Un CNC personalizzato è il cuore di una rivoluzionaria macchina per il taglio laser

Una speciale tecnologia CNC – ed un esclusivo sistema ottico volante – aiuta la nuova macchina a ridurre drasticamente i livelli di prezzo tradizionali

New Taipei City, Taiwan, 16 Aprile 2013 — Una tecnologia CNC personalizzata di NUM sta aiutando il costruttore di macchine per il taglio laser  Favor Laser ad accelerare lo sviluppo del prodotto e a rivolgersi a nuovi mercati. Grazie all’utilizzo di hardware e software speciali progettati da NUM, la società taiwanese ha sviluppato una macchina per il taglio laser di alta precisione che è in grado di produrre sia parti molto piccole o che molto grandi dai fogli di lamiera, con una velocità di taglio fino a 60 metri al minuto. Questa nuova macchina costituisce l'esordio di Favor Laser nella fascia ad alte prestazioni del mercato, dove l'azienda intende penetrare rapidamente mediante una innovativa combinazione di prestazioni e di prezzi molto aggressivi che permetterà una riduzione dei costi di queste macchine di circa il 20 per cento.

Fondata nel 1994, Favor Laser è situata a New Taipei City a Taiwan, ed ha un'altra fabbrica ed un ufficio vendite a Shanghai in Cina. Finora l'azienda ha concentrato l'attività sulla produzione di macchine per il taglio laser per la fascia a basso costo del mercato, offrendo quattro gamme di macchine per adattarsi alle diverse esigenze nella produzione da lamiere metalliche come la fornitura di piccoli lotti, il taglio di precisione di parti piccole, o la produzione in grandi volumi di parti di grosse dimensioni.

Nel 2010 Favor Laser ha preso la decisione strategica di estendere la sua gamma di produzione, sviluppando una macchina per taglio laser ad alte prestazioni con capacità multiple per il mercato internazionale, che attualmente è dominato da un piccolo numero di costruttori svizzeri, tedeschi e giapponesi. La ricerca preliminare della società ha indicato che combinando la sua tecnologia di taglio laser con un hardware valorizzato ed un avanzato software CNC, sarà in grado di produrre una macchina con le stesse prestazioni ottenute dai leader del mercato, ma ad un costo decisamente più basso.

Tutte le macchine Favor Laser sono basate su un innovativo sistema ottico volante, dove il foglio di lamiera da tagliare poggia su una tavola fissa, mentre la testa di taglio che direziona il raggio laser viene mossa sulla superficie del foglio. Questo approccio ha parecchi  significativi vantaggi rispetto alle  macchine che muovono il pezzo al di sotto di un raggio laser statico. La testa di taglio ha una massa ridotta e costante che facilita il posizionamento veloce e preciso, mentre la movimentazione del pezzo in lavorazione – che cambia la massa durante il processo di taglio – è più lenta e più difficile da ottenere, richiedendo sistemi di controllo del moto complessi e costosi per mantenere la precisione di taglio. Oltre a migliorare i volumi di produzione e la produttività della macchina, quando si taglia del materiale sottile la maggior velocità del taglio laser con ottica volante aiuta a prevenire il surriscaldamento che deformerebbe il pezzo.

La nuova macchina per taglio laser XO ad alte prestazioni di Favor Laser è a quattro assi, ma utilizza due motori con funzione gantry per l'asse X. Il posizionamento orizzontale della testa di taglio è gestito dagli assi X ed Y, mentre l'asse Z controlla l'altezza della testa sulla superficie del pezzo in lavorazione ed il quarto asse (U) è utilizzato per caricare e scaricare il materiale. Un'ottica adattativa brevettata compensa la lunghezza del raggio laser, che varia a seconda della posizione della testa di taglio relativamente all'oscillatore laser. Per l'asse Z è stato usato un servosistema ad alta velocità – la distanza tra la testa di taglio ed il pezzo in lavorazione è continuamente monitorata e corretta per mantenere il fuoco del raggio e massimizzare l'efficienza del taglio.

