Was ist ein CNC-Plasmaschneider?
CNC-Plasmaschneiden ist ein Verfahren, bei dem elektrisch leitfähige Materialien mithilfe eines beschleunigten heißen Plasmastrahls geschnitten werden. Typische Materialien, die mit einem Plasmabrenner geschnitten werden, sind Stahl, Aluminium, Messing und Kupfer, obwohl auch andere leitfähige Metalle geschnitten werden können. CNC-Plasmaschneider werden häufig in Fertigungswerkstätten, bei der Autoreparatur und -restaurierung, im Industriebau sowie bei Bergungs- und Verschrottungsarbeiten eingesetzt. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und Präzision der Schnitte in Kombination mit niedrigen Kosten werden CNC-Plasmaschneider häufig eingesetzt, von großindustriellen CNC-Anwendungen bis hin zu kleinen Hobbywerkstätten.
Der grundlegende CNC-Plasmaschneidprozess umfasst die Schaffung eines elektrischen Kanals aus überhitztem, elektrisch ionisiertem Gas, d. h. Plasma, vom CNC-Plasmaschneider selbst durch das zu schneidende Werkstück, wodurch ein geschlossener Stromkreis über eine Erdungsklemme zurück zum CNC-Plasmaschneider gebildet wird. Dies wird durch ein Druckgas (Sauerstoff, Luft, Inertgas und andere, je nach zu schneidendem Material) erreicht, das mit hoher Geschwindigkeit durch eine fokussierte Düse auf das Werkstück geblasen wird. Dann bildet sich innerhalb des Gases zwischen einer Elektrode in der Nähe der Gasdüse oder in diese integriert und dem Werkstück selbst ein Lichtbogen. Der Lichtbogen ionisiert einen Teil des Gases und erzeugt so einen elektrisch leitfähigen Plasmakanal. Wenn der Strom vom Schneidbrenner durch dieses Plasma fließt, liefert er ausreichend Wärme, um das Werkstück zu schmelzen. Gleichzeitig blasen ein Großteil des Hochgeschwindigkeitsplasmas und des Druckgases das heiße, geschmolzene Metall weg und trennen so das Werkstück, d. h. schneiden es durch.
Da CNC-Plasmaschneider erzeugen einen sehr heißen und lokal begrenzten „Kegel“ zum Schneiden und sind daher äußerst nützlich zum Schneiden von Blech in gebogenen oder abgewinkelten Formen.
Analoge CNC-Plasmaschneider, die normalerweise mehr als 2 Kilowatt benötigen, verwenden einen schweren Netzfrequenztransformator. Inverter-Plasmaschneider wandeln die Netzversorgung in Gleichstrom um, der in einen Hochfrequenztransistor-Wechselrichter zwischen 10 kHz und etwa 200 kHz eingespeist wird. Höhere Schaltfrequenzen ermöglichen kleinere Transformatoren, was zu einer Reduzierung der Gesamtgröße und des Gewichts führt.
Die verwendeten Transistoren waren zunächst MOSFETs, werden jetzt aber zunehmend IGBTs verwendet. Bei parallel geschalteten MOSFETs kann die vorzeitige Aktivierung eines Transistors zu einem kaskadierenden Ausfall eines Viertels des Wechselrichters führen. Eine spätere Erfindung, IGBTs, sind von dieser Ausfallart nicht so stark betroffen. IGBTs findet man im Allgemeinen in Hochstrommaschinen, bei denen es nicht möglich ist, genügend MOSFET-Transistoren parallel zu schalten.
Die Schaltmodustopologie wird als Dualtransistor-Offline-Durchflusswandler bezeichnet. Obwohl sie leichter und leistungsstärker sind, können einige Inverter-Plasmaschneider, insbesondere solche ohne Leistungsfaktorkorrektur, nicht mit einem Generator betrieben werden (das heißt, der Hersteller der Invertereinheit verbietet dies; dies gilt nur für kleine, leichte tragbare Generatoren). Neuere Modelle verfügen jedoch über interne Schaltkreise, die es ermöglichen, Einheiten ohne Leistungsfaktorkorrektur mit leichten Stromgeneratoren zu betreiben.
