CNC nach Mass – Herzstück einer bahnbrechenden Laserschneidmaschine

Massgeschneiderte CNC-Technologie von NUM ermöglicht dem Laserschneidmaschinen-Hersteller Favor Laser, die Produktentwicklung voranzutreiben und neue Märkte zu erschliessen. Das taiwanesische Unternehmen entwickelte mit Hilfe sondergefertigter Hard- und Software von NUM eine Präzisionslaserschneidmaschine, die aus Metallblech sowohl sehr kleine als auch sehr grosse Teile ausschneiden kann – dies mit einer Vorschubgeschwindigkeit von bis zu 60 Metern pro Minute.

Bisher produzierte Favor Laser überwiegend Laserschneidmaschinen für das Niedrigpreissegment. 2010 begann das Unternehmen mit der Entwicklung einer vielseitig einsetzbaren Hochleistungslaserschneidmaschine für den internationalen Markt, der derzeit von wenigen Herstellern aus der Schweiz, Deutschland und Japan dominiert wird. Untersuchungen des Unternehmens zeigten, dass die firmeneigene Laserschneidtechnologie in Kombination mit kostenoptimierter Hardware und hochentwickelter CNC-Software die Produktion einer Maschine möglich machen würde, die sich leistungsmässig mit den Maschinen der Marktführer messen kann, aber deutlich weniger kostet.

Alle Maschinen von Favor Laser basieren auf einer innovativen fliegenden Optik: Das zu bearbeitende Blech liegt dabei auf einem ortsfesten Tisch, während sich der Schneidkopf horizontal über die Blechoberfläche bewegt. Bei der neuen XO Hochleistungslaserschneidmaschine von Favor Laser handelt es sich um ein Vier Achsen-Gerät, das jedoch mit zwei Motoren für die X-Achse ausgestattet ist. Die horizontale Positionierung des Schneidkopfs wird über die X- und Y-Achse gesteuert, deren Verfahrwege bei 3 bzw. 1,5 Metern liegen. Zusammen mit der Positioniergenauigkeit der X- und Y-Achse von ±0,01 mm sorgt dieser grosse Arbeitsbereich für eine enorme Einsatzvielfalt der Maschine.

Um die Laserstrahlfokussierung und Schneideffizienz auf konstant hohem Niveau zu halten, wird der Abstand zwischen Schneidkopf und Werkstück kontinuierlich überwacht und über einen Hochgeschwindigkeits-Servoantrieb auf der Z-Achse angepasst. Die Interpolation der X-, Y- und Z-Achsen sorgt für eine gleichmässige, kontinuierliche Bewegungssteuerung, während die patentierte adaptive Optik die Länge des Laserstrahls ausgleicht, die je nach Position des Schneidkopfs im Verhältnis zum Laseroszillator variiert. Die vierte Achse der Maschine (die U-Achse) steuert den Materialvorschub.

Nach Prüfung verschiedener CNC-Lösungen entschied sich Favor Laser in Hinblick auf die neue XO-Maschine für das Flexium-68-CNC-System von NUM. Die Bewegungssteuerungshardware dieses CNC-Systems entsprach den Anforderungen am besten und bot flexible Konfigurationsmöglichkeiten für spätere Erweiterungen. Zudem waren Softwarefunktionalitäten vorhanden, die das Programmieren der Applikationen erleichterten. Besonders die «Dynamic Operator» Funktion – ein exklusives Feature von NUM – wurde als ideal für das Programm erachtet, das den Abstand zwischen Schneidkopf und Werkstück dynamisch überwacht. Durch den Einsatz schneller Rechen- und Kommunikationstechnologien können mit dieser Funktion ereignisgesteuerte Maschinenzyklen in den CNC-Echtzeit-Kern integriert werden.

«Wir waren hocherfreut, festzustellen, dass NUM Taiwan über die erforderliche Fachkompetenz und Ressourcen verfügt und zudem bereit war, uns bei jedem Entwicklungsschritt zu unterstützen», erklärte YS Lai , Generaldirektor von Favor Laser. «Dank der Hilfe von NUM, unter anderem in Form der Entwicklung massgeschneiderter Hardware und CNC-Software, war es uns möglich, unsere neue XO-Hochleistungslaserschneidmaschine innerhalb der vorgesehenen Zeit und unter Einhaltung unserer Kostenvorgaben auf den Markt zu bringen. Durch die reduzierten Entwicklungs- und Baukosten erzielten wir einen enormen Wettbewerbsvorteil. Unsere Maschine wird voraussichtlich 20 bis 30 Prozent weniger kosten als vergleichbare Geräte von japanischen oder deutschen Herstellern.»

Alle Bewegungssteuerungselemente der XO-Laserschneidmaschine werden von NUM geliefert. Ausser mit Motoren, NUMDrive-C-Servoantrieben und Flexium-68-CNC-Kern ist die Maschine überdies mit Ethercat-I/O-Terminals von NUM sowie einem Flexium-FS152i-Bedienfeld mit Dualprozessor, 15-Zoll-Flachbildschirm und Festplatte ausgerüstet. Die massgeschneiderte Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) wurde vollständig von NUM Taiwan entwickelt. Sie setzt hauptsächlich auf grafische Elemente, wie zum Beispiel Darstellungen des Werkstücks und des Schneidablaufs, um die Bedienung der Maschine zu erleichtern und den Schulungsaufwand zu reduzieren.

Beim Laserschneiden können sich die Betriebsbedingungen unvermittelt ändern, was eine schnelle Anpassung zahlreicher Parameter erforderlich macht, damit eine stabile Leistung gewährleistet werden kann. Die Steuerung der Laseroszillatorleistung stellt besonders hohe Ansprüche an die Entwicklung und erfordert extrem schnelle und stabile Kommunikationseinrichtungen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, entwickelte NUM Taiwan eine besondere Pulsfolgesteuerungskarte für den CO2-Laseroszillator der XO-Maschine. Diese Lösung basiert vollständig auf Hardware, da die Verwendung von Software inakzeptable zeitliche Einschränkungen zur Folge haben würde. Die Karte übersetzt Tastverhältnis-  und Frequenzsteuerungssignale und übermittelt diese optisch an den Oszillator, wodurch Übertragungsverzögerungen minimiert werden.

Die Leistung der CNC-Produkte von NUM sowie die gute Reaktionsfähigkeit von NUM Taiwan haben dazu geführt, dass Favor Laser seine Strategie in Sachen Maschinensteuerungen einer Neubewertung unterzogen hat. Das Unternehmen beabsichtigt, nun auch seine bestehenden Produkte auf Flexium-Systeme umzurüsten und künftig sämtliche Maschinen mit der CNC-Technologie von NUM auszustatten. «Ich bin überzeugt davon, dass Favor Laser durch die Partnerschaft mit NUM optimale Ausgangsbedingungen für die Entwicklung neuer Laserschneidlösungen erhält, von denen wiederum unsere Kunden profitieren», erklärt YS Lai.