Filtracja w zastosowaniach CNC z mocowaniem próżniowym
Filtracja w zastosowaniach CNC z mocowaniem próżniowym
Wraz z upływem wieków ewoluował także sposób, w jaki wykorzystujemy i rozwijamy narzędzia. W przemyśle wytwórczym wykorzystuje się obecnie zaawansowane narzędzia i sprzęt, co pozwala na wykonywanie bardziej skomplikowanych prac, z których wiele wymaga autonomicznej precyzji. Jeden konkretny typ sprzętu, maszyna CNC (komputerowe sterowanie numeryczne), przeszła znaczną ewolucję od momentu jej powstania. Obecnie w wielu gałęziach przemysłu można spotkać maszyny CNC, w tym frezarki CNC, tokarki CNC, lasery CNC, routery CNC, drukarki 3D i wiele innych. W tym artykule omówiono metody mocowania próżniowego w zastosowaniach CNC oraz rozwiązania filtracyjne służące ochronie sprzętu próżniowego stosowanego w procesach mocowania próżniowego.
Postęp w procesach obróbki skrawaniem i trasowania
Obróbka materiałów takich jak metal, drewno, plastik i włókno węglowe umożliwia produkcję precyzyjnych części dla wielu gałęzi przemysłu. W latach 40. XX wieku nastąpił rozwój maszyn sterowanych numerycznie (NC). Ten sterowany serwomechanizmem sprzęt do obróbki jest zaprogramowany do wykonywania szeregu funkcji obróbczych w celu wytworzenia części. Na początku odbywało się to za pomocą kart perforowanych. Karty perforowane to sztywne karty papierowe, w których zastosowano szereg dziurek służących do informowania lub „programowania” ruchów maszyny. Wraz z rozwojem komputerów rozwijało się także programowanie, kodowanie i kontrola urządzeń obróbczych.
Karta perforowana CNC (lub „karta dziurkowana”). W karcie wykonuje się dziurki, które służą do definiowania instrukcji obliczeniowych lub programów.
Przenosząc się do czasów obecnych, maszyny CNC są powszechnie stosowane w zakładach produkcyjnych. Wraz z postępem technologicznym w zakresie kierowania pracą maszyn, rozwinęły się również inne metody, jak np. proces mocowania obrabianych części. Na początku części były mechanicznie mocowane do stołu w trakcie obróbki i przekształcane w gotowy produkt. Wyzwaniem przy tej metodzie jest potencjalne uszkodzenie materiału podczas fizycznego zaciskania go na miejscu. Nawet przy zastosowaniu podkładek lub materiałów ochronnych istnieje ryzyko zarysowania i uszkodzenia części, ponieważ do zapobiegania przesuwaniu się materiałów w trakcie obróbki konieczne jest wywieranie znacznego nacisku. Poślizg i ruch obrabianego materiału może skutkować dużą liczbą przeróbek lub brakiem produktów, a także być kosztowny dla producenta. Innym wyzwaniem, szczególnie w przypadku produkcji niestandardowych części, jest fakt, że urządzenia zaciskowe mogą utrudniać proces obróbki. Gdy narzędzie przesuwa się po stole, może natrafić na urządzenie mocujące. Może to spowodować kosztowne uszkodzenie narzędzia lub urządzenia mocującego.
Mocowanie próżniowe w zastosowaniach obróbki CNC i trasowania
W większości nowoczesnych operacji obróbki skrawaniem stosuje się jakąś formę mocowania próżniowego, która minimalizuje lub eliminuje potrzebę stosowania zacisków mechanicznych. Wyobraź sobie, że trzymasz odkurzacz przemysłowy w swoim garażu otwartą dłonią, a siła ssania trzyma dyszę ściśle przy dłoni. Ta sama zasada dotyczy mocowania próżniowego stosowanego w obróbce CNC.
Stół dociskowy składa się z płaskiego, perforowanego blatu z siatką małych otworów na całej powierzchni. Za pomocą pompy próżniowej podciśnienie jest przykładane do spodniej części stołu, co powoduje przepływ powietrza i ssanie w otworach. Przy zastosowaniu odpowiednio dobranej pompy próżniowej siła ssania jest na tyle duża, że pozwala na mocne przytrzymanie płaskich materiałów na stole. Ta ogromna siła trzymania pozwala na cięcie lub obróbkę skrawaniem części bez konieczności jej przemieszczania. Po odcięciu podciśnienia można usunąć obrabianą część. Jedną z wad tej metody mocowania jest zarządzanie przepływem powietrza przez otwory stołu dociskowego. Jeśli na blacie stołu znajduje się zbyt wiele otworów, system nie osiągnie poziomu podciśnienia niezbędnego do utrzymania materiałów na miejscu w trakcie obróbki. Efektywne zarządzanie stołem wymaga przeprowadzania regulacji przed i w trakcie produkcji, aby zapewnić odpowiednią ilość podciśnienia w całym cyklu obróbki.
