CNC-plasmasnijders: Toepassingen en voordelen in de moderne fabricage

Wat is een CNC-plasmasnijder?

CNC-plasmasnijden is een proces dat elektrisch geleidende materialen doorsnijdt door middel van een versnelde straal heet plasma. Typische materialen die met een plasmalamp worden gesneden, zijn staal, aluminium, messing en koper, hoewel ook andere geleidende metalen kunnen worden gesneden. CNC-plasmasnijders worden vaak gebruikt in fabricagewerkplaatsen, autogarages voor reparatie en restauratie, industriële constructie, en inkwam- en slaapoperaties. Door de hoge snelheid en precisie gecombineerd met lage kosten, vinden CNC-plasmasnijders wijdverspreid toepassing: van grootschalige industriële CNC-toepassingen tot kleine hobbywerkplaatsen.

Hoe werkt het CNC-plasmasnijproces?

Het basisproces omvat het creëren van een elektrisch kanaal van oververhit, elektrisch geïoniseerd gas (plasma) vanuit de CNC-plasmasnijder zelf, door het te snijden werkstuk heen, waardoor een volledig elektrisch circuit ontstaat terug naar de snijder via een aardklem. Dit wordt bereikt door gecomprimeerd gas (zuurstof, lucht, inerte gassen, afhankelijk van het te snijden materiaal) dat met hoge snelheid door een gefocuste bus wordt geblazen naar het werkstuk. Er ontstaat een elektrische boog in het gas, tussen een elektrode in of nabij de gasbus en het werkstuk zelf. De elektrische boog ioniseert een deel van het gas, waardoor een elektrisch geleidend kanaal van plasma ontstaat. Omdat electriciteit van de snijderdoor deze plasma naar beneden reist, levert het voldoende warmte om het werkstuk te laten smelten. Tegelijkertijd blazen de hoge snelheid van het plasma en het gecomprimeerd gas het hete gesmolten metaal weg, waardoor het werkstuk wordt doorsneden.

Omdat CNC-plasmasnijders een erg heet en zeer gelokaliseerde "kegel" produceren om mee te snijden, zijn ze bijzonder nuttig voor het snijden van plaatmateriaal in gebogen of hoekvormige vormen.

Typen plasmasnijders: Analog versus Inverter

Analoge CNC-plasmasnijders, die doorgaans meer dan 2 kilowatt vereisen, gebruiken een zware netfrequentietransformator. Inverter-plasmasnijders rectificeren de netvoeding naar DC, die wordt voorgelegd aan een hoge-frequentie transistor-inverter tussen 10 kHz en ongeveer 200 kHz. Hogere schakelfrequenties maken een kleinere transformator mogelijk, wat resulteert in een reductie van de totale grootte en het gewicht.

De gebruikte transistors waren aanvankelijk MOSFETs, maar tegenwoordig worden zunehmend IGBTs gebruikt. Bij parallelle MOSFETs kan een te vroege activatie van één transistor leiden tot een kettingreactie van storingen in een kwart van de inverter. IGBTs, een latere uitvinding, zijn minder vatbaar voor deze storing. IGBTs vindt men doorgaans in hoge-stroom machines waar niet voldoende MOSFET-transistors parallel geschakeld kunnen worden.

De schakelmodustopologie wordt aangeduid als een dubbele transistor off-line forward converter. Hoewel lichter en krachtiger, kunnen sommige inverter-plasmasnijders, met name die zonder vermogensfactorcorrectie, niet op een generator draaien (de fabrikant verbiedt dit; het geldt alleen voor kleine, lichte draagbare generators). Nieuwere modellen hebben echter interne schakelingen die es toestaan om units zonder vermogensfactorcorrectie op lichte stroomgeneratoren te laten draaien.

CNC-snijtafels en geavanceerde mogelijkheden

Sommige CNC-plasmasnijderfabrikanten bouwen CNC-snijtafels, en sommige hebben de snijder in de tafel geïntegreerd. CNC-tafels laten een computer de brandersturing controleren, wat resulteert in schone, scherpe sneden. Moderne CNC-plasma-apparatuur is in staat tot multi-as snijden van dik materiaal, wat mogelijkheden biedt voor complexe letsels die anders niet mogelijk zouden zijn. Voor dunner materiaal wordt CNC-plasmasnijden progressief vervangen door lasersnijden, voornamelijk vanwege de superieure gat-snijcapaciteiten van de lasersnijder.

Gespecialiseerde toepassing: HVAC-industrie

Een gespecialiseerd gebruik van CNC-plasmasnijders is te vinden in de HVAC-industrie. Software verwerkt informatie over luchtkanalen en creëert platte patronen die op de snijtafel door de plasmalamp worden uitgesneden. Deze technologie heeft de productiviteit in de sector enorm verhoogd sinds haar introductie in de vroege jaren 1980.

Wat wordt een CNC-plasmasnijder gebruikt?

Een plasmasnijder is een veelgebruikt gereedschap voor het snijden van metalen voor diverse doeleinden. Een handgehouden plasmasnijder is een uitstekend hulpmiddel voor het snel doorsnijden van platen, metalen platen, banden, bouten, buizen, enz. Handgehouden plasmalampen zijn ook uitstekende uitgravingsgereedschappen, voor achteruitgraving van letsels of het verwijderen van defecte letsels. Een handgehouden plasmasnijder wordt meestal gebruikt voor het snijden van kleine vormen uit plaatmateriaal, maar het is niet mogelijk om voldoende deelaaccuratesse of randeigenschappen te bereiken voor de meeste metaalbewerking. Daarom is een CNC-plasmasnijder essentieel.

