La nuova macchina per il taglio laser ad alte prestazioni XO di Favor Laser è basata su hardware CNC personalizzato e software di NUM.
Una tecnologia CNC personalizzata da NUM aiuta Favor Laser ad accelerare lo sviluppo del prodotto e a rivolgersi a nuovi mercati. L’utilizzo di hardware e software speciali progettati da NUM ha permesso alla società taiwanese di sviluppare una macchina per taglio laser di alta precisione, in grado di produrre sia parti piccole sia grandi da fogli di lamiera, con una velocità di taglio fino a 60 m/min.
di Leo Castelli
Una speciale tecnologia CNC sviluppata da NUM (www.num.com) e un esclusivo sistema ottico volante aiutano la nuova macchina per taglio laser sviluppata da Favor Laser a contenere drasticamente i prezzi. La soluzione firma l’esordio di Favor Laser (www.favorlaser.com.tw) nella fascia di macchine ad alte prestazioni, mercato in cui l’azienda intende penetrare rapidamente grazie a un’innovativa combinazione che include prestazioni eccellenti e prezzi convenienti, una ricetta che permetterà, a detta del costruttore taiwanese, di ridurre i costi delle macchine di circa il 20%.
Fondata nel 1994, Favor Laser è situata a New Taipei City, a Taiwan, ed ha un’altra fabbrica e un ufficio vendite a Shanghai, in Cina. Finora l’azienda ha concentrato la propria attività nella produzione di macchine per taglio laser destinate alla fascia di mercato a basso costo, offrendo quattro gamme adattabili alle diverse esigenze nella produzione da lamiere metalliche come: la fornitura di piccoli lotti, il taglio di precisione di parti piccole, la produzione in grandi volumi di particolari di grosse dimensioni.
LA FASE PROGETTUALE
Nel 2010, Favor Laser ha deciso di estendere la propria gamma di produzione sviluppando una macchina per taglio laser ad alte prestazioni, con capacità multiple, da proporre al mercato internazionale, attualmente dominato da un piccolo numero di costruttori svizzeri, tedeschi e giapponesi. Ricerche condotte preliminarmente dalla società hanno indicato che la combinazione della propria tecnologia di taglio laser con un hardware valorizzato e un avanzato software CNC sarebbero state in grado di dar vita ad una macchina con le stesse prestazioni ottenute dai leader del mercato, ma con un costo decisamente più basso.
Tutte le macchine Favor Laser sono basate su un innovativo sistema ottico volante che prevede che il foglio di lamiera da tagliare poggi su una tavola fissa, mentre la testa di taglio, che direziona il raggio laser, è mossa sulla superficie del foglio. Questo approccio genera significativi vantaggi rispetto alle macchine in cui il pezzo si muove 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 maggiore velocità del taglio laser con ottica volante aiuta a prevenire il surriscaldamento che deformerebbe il pezzo.
LA NUOVA SOLUZIONE
La nuova macchina per taglio laser XO ad alte prestazioni di Favor Laser è una soluzione a 4 assi, ma utilizza due motori con funzione Gantry per l’asse X. Il posizionamento orizzontale della testa di taglio è gestito dagli assi X e Y, mentre l’asse Z controlla l’altezza della testa sulla superficie del pezzo in lavorazione, e 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 e 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, in Favor Laser sono risultati entusiasti del sistema CNC Flexium 68 di NUM, scelto come “cuore” della nuova macchina XO. Questo controllo numerico computerizzato 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 questa tipologia di macchina e, inoltre, dispone di una flessibilità di configurazione che lo rende idoneo per futuri miglioramenti. Non solo, il sistema offre un’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 e il pezzo in lavorazione. Usando calcoli veloci e strutture di comunicazione, la funzione DO permette ai cicli macchina determinati da eventi di essere integrati in kernel CNC in tempo reale.
Un’innovativa ottica volante può posizionare il raggio laser della macchina XO in qualunque posizione, in un’area di lavoro di 1,5 x 3 m, con una precisione di ±0,01 mm.
