Integrirano robotsko plazma rezanje zahtijeva više od samog plamenika pričvršćenog na kraj robotske ruke. Poznavanje procesa plazma rezanja je ključno.
Metalni prerađivači u cijeloj industriji – u radionicama, teškoj mehanizaciji, brodogradnji i konstrukcijskom čeliku – nastoje ispuniti zahtjevna očekivanja isporuke, a istovremeno premašiti zahtjeve kvalitete. Oni stalno nastoje smanjiti troškove, a istovremeno se suočavaju sa stalno prisutnim problemom zadržavanja kvalificirane radne snage. Poslovanje nije lako.
Mnogi od ovih problema mogu se pratiti do ručnih procesa koji su još uvijek prisutni u industriji, posebno prilikom proizvodnje složenih proizvoda kao što su poklopci industrijskih kontejnera, zakrivljene komponente od konstrukcijskog čelika te cijevi i tubusi. Mnogi proizvođači posvećuju 25 do 50 posto svog vremena obrade ručnom označavanju, kontroli kvalitete i konverziji, dok je stvarno vrijeme rezanja (obično ručnim rezačem s kisikom ili plazmom) samo 10 do 20 posto.
Pored vremena koje se troši na takve ručne procese, mnogi od ovih rezova se prave oko pogrešnih lokacija, dimenzija ili tolerancija, što zahtijeva opsežne sekundarne operacije poput brušenja i ponovne obrade, ili još gore, materijale koji se moraju odbaciti. Mnoge trgovine posvećuju čak 40% svog ukupnog vremena obrade ovom radu niske vrijednosti i otpadu.
Sve je ovo dovelo do industrijskog napora ka automatizaciji. Radionica koja automatizira operacije ručnog rezanja plamenikom za složene višeosne dijelove implementirala je robotsku ćeliju za plazma rezanje i, što nije iznenađujuće, ostvarila ogromne dobitke. Ova operacija eliminira ručno planiranje, a posao koji bi trajao 6 sati za 5 ljudi sada se može obaviti za samo 18 minuta pomoću robota.
Iako su prednosti očigledne, implementacija robotskog plazma rezanja zahtijeva više od same kupovine robota i plazma plamenika. Ako razmišljate o robotskom plazma rezanju, obavezno primijenite holistički pristup i sagledajte cijeli tok vrijednosti. Osim toga, sarađujte sa sistem integratorom obučenim od strane proizvođača koji razumije i razumije plazma tehnologiju te komponente i procese sistema potrebne kako bi se osiguralo da su svi zahtjevi integrirani u dizajn baterije.
Također uzmite u obzir softver, koji je vjerovatno jedna od najvažnijih komponenti svakog robotskog sistema za plazma rezanje. Ako ste investirali u sistem, a softver je ili težak za korištenje, zahtijeva mnogo stručnosti za pokretanje ili vam je potrebno mnogo vremena da prilagodite robota plazma rezanju i naučite ga putanji rezanja, samo trošite mnogo novca.
Iako je softver za robotsku simulaciju uobičajen, efikasne robotske ćelije za plazma rezanje koriste offline softver za robotsko programiranje koji će automatski izvršavati programiranje putanje robota, identificirati i kompenzirati sudare te integrirati znanje o procesu plazma rezanja. Uključivanje dubokog znanja o procesu plazme je ključno. Sa softverom poput ovog, automatizacija čak i najsloženijih aplikacija robotskog plazma rezanja postaje mnogo lakša.
Plazma rezanje složenih višeosnih oblika zahtijeva jedinstvenu geometriju gorionika. Primjenom geometrije gorionika koja se koristi u tipičnoj XY primjeni (vidi Sliku 1) na složeni oblik, kao što je zakrivljeni vrh posude pod pritiskom, povećat ćete vjerovatnoću sudara. Iz tog razloga, gorionici s oštrim uglom (sa "šiljastim" dizajnom) su pogodniji za robotsko rezanje oblika.
Sve vrste sudara ne mogu se izbjeći samo oštrim uglom baterijske lampe. Program obrade mora sadržavati i promjene visine rezanja (tj. vrh gorionika mora imati razmak od obratka) kako bi se izbjegli sudari (vidi Sliku 2).
Tokom procesa rezanja, plazma gas teče niz tijelo gorionika u vrtložnom smjeru do vrha gorionika. Ovo rotacijsko djelovanje omogućava centrifugalnoj sili da izvuče teške čestice iz plinskog stupca na periferiju otvora mlaznice i štiti sklop gorionika od protoka vrućih elektrona. Temperatura plazme je blizu 20.000 stepeni Celzijusa, dok se bakreni dijelovi gorionika tope na 1.100 stepeni Celzijusa. Potrošni materijali trebaju zaštitu, a izolacijski sloj od teških čestica pruža zaštitu.
