CNC-Maschine oder Spielzeug? Worauf Sie bei der Auswahl einer CNC-Maschine achten sollten.

CNC-Maschine oder Spielzeug?
Woran erkennt man den Unterschied zwischen einer echten CNC-Maschine und einem Spielzeug? Diese Frage stellen sich viele unerfahrene Kunden, die sich der Unterschiede zwischen den auf dem Markt angebotenen Produkten nicht bewusst sind. Plot Electronics, mit mehr als 20 Jahren Erfahrung im Bau von CNC-Maschinen, kann Ihnen bei diesem Dilemma helfen. Im Laufe der Jahre haben wir gelernt, dass man nicht an hochwertigen Komponenten sparen darf, wenn man die Zuverlässigkeit und Präzision seiner Geräte gewährleisten will.

Verwendete Komponenten: Schlüssel zur Nachhaltigkeit
Anfangs mag es für jeden Hersteller schwierig sein, die richtigen Teile auszuwählen, aber unsere Erfahrung hat uns gelehrt, dass Einsparungen bei der Qualität in der Zukunft teurer werden. Die CNC-Maschinen, die wir bauen, sind für die Produktion und nicht zum Spielen gedacht. Auf dem Markt gibt es viele Maschinen, die professionell aussehen, aber in Wirklichkeit nur "Spielzeug" sind - billig, nicht sehr robust und störanfällig.

Fallen durch billigere Substitute
In der Regel sind importierte Maschinen, die professionelle Geräte imitieren, preislich niedrig angesiedelt - 10% bis 20% im Wert von Maschinen etablierter Hersteller. Stattdessen treiben viele Verkäufer ihren Preis auf 500% hoch und präsentieren sie als Premiumprodukte. Vergleichen Sie daher vor dem Kauf das Produkt sorgfältig auf verschiedenen Plattformen (z. B. Aliexpress) und achten Sie dabei auf wichtige mechanische Komponenten, wie z. B. die Laufschienen.

Diese Low-Budget-Maschinen basieren in der Regel auf veralteten Technologien, wie z. B. Schrittmotorantrieben, die seit zwei Jahrzehnten aus der Industrie verschwunden sind. Wenn solche Geräte in die Produktion gehen, werden Sie schnell einen Rückgang der Genauigkeit und folglich der Rentabilität feststellen.

Umsetzungen versus echte Chancen
Einige Unternehmen versuchen, billigere Maschinen aufzurüsten, indem sie sie an anspruchsvollere Aufgaben anpassen. Auch wenn dies auf den ersten Blick eine gute Option zu sein scheint, haben diese Maschinen eine begrenzte Lebensdauer und sind nicht für eine Überholung geeignet. Sie können der hohen Produktionsbelastung einfach nicht standhalten.

Woran erkennt man den Unterschied zwischen einer CNC-Maschine und einem Spielzeug?
Ein Test, der durchgeführt werden kann, ist die Simulation eines Aufpralls. Bei professionellen CNC-Maschinen sollte ein Aufprall selbst bei voller Geschwindigkeit die Mechanik nicht dauerhaft beschädigen. Bei preisgünstigen Pendants könnte eine solche Situation zu dauerhaften Schäden führen.

Markenvertrauen: Ist es immer gerechtfertigt?
Viele Unternehmen wählen ihre Maschinen auf der Grundlage des guten Rufs des Herstellers aus, ohne auf die aktuellen Service- oder Garantiebedingungen zu achten. In der Zwischenzeit können sich Veränderungen auf dem Markt auf die Qualität des Service oder des Kundendienstes auswirken. Daher lohnt es sich, die Garantiebedingungen sorgfältig zu prüfen und sicherzustellen, dass der Service bei Problemen nicht wochenlang auf sich warten lässt.

Zusammenfassung
Bei der Auswahl einer CNC-Maschine ist es nützlich, die Unterschiede zwischen den verwendeten Komponenten zu kennen, die sich auf die Haltbarkeit und die Leistungsfähigkeit der Maschine auswirken. Qualitativ hochwertige Komponenten sind zwar anfangs teurer, können aber langfristig zu erheblichen Einsparungen führen und das Risiko von Ausfallzeiten und kostspieligen Reparaturen minimieren.   

