Prasa mechaniczna czy serwomechaniczna?

Wielu producentów pras wyposaża swoje maszyny w siłownik, jednak niektórzy postanowili całkowicie przeprojektować maszyny w celu zaproponowania urządzeń z napędem bezpośrednim - „direct drive”.

O wyjaśnienie różnicy pomiędzy tymi dwoma rodzajami maszyn oraz przedstawienie ich zalet poprosiliśmy Hervé Lescure'a, eksperta w branży maszyn do obróbki wykończeniowej oraz Dyrektora ds. Kluczowych Klientów firmy Seyi Europe. 

Na początku prosilibyśmy o przedstawienie najważniejszych różnic pomiędzy prasą mechaniczną a servoelektryczną.

Hervé Lescure: Aby zrozumieć zainteresowanie technologią napędów serwoelektrycznych, należy koniecznie przypomnieć, że w przypadku prasy mechanicznej wytworzona energia jest związana z szybkością pracy z powodu zastosowania koła zamachowego.

Problemy z tym związane można skompensować przez zastosowanie przegubowego łańcucha kinematycznego umożliwiającego wymuszenie spowolnienia suwaka w fazie roboczej. Jednak przez to charakterystyka pracy prasy zostaje zablokowana, a maszyna traci wszechstronność funkcjonalną.

Nie dotyczy to serwopras, ponieważ wykorzystują maksymalny moment przy niskiej prędkości. Dodajmy, że moment obrotowy tego typu silników zwykle zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości.

Z drugiej strony fazy otwierania narzędzia, przejazdu przez górne martwe położenie i dojazd narzędzia przed stycznością z materiałem wymagają niewielkiej ilości energii. Nie ma większego znaczenia fakt, że siłownik traci moment w biernych fazach pracy narzędzia, ale bardzo korzystne jest dysponowanie dużą energią, gdy suwak jest praktycznie w bezruchu.

Jakie są różnice pomiędzy maszynami z napędem bezpośrednim a innymi technologiami serwopras elektrycznych?

HL: Chodzi tu o dwie całkowicie odmienne koncepcje pracy. Klasyczne serwoprasy są wyposażone w zespół serwonapędowy typu Siemens, w ogromnej większości przypadków zintegrowane z maszyną w sposób pozwalający zmniejszyć prędkość suwaka w stosunku do prędkości silnika albo uzyskać system kumulacji energii. Zarówno pierwsza, jak i druga konstrukcja jest przeznaczona do skompensowania braku momentu napędu

Niektórzy producenci korzystają między innymi z takich rozwiązań, jak przekładnie planetarne, inni z mechanizmów kolanowych umieszczanych pomiędzy siłownikiem a suwakiem prasy. W przypadku maszyny z napędem bezpośrednim siłownik napędza suwak maszyny w sposób bezpośredni ze współczynnikiem przemieszczeń 1:1. Głównym wyzwaniem związanym z tą koncepcją konstrukcji jest konieczność stosowania silników o bardzo wysokim momencie obrotowym przy niskiej prędkości.  

W jakich aspektach prasa serwoprasa jest lepsza od prasy mechanicznej?

HL: Serwoprasa oferuje wszystkie możliwości prasy mechanicznej, zapewniając jednocześnie wyższy poziom jakości obrabianego detalu, wyższą wydajność i znacznie dłuższą żywotność narzędzi.

Na przykład ze względu na to, że praca jest zawsze wykonywana z użyciem niskich prędkości, możliwe jest zmniejszenie potrzeb związanych z ostrzeniem narzędzi o 30 do 40% w zależności od materiału i technologii wykonania narzędzi.

Oprócz tego zasada działania siłownika zapewnia dostęp do metod produkcji, których nie da się uzyskać w przypadku pras mechanicznych, takich jak cięcie precyzyjne lub głębokie tłoczenie. Kluczowa jest możliwość bardzo precyzyjnego zarządzania charakterystyką dosuwu roboczego i otwierania narzędzia, jak również ogromna swoboda działania.

