, sagt: „Dank Baldors High-Level-Programmiersprache Mint können wir Motion-Control-Programme für kundenspezifische Anwendungen wie diese in kürzester Zeit entwickeln. Auch die Integration des Nextmove-Controllers mit unserem Front-End-CNC-System gestaltete sich einfach, da er die gleichen API-Namenskonventionen wie Active-X-Befehle verwendet. Da wir die Skalierung und die Geschwindigkeit der Maschinen-Servoachsen dynamisch ändern müssen, um eine konstante Schneidegeschwindigkeit zu erhalten, bieten die schnellen Interpolationsfähigkeiten des Controllers einen enormen Vorteil. Und wie bei vielen unserer Plasma-Schneidanlagen erweist sich der ‚Hold-to-analog‘-Befehl der Programmiersprache Mint für uns als besonders nützlich, da er es uns ermöglicht, die Echtzeit-Kontrolle des Plasmabogens vollständig an den Nextmove-Controller zu übergeben. Wir überwachen die Lichtbogenspannung kontinuierlich, und die Software interpretiert diesen analogen Wert zur automatischen Anpassung des Abstands zwischen dem Brenner und der Rohrwand. Auf diese Weise können die konstanten Plasmaeigenschaften aufrechterhalten werden, die für eine optimale Schneideleistung erforderlich sind.“

Das neue Plasma-Schneidgerät wurde für Flues & Flashings entwickelt, ein Unternehmen, das sich auf die Fertigung von Rohrleitungsprodukten für den privaten und gewerblichen Heizungsmarkt spezialisiert hat. Laut Gary Watkins, Betriebsleiter bei Flues & Flashings, ist „Die Leistung des Plasma-Rohrschneiders hervorragend. Das Ändern unseres Fertigungsprozesses, so dass wir die Rohre vorformen, bevor wir sie schneiden, anstatt komplexe Formen aus flachen Metallblechen zu schneiden, hat unsere Produktionsgeschwindigkeit nahezu vervierfacht. Wir konnten innerhalb der ersten zwei Wochen nach Inbetriebnahme der Anlage einen Lagerbestand für sechs Monate produzieren.“

Ein Video des Techserv-Plasma-Rohrschneiders ist zu finden unter: http://www.youtube.com/watch?v=_0nY2rZaAvQ