Dopo aver considerato varie opzioni  CNC, alla Favor Laser sono entusiasti di usare il sistema CNC Flexium 68 di NUM per la sua nuova macchina XO. Il CNC è stato scelto sia per l'hardware che per il software: l'hardware del controllore di moto Flexium 68 è risultato molto adatto al controllo richiesto per questo tipo di macchina – ed inoltre comprende una flessibilità di configurazione per futuri miglioramenti – ed offre una esclusiva funzionalità software che semplifica la programmazione delle applicazioni. In particolare, la funzione ‘Dynamic Operator’ (DO), esclusiva di NUM, è stata giudicata ideale per il programma che controlla dinamicamente lo spazio fra la testa di taglio ed il pezzo in lavorazione. Usando calcoli veloci e strutture di  comunicazione, la funzione DO permette ai cicli macchina determinati da eventi, di essere integrati kernel CNC in tempo reale.

Favor Laser ha anche cercato un fornitore di sistemi CNC che fosse preparato per partecipare attivamente allo sviluppo taglio laser XO, al fine di aiutare a creare la soluzione di controllo ottimale. Secondo il general manager dell'azienda, Sig.Lai, “Dopo aver scelto il sistema  CNC NUM su basi economiche e tecniche, siamo rimasti favorevolmente sorpresi nello scoprire che NUM Taiwan ha l'esperienza di progettazione e le risorse, e soprattutto la disponibilità, per assisterci in ogni fase della progettazione. Grazie al loro aiuto, che comprende lo sviluppo di hardware personalizzato e di software CNC, siamo stati in grado di portare nel mercato la nostra nuova da taglio XO ad alte prestazioni, nei tempi previsti e rispettando il budget. Come conseguenza dei ridotti costi di sviluppo e di costruzione, abbiamo guadagnato un enorme vantaggio competitivo. La nostra macchina potrà essere venduta ad un prezzo di circa il 20...30 per cento inferiore a quello di macchine equivalenti di costruttori giapponesi e tedeschi.”

Tutti gli elementi di controllo del moto del taglio laser XO sono forniti da NUM. Oltre ai motori, ai drive ed al kernel CNC Flexium 68, la macchina usa le interfacce I/O NUM Ethercat ed un pannello operatore a doppio processore Flexium FS152i con uno schermo piatto da 15 pollici ed un disco rigido funzionante col sistema operativo Windows(TM). L'interfaccia uomo-macchina personalizzata (HMI) è stata sviluppata interamente da NUM Taiwan, ed è molto intuitiva e facile da usare. Attualmente disponibile in inglese ed in cinese, sia tradizionale che semplificato, l'HMI può facilmente essere adattato ad altre lingue per supportare le vendite internazionali, ed impiega un uso esteso della grafica – compresa la visualizzazione del pezzo in lavorazione e della corsa di taglio – per semplificare l'utilizzo della macchina e minimizzare le necessità di corsi di istruzione.

La taglierina laser XO impiega esclusivamente servomotori brushless NUM e servodrive NUMDrive C. Per assicurare un funzionamento preciso, sono stati utilizzati motori ad alta inerzia della serie BPG per gli assi principali di posizionamento X, Y ed U – l'asse X utilizza due motori – mentre l'asse Z è dotato di un motore a media inerzia della serie BPX equipaggiato con un freno di stazionamento. Gli assi X, Y e Z sono completamente interpolati per fornire un controllo preciso e continuo della posizione della testa di taglio e della sua altezza sul pezzo da tagliare. L'asse Z ha corsa di lavoro di 100 millimetri, mentre gli assi X ed Y possono lavorare su lunghezze fino a 3 e a 1,5 metri rispettivamente. Quest'ampia area di lavoro, combinata con una precisione di posizionamento X-Y di soli ±0,01 millimetri, rende la XO una macchina molto versatile che può effettuare sia tagli di precisione di piccole parti multiple, sia il taglio di grandi pezzi da un singolo foglio di lamiera.

