Optymalizacja zużycia energii przy pracy na tokarce CNC

Inteligentne systemy zarządzania energią w tokarce CNC

Nowoczesne obrabiarki wyposażone w zaawansowane układy napędowe, systemy zarządzania energią i inne rozwiązania energooszczędne mogą znacząco ograniczyć pobór energii elektrycznej w porównaniu do starszych modeli. Na przestrzeni lat, technologia stosowanych napędów zmieniła się diametralnie. Energia kinetyczna zmagazynowana we wrzecionie głównym nie jest już przekształcana w ciepło (w rezystorze) podczas hamowania masy detalu, ale przekazywana z powrotem do sieci zasilającej. Przy wielokrotnych cyklach przyspieszania i hamowania ma to znaczący wpływ na efektywność energetyczną tokarki.

Przykład zasilania układu sterowania maszyny CNC. Źródło: Siemens

Wyróżnia się następujące cechy napędów rodziny SINAMICS wdrożonych przez FAT HACO:

• W trybie ECO punkt pracy silnika w zakresie częściowego obciążenia jest automatycznie dostosowywany i optymalizowany. Zmniejsza to straty silnika, na przykład na maszynach, które nie wymagają wysokiego momentu obrotowego w całym obszarze roboczym.
• Za pomocą trybu obejścia falownik może być elektrycznie zmostkowany, gdy silnik pracuje często w zakresie prędkości znamionowej. Pozwala to uniknąć strat na falowniku.
• Kompensacja mocy biernej. Zastosowanie falowników SINAMICS z modułami Active Line zmniejsza pojemnościową i/lub indukcyjną moc bierną w maszynie. W ten sposób można zaoszczędzić na drogich systemach kompensacji mocy biernej.
• Buforowanie energii kinetycznej. W przypadku dynamicznego nawracania w układach jedno i wieloosiowych energia kinetyczna zawarta w układzie jest ponownie wykorzystywana. Silnik podłączony do wspólnego obwodu pośredniego służy do buforowania energii kinetycznej.
• Buforowanie energii elektrycznej. W przypadku dynamicznego odwracania w układach jedno – i wieloosiowych energia kinetyczna zawarta w układzie jest ponownie wykorzystywana. Moduł kondensatora połączony ze wspólnym obwodem pośrednim służy do buforowania energii elektrycznej.
• Zoptymalizowane wzorce impulsów. SINAMICS S jest idealnie dopasowany do silników SIMOTICS i motoreduktorów SIMOGEAR poprzez optymalizację częstotliwości i wzorców impulsów. Korzyści: optymalizacja działania i wydajności systemu, zmniejszenie strat systemu oraz obniżenie temperatury i hałasu.
• Sprzężenie zwrotne. W konwencjonalnych układach napędowych energia hamowania jest przekształcana w ciepło za pomocą oporów hamowania. Falowniki SINAMICS G i SINAMICS S nie wymagają rezystorów hamowania i przekazują energię hamowania z powrotem do sieci zasilającej.
• Podczas pracy można przeprowadzić analizę zużycia energii za pomocą licznika oszczędzania energii. Zaoszczędzoną energię skumulowaną w ciągu godzin pracy porównuje się z aplikacją o stałej prędkości obrotowej.

Wybór właściwej tokarki CNC

Aby zapewnić mniej energochłonną jednostkę ważny jest również dobór odpowiedniej maszyny, komponentów oraz narzędzi do rodzaju obróbki, z jaką mamy do czynienia w naszym zakładzie. Planując obróbkę ciężkich, długich detali warto rozważyć inwestycję w tokarkę czteroprowadnicową - TUR 4MN. Jej suport z głowicą narzędziową, zamontowany na dwóch przednich prowadnicach pozwala bezkolizyjnie omijać w takcie obróbki podtrzymki i konika, niwelując w ten sposób czas na przestoje i przezbrajanie maszyny. Maszyna może być również wyposażona w magazyn narzędzi z automatycznym zmieniaczem, który z pewnością przyspieszy organizację produkcji. Należy jednak pamiętać, że jeśli narzędzia w magazynie nie zostały posortowane pod kątem konkretnego zlecenia produkcyjnego, wówczas czas wymiany narzędzi jest bardzo długi, a to powoduje zużycie energii, którego można uniknąć.

