Tăierea robotizată integrată cu plasmă necesită mai mult decât o torță atașată la capătul brațului robotic. Cunoașterea procesului de tăiere cu plasmă este esențială. comoară
Producătorii de metal din întreaga industrie – în ateliere, utilaje grele, construcții navale și oțel structural – se străduiesc să îndeplinească așteptările exigente de livrare, depășind în același timp cerințele de calitate. Aceștia caută în mod constant să reducă costurile, abordând în același timp problema omniprezentă a păstrării forței de muncă calificate. Afacerile nu sunt ușoare.
Multe dintre aceste probleme pot fi atribuite proceselor manuale care sunt încă predominante în industrie, în special la fabricarea de produse cu forme complexe, cum ar fi capacele industriale pentru recipiente, componentele curbate din oțel structural și țevile și tubulatura. Mulți producători dedică 25 până la 50% din timpul de prelucrare marcării manuale, controlului calității și conversiei, când timpul real de tăiere (de obicei cu un tăietor manual cu oxigaz sau cu plasmă) este de doar 10 până la 20%.
Pe lângă timpul consumat de astfel de procese manuale, multe dintre aceste tăieturi sunt efectuate în jurul unor locații greșite ale caracteristicilor, dimensiunilor sau toleranțelor, necesitând operațiuni secundare extinse, cum ar fi șlefuirea și prelucrarea sau, mai rău, materiale care trebuie casate. Multe magazine dedică până la 40% din timpul total de procesare acestei lucrări și deșeuri cu valoare redusă.
Toate acestea au dus la o tendință a industriei către automatizare. Un atelier care automatizează operațiunile de tăiere manuală cu torța pentru piese complexe multiaxiale a implementat o celulă robotizată de tăiere cu plasmă și, așa cum era de așteptat, a înregistrat câștiguri uriașe. Această operațiune elimină configurarea manuală, iar o lucrare care ar dura 6 ore pentru 5 persoane poate fi acum realizată în doar 18 minute folosind un robot.
Deși beneficiile sunt evidente, implementarea tăierii robotizate cu plasmă necesită mai mult decât simpla achiziționare a unui robot și a unei torțe cu plasmă. Dacă vă gândiți la tăierea robotizată cu plasmă, asigurați-vă că adoptați o abordare holistică și analizați întregul flux de valori. În plus, colaborați cu un integrator de sisteme instruit de producător, care înțelege și înțelege tehnologia plasmei, precum și componentele și procesele sistemului necesare pentru a asigura integrarea tuturor cerințelor în designul bateriei.
De asemenea, luați în considerare software-ul, care este probabil una dintre cele mai importante componente ale oricărui sistem robotizat de tăiere cu plasmă. Dacă ați investit într-un sistem și software-ul este fie dificil de utilizat, fie necesită multă expertiză pentru a rula, fie constatați că este nevoie de mult timp pentru a adapta robotul la tăierea cu plasmă și a învăța traiectoria de tăiere, pur și simplu irosiți o grămadă de bani.
Deși software-ul de simulare robotică este comun, celulele robotizate de tăiere cu plasmă eficiente utilizează software de programare robotică offline care va efectua automat programarea traiectoriei robotului, va identifica și compensa coliziunile și va integra cunoștințele despre procesul de tăiere cu plasmă. Incorporarea cunoștințelor aprofundate despre procesul de tăiere cu plasmă este esențială. Cu un astfel de software, automatizarea chiar și a celor mai complexe aplicații robotizate de tăiere cu plasmă devine mult mai ușoară.
Tăierea cu plasmă a formelor complexe multiaxiale necesită o geometrie unică a torței. Aplicați geometria torței utilizată într-o aplicație XY tipică (vezi Figura 1) la o formă complexă, cum ar fi un cap curbat al vasului de presiune, și veți crește probabilitatea de coliziuni. Din acest motiv, torțele cu unghiuri ascuțite (cu un design „ascuțit”) sunt mai potrivite pentru tăierea robotizată a formelor.
Nu se pot evita toate tipurile de coliziuni doar cu o lanternă cu unghiuri ascuțite. Programul piesei trebuie să conțină și modificări ale înălțimii de tăiere (adică vârful torței trebuie să aibă spațiu liber față de piesa de prelucrat) pentru a evita coliziunile (vezi Figura 2).
În timpul procesului de tăiere, gazul plasmatic curge în josul corpului torței într-o direcție vortex către vârful torței. Această acțiune de rotație permite forței centrifuge să extragă particulele grele din coloana de gaz către periferia orificiului duzei și protejează ansamblul torței de fluxul de electroni fierbinți. Temperatura plasmei este aproape de 20.000 de grade Celsius, în timp ce părțile de cupru ale torței se topesc la 1.100 de grade Celsius. Consumabilele au nevoie de protecție, iar un strat izolator de particule grele oferă protecție.
Figura 1. Corpurile standard ale torței sunt proiectate pentru tăierea tablei metalice. Utilizarea aceleiași torțe într-o aplicație multiaxe crește șansa de coliziune cu piesa de prelucrat.
