Интегрираното роботизирано плазмено рязане изисква повече от просто горелка, прикрепена към края на роботизираното рамо. Познаването на процеса на плазмено рязане е ключово.
Металообработващите компании в целия бранш – в цехове, тежко машиностроене, корабостроене и стоманени конструкции – се стремят да отговорят на високите очаквания за доставка, като същевременно надхвърлят изискванията за качество. Те непрекъснато се стремят да намалят разходите, като същевременно се справят с постоянния проблем със задържането на квалифицирана работна ръка. Бизнесът не е лесен.
Много от тези проблеми могат да бъдат проследени до ръчните процеси, които все още са широко разпространени в индустрията, особено при производството на сложни по форма продукти, като например капаци на промишлени контейнери, извити компоненти от конструкционна стомана, както и тръби. Много производители отделят от 25 до 50 процента от времето си за обработка за ръчно маркиране, контрол на качеството и преобразуване, когато действителното време за рязане (обикновено с ръчен кислородно-горивно-резен апарат или плазмен резец) е само от 10 до 20 процента.
В допълнение към времето, което се изразходва за подобни ръчни процеси, много от тези разфасовки се правят около грешни местоположения на елементи, размери или допуски, което изисква обширни вторични операции като шлайфане и преработка или, още по-лошо, материали, които трябва да бъдат бракувани. Много магазини посвещават до 40% от общото си време за обработка на тази нискостойностна работа и отпадъци.
Всичко това доведе до стремеж на индустрията към автоматизация. Цех, който автоматизира операциите по ръчно рязане с горелка за сложни многоосни части, внедри роботизирана плазмена клетка за рязане и, не е изненадващо, постигна огромни печалби. Тази операция елиминира ръчното оформление и работа, която би отнела 6 часа на 5 души, сега може да се извърши само за 18 минути с помощта на робот.
Въпреки че ползите са очевидни, внедряването на роботизирано плазмено рязане изисква повече от просто закупуване на робот и плазмена горелка. Ако обмисляте роботизирано плазмено рязане, не забравяйте да предприемете цялостен подход и да разгледате целия поток от стойност. Освен това, работете със системен интегратор, обучен от производителя, който разбира и разбира плазмената технология и системните компоненти и процеси, необходими за гарантиране, че всички изисквания са интегрирани в дизайна на батерията.
Обърнете внимание и на софтуера, който е може би един от най-важните компоненти на всяка роботизирана система за плазмено рязане. Ако сте инвестирали в система и софтуерът е или труден за използване, изисква много експертиза за работа, или ви отнема много време да адаптирате робота към плазмено рязане и да го обучите на пътя на рязане, просто губите много пари.
Въпреки че софтуерът за роботизирано симулиране е често срещан, ефективните роботизирани клетки за плазмено рязане използват офлайн софтуер за роботизирано програмиране, който автоматично ще извършва програмиране на траекторията на робота, ще идентифицира и компенсира сблъсъци и ще интегрира познания за процеса на плазмено рязане. Включването на задълбочени познания за плазмения процес е ключово. С такъв софтуер, автоматизирането дори на най-сложните приложения за роботизирано плазмено рязане става много по-лесно.
Плазменото рязане на сложни многоосни форми изисква уникална геометрия на горелката. Прилагането на геометрията на горелката, използвана в типично XY приложение (вижте Фигура 1), към сложна форма, като например извита глава на съд под налягане, ще увеличи вероятността от сблъсъци. Поради тази причина горелките с остър ъгъл (с „заострен“ дизайн) са по-подходящи за роботизирано рязане на форми.
Всички видове колизии не могат да бъдат избегнати само с фенерче с остър ъгъл. Програмата за обработка трябва да съдържа и промени във височината на рязане (т.е. върхът на горелката трябва да има хлабина до детайла), за да се избегнат колизии (вижте Фигура 2).
По време на процеса на рязане плазменият газ тече надолу по тялото на горелката във вихрова посока към върха ѝ. Това въртеливо действие позволява на центробежната сила да издърпва тежки частици от газовия стълб към периферията на отвора на дюзата и предпазва сглобката на горелката от потока от горещи електрони. Температурата на плазмата е близо до 20 000 градуса по Целзий, докато медните части на горелката се топят при 1100 градуса по Целзий. Консумативите се нуждаят от защита, а изолационен слой от тежки частици осигурява защита.