Wie wählen Sie die richtige CNC-Maschine für Ihr Unternehmen aus?

Bestimmen Sie aus welchen Teilen er besteht

1. Servoantriebe

Digitale Servoantriebe - es gibt viele Klassen davon und sogenannte Pseudolösungen wie Schrittmotor mit Encoder (ezi-servo) - das ist der Hauptunterschied. Bei professionellen Maschinen handelt es sich in der Regel um AC-Servoantriebe, die in der Lage sind, ein Vielfaches (3-10) an Überlast im Betrieb und im Leerlauf aufzunehmen. AC-Servoantriebe sind sehr teuer und machen etwa 40 % des Wertes der Maschine aus. Die Effizienz ist ein Vielfaches der Maschinenarbeit, die mit Schrittmotorantrieben oder ezi-servo erledigt wird - die 3D-Arbeit selbst geht 10-20 mal schneller und die Ergebnisse sind in Bezug auf die Qualität mit bloßem Auge erkennbar. In der superprofessionellen Serie haben die Servoantriebe in den hergestellten Maschinen eine Überlastkapazität von 800%, die bei billigeren Maschinen bei 300% liegt, was 2,6-mal höher ist und im Vergleich zu billigeren Lösungen eine höhere Beschleunigung und Geschwindigkeit bei der Ausführung von Details ergibt, und 8-20-mal höher als bei Maschinen mit Schrittmotoren mit konstantem Drehmoment, die als Spielzeugmaschinen eingestuft werden. Wichtig sind auch die Geschwindigkeit der Reaktion auf Verformungen oder die Filter und Algorithmen, die zur Steuerung des Antriebs verwendet werden, wie z. B. Oberwellenfilter oder Pendelfilter. Die Nutzung fortschrittlicher Funktionen in Bezug auf die Geschwindigkeit ist von wesentlicher Bedeutung. Moderne Servoantriebe verfügen über ein Gleichgewicht zwischen Algorithmus und direkter Reaktion des Antriebs auf Verformungen. Die Abschaffung der Algorithmen und die Vereinfachung der Blockantworten erhöht zwar die Geschwindigkeit, erhöht aber nicht die Präzision und ermöglicht auch keinen korrekten Betrieb bei Änderungen in der Art des Betriebs. Maschinenkonstruktionen weisen innere Spannungen auf, die zu schwingenden Verformungen führen können. Diese werden durch die in den Algorithmen enthaltenen Möglichkeiten gedämpft, die den Gesetzen der Physik trotzen und in der Lage sind, die beschleunigte Masse ohne Überschwingen und sichtbare Vibrationen am Werkstück anzuhalten. Es stimmt also nicht, dass die schnellste Anzeige und Reaktion des Steuerungssystems auf die Verformung die beste Wahl ist. Sie berücksichtigt nicht die Qualitätsparameter dieser Veränderung. Es gibt eine schnelle Reaktion, aber ist sie auch richtig?

Auch Linearantriebe, die stark als Direktantriebe beworben werden, kommen zum Einsatz. Die Antriebe unterscheiden sich in der Leistung, indem sie etwa zwei- bis dreimal schneller sind als Industriemaschinen, haben aber auch ihre Nachteile. Ein wichtiger Parameter ist die Energiedichte, die eine direkte Folge der verwendeten Komponenten ist, einschließlich der Seltenerdmagnete. Diese Technologie ist bereits seit vielen Jahren bekannt, wird aber erst jetzt in CNC-Fräsmaschinen eingesetzt. Zuvor wurde sie in Maschinen wie Lasern oder Plasmaschneidern eingesetzt. Die bei ihrer Herstellung verwendeten Komponenten wirken sich auf die Leistung eines bestimmten Motors sowie auf seine Größe und sein Gewicht aus, was bei schnellen Vorschüben wichtig ist. Bei Fräsarbeiten ist das Leistungsniveau nur bei Maschinen mit kleinen Arbeitsbereichen zufriedenstellend, da die Wicklungsquerschnitte groß sind und große Ströme fließen, die die Leistung über kleine Strecken übertragen.