Vârtejul face ca o parte a tăieturii să fie mai fierbinte decât cealaltă. Torțele cu gaz care se rotește în sensul acelor de ceasornic plasează de obicei partea fierbinte a tăieturii pe partea dreaptă a arcului (privită de sus în direcția tăieturii). Aceasta înseamnă că inginerul de proces lucrează din greu pentru a optimiza partea bună a tăieturii și presupune că partea proastă (stânga) va fi resturi (vezi Figura 3).
Caracteristicile interne trebuie tăiate în sens invers acelor de ceasornic, partea fierbinte a plasmei efectuând o tăietură curată pe partea dreaptă (partea marginii piesei). În schimb, perimetrul piesei trebuie tăiat în sensul acelor de ceasornic. Dacă torța taie în direcția greșită, poate crea o conicitate mare în profilul tăieturii și poate crește zgura pe marginea piesei. În esență, realizați „tăieri bune” pe deșeuri.
Rețineți că majoritatea meselor de tăiere cu plasmă au inteligență de proces încorporată în controler cu privire la direcția tăierii cu arc. Însă, în domeniul roboticii, aceste detalii nu sunt neapărat cunoscute sau înțelese și nu sunt încă încorporate într-un controler tipic de robot - așa că este important să aveți un software de programare offline a roboților cu cunoștințe despre procesul de tăiere cu plasmă încorporat.
Mișcarea torței utilizată pentru a perfora metalul are un efect direct asupra consumabilelor pentru tăiere cu plasmă. Dacă torța cu plasmă perforează placa la înălțimea de tăiere (prea aproape de piesa de prelucrat), reculul metalului topit poate deteriora rapid ecranul și duza. Acest lucru duce la o calitate slabă a tăierii și la o durată de viață redusă a consumabilelor.
Din nou, acest lucru se întâmplă rar în aplicațiile de tăiere a tablei metalice cu un portal, deoarece gradul ridicat de expertiză în utilizarea torței este deja încorporat în controler. Operatorul apasă un buton pentru a iniția secvența de perforare, care inițiază o serie de evenimente pentru a asigura înălțimea corectă de perforare.
Mai întâi, torța efectuează o procedură de detectare a înălțimii, de obicei utilizând un semnal ohmic pentru a detecta suprafața piesei de prelucrat. După poziționarea plăcii, torța este retrasă de pe placă la înălțimea de transfer, care este distanța optimă pentru ca arcul de plasmă să se transfere pe piesa de prelucrat. Odată ce arcul de plasmă este transferat, acesta se poate încălzi complet. În acest moment, torța se deplasează la înălțimea de perforare, care este o distanță mai sigură față de piesa de prelucrat și mai departe de refluxul materialului topit. Torța menține această distanță până când arcul de plasmă pătrunde complet în placă. După ce întârzierea la perforare este completă, torța se deplasează în jos spre placa metalică și începe mișcarea de tăiere (vezi Figura 4).
Din nou, toată această inteligență este de obicei încorporată în controlerul cu plasmă utilizat pentru tăierea tablei, nu în controlerul robotului. Tăierea robotizată are și un alt nivel de complexitate. Perforarea la înălțimea greșită este deja destul de rea, dar atunci când se taie forme multiaxiale, torța poate să nu fie în direcția cea mai bună pentru piesa de prelucrat și grosimea materialului. Dacă torța nu este perpendiculară pe suprafața metalică pe care o perforează, va ajunge să taie o secțiune transversală mai groasă decât este necesar, irosind durata de viață a consumabilelor. În plus, perforarea unei piese de prelucrat conturate în direcția greșită poate plasa ansamblul torței prea aproape de suprafața piesei de prelucrat, expunându-l la refluxul topiturii și provocând defecțiuni premature (vezi Figura 5).
Luați în considerare o aplicație robotizată de tăiere cu plasmă care implică îndoirea capului unui vas sub presiune. Similar tăierii tablelor, torța robotizată trebuie plasată perpendicular pe suprafața materialului pentru a asigura cea mai subțire secțiune transversală posibilă pentru perforare. Pe măsură ce torța cu plasmă se apropie de piesa de prelucrat, aceasta utilizează detectarea înălțimii până când găsește suprafața vasului, apoi se retrage de-a lungul axei torței pentru a transfera înălțimea. După ce arcul este transferat, torța este retrasă din nou de-a lungul axei torței pentru a perfora înălțimea, în siguranță departe de reflux (vezi Figura 6).
După ce expiră întârzierea de perforare, torța este coborâtă la înălțimea de tăiere. La prelucrarea contururilor, torța este rotită simultan sau în trepte în direcția de tăiere dorită. În acest moment, începe secvența de tăiere.