Einige Hersteller von CNC-Plasmaschneidern bauen CNC-Schneidetische, und manche haben den Fräser in den Tisch eingebaut. CNC-Tische ermöglichen die Steuerung des Brennerkopfes durch einen Computer, wodurch saubere, scharfe Schnitte erzeugt werden. Moderne CNC-Plasmageräte können dickes Material mehrachsig schneiden und ermöglichen so komplexe Schweißnähte, die sonst nicht möglich wären. Bei dünnerem Material wird das CNC-Plasmaschneiden zunehmend durch das Laserschneiden ersetzt, was hauptsächlich an den besseren Lochschneidefähigkeiten des Laserschneiders liegt.
CNC-Plasmaschneider werden speziell in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt. Eine Software verarbeitet Informationen über Rohrleitungen und erstellt flache Muster, die vom Plasmabrenner auf dem Schneidetisch geschnitten werden. Diese Technologie hat die Produktivität in der Branche seit ihrer Einführung in den frühen 1980er Jahren enorm gesteigert.
Wofür wird ein CNC-Plasmaschneider verwendet?
Ein Plasmaschneider ist ein gängiges Werkzeug zum Schneiden von Metallen für vielfältige Anwendungen. Ein handgeführter Plasmaschneider eignet sich hervorragend zum schnellen Durchtrennen von Blechen, Metallplatten, Bändern, Bolzen, Rohren usw. Handgeführte Plasmabrenner sind auch ein ausgezeichnetes Werkzeug zum Ausfugen, beispielsweise zum Hinterschneiden von Schweißnähten oder zum Entfernen fehlerhafter Schweißnähte. Ein handgeführter Plasmaschneider wird häufig zum Ausschneiden kleiner Formen aus Blechen verwendet, jedoch lässt sich damit für viele Metallbearbeitungsanwendungen keine ausreichende Schnittgenauigkeit oder Kantenqualität erzielen. Daher ist ein CNC-Plasmaschneider unerlässlich.
Ein CNC-Plasmaschneider ist eine Maschine mit einem Plasmabrenner, der diesen in einer von einem Computer gesteuerten Bahn bewegen kann. Der Begriff „CNC“ steht für „Computer Numerical Control“ (Computergestützte numerische Steuerung), was bedeutet, dass ein Computer die Bewegung der Maschine mithilfe numerischer Codes in einem Programm steuert.
CNC-Plasmaschneider werden auch in vielen Werkstätten zur Herstellung dekorativer Metallarbeiten eingesetzt. Zum Beispiel für gewerbliche und private Beschilderungen, Wandkunst, Adressschilder und Gartenkunst im Freien.
CNC-Plasmaschneider vs. handgeführter Plasmaschneider
CNC-Plasmaschneider verwenden normalerweise ein anderes Plasmasystem als handgeführte Schneidanwendungen, nämlich ein System, das speziell für „mechanisiertes“ Schneiden statt für handgeführtes Schneiden entwickelt wurde. CNC-Plasmaschneider verwenden einen geraden Brenner, der von einer Maschine getragen werden kann, und verfügen über eine Art Schnittstelle, die automatisch von der CNC gesteuert werden kann. Es gibt einige Einstiegsmaschinen, die einen für handgeführtes Schneiden entwickelten Brenner tragen können, wie z. B. die PlasmaCAM-Maschinen. Aber jede Maschine, die für ernsthafte Fertigung oder Herstellung entwickelt wurde, verwendet einen mechanisierten Brenner und ein Plasmasystem.