Een CNC-plasmasnijder is een machine die een plasmalamp draagt en deze lamp kan bewogen langs een door een computer bepaald pad. De term "CNC" staat voor "Computer Numerical Control", wat betekent dat een computer de beweging van de machine stuurt op basis van numerieke codes in een programma.

CNC-plasmasnijders worden ook in veel werkplaatsen gebruikt om decoratieve metalenwerk te maken. Denk aan commerciële en residentiële borden, muurkunst, adresborden en buitenkunst voor de tuin.

CNC-plasmasnijder versus handgehouden plasmasnijder

CNC-plasmasnijders gebruiken doorgaans een ander type plasmasysteem dan handgehouden snijtoepassingen, namelijk een systeem specifiek ontworpen voor "gematriseerd" snijden in plaats van handgehouden snijden. CNC-plasmasnijders gebruiken een rechte stavenvormige brander die door een machine gedragen kan worden, en hebben een interface die automatisch door de CNC kan worden gecontroleerd. Er zijn enkele entry-level machines die een brander voor handgehouden snijden kunnen dragen, zoals de PlasmaCAM-machines. Maar elke machine die ontworpen is voor serieuze productie of fabricage zal een gematriseerde brander en plasmasysteem gebruiken.

Onderdelen van een CNC-plasmasnijder

De CNC kan een echte controller zijn die ontworpen is voor werktuigmachines, met een eigen interfacepaneel en een speciaal ontworpen bedieningsconsole, zoals een Fanuc, Allen-Bradley of Siemens-controller. Het kan ook zo simpel zijn als een Windows-gebaseerde laptop die een speciaal softwareprogramma draait en communiceert met de machine-aandrijvingen via de LAN-poort. Veel entry-level machines, HVAC-machines, en zelfs sommige precisie-gematriseerde machines gebruiken een laptop of pc als controller.

Om onderdelen uit plaatmateriaal te snijden, wordt de beweging van de brander door de CNC bestuurd. Een deelprogramma, meestal een computerafbeelding met "M-codes" en "G-codes", beschrijft de contouren van het deel en wanneer de brander aan en uit moet gaan. Deelprogramma's worden meestal gegenereerd door een stuk software genaamd een "post-processor", die de deedgeometrie uit een CAD-bestand kan vertalen naar M-codes en G-codes die de CNC kan lezen.

Een CNC-plasmasnijder heeft ook een aandrijfsysteem nodig, bestaande uit aandrijfversterkers, motoren, encoders en kabels. Er zijn minimaal twee motoren: één voor de X-as en één voor de Y-as. Er is een aandrijfelektronica voor elke motor, die een laagvermogenssignaal van de CNC omzet in een hogervermogenssignaal om de motor te bewegen. Elke as heeft een terugkoppelmechanisme, meestal een encoder, die een digitaal signaal genereert dat aangeeft hoe ver de as is bewogen. Kabels voeren de stroom van de elektronica naar de motor en brengen de positie signalen van de encoder terug naar de CNC.

De CNC leest het deelprogramma en geeft signalen af aan het aandrijfsysteem van de machine dat de brander in de gewenste richtheid en met de geprogrammeerde snelheid beweegt. De CNC leest de encoder-terugkoppeling en maakt correcties aan de aandrijfsignalen om de branderbeweging op het geprogrammeerde pad te houden. Alle elektronica in de CNC en het aandrijfsysteem werken en communiceren zeer snel, doorgaans meten en bijwerken van positiegegevens elke paar milliseconden. Dit zorgt ervoor dat de machinebeweging vloeiend en nauwkeurig genoeg is om plasmaggesneden onderdelen te produceren met een gladde, rechte, consistente randeigenschap en nauwkeurige afmetingen.

Een CNC-plasmasysteem heeft een vorm van "I/O-systeem", een elektrisch systeem dat ingangen en uitgangen afhandelt. Dit is hoe de CNC het plasma op het juiste moment activeert, bijvoorbeeld door een uitgang aan te zetten die een relais sluit. De CNC gebruikt ingangen om te weten wanneer de plasmaboog is gestart en klaar is om te bewegen. Dit zijn de meest basale in- en uitgangen, maar er kunnen er natuurlijk meer zijn.

Veel andere subsystemen en opties kunnen worden toegevoegd, zoals boogspanningshoogtebeheersystemen, plasma-afkantingssystemen, geïntegreerde plasmacontrolesystemen, enz. Maar de basisprincipes van een CNC-plasmasnijder zoals hierboven beschreven zijn gemeenschappelijk aan alle dergelijke machines, van de eenvoudigste tot de meest complexe.

In de afgelopen jaren is er nog meer ontwikkeling geweest. Traditioneel waren de snijtafels van de machines horizontaal, maar nu zijn verticale CNC-plasmasnijmachines beschikbaar, die een kleinere voetafdruk, verhoogde flexibiliteit, optimale veiligheid en snellere werking bieden.