Slika 1. Standardna tijela gorionika su dizajnirana za rezanje lima. Korištenje istog gorionika u višeosnoj primjeni povećava mogućnost kolizije s obratkom.
Vrtlog čini jednu stranu reza toplijom od druge. Plamenici s plinom koji se rotira u smjeru kazaljke na satu obično postavljaju vruću stranu reza na desnu stranu luka (gledano odozgo u smjeru reza). To znači da procesni inženjer naporno radi na optimizaciji dobre strane reza i pretpostavlja da će loša strana (lijeva) biti otpad (vidi Sliku 3).
Unutrašnje karakteristike treba rezati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, pri čemu vruća strana plazme pravi čist rez na desnoj strani (strana ruba dijela). Umjesto toga, obod dijela treba rezati u smjeru kazaljke na satu. Ako gorionik reže u pogrešnom smjeru, može stvoriti veliki konus u profilu reza i povećati trosku na rubu dijela. U suštini, pravite "dobre rezove" na otpadnom materijalu.
Imajte na umu da većina stolova za rezanje plazma panela ima ugrađenu inteligenciju procesa u kontroler u vezi sa smjerom lučnog rezanja. Ali u oblasti robotike, ovi detalji nisu nužno poznati ili shvaćeni, i još nisu ugrađeni u tipičan kontroler robota - stoga je važno imati softver za programiranje robota van mreže sa znanjem o ugrađenom plazma procesu.
Kretanje plamenika koji se koristi za probijanje metala ima direktan utjecaj na potrošni materijal za plazma rezanje. Ako plazma plamenik probija lim na visini rezanja (preblizu obratka), trzaj rastopljenog metala može brzo oštetiti štit i mlaznicu. To rezultira lošom kvalitetom rezanja i smanjenim vijekom trajanja potrošnog materijala.
Opet, ovo se rijetko dešava u aplikacijama rezanja lima sa portalnim sistemom, jer je visok stepen stručnosti u radu sa gorionikom već ugrađen u kontroler. Operater pritiska dugme da bi pokrenuo sekvencu probijanja, što pokreće niz događaja kako bi se osigurala odgovarajuća visina probijanja.
Prvo, gorionik izvodi postupak detekcije visine, obično koristeći omski signal za detekciju površine obratka. Nakon pozicioniranja ploče, gorionik se povlači s ploče na visinu prijenosa, što je optimalna udaljenost za prijenos plazma luka na obratak. Nakon što se plazma luk prenese, može se potpuno zagrijati. U ovom trenutku gorionik se pomiče na visinu probijanja, što je sigurnija udaljenost od obratka i dalje od povratnog udara rastopljenog materijala. Gorionik održava ovu udaljenost sve dok plazma luk potpuno ne prodre u ploču. Nakon što je odgoda probijanja završena, gorionik se pomiče prema metalnoj ploči i započinje pokret rezanja (vidi Sliku 4).
Opet, sva ova inteligencija je obično ugrađena u plazma kontroler koji se koristi za rezanje lima, a ne u kontroler robota. Robotsko rezanje također ima još jedan sloj složenosti. Probijanje na pogrešnoj visini je dovoljno loše, ali pri rezanju višeosnih oblika, gorionik možda nije u najboljem smjeru za obradak i debljinu materijala. Ako gorionik nije okomit na metalnu površinu koju probija, na kraju će rezati deblji poprečni presjek nego što je potrebno, što će uzrokovati gubitak vijeka trajanja potrošnog materijala. Osim toga, probijanje konturiranog obratka u pogrešnom smjeru može postaviti sklop gorionika preblizu površini obratka, izlažući ga povratnom udaru taline i uzrokujući prerani kvar (vidi Sliku 5).
Razmotrite primjenu robotskog plazma rezanja koja uključuje savijanje vrha posude pod pritiskom. Slično rezanju lima, robotski gorionik treba postaviti okomito na površinu materijala kako bi se osigurao najtanji mogući poprečni presjek za perforaciju. Kako se plazma gorionik približava radnom komadu, koristi senzor visine dok ne pronađe površinu posude, a zatim se povlači duž ose gorionika kako bi prenio visinu. Nakon što se luk prenese, gorionik se ponovo povlači duž ose gorionika kako bi se postigla visina probijanja, sigurno dalje od povratnog udara (vidi Sliku 6).
Nakon isteka odgode probijanja, gorionik se spušta na visinu rezanja. Prilikom obrade kontura, gorionik se rotira u željeni smjer rezanja istovremeno ili u koracima. U ovom trenutku počinje sekvenca rezanja.