Фигура 1. Стандартните тела на горелките са предназначени за рязане на ламарина. Използването на една и съща горелка в многоосно приложение увеличава вероятността от колизии с детайла.
Вихрушката прави едната страна на реза по-гореща от другата. Горелките с въртящ се по часовниковата стрелка газ обикновено поставят горещата страна на реза от дясната страна на дъгата (когато се гледа отгоре по посока на реза). Това означава, че технологичният инженер работи усилено, за да оптимизира добрата страна на реза и приема, че лошата страна (лявата) ще бъде скрап (вижте Фигура 3).
Вътрешните елементи трябва да се режат обратно на часовниковата стрелка, като горещата страна на плазмата прави чист разрез от дясната страна (страната на ръба на детайла). Вместо това, периметърът на детайла трябва да се реже по посока на часовниковата стрелка. Ако горелката реже в грешна посока, това може да създаде голямо скосяване в профила на рязане и да увеличи шлаката по ръба на детайла. По същество вие правите „добри разрези“ върху скрап.
Обърнете внимание, че повечето маси за плазмено рязане на панели имат вграден в контролера интелигентен процес относно посоката на дъговото рязане. Но в областта на роботиката тези подробности не са непременно известни или разбрани и все още не са вградени в типичен контролер на робот – така че е важно да имате офлайн софтуер за програмиране на роботи с познания за вградения плазмен процес.
Движението на горелката, използвано за пробиване на метал, има пряк ефект върху консумативите за плазмено рязане. Ако плазмената горелка пробие листа на височина на рязане (твърде близо до детайла), откатът на разтопения метал може бързо да повреди щита и дюзата. Това води до лошо качество на рязане и намален живот на консумативите.
Отново, това рядко се случва при приложения за рязане на ламарина с портална система, тъй като високата степен на експертни познания за горелката вече е вградена в контролера. Операторът натиска бутон, за да започне последователността на пробиване, което инициира серия от събития, за да се осигури правилната височина на пробиване.
Първо, горелката извършва процедура за измерване на височината, обикновено използвайки омичен сигнал за откриване на повърхността на детайла. След позициониране на плочата, горелката се изтегля от плочата до височината на прехвърляне, което е оптималното разстояние за прехвърляне на плазмената дъга към детайла. След като плазмената дъга се прехвърли, тя може да се нагрее напълно. В този момент горелката се премества до височината на пробиване, което е по-безопасно разстояние от детайла и по-далеч от обратния удар на разтопения материал. Горелката поддържа това разстояние, докато плазмената дъга проникне напълно в плочата. След като закъснението на пробиването приключи, горелката се придвижва надолу към металната плоча и започва движението на рязане (вижте Фигура 4).
Отново, цялата тази интелигентност обикновено е вградена в плазмения контролер, използван за рязане на листове, а не в контролера на робота. Роботизираното рязане има и друг слой сложност. Пробиването на грешна височина е достатъчно лошо, но при рязане на многоосни форми, горелката може да не е в най-добрата посока за детайла и дебелината на материала. Ако горелката не е перпендикулярна на металната повърхност, която пробива, тя ще реже по-дебело напречно сечение от необходимото, което ще намали живота на консумативите. Освен това, пробиването на контуриран детайл в грешна посока може да постави сглобката на горелката твърде близо до повърхността на детайла, излагайки я на обратен удар от стопилката и причинявайки преждевременна повреда (вижте Фигура 5).
Да разгледаме приложение за роботизирано плазмено рязане, което включва огъване на горната част на съд под налягане. Подобно на рязането на листове, роботизираната горелка трябва да бъде поставена перпендикулярно на повърхността на материала, за да се осигури възможно най-тънкото напречно сечение за перфорация. Когато плазмената горелка се приближи до детайла, тя използва сензор за височина, докато намери повърхността на съда, след което се прибира по оста на горелката, за да прехвърли височината. След като дъгата се прехвърли, горелката се прибира отново по оста на горелката, за да достигне височината на пробиване, безопасно далеч от обратен удар (вижте Фигура 6).
След изтичане на времето за закъснение при пробиване, горелката се спуска до височината на рязане. При обработка на контури, горелката се завърта едновременно или на стъпки до желаната посока на рязане. В този момент започва последователността на рязане.
