CNC-integrierte Höhenregelung

von Manfred Hofmann Bei vielen Brennschneidmaschinen erfolgt die Abstandsregelung komplett außerhalb der CNC-Regie, obwohl eine moderne CNC-Steuerung diese Aufgabe übernehmen könnte. Die ENC66 von Eckelmann hat aber sowohl die Ressourcen als auch die Softwarefunktionalität für eine anspruchsvolle Abstandsregelung zwischen Brennerdüse und Werkstückoberfläche. Der Effizienzgewinn ist beträchtlich.

Ein wichtiger Aspekt beim Brennschneiden ist die exakte Abstandsregelung zwischen Brennerdüse und Werkstückoberfläche. Hierauf haben sich in der Vergangenheit Unternehmen spezialisiert, die Maschinenherstellern mechatronische Lösungen anbieten – bestehend aus Z-Achse und zugehöriger Elektronik. Bei diesen Lösungen operiert allerdings die Abstandsregelung komplett außerhalb der CNC-Regie, obwohl eine moderne CNC-Steuerung wie die ENC66 von Eckelmann diese Aufgabe übernehmen könnte. Denn die ENC66 hat sowohl die Ressourcen als auch die Softwarefunktionalität für eine anspruchsvolle Höhenregelung.

Die jetzige Situation könnte man bildlich mit einem Theater vergleichen, bei dem die gesamte Bühnentechnik zentral von einem Computer gesteuert wird, für das Öffnen und Schließen des Vorhangs aber eine extra Steuerung mit separatem Bedienteil installiert ist.

Da die ENC66 softwareseitig bereits alle erforderlichen Funktionen zur Abstandsregelung beinhaltet, fehlte Maschinenherstellern, die auf keine eigene Z-Achsen-Mechanik zurückgreifen können, nur noch eine entsprechende Mechanik im Produktportfolio des Wiesbadener Automatisierungspartners. Diese Mechanik wurde nun in Form eines Z-Moduls realisiert, das speziell für das Plasmaschneiden konzipiert wurde. Das System lässt sich aber auch beim Autogen-, Laser- und Wasserstrahlschneiden einsetzen.

Das Z-Modul von Eckelmann wird über eine Flanschplatte an dem Maschinenportal montiert. Der jeweilige Brenner lässt sich über eine Klemmvorrichtung befestigen. Die Verbindung zur Steuerung erfolgt über zwei Leitungen: eine Leitung zur Spannungsversorgung und eine Busleitung. Die Motoransteuerung ist komplett in dem Z-Modul integriert. Zur Sicherheit verfügt das Z-Modul über einen horizontalen und vertikalen Kollisionsschutz. Eine automatische Gewichtskompensation sowie ein Wärme- und Staubschutz durch hitzebeständige Silikonfaltenbälge mit zusätzlichem Abdeckblech sind ebenso selbstverständlich.

Erstfindung der Höhe durch Antasten der Brennerdüse

Für eine präzise Höhenregelung muss zunächst die Höhe des Werkstücks ermittelt werden. Die Ingenieure von Eckelmann haben sich für die Erstfindung der Werkstückhöhe etwas Besonderes einfallen lassen: Durch eine raffinierte Auswertung des Motorstroms beim taktilen Antasten der Brennerdüse ist es möglich, selbst dünne Bleche mit geringer Kraft und hoher Genauigkeit zu erfassen. Dazu wurde die Firmware des in den Z-Motor integrierten Antriebsreglers angepasst.

Nach der Erstfindung fährt die Z-Achse im Schneidprozess auf den jeweiligen Brennabstand. Er wird aus Technologietabellen berechnet, die in der CNC hinterlegt sind. Beim Plasmaschneiden wird durch die CNC-interne Auswertung der Lichtbogenspannung der tatsächliche Brennabstand in einer überlagerten Regelung schnell und genau nachgeführt. Bei anderen Schneidverfahren kann dies optional durch berührungslose Messsysteme erfolgen, zum Beispiel über kapazitive Abstandssensoren.

Hochwertige Phasen zur Schweißnahtvorbereitung

Ob im Schiffsbau, beim Bau von Pipelines, bei der Konstruktion von Windkraftanlagen oder allgemein im Stahlbau: Überall werden hochwertige Fasen zur Schweißnahtvorbereitung benötigt. Die Produktivität von Brennschneidmaschinen lässt sich deutlich steigern, indem man zum Beispiel einen Plasmabrenner nicht nur für den Geradschnitt einsetzt, sondern auch für das anspruchsvolle Fasenschneiden. Hierfür sind spezielle Drehaggregate nötig, mit denen sich der Plasmabrenner entsprechend der zu schneidenden Fase ausrichten lässt.

Die eingangs erwähnte externe Z-Abstandsregelung außerhalb der CNC-Regie ist allerdings beim Fasenschneiden grundsätzlich nicht möglich, da sich diese Lösungen nur auf eine Dimension beziehen. Die Komplexität beim Fasenschneiden im dreidimensionalen Raum lässt sich damit nicht erfassen. Unter einheitlicher CNC-Regie lassen sich hingegen alle beteiligten Achsen optimal koordinieren. Daher ist das Z-Modul von Eckelmann auch für den Anbau von Fasenaggregaten mit einer zusätzlichen A- und B-Achse zur Fasenwinkeleinstellung ausgelegt.

Durch die Bewegung der A- und B-Achsen verändert sich entsprechend der jeweiligen Kinematik auch der Brennabstand, der durch eine Z-Achsenbewegung nachgeführt werden muss. Ferner ist eine Ausgleichsbewegung der X- und Y-Maschinenachsen erforderlich. Die CNC muss mindestens fünf Achsen gleichzeitig interpolieren und ansteuern.

Da ab einem bestimmten Fasenwinkel die Lichtbogenspannung als Abstandsmessgröße Verfälschungen unterliegt, sind auch hier besondere Algorithmen in der CNC erforderlich. Gegebenenfalls kann ein automatisiertes Einscannen der Blechhöhe auf der zu schneidenden Kontur erforderlich werden. All diese Funktionalitäten sind in der ENC66 verfügbar. Dies gilt auch für die Kompensation eines nicht parallelen Strahlengangs, wie man es insbesondere beim Wasserstrahlschneiden kennt.

Das Fazit von Eckelmann: Beim Fasenschnitt ist eine CNC-integrierte Höhenregelung unabdingbar, bringt aber auch beim Geradschnitt deutliche Vorteile gegenüber einer externen Lösung. Dies betrifft nicht nur die Kosten. Für den Maschinenhersteller reduzieren sich auch die Lieferantenschnittstellen und er hat in seinem CNC-Lieferanten den alleinigen, verantwortlichen Ansprechpartner. Der Maschinenbediener im Endkundenbetrieb freut sich darüber hinaus über eine einheitliche und damit vereinfachte Maschinenbedienung.W

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