Roboti se nazivaju predeterminisani sistemi. Uprkos tome, postoje više načina da se dođe do iste tačke. To znači da svako ko uči robota da se kreće, ili bilo ko drugi, mora imati određeni nivo stručnosti, bilo da se radi o razumijevanju kretanja robota ili zahtjevima obrade plazma rezanjem.
Iako su se obučni pendanti razvili, neki zadaci nisu inherentno pogodni za programiranje obučnih pendanta - posebno zadaci koji uključuju veliki broj miješanih dijelova malog obima. Roboti ne proizvode kada se uče, a samo učenje može trajati satima, ili čak danima za složene dijelove.
Softver za offline programiranje robota dizajniran s modulima za plazma rezanje ugradit će ovu stručnost (vidi Sliku 7). To uključuje smjer rezanja plazma plinom, početno mjerenje visine, sekvenciranje probijanja i optimizaciju brzine rezanja za procese plamenika i plazme.
Slika 2. Oštri („šiljasti“) plamenici su pogodniji za robotsko plazma rezanje. Ali čak i sa ovim geometrijama plamenika, najbolje je povećati visinu rezanja kako bi se smanjila mogućnost sudara.
Softver pruža stručnost u robotici potrebnu za programiranje predeterminiranih sistema. Upravlja singularitetima ili situacijama u kojima robotski krajnji efektor (u ovom slučaju, plazma plamenik) ne može dosegnuti obradak; ograničenjima spoja; prekoračenjem hoda; prevrtanjem ručnog zgloba; detekcijom sudara; vanjskim osama; i optimizacijom putanje alata. Prvo, programer uvozi CAD datoteku gotovog dijela u softver za offline programiranje robota, zatim definira rub koji treba rezati, zajedno s tačkom probijanja i drugim parametrima, uzimajući u obzir ograničenja sudara i raspona.
Neke od najnovijih iteracija softvera za offline robotiku koriste takozvano offline programiranje zasnovano na zadacima. Ova metoda omogućava programerima da automatski generišu putanje rezanja i odaberu više profila odjednom. Programer može odabrati selektor putanje ivice koji prikazuje putanju i smjer rezanja, a zatim odabrati promjenu početne i krajnje tačke, kao i smjera i nagiba plazma baklje. Programiranje obično počinje (nezavisno od marke robotske ruke ili plazma sistema) i nastavlja se uključivanjem određenog modela robota.
Rezultirajuća simulacija može uzeti u obzir sve u robotskoj ćeliji, uključujući elemente kao što su sigurnosne barijere, učvršćenja i plazma baklje. Zatim uzima u obzir sve potencijalne kinematičke greške i sudare za operatera, koji potom može ispraviti problem. Na primjer, simulacija može otkriti problem sudara između dva različita reza na glavi posude pod pritiskom. Svaki rez je na različitoj visini duž konture glave, tako da brzo kretanje između rezova mora uzeti u obzir potreban razmak - mali detalj, riješen prije nego što rad stigne na pod, koji pomaže u eliminaciji glavobolja i otpada.
Stalna nestašica radne snage i rastuća potražnja kupaca potaknuli su sve više proizvođača da se okrenu robotskom plazma rezanju. Nažalost, mnogi ljudi se upuštaju u to samo da bi otkrili još više komplikacija, posebno kada ljudi koji integriraju automatizaciju nemaju znanja o procesu plazma rezanja. Ovaj put će dovesti samo do frustracije.
Integrirajte znanje o plazma rezanju od samog početka i stvari se mijenjaju. S inteligencijom plazma procesa, robot se može rotirati i pomicati po potrebi kako bi izvršio najefikasnije probijanje, produžavajući vijek trajanja potrošnog materijala. Reže u ispravnom smjeru i manevrira kako bi izbjegao bilo kakav sudar s obratkom. Kada slijede ovaj put automatizacije, proizvođači ubiru plodove.
Ovaj članak je zasnovan na članku „Napredak u 3D robotskom plazma rezanju“ predstavljenom na konferenciji FABTECH 2021.
FABRICATOR je vodeći sjevernoamerički časopis za industriju oblikovanja i izrade metala. Časopis nudi vijesti, tehničke članke i studije slučaja koje omogućavaju proizvođačima da efikasnije obavljaju svoj posao. FABRICATOR služi industriji od 1970. godine.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The FABRICATOR, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje časopisa The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, omogućavajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Iskoristite puni pristup digitalnom izdanju časopisa STAMPING, koji pruža najnovija tehnološka dostignuća, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište štancanja metala.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The Fabricator en Español, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Vrijeme objave: 25. maj 2022.