La scelta di oscillatori laser a CO2 con potenze di uscita di 3,3, di 4 e di 6 kW permette di adattare le prestazioni della macchina al materiale da tagliare, per ottenere velocità di taglio fino a 60 metri/minuto. Per massimizzare la sua versatilità, la macchina può anche effettuare diverse funzioni specializzate nella lavorazione dei metalli, compresa la microsaldatura e le microgiunzioni.

Durante qualsiasi processo di taglio laser, le condizioni operative possono cambiare improvvisamente, richiedendo una correzione veloce di un elevato numero di parametri per assicurare una prestazione adeguata. Il controllo della potenza di uscita dell'oscillatore laser è una particolare sfida per la progettazione – e richiede dispositivi di comunicazione estremamente veloci e stabili. Per esaudire queste esigenze, NUM Taiwan ha sviluppato una scheda speciale per il controllo del treno d'impulsi dell'oscillatore del laser a CO2 nella macchina XO. Implementato interamente nell'hardware (l'uso del software imporrebbe inaccettabili restrizioni temporali), la scheda trasla i segnali di duty cycle e di controllo della frequenza, che sono accoppiati otticamente all'oscillatore per minimizzare il ritardo in trasmissione. E' adatto all'uso con molti oscillatori laser commerciali, e può essere regolato per qualsiasi potenza di uscita del laser da 1 a 10 kW, in gradini da 1 kW. NUM intende aggiungere questa scheda alla propria linea di prodotti nel prossimo  futuro, rendendola disponibile per altri produttori di macchine da taglio.

Le prestazioni dei prodotti CNC di NUM e la reattività di NUM Taiwan ha convinto Favor Laser a rivalutare completamente la sua strategia di controllo delle macchine. Oltre all'impiego esclusivo di hardware e software NUM per la sua nuova macchina XO, l'azienda intende migrare tutte le sue linee di prodotto esistenti verso la tecnologia CNC di NUM. In una prima fase verranno equipaggiate le macchine da taglio laser della sua gamma a basso costo con sistemi CNC Flexium 6 o Flexium 8; nonostante queste macchine saranno prodotte nella fabbrica di Favor Laser in Cina, tutto il supporto CNC verrà fornito da NUM Taiwan.

Finora tutte le macchine di Favor Laser sono state progettate per il taglio bidimensionale di fogli metallici piani, usando oscillatori laser a CO2. Prossimamente l'azienda intende espandersi in altre aree ed attualmente si sta orientando verso i laser a fibrea ottica con un'attenzione particolare verso il mercato del microtaglio. Questi possono tagliare diverse tipologie di materiali come il rame, il bronzo e l'alluminio, virtualmente impossibili da tagliare con i laser a CO2. Un altro progetto è la macchina laser per il taglio dei tubi metallici, che richiede movimenti 3D con un asse C rotante ed una testa robotizzata. Indicativamente entro il prossimo anno, Favor Laser intende sviluppare anche una gamma di macchine punzonatrici per completare la sua offerta ai fabbricanti di lamiere metalliche.

Tutti questi nuovi progetti saranno basati sulla tecnologia CNC fornita da NUM, come spiega il Sig.Lai: “L'eccezionale livello di supporto che abbiamo ricevuto da NUM Taiwan durante lo sviluppo del taglio laser XO ha superato di molto le nostre aspettative ed ha prodotto eccellenti risultati. Oltre all'integrazione di sistemi Flexium nelle nostre linee di prodotti esistenti, abbiamo deciso di adottare come base per le macchine future la tecnologia CNC di NUM. Confido che la nostra collaborazione con NUM possa collocare Favor Laser nella miglior posizione possibile per creare nuove soluzioni per macchine da taglio laser che porteranno benefici ai nostri clienti.”

Fine