Bei großen Fräsmaschinen reicht die Leistung von Linearantrieben noch nicht aus, um die Fräsposition zu halten.   

• Maschinenrahmen

Um Servoantriebe in der Maschine einsetzen zu können, sind hochgenaue Rahmen notwendig, die mit einer Genauigkeit von +/-0,01 mm bearbeitet werden, so auch die Linearführungsteile der Schlitten der Klasse H und P. Bei nicht-professionellen Maschinen ist der Grad der Verarbeitung bzw. der Verformung im Betrieb wesentlich größer und erreicht bis zu 1,2 mm. Für die Möbelindustrie sind diese Werte akzeptabel, stellen aber ein Problem für die Lebensdauer einer solchen Konstruktion dar. Die gegebenen Änderungen verlieren ihre verformungsbeständigen Eigenschaften und werden verbogen, wobei sich ihre Geometrie mit der Zeit ändert, oder sie halten nicht auf dem Werkstück und verschlechtern ihre Eigenschaften mit der Zeit der CNC-Maschine. Die bearbeiteten Rahmen können eine schlechtere Toleranz aufweisen, und wenn der Rahmen größere Abweichungen aufweist, wird eine lineare Führung in einer schlechteren Klasse verwendet, die für Schiebetüren usw. bestimmt ist. Die Schlittenklasse beträgt 0,3 mm, aber in der Regel gibt es 4, und die Fehler summieren sich - so können die Maschinen laufen, weil die Abstände groß genug sind, um die mechanischen Fehler zu überbrücken. Die Fehler machen sich erst bemerkbar, wenn die Schnittlast größer ist als das Gewicht des Führungskörpers - dann weiß man, was die Maschine wert ist. Plot Electronics hat den Bearbeitungsprozess verfeinert und stellt standardmäßig Geräte mit einer sehr hohen Genauigkeitsklasse von 0,01 mm auf 4 Metern her. Höhere Genauigkeiten sind möglich, aber die Zeit ist aus wirtschaftlichen Gründen von entscheidender Bedeutung. Die Klasse der verwendeten Bauteile wird ebenfalls nach der Bearbeitungsgenauigkeit ausgewählt. Die Konstruktion der Maschine hat einen großen Einfluss auf die Qualität der Werkstücke, die Möglichkeit des Einsatzes großer Werkzeuge und die Lebensdauer der Werkzeuge und der Maschine insgesamt. Schweißkonstruktionen sind inneren Kräften ausgesetzt, die die Stabilität und Leistung der CNC-Maschine beeinflussen. Dieses Verfahren ist durch Betriebsgeheimnis und Patent geschützt, aber in vielen Fällen wird ein Temperatur-, chemisches oder Vibrationsglühen eingesetzt. Wenn Sie keinen geglühten Abdruck haben, war Ihr Entwurf nicht in einem Ofen, was sich leicht durch einen Blick ins Innere des Profils überprüfen lässt. Vibrationsverfahren haben keine sichtbaren Anzeichen, aber man kann die Struktur leicht hören, chemische Verfahren haben ähnliche Auswirkungen wie das Glühen, und es gibt auch eine Alterungsmethode, bei der die Struktur dem täglichen Leben ausgesetzt ist und ruht.   

• Spindeln

Auf dem Markt für CNC-Maschinen gibt es viele Anbieter von Spindeln, und es ist schwierig, direkt zu beurteilen, welche davon eine Klasse für sich sind und welche nur zum Spaß angeboten werden. Je nach Bedarf werden die Spindeln nach den mit der Spindel gelieferten Betriebseigenschaften ausgewählt, die einen stabilen Betrieb nach ordnungsgemäßer Parametrierung durch eine als Umrichter bezeichnete Steuerung gewährleisten. Plot Electronics verwendet Spindeln von HSD, Hiteco und anderen Unternehmen, deren Produkte sich durch außergewöhnliche Qualität und Langlebigkeit auszeichnen. Auf dem Markt für CNC-Maschinen findet man Äquivalente von HSP- und wassergekühlten Spindeln, die in der Amateurklasse verwendet werden und gemeinhin als "Wet Chinese Spindles" bezeichnet werden - so werden Spindeln aus China bezeichnet, deren Leistung in Vergleichstabellen nichts mit der Realität zu tun hat - es handelt sich um die verbrauchte Leistung und nicht um die effektive Leistung an der Welle. Der Leistungsvergleich macht daher wenig Sinn, weil es keine Garantie für die Stabilität gibt.