Frezarka CNC z dużym stołem dociskowym z próżnią, wewnątrz zakładu obróbki drewna.
Inną powszechną metodą podtrzymywania próżniowego jest wykorzystanie ssawek próżniowych. W tej metodzie podkładka ma określony kształt, który odpowiada profilowi trzymanej części. Materiał uszczelniający jest stosowany na obwodzie podkładki ssącej, aby zapewnić, że obrabiana część jest mocno przytwierdzona do ssawki próżniowej.. Ta metoda jest znacznie bardziej ukierunkowana i skupia podciśnienie na konkretnej części lub serii części. Ssawka zazwyczaj wymaga znacznie mniejszego przepływu z mniejszej pompy próżniowej, ponieważ powierzchnia jest znacznie mniejsza, a obszar wymagający podciśnienia jest bardzo specyficzny.
Wyzwania związane z filtracją w zastosowaniach CNC z mocowaniem próżniowym
Wszystkie metody mocowania próżniowego stwarzają wyzwania dla najważniejszego komponentu w tym procesie obróbki: pompy próżniowej. Bez działającej pompy próżniowej nie ma mocowania i nie ma produkcji. W przypadku pompy próżniowej pracującej z obniżoną wydajnością operatorzy mogą doświadczyć wysokiego wskaźnika uszkodzeń obrabianych elementów i frustracji związanej z koniecznością zatrzymania procesu w połowie cyklu. Oba scenariusze nie są dobrą wiadomością dla operatorów.
W miarę cięcia lub obróbki materiałów tworzą się cząsteczki takie jak pył lub wióry, które przedostaną się do pompy próżniowej przez wszelkie otwory w perforowanym stole lub ssawie. Większość zakładów wykorzystujących systemy mocowania próżniowego zdaje sobie sprawę z wagi ochrony i konserwacji pompy próżniowej. Awaria pompy próżniowej może spowodować zatrzymanie całej linii produkcyjnej i konieczność przeprowadzenia kosztownych napraw.
Od prawej do lewej: Wytrzymały filtr wstępny usuwający duże cząstki stałe pochodzące z obróbki drewna CNC przed filtrem próżniowym z poliestru wyłapującym drobne cząstki stałe.
Jak chronić pompę próżniową i utrzymać ciągłość produkcji? Aby odpowiedzieć na to pytanie, istotne jest zrozumienie zmiennych procesu. Po pierwsze, jaki materiał będzie cięty lub obrabiany? Po drugie, jaki typ pompy próżniowej jest używany (technologia, wydajność przepływu, wymagany poziom próżni itp.)? Po trzecie, czy w procesie obróbki skrawaniem stosuje się jakieś inne dodatki, np. płyny obróbkowe? Gdy zostaną udzielone odpowiedzi na wszystkie poprzednie pytania, można dostarczyć niestandardowy system próżniowy z odpowiednim rozwiązaniem filtracyjnym.
Frezowanie CNC z mocowaniem próżniowym jest powszechnie stosowane w przemyśle drzewnym. Prawie każdy mebel ma panele lub ramy wycinane maszyną CNC z drewna lub płyty wiórowej. Obróbka CNC i mocowanie próżniowe są stosowane również do obróbki innych materiałów, takich jak stopy, pianka, włókno węglowe, żywica i wiele innych. Wspólnym mianownikiem wszystkich materiałów jest to, że odpady procesowe powstające w trakcie obróbki są wciągane do strumienia próżni. Konsystencja odpadów różni się w zależności od rodzaju obrabianego i/lub ciętego materiału. Na przykład drewno tworzy większe frakcje pyłu, podczas gdy włókno węglowe tworzy znacznie drobniejsze frakcje. Podczas cięcia stopów metali powszechnie stosuje się płyn obróbkowy, który wspomaga proces i który może zostać zassany do pompy próżniowej. Biorąc pod uwagę złożoność i różnorodność materiałów wykorzystywanych w urządzeniach do obróbki i frezowania CNC, system próżniowy i rozwiązanie filtracyjne spełniające konkretne wymagania procesowe pomogą zmaksymalizować czas sprawności procesu i wydajność operacyjną.
Zanieczyszczenie ciałami stałymi w próżniowym systemie dociskowym
Zanieczyszczenia w postaci pyłu i cząstek proszku są powszechne w przypadku frezowania drewna i frezowania żywicą. Wybierając odpowiednią filtrację dla pompy próżniowej, należy wziąć pod uwagę wielkość i objętość cząstek stałych przenoszonych z procesu CNC. W zależności od zmiennych procesu i właściwości cząstek, pojedynczy filtr pompy próżniowej może być wystarczającym rozwiązaniem w przypadku niewielkiego zapylenia. W przypadku większych ilości pyłu może być konieczny zaawansowany, wielostopniowy system filtracji ze specjalnymi mediami filtracyjnymi. Frezowanie drewna wiąże się z powstawaniem dużych ilości cząstek pyłu, które przedostają się do strumienia próżni. W takim przypadku zalecane jest zastosowanie dwuetapowego rozwiązania filtracji. Pierwszy filtr zatrzymuje większe zanieczyszczenia, dzięki temu wkład filtra dokładnego ma dłuższą żywotność. Na przykład filtr Solberg Spinmeister można wykorzystać do odwirowania większości materiału za pomocą siły odśrodkowej. Głównym filtrem będzie tradycyjny plisowany 5-mikronowy lub 1-mikronowy element filtrujący z poliestru którego zadaniem będzie wychwytywanie drobniejszego pyłu, który może przedostać się poza pierwszy etap filtracji.