W przypadku prasy mechanicznej cykl otwierania i zamykania maszyny jest niezmienny ze względu na stałą charakterystykę kinematyczną. W przypadku serwoprasy możliwe jest ustalenie optymalnego cyklu dla każdego zastosowania, ustawienie punktów zatrzymania w celu zapewnienia właściwego procesu wymiany detali w narzędziu, oznaczenie czasu zatrzymania w dolnym martwym punkcie w celu ułatwienia umieszczenia materiału oraz zapobieganie zjawisku powrotu elastycznego..., zaś w przypadku maszyny z napędem bezpośrednim „direct drive” można bardzo szybko zmieniać ruch suwaka w górę i w dół, jeśli wymaga tego dane zastosowanie. Takie całkowicie odmienne zarządzanie cyklami pracy wpływa na poprawę jakości detali, jak również przyczynia się do znacznego podwyższenia wydajności.

Na przykład jeden z większych podwykonawców z branży motoryzacyjnej, który obecnie korzysta z dużego narzędzia w prasie mechanicznej wyposażonej w stół o długości 6 metrów, będzie bez konieczności modyfikacji tego narzędzia mógł produkować o trzy detale więcej na minutę wyłącznie dzięki optymalizacji charakterystyki pracy, co ma duże znaczenie w przypadku tego typu produkcji.

Konstrukcja serwoprasy wiąże się z wysokimi kosztami ze względu na specyficzny układ napędowy, jaka jest zatem jej główna zaleta?

HL: Najważniejszą zaletą serwoprasy jest możliwość pracy z bardzo niską prędkością, a więc wyeliminowania zjawisk takich, jak wibracje, uderzenia..., i dzięki temu znacząco podwyższyć poziom jakości produkowanych detali. Jednak w tym celu bardzo ważne jest dysponowanie możliwie najwyższym momentem obrotowym. W tym kontekście korzystanie z prasy z napędem bezpośrednim wydaje się równoważne z wcześniej wspominanymi maszynami, choć należy uwzględnić jeszcze inny parametr, jest to ogólny czas reakcji systemu.  

Aby możliwa była praca w trybie wibracyjnym, prezentowanym przez Seyi podczas ostatniej wystawy EuroBlech (patrz ramka), konieczne jest dysponowanie natychmiastowym czasem reakcji silnika na polecenia sterownika. Dlatego konieczne jest zminimalizowanie liczby elementów pośrednich w łańcuchu kinematycznym. W przeciwnym razie zastosowanie układów przekładniowych lub kolanowych wiąże się z luzami w mechanizmie oraz zbyt długim czasem reakcji, aby możliwa była praca tą metodą.

Fot.: Seyi

Dlaczego tak niewielka liczba producentów korzysta z technologii napędu bezpośredniego?

HL: Wszyscy producenci, którzy zmierzyli się z zagadnieniem maszyny z napędem bezpośrednim napotkali ten sam problem: jednostka napędowa. Dlatego firmy takie jak Aida, Schuler lub Seyi nawiązały partnerskie stosunki z producentami silników w celu współpracy nad stworzeniem rozwiązania odpowiadającego potrzebom.

To podejście stanowi wynik wielu lat prac rozwojowych producentów silników, którzy nie zawsze stanowią bardzo duże przedsiębiorstwa, ale chcą towarzyszyć konstruktorom maszyn, nawet pomimo niewielkiej ilości silników do wyprodukowania rocznie w porównaniu z produkcją tradycyjnych serwonapędów.

Podobnie, w celu skorzystania z zalet napędu bezpośredniego konieczny jest również optymalny czas reakcji systemu sterowania. W przypadku Seyi ciągle wymaga to poważnego zaangażowania w wewnętrzne prace rozwojowe. Firma nawiązała również współpracę z amerykańską firmą Delta Tau specjalizującą się w układach sterowania dla branży lotniczej i kosmicznej. Firma ta tworzy bardzo szybkie układy. Inne wyjaśnienie bez wątpienia dotyczy problemu luzu, który wiąże się z koncepcją napędu bezpośredniego i prowadzi do opracowania rozwiązań w najwyższym stopniu.

Partnerska współpraca firmy Seyi z dostawcą silników zaowocowała na przykład instalacją zębnika napędowego bezpośrednio na wale silnika, zamiast stosowania elementu przekładniowego. Wszystkie te czynniki powodują, że prace rozwojowe nad prasami tego rodzaju są bardzo kosztowne. Bez wątpienia to tłumaczy fakt, że tak niewielu producentów podjęło się rozwijania omawianej technologii. 

Polecamy:

Profil firmy Ventor - dystrybutora maszyn Seyi na Staleo.pl



Źródło: Ventor, Seyi