Roboții sunt numiți sisteme supradeterminate. Acestea fiind spuse, există mai multe modalități de a ajunge la același punct. Aceasta înseamnă că oricine învață un robot să se miște, sau oricine altcineva, trebuie să aibă un anumit nivel de expertiză, fie în înțelegerea mișcării robotului, fie în cerințele de prelucrare ale tăierii cu plasmă.
Deși dispozitivele de programare au evoluat, unele sarcini nu sunt în mod inerent potrivite pentru programarea prin intermediul dispozitivelor de programare - în special sarcinile care implică un număr mare de piese mixte cu volum redus. Roboții nu produc atunci când sunt învățați, iar învățarea în sine poate dura ore sau chiar zile pentru piese complexe.
Software-ul de programare a roboților offline, conceput cu module de tăiere cu plasmă, va încorpora această expertiză (vezi Figura 7). Aceasta include direcția de tăiere cu gaz plasmatic, detectarea înălțimii inițiale, secvențierea perforației și optimizarea vitezei de tăiere pentru procesele cu torță și plasmă.
Figura 2. Pistolele ascuțite („cu vârf”) sunt mai potrivite pentru tăierea robotizată cu plasmă. Dar chiar și cu aceste geometrii ale pistoletelor, este recomandat să creșteți înălțimea de tăiere pentru a minimiza riscul de coliziune.
Software-ul oferă expertiza în robotică necesară pentru programarea sistemelor supradeterminate. Acesta gestionează singularitățile sau situațiile în care efectorul final robotic (în acest caz, torța cu plasmă) nu poate ajunge la piesa de prelucrat; limitele îmbinărilor; deplasarea excesivă; răsturnarea încheieturii mâinii; detectarea coliziunilor; axe externe; și optimizarea traiectoriei sculei. Mai întâi, programatorul importă fișierul CAD al piesei finite în software-ul de programare offline a robotului, apoi definește muchia care urmează să fie tăiată, împreună cu punctul de perforare și alți parametri, ținând cont de constrângerile de coliziune și de distanță.
Unele dintre cele mai recente iterații ale software-ului de robotică offline utilizează așa-numita programare offline bazată pe sarcini. Această metodă permite programatorilor să genereze automat trasee de tăiere și să selecteze mai multe profiluri simultan. Programatorul poate selecta un selector de traseu de margine care arată traseul și direcția de tăiere, apoi poate alege să modifice punctele de început și de sfârșit, precum și direcția și înclinarea torței cu plasmă. Programarea începe, în general (independent de marca brațului robotic sau a sistemului cu plasmă) și continuă prin includerea unui model specific de robot.
Simularea rezultată poate lua în considerare tot ce se află în celula robotică, inclusiv elemente precum barierele de siguranță, dispozitivele de fixare și torțele cu plasmă. Apoi, aceasta ia în considerare orice erori cinematice potențiale și coliziuni pentru operator, care poate corecta problema. De exemplu, o simulare ar putea dezvălui o problemă de coliziune între două tăieturi diferite în capul unui vas sub presiune. Fiecare incizie este la o înălțime diferită de-a lungul conturului capului, așa că mișcarea rapidă între incizii trebuie să țină cont de spațiul liber necesar - un mic detaliu, rezolvat înainte ca lucrarea să ajungă la podea, care ajută la eliminarea durerilor de cap și a risipei.
Lipsa persistentă a forței de muncă și cererea tot mai mare din partea clienților au determinat tot mai mulți producători să apeleze la tăierea robotizată cu plasmă. Din păcate, mulți oameni se aruncă în apă doar pentru a descoperi mai multe complicații, mai ales atunci când persoanele care integrează automatizarea nu au cunoștințe despre procesul de tăiere cu plasmă. Această cale va duce doar la frustrare.
Integrați cunoștințele despre tăierea cu plasmă de la început și lucrurile se schimbă. Cu inteligența procesului cu plasmă, robotul se poate roti și mișca după cum este necesar pentru a efectua cea mai eficientă perforare, prelungind durata de viață a consumabilelor. Taie în direcția corectă și manevrează pentru a evita orice coliziune cu piesa de prelucrat. Urmând această cale a automatizării, producătorii culeg recompense.
Acest articol se bazează pe lucrarea „Progrese în tăierea robotizată cu plasmă 3D”, prezentată la conferința FABTECH din 2021.
FABRICATOR este revista lider în industria de formare și fabricare a metalelor din America de Nord. Revista oferă știri, articole tehnice și studii de caz care permit producătorilor să își facă treaba mai eficient. FABRICATOR deservește industria din 1970.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a revistei The FABRICATOR, acces facil la resurse valoroase din industrie.
Ediția digitală a revistei The Tube & Pipe Journal este acum complet accesibilă, oferind acces facil la resurse valoroase din industrie.
Bucurați-vă de acces complet la ediția digitală a revistei STAMPING Journal, care oferă cele mai recente progrese tehnologice, cele mai bune practici și știri din industrie pentru piața de ștanțare a metalelor.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a revistei The Fabricator en Español, aveți acces facil la resurse valoroase din industrie.
Data publicării: 25 mai 2022