UN PARTNER AFFIDABILE
Favor Laser ha anche ricercato un fornitore di sistemi CNC che fosse preparato per partecipare attivamente allo sviluppo della soluzione di taglio laser XO, così da creare un team teso alla costruzione della soluzione di controllo ottimale. Secondo il Signor Lai, General Manager dell’azienda taiwanese: “Dopo aver scelto il sistema CNC NUM su basi tecniche ed economiche, siamo rimasti favorevolmente sorpresi nello scoprire che NUM Taiwan disponeva dell’esperienza di progettazione, delle risorse, e, soprattutto, della disponibilità di assisterci in ogni fase della progettazione. Grazie al loro aiuto – incluso lo sviluppo di hardware personalizzato e di software CNC – siamo stati in grado di realizzare e proporre al mercato la nostra nuova macchina per taglio laser XO ad alte prestazioni nei tempi previsti e rispettando il budget. Quale diretta conseguenza dei ridotti costi di sviluppo e di costruzione, abbiamo guadagnato un enorme vantaggio competitivo. La macchina può infatti essere venduta a un prezzo di circa il 20/30% in meno rispetto a quello di macchine equivalenti di costruttori giapponesi e tedeschi”.
LA TECNICA IN GIOCO
Tutti gli elementi di controllo del moto del taglio laser XO sono stati forniti da NUM. Oltre ai motori, ai drive e al kernel CNC Flexium 68, la macchina utilizza le interfacce I/O NUM Ethercat, un pannello operatore a doppio processore Flexium FS152i con schermo piatto da 15” ed un disco rigido funzionante con sistema operativo Windows™. L’interfaccia uomo-macchina personalizzata (HMI) è stata sviluppata interamente da NUM Taiwan ed è decisamente intuitiva e facile da usare. Attualmente disponibile in inglese e in cinese, l’HMI può facilmente essere adattata 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 – al fine di semplificare l’impiego della macchina e di minimizzare le necessità di corsi d’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 e U – l’asse X utilizza due motori –, mentre l’asse Z è stato 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 mm, mentre gli assi X e Y possono lavorare, rispettivamente, su lunghezze fino a 3 e a 1,5 m. Quest’ampia area di lavoro, combinata con una precisione di posizionamento X-Y di soli ±0,01 mm, rendono la XO una macchina 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 d’uscita di 3,3, 4 e 6 kW permette di adattare le prestazioni della macchina al materiale da tagliare, per ottenere velocità di taglio fino a 60 m/min. Per massimizzarne la 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 risultata una particolare sfida in fase progettuale, richiedendo 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 della 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. La soluzione è adatta per molti oscillatori laser commerciali e può essere regolata 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.
PROIEZIONI FUTURE
Le prestazioni dei prodotti CNC NUM e la reattività di NUM Taiwan hanno convinto Favor Laser a rivalutare completamente la propria strategia di controllo delle macchine. Oltre all’impiego esclusivo di hardware e software NUM per la nuova macchina XO, l’azienda intende ora migrare con tutte le proprie linee di prodotto esistenti verso la tecnologia CNC NUM. In una prima fase verranno equipaggiate le macchine da taglio laser della gamma a basso costo con sistemi CNC Flexium 6 o Flexium 8. Nonostante queste macchine siano prodotte nella fabbrica di Favor Laser in Cina, tutto il supporto CNC sarà fornito da NUM Taiwan.
Tutte le macchine di Favor Laser, inoltre, sono state finora progettate per il taglio bidimensionale di fogli metallici piani, usando oscillatori laser a CO2. Prossimamente, l’azienda intende espandersi in altre aree e, attualmente, si sta orientando verso i laser a fibra ottica, con un’attenzione particolare al mercato del microtaglio. Questi sistemi 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 in cantiere è la macchina laser per il taglio di tubi metallici, soluzione che richiede movimenti 3D con un asse C rotante e una testa robotizzata. Indicativamente, entro il prossimo anno Favor Laser intende sviluppare anche una gamma di macchine punzonatrici per completare la propria offerta rivolta alle imprese che lavorano le lamiere metalliche.
Tutti questi nuovi progetti saranno basati sulla tecnologia CNC fornita da NUM, ha spiegato Lai: “L’eccezionale livello di supporto che abbiamo ricevuto da NUM Taiwan durante lo sviluppo del sistema di taglio laser XO ha superato di molto le nostre aspettative e ha prodotto eccellenti risultati. Oltre all’integrazione di sistemi Flexium sulle nostre linee di prodotti esistenti, abbiamo deciso di adottare come base per le macchine future la tecnologia CNC NUM. Confido che la nostra collaborazione con NUM possa collocare Favor Laser nella miglior posizione possibile per realizzare nuove soluzioni laser che porteranno benefici ai clienti”.
La versatilità della macchina da taglio laser XO è ideale per produzioni in alti volumi di componenti di precisione intricati.