 Der Vorteil der verwendeten professionellen Spindeln liegt in ihrer nichtlinearen Arbeitscharakteristik, die eine Leistungsspitze beim Mittelwert der maximalen Drehzahl aufweist, was die Möglichkeit bietet, in einem größeren Bereich von Nenndrehzahlen zu arbeiten. Plot Electronics macht sich diesen Vorteil zunutze, indem es die Arbeit bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht und somit dem Benutzer die Möglichkeit gibt, mit den für den Prozess des Schneidens von Stahlwerkstoffen vorgesehenen Parametern bei 800-3000 U/min mit einer Spindel mit einer Höchstdrehzahl von 24000 U/min zu arbeiten, was dem Benutzer die Möglichkeit gibt, mit vielen verschiedenen Arten von Werkstoffen mit einem Vorteil gegenüber anderen Lösungen zu arbeiten.

Von Bedeutung ist auch die Spindelsteuerung selbst, die durch die Automatisierung und ein Gerät, den so genannten Umrichter, realisiert wird, der im Umrichterbetrieb Energie in den Motor pumpt, die der verbrauchten Energie entspricht. Durch diese Einsparung wird der Motor bei optimalen Nennbedingungen für die Last gehalten. Eine solche Spindel wird also maximal ausgenutzt und ungenutzte Energie tritt nicht auf und wird nicht in Wärme umgewandelt. Das spart Energie und bietet enorme Möglichkeiten zur präzisen Steuerung des Drehmoments, der Spindeldrehzahl, aber auch zur Steuerung der Schnittbewegung. Die Spindelfrequenzen reichen von 200 bis 1.000 Khz, was die Verwendung von Algorithmen für den Vektorbetrieb bis 300 Hz unmöglich macht, deren Wirkungsgrad 1,4-mal höher ist als der der skalaren Steuerung; für höhere Frequenzen werden proprietäre Algorithmen verwendet, deren Programmierung nur vom Service des Herstellers vorgenommen werden kann.

• Antrieb

Der Antrieb erfolgt über Planetengetriebe und schrägverzahnte Lamellen, auch in der Z-Achse, was im Wettbewerb einzigartig ist. Diese Lösung schützt vor Kollisionen, möglichen Programmfehlern, Unachtsamkeit usw. Bei den Maschinen von Plot Electronics kann bei solchen Vorfällen nichts Schlimmes passieren - die Maschine schaltet sich ab. Die Maschine ist gegen Bedienerfehler geschützt. Nach dem Ausschalten, Wiedereinschalten und der Durchführung einer Referenzfahrt kehrt die Maschine vollständig in ihre ursprünglichen Einstellungen zurück. Die Maschinen sind dank jahrelanger Erfahrung für solche Eventualitäten ausgelegt. Der Einsatz von Stirnradantrieben in der Z-Achsen-Mechanik erfordert den Einsatz von Planetengetriebeelementen und teuren Motoren mit integrierten Bremsen. Die von Plot Electronics verwendete Lösung ist zwar teurer, aber zuverlässig und langlebig.

 Konkurrierende Maschinen verwenden Kugelumlaufspindeln, deren Kollisionen Schäden am Antrieb, in der Regel an Kupplungen und mechanischen Bauteilen, verursachen, und zum Gewichtsausgleich werden Verstärkerzylinder für die Z-Achse verwendet, was in Bezug auf Sicherheit und Systemkomplexität eine veraltete und unzuverlässige Lösung darstellt.