Od prawej do lewej: filtr wstępny o dużej wytrzymałości wychwytujący duże cząstki stałe przed filtrem pompy próżniowej w urządzeniu CNC do obróbki drewna.
Materiały wytwarzające drobniejsze pyły, takie jak włókno węglowe, wymagają specjalistycznych rozwiązań filtracyjnych. W wyniku obróbki mechanicznej włókno węglowe wytwarza drobny pył o konsystencji podobnej do talku. W zastosowaniach, w których występuje duże zapylenie, ten drobny pył może szybko zatkać standardowe poliestrowe media filtracyjne. W tym zastosowaniu technologia przedmuchu wstecznego stanowi idealne rozwiązanie pozwalające na walkę z dużym obciążeniem drobnymi cząstkami stałymi. System przedmuchu wstecznego wykorzystuje specjalistyczny element filtrujący wykonany z materiału o niskim współczynniku tarcia i doskonałych właściwościach uwalniania. Element filtrujący zaprojektowano tak, aby wytrzymywał okresowe impulsy sprężonego powietrza, które wysyłają wychwycony pył do pojemnika zbiorczego. Technologia przedmuchu wstecznego pozwala na ciągły przepływ powietrza w procesie próżniowym i wydłuża okresy między przeglądami. Konfigurację przedmuchu wstecznego można zoptymalizować tak, aby impulsy były generowane w razie potrzeby, zapewniając ciągłość i czystość procesu.
Zanieczyszczenie płynem w próżniowym urządzeniu mocującym
Podczas obróbki stopów metali często stosuje się płyn obróbkowy w celu chłodzenia narzędzi. W tego typu zastosowaniach z wykorzystaniem podciśnienia można zatrzymywać zanieczyszczenia zarówno w postaci cieczy, jak i cząstek. Wielostopniowy system separacji jest najlepszym rozwiązaniem do radzenia sobie z dużymi obciążeniami cieczą i zapewniania bezpieczeństwa sprzętu próżniowego. Większość wielostopniowych systemów filtracji wykorzystuje przegrody, zmiany prędkości i filtr cząstek stałych ostatniego stopnia w celu zminimalizowania migracji zanieczyszczeń w kierunku pompy próżniowej. Gdy natężenie przepływu cieczy jest duże lub wymagane jest ciągłe odprowadzanie, można zainstalować automatyczne systemy odprowadzania cieczy, aby usunąć ciecz ze zbiornika odcinającego bez zakłócania procesu próżniowego. Automatyzacja eliminuje konieczność monitorowania przez operatora poziomu cieczy i ręcznego opróżniania zbiornika. Automatyczne systemy opróżniania pomagają zminimalizować ryzyko wystąpienia błędu ludzkiego i są niezbędne do ochrony pomp próżniowych w zastosowaniach wymagających podciśnienia, w których obecne są ciecze.
Filtr próżniowy liniowy wychwytujący drobne cząstki metalu (środek z lewej) i separator cieczy wychwytujący płyn chłodzący (góra z prawej) przed wprowadzeniem go do pompy próżniowej maszyny CNC.
Wniosek: Chroń swoją pompę próżniową
Pompy próżniowe odgrywają istotną rolę w procesach produkcji CNC. Mocowanie próżniowe jest bardzo skuteczną metodą zabezpieczania części, pod warunkiem zastosowania odpowiedniego podciśnienia. Ze względu na dużą ilość cząstek stałych i cieczy uwalnianych w trakcie procesu, ochrona pompy próżniowej przed wchłanianiem szkodliwych zanieczyszczeń jest niezbędna do utrzymania sprawności urządzeń produkcyjnych CNC. Wszystkie technologie pomp próżniowych są podatne na pogorszenie wydajności i awarie w przypadku przedostania się dużej ilości zanieczyszczeń. Koszt regeneracji lub wymiany pompy próżniowej jest znacznie wyższy niż koszt wdrożenia i utrzymania rozwiązania filtracyjnego.
Jak wskazano powyżej, dostępnych jest wiele standardowych i niestandardowych opcji filtracji pozwalających zoptymalizować każdy proces mocowania próżniowego, bez względu na to, jak bardzo jest on wymagający. Wybór właściwej ochrony filtracji i separacji dla systemu mocowania próżniowego może zaoszczędzić operatorom maszyn CNC znaczną ilość czasu, pieniędzy i nerwów.