Zautomatyzowany magazyn narzędzi oraz głowica rewolwerowa umożliwiają przeprowadzanie różnych operacji obróbczych. Oznacza to, że toczenie, frezowanie bądź wiercenie może odbywać na jednej maszynie przy jednym zamocowaniu detalu. 

Tokarki TUR 4MN, przystosowane do obróbki (toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie) naprawdę dużych detali, potrafią generować znaczne ilości wiórów. Nasze rozwiązanie z podwójnym transporterem wiórów sterowanym w trybie pulsacyjnym zamiast w trybie ciągłym gwarantuje utrzymanie maszyny w lepszej kondycji nawet podczas długich operacji toczenia czy frezowania. Operator tokarki może skupić się na obróbce nie przerywając pracy maszyny. Drugi transporter pozwala skutecznie usuwać zalegające resztki skrawanego materiału w obszarze roboczym, a programowane postoje transportera wiórów umożliwiają obciekanie chłodziwa z wiórów.

Przykład łoża czteroprowadnicowego oraz już w pełni zabuodowanej tokarki CNC z dwoma transporterami wiórów. 

Gdy potrzebujemy maszyny przystosowanej do skomplikowanych operacji w kilku osiach, nieograniczonych przez sanie suportu, warto wybrać tokarkę ze skośnym łożem z serii FCT lub FCTS. Z perspektywy zużycia energii elektrycznej, maszyny CNC powinny być używane z możliwie najkrótszym czasem nieproduktywnym. Rozwiązanie w postaci dwóch niezależnych suportów umożliwia przeprowadzanie obróbki zewnętrznej i wewnętrznej nie powodując przestojów w produkcji.

Tokarka ze skośnym łożem z serii FCT możne zostać wyposażona w suport z głowicą rewolwerową oraz drugi z uchywtem do wytaczadła. Elastyczność i swoboda ruchów dwóch niezależnych suportów pozwalają na obróbkę detalu na jednej maszynie przy jednym zamocowaniu.

Na ograniczenie energochłonności obrabiarki wpływ mają również następujące rozwiązania stosowane w maszynach FAT HACO:

• Oświetlenie LED obszaru roboczego zamiast halogenów
• Silniki pomocnicze posiadają klasę sprawności IE3 (przenośnik wiórów, pompa chłodziwa)
• Elektroniczny impulsowy zasilacz 24VDC zamiast układu transformator-prostownik
• Automatyczny wygaszacz ekranu w panelu sterowania
• Pompa chłodziwa może być opcjonalnie sterowana za pomocą falownika
• Przerywane sterowanie wentylatorem silnika głównego

Konserwacja i serwis tokarki CNC

Regularna konserwacja i bieżąca diagnostyka stanu technicznego maszyn CNC mają bezpośredni wpływ na ich efektywność energetyczną. Czyste i prawidłowo smarowane układy śrub i zębatek napędowych dają gwarancję optymalnego zużycia energii elektrycznej, redukując tarcie.

Opcjonalnie obrabiarka może być wyposażona w system nadzoru podstawowych parametrów sieci zasilającej a licznik energii elektrycznej podłączony do sieci Ethernet daje możliwość zdalnej diagnostyki i podglądania historii poboru prądu.Posiadanie w bazie danych, informacji na temat obrabiarki z ubiegłych miesięcy a nawet lat, umożliwia planowanie remontów, wyliczanie współczynnika efektywności czy też analizę zużycia energii przez maszynę w wybranych okresach.

Rozwój innowacyjnych technologii w tokarkach FAT stwarza nowe możliwości dalszej optymalizacji zużycia energii w obróbce CNC. Działania takie jak: dostosowanie parametrów skrawania, monitorowanie i analiza zużycia energii oraz właściwa konserwacja sprzętu, mogą obniżyć koszty produkcji i otworzyć nowe perspektywy bardziej zrównoważonego, ekonomicznego modelu działania.