CNC-Plasmaschneiderteile
Die CNC ist auch ein echter Controller für Werkzeugmaschinen mit einem proprietären Schnittstellenpanel und einer speziell entwickelten Verwaltungskonsole, wie z. B. ein Fanuc-, Allen-Bradley- oder Siemens-Controller. Oder es kann so einfach sein wie ein Windows-basierter Laptop, auf dem ein spezielles Paketprogramm läuft und der über den LAN-Anschluss mit den Maschinenlaufwerken arbeitet. Einige Maschinen der Einstiegsklasse, HVAC-Maschinen und sogar einige Präzisions-Einheitsmaschinen verwenden einen Laptop oder PC als Controller.
Um Teile aus einer Platte zu schneiden, wird die Bewegung des Brenners durch die CNC gesteuert. Ein Feldprogramm, manchmal einfach eine Computerdatei mit „M-Codes“ und „G-Codes“, beschreibt die Konturen des Teils und wann der Brenner ein- und ausgeschaltet werden soll. Teilprogramme werden manchmal von einem als „Postprozessor“ bezeichneten Softwareteil erstellt, das eine Feldmathematik aus einer CAD-Datei übernimmt und sie in M-Codes und G-Codes übersetzt, die die CNC lesen kann.
Ein CNC-Plasmaschneider benötigt außerdem ein Antriebssystem, bestehend aus Antriebsverstärkern, Motoren, Encodern und Kabeln. Es gibt mindestens zwei Motoren, einen für die Koordinatenachse und einen für die Koordinatenachse. Für jeden Motor gibt es eine Antriebselektronik, die ein Signal mit geringer Leistung von der CNC empfängt und es in ein Signal mit höherer Leistung umwandelt, um den Motor zu bewegen. Jede Achse enthält einen Rückkopplungsmechanismus, normalerweise einen Encoder, der ein digitales Signal erzeugt, das angibt, in welche Richtung die Achse gelenkt wurde. Kabel übertragen die Energie von der Elektronik zum Motor und übertragen die Positionssignale vom Encoder zurück zur CNC.
Die CNC-Steuerung liest das Halbprogramm und gibt Signale an das Antriebssystem der Maschine aus, das den Brenner mit der programmierten Geschwindigkeit in die gewünschte Richtung bewegt. Die CNC-Steuerung erfasst die Encoder-Rückmeldung und korrigiert die Antriebssignale entsprechend, um die Brennerbewegung auf dem programmierten Pfad zu halten. Die gesamte Physik innerhalb der CNC-Steuerung und des Antriebssystems arbeitet und kommuniziert extrem schnell; typischerweise werden Mess- und Positionsdaten alle paar Millisekunden ausgetauscht. Dies ermöglicht eine flüssige und präzise Maschinenbewegung, die für Plasmaschneidteile mit glatten, geraden und gleichmäßigen Schnittkanten sowie exakten Halbmaßen sorgt.
Ein CNC-Plasmasystem kann eine Art „E/A-System“ haben, ein elektrisches System, das Ein- und Ausgänge verwaltet. So aktiviert die CNC das Plasma zum richtigen Zeitpunkt, indem sie beispielsweise einen Ausgang einschaltet, der ein Relais schließt. Die CNC verwendet Eingänge, um zu erkennen, wann der Plasmalichtbogen gestartet ist und bereit ist, sich zu bewegen. Dies sind die grundlegendsten erforderlichen Ein- und Ausgänge, es können jedoch natürlich noch weitere vorhanden sein.
Viele alternative Untersysteme und Optionen können hinzugefügt werden, wie etwa Lichtbogenspannungs-H8-Steuerungssysteme, Plasmafasensysteme, integrierte Plasmasteuerungssysteme usw. Die oben beschriebenen Grundlagen eines CNC-Plasmaschneiders sind jedoch für alle diese Maschinen gleich, von der einfachsten bis zur kompliziertesten.
In den letzten Jahren hat es noch mehr Entwicklungen gegeben. Traditionell waren die Schneidetische der Maschinen horizontal, aber jetzt sind vertikale CNC-Plasmaschneidmaschinen erhältlich, die einen geringeren Platzbedarf, mehr Flexibilität, optimale Sicherheit und schnellere Bedienung bieten.