Das Y-Antriebssystem arbeitet unabhängig und ermöglicht das Funktionieren des Winkelkorrektursystems - die Belastungen während des Betriebs bei extremen Abmessungen sind für beide Antriebe unterschiedlich - die entsprechenden Algorithmen sorgen für die Synchronisierung und das Winkelsystem positioniert die Maschine während der Referenz immer genau.

Wichtig sind die Parameter und Genauigkeitsklassen, in denen die Bauteile gefertigt und eingebaut werden, was auf den ersten Blick nicht ersichtlich ist.

Bei Zahnleisten beginnen die verwendeten Güten bei T6. Für viele Hersteller ist dies nicht wichtig und sie verwenden billigere Ersatzstoffe, deren Auswirkungen auf die Qualität des Werkstücks, aber auch in Bezug auf die Haltbarkeit spürbar sind. Wenn die Qualität schlecht ist, gibt es sichtbare Verschleißerscheinungen in Form von Abnutzungserscheinungen an den Kanten der schraubenförmigen Bänder, was zu einer Verformung der Skala führt und die Maschine hält die Parameter nicht ein.

• Leitfäden

Die Mechanik des CNC-Maschinenbaus ist proprietär und hat einen Vorteil gegenüber konkurrierenden Lösungen. Die X-drive-Schlitten sind oben und unten am Balken montiert, was die Übertragung größerer Kräfte aufgrund des größeren Abstands als bei konkurrierenden Lösungen ermöglicht, dies führt zu kleineren Querschnitten der Laufbalken in den Maschinen als bei konkurrierenden Lösungen, aber der axiale Abstand ist größer, was die Übertragung größerer Schnittkräfte ermöglicht, außerdem benötigen die Schlitten keine Klappschutzvorrichtungen, da es keine Bedenken wegen Staub auf dem Schlitten gibt, da die Späne und der Staub von oben und unten leicht durch die Kugelwagenabstreifer gereinigt werden. Bei konkurrierenden Lösungen werden die Führungen seitlich am Balken angeschraubt, was zu kleineren Abständen und größeren Querschnitten der Laufbalken führt. Außerdem sind klappbare Abdeckungen erforderlich, die es dem Bediener erschweren, die Führungen für die erforderlichen Kontrollen und Reinigungen zu erreichen. Die Montage von Y-Antriebsführungen an der Maschinenstruktur ist ebenfalls ein Fehler, wird aber von vielen Maschinenherstellern verwendet, um die Auswirkungen von Bearbeitungsfehlern in der Struktur auf Maschinenfehler zu vermeiden. Die Bearbeitung der Ebenen an den Seiten der Profile ist offensichtlich und dient dazu, die Bearbeitung aufzurauen, damit nur die Schienen aufgesetzt werden können. Die Ausdehnung des Stahls in solchen Konstruktionen führt dazu, dass er gegen die Seitenwände der Profile, aus denen die Maschine besteht, drückt. Dies verursacht Veränderungen in der Konkavität oder Konvexität des Profils, an dem die Führungsschienen befestigt sind, die wiederum gegen die Drehgestelle drücken, wodurch sich der Abstand zwischen den Trägern des Trägers vergrößert. In solchen Fällen tragen die 4-reihigen Laufwagen die gesamte Last des Trägers auf nur 2 Reihen, was die Lebensdauer des Laufwagens einschränkt und zu einer relativ schnellen Abnutzung der Laufwagen führt. Ein weiteres Problem bei dieser Konstruktion ist die Ablagerung von Aushubmaterial und Staub auf der Lagerschwelle, was den Einsatz von Abdeckungen erforderlich macht. Ein wichtiger Aspekt ist die Tatsache, dass die Führungsschienen an den Sockeln haften, da die Führungsschienen sonst dem Druck des Gewichts nicht standhalten und auf den Bolzen fallen, bis sie an der Seitenkante des Bolzens blockiert sind. Die Konstruktion der Kinematik ist nicht verkehrt, aber die regelmäßige Wartung und fast tägliche Schmierung muss beachtet werden.