Роботите се наричат свръхдетерминирани системи. Въпреки това, те имат множество начини да стигнат до една и съща точка. Това означава, че всеки, който обучава робот да се движи, или който и да е друг, трябва да има определено ниво на експертиза, независимо дали в разбирането на движението на робота или изискванията за обработка на плазменото рязане.
Въпреки че обучителните висящи устройства са се развили, някои задачи не са по своята същност подходящи за програмиране на обучителни висящи устройства – особено задачи, включващи голям брой смесени детайли с малък обем. Роботите не произвеждат, когато са обучени, а самото обучение може да отнеме часове или дори дни за сложни части.
Софтуерът за офлайн програмиране на роботи, проектиран с модули за плазмено рязане, ще вгради този експертен опит (вижте Фигура 7). Това включва посока на плазмено рязане, начално измерване на височината, последователност на пробиване и оптимизация на скоростта на рязане за процеси с горелка и плазма.
Фигура 2. Острите („заострени“) горелки са по-подходящи за роботизирано плазмено рязане. Но дори и с тези геометрии на горелките, най-добре е да се увеличи височината на рязане, за да се сведе до минимум вероятността от сблъсъци.
Софтуерът предоставя експертния опит в роботиката, необходим за програмиране на предефинирани системи. Той управлява сингулярности или ситуации, в които роботизираният краен ефектор (в този случай плазмената горелка) не може да достигне детайла; ограничения на съединенията; превишаване на хода; преобръщане на китката; откриване на колизия; външни оси; и оптимизация на траекторията на инструмента. Първо, програмистът импортира CAD файла на готовата част в офлайн софтуер за програмиране на роботи, след което определя ръба, който ще се реже, заедно с точката на пробиване и други параметри, като взема предвид ограниченията за колизия и обхват.
Някои от най-новите версии на софтуер за офлайн роботика използват така нареченото офлайн програмиране, базирано на задачи. Този метод позволява на програмистите автоматично да генерират пътища на рязане и да избират множество профили едновременно. Програмистът може да избере селектор на път на ръб, който показва пътя и посоката на рязане, и след това да промени началната и крайната точка, както и посоката и наклона на плазмената горелка. Програмирането обикновено започва (независимо от марката на роботизираното рамо или плазмената система) и продължава с включване на специфичен модел робот.
Получената симулация може да вземе предвид всичко в роботизираната клетка, включително елементи като предпазни бариери, приспособления и плазмени горелки. След това тя отчита всички потенциални кинематични грешки и сблъсъци за оператора, който след това може да коригира проблема. Например, симулация може да разкрие проблем със сблъсък между два различни разреза в горната част на съд под налягане. Всеки разрез е на различна височина по контура на горната част, така че бързото движение между разрезите трябва да отчита необходимия клирънс - малък детайл, решен преди работата да достигне пода, който помага за премахване на главоболията и разхищението.
Постоянният недостиг на работна ръка и нарастващото търсене от страна на клиентите накараха повече производители да се обърнат към роботизирано плазмено рязане. За съжаление, много хора се впускат във водата, само за да открият още повече усложнения, особено когато хората, които интегрират автоматизация, нямат познания за процеса на плазмено рязане. Този път ще доведе само до разочарование.
Интегрирайте знанията за плазмено рязане от самото начало и нещата се променят. С интелигентност на плазмения процес, роботът може да се върти и движи, когато е необходимо, за да извърши най-ефективното пробиване, удължавайки живота на консумативите. Той реже в правилната посока и маневрира, за да избегне сблъсък с детайла. Когато следват този път на автоматизация, производителите жънат ползи.
Тази статия е базирана на „Напредък в 3D роботизираното плазмено рязане“, представен на конференцията FABTECH през 2021 г.
FABRICATOR е водещото списание за металообработваща и преработвателна промишленост в Северна Америка. Списанието предоставя новини, технически статии и истории на случаи, които позволяват на производителите да си вършат работата по-ефективно. FABRICATOR обслужва индустрията от 1970 г.
Сега с пълен достъп до дигиталното издание на The FABRICATOR, лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Дигиталното издание на The Tube & Pipe Journal вече е напълно достъпно, осигурявайки лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Възползвайте се от пълен достъп до дигиталното издание на STAMPING Journal, което предоставя най-новите технологични постижения, най-добри практики и новини от индустрията за пазара на щамповане на метал.
Сега с пълен достъп до дигиталното издание на The Fabricator en Español, лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Време на публикуване: 25 май 2022 г.