Bei Konstruktionen mit untenliegenden Schienen gibt es keine mechanischen Fehler, die Schienen werden nicht belastet und sind natürlich vor dem Eindringen von Staub oder Spänen geschützt. Die Sauberkeit ist bei solchen Konstruktionen leichter zu erhalten und die Lebensdauer der Drehgestelle beträgt bei regelmäßiger Schmierung mehr als 10 Jahre.    

• Strukturelles Querlenkersystem

Lagerspiele in CNC-Maschinen treten nach etwa 2 Jahren Betrieb auf und müssen durch Anziehen der Spezialschrauben, die die Zahnräder gegen die Zahnschienen drücken, korrigiert werden.

Die von Plot Electronics angebotenen Maschinen verwenden eine firmeneigene Lösung, die automatisch Druck auf den Antrieb ausübt, um ein Spiel zu verhindern. Dies sorgt für ideale Betriebseigenschaften über Jahre hinweg und schützt gleichzeitig die gesamte Präzisionsmechanik der Maschine vor Bedienungsfehlern oder Kollisionen.

Zusätzlich zur Einstellfunktion absorbiert die proprietäre Lösung einen Großteil der Vibrationen und Schwingungen der Mechanik während des Schneidprozesses, was die Lebensdauer der gesamten Mechanik um ein Vielfaches verlängert und die Möglichkeit bietet, mit ungewuchteten oder speziellen Werkzeugen zu arbeiten. 

• Vakuum-Spannsystem

Die Vakuumklemmung wird immer mehr zum Standard und ist eine beliebte Klemmlösung für Leiterplatten und Bauteile mit einer großen Oberfläche. Es gibt Probleme beim Aufspannen kleinerer Bauteile, die Plot Electronics mit einer eigenen Lösung und der Entwicklung von Aufspannmethoden in Form von Vakuum-Antiformen angegangen ist. Die verwendeten Vakuumpumpen wurden für Plot Electronics entwickelt und zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad und einen geringeren Energieverbrauch aus, der auf dem Einsatz einer Drehzahlregelung der Pumpe durch Inverter und einer Programmierung in Sinus-Vektor-Algorithmen beruht. Diese Lösung steuert den Betrieb des Motors über ein vektorielles und nicht über ein skalares Maß, was zu einem Wirkungsgrad führt, der 1,4-mal höher ist als der Nennwert, was auf den vektoriellen Betrieb des Motors zurückzuführen ist. Außerdem arbeitet das verwendete Pumpenmodell im 60-Hz-Betrieb, was die Pumpenleistung um etwa 20% Die Verwendung einer Motorsteuerung für Vakuumpumpen an CNC-Anlagen ist bei konkurrierenden Unternehmen nicht üblich.

• Technologie HM+

Bei Plot Electronics werden die Träger des Maschinenportals und des Fahrgestells in Querrichtung durch ineinandergreifende Stäbe (Rippen) verstärkt. Dies ist ein sehr arbeitsintensiver Vorgang, aber nach unseren Untersuchungen (und externen Studien) erhöht sich die Steifigkeit des gesamten Systems um das 7-8-fache im Vergleich zu Maschinen aus normalen Profilen. Bei neuen Maschinen wird das System zusätzlich mit einer HM+-Mischung (firmeneigene Lösung) geflutet, was die Steifigkeit um etwa das 12,5-fache erhöht. Einige CNC-Maschinen verwenden auch eine in Kammern unterteilte Bewehrung und eine Flutung mit Polymerbeton, aber in diesem Fall kommt es nach etwa 10 Jahren zu Korrosion und Gewichtsverlust, was zu einer Lockerung des Füllmaterials und zur Bildung eines Hohlraums um dieses herum führt.

Basierend auf 20 Jahren Erfahrung und vielen verschiedenen Fällen in Tausenden von CNC-Maschinen Produktion, würde ich sicherlich empfehlen, professionelle Werkzeugmaschinen von Sentinel N-Serie zu kaufen. Alle Besitzer dieser CNC-Maschinen haben erfolgreich. Fühlen Sie sich frei, uns zu kontaktieren.