Integrirano robotsko rezanje plazmom zahtijeva više od samog plamenika pričvršćenog na kraj robotske ruke. Poznavanje procesa rezanja plazmom je ključno.
Metalni prerađivači u cijeloj industriji – u radionicama, teškim strojevima, brodogradnji i konstrukcijskom čeliku – nastoje ispuniti zahtjevna očekivanja isporuke uz istovremeno premašivanje zahtjeva kvalitete. Neprestano nastoje smanjiti troškove, a istovremeno se suočavaju s uvijek 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 pri proizvodnji složenih proizvoda poput poklopaca industrijskih spremnika, zakrivljenih čeličnih konstrukcijskih komponenti te cijevi i tubusa. Mnogi proizvođači posvećuju 25 do 50 posto svog vremena obrade ručnom označavanju, kontroli kvalitete i konverziji, dok je stvarno vrijeme rezanja (obično ručnim autogenim ili plazma rezačem) samo 10 do 20 posto.
Osim vremena koje se troši na takve ručne procese, mnogi od ovih rezova izrađuju se oko pogrešnih lokacija, dimenzija ili tolerancija, što zahtijeva opsežne sekundarne operacije poput brušenja i ponovne obrade ili, još gore, materijala koji se moraju odbaciti. Mnoge trgovine posvećuju čak 40% svog ukupnog vremena obrade ovom radu niske vrijednosti i otpadu.
Sve je to dovelo do poticaja industrije prema automatizaciji. Radionica koja automatizira ručne operacije rezanja plamenikom za složene višeosne dijelove implementirala je robotsku ćeliju za rezanje plazmom i, što nije iznenađujuće, ostvarila ogromne dobitke. Ova operacija eliminira ručno raspoređivanje, a posao koji bi trajao 5 sati za 6 ljudi sada se može obaviti za samo 18 minuta pomoću robota.
Iako su prednosti očite, implementacija robotskog plazma rezanja zahtijeva više od same kupnje robota i plazma plamenika. Ako razmišljate o robotskom plazma rezanju, svakako primijenite holistički pristup i sagledajte cijeli tok vrijednosti. Osim toga, surađujte s integratorom sustava obučenim od strane proizvođača koji razumije i razumije plazma tehnologiju te komponente i procese sustava potrebne kako bi se osiguralo da su svi zahtjevi integrirani u dizajn baterije.
Također uzmite u obzir softver, koji je vjerojatno jedna od najvažnijih komponenti svakog robotskog sustava za rezanje plazmom. Ako ste uložili u sustav, a softver je ili težak za korištenje, zahtijeva puno stručnosti za pokretanje ili vam je potrebno puno vremena za prilagodbu robota rezanju plazmom i učenje putanje rezanja, samo trošite puno novca.
Iako je softver za robotsku simulaciju uobičajen, učinkovite 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 ključno je. S ovakvim softverom, automatizacija čak i najsloženijih robotskih aplikacija plazma rezanja postaje mnogo lakša.
Plazma rezanje složenih višeosnih oblika zahtijeva jedinstvenu geometriju plamenika. Primjenom geometrije plamenika koja se koristi u tipičnoj XY primjeni (vidi sliku 1) na složeni oblik, poput zakrivljenog vrha tlačne posude, povećat ćete vjerojatnost sudara. Iz tog razloga, plamenici s oštrim kutom (sa "šiljastim" dizajnom) prikladniji su za robotsko rezanje oblika.
Sve vrste sudara ne mogu se izbjeći samo oštrim kutom svjetiljke. Program obrade mora sadržavati i promjene visine rezanja (tj. vrh gorionika mora imati razmak od obratka) kako bi se izbjegli sudari (vidi sliku 2).
Tijekom procesa rezanja, plazma plin teče niz tijelo plamenika u vrtložnom smjeru do vrha plamenika. Ovo rotacijsko djelovanje omogućuje centrifugalnoj sili da izvuče teške čestice iz stupca plina na periferiju otvora mlaznice i štiti sklop plamenika od protoka vrućih elektrona. Temperatura plazme je blizu 20 000 stupnjeva Celzija, dok se bakreni dijelovi plamenika tope na 1 100 stupnjeva Celzija. Potrošni materijali trebaju zaštitu, a izolacijski sloj teških čestica pruža zaštitu.
Slika 1. Standardna tijela gorionika dizajnirana su za rezanje lima. Korištenje istog gorionika u višeosnoj primjeni povećava vjerojatnost sudara s obratkom.
Vrtlog čini jednu stranu reza toplijom od druge. Plamenici s plinom koji se okreće 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 (lijevo) biti otpad (vidi sliku 3).
Unutarnje značajke potrebno je rezati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, pri čemu vruća strana plazme pravi čisti rez na desnoj strani (strana ruba dijela). Umjesto toga, obod dijela treba rezati u smjeru kazaljke na satu. Ako plamenik reže u pogrešnom smjeru, može stvoriti veliki konus u profilu reza i povećati trosku na rubu dijela. U osnovi, radite „dobre rezove“ na otpadnom materijalu.
Imajte na umu da većina stolova za rezanje plazma ploča ima ugrađenu procesnu inteligenciju u kontroler u vezi smjera lučnog rezanja. No, u području robotike, ovi detalji nisu nužno poznati ili shvaćeni, a još nisu ugrađeni u tipični kontroler robota - stoga je važno imati softver za offline programiranje robota s poznavanjem ugrađenog plazma procesa.
Kretanje plamenika koji se koristi za probijanje metala ima izravan utjecaj na potrošni materijal za plazma rezanje. Ako plazma plamenik probija lim na visini rezanja (preblizu obratku), trzaj rastaljenog metala može brzo oštetiti štit i mlaznicu. To rezultira lošom kvalitetom rezanja i smanjenim vijekom trajanja potrošnog materijala.
Opet, to se rijetko događa u primjenama rezanja lima s portalnim sustavom, jer je visok stupanj stručnosti s gorionikom već ugrađen u kontroler. Operater pritišće gumb za pokretanje sekvence probijanja, što pokreće niz događaja kako bi se osigurala odgovarajuća visina probijanja.
Prvo, plamenik provodi postupak detekcije visine, obično koristeći omski signal za detekciju površine obratka. Nakon pozicioniranja ploče, plamenik 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 plamenik se pomiče na visinu probijanja, što je sigurnija udaljenost od obratka i dalje od povratnog udara rastaljenog materijala. Plamenik održava ovu udaljenost sve dok plazma luk potpuno ne prodre u ploču. Nakon što je odgoda probijanja završena, plamenik se pomiče prema metalnoj ploči i započinje pokret rezanja (vidi sliku 4).
Opet, sva ta inteligencija obično je ugrađena u plazma kontroler koji se koristi za rezanje lima, a ne u robotski kontroler. Robotsko rezanje također ima još jedan sloj složenosti. Probijanje na pogrešnoj visini je dovoljno loše, ali pri rezanju višeosnih oblika, plamenik možda nije u najboljem smjeru za obradak i debljinu materijala. Ako plamenik nije okomit na metalnu površinu koju probija, na kraju će rezati deblji presjek nego što je potrebno, što će uzrokovati gubitak vijeka trajanja potrošnog materijala. Osim toga, probijanje konturiranog obratka u pogrešnom smjeru može postaviti sklop plamenika preblizu površini obratka, izlažući ga povratnom udaru taline i uzrokujući prerano oštećenje (vidi sliku 5).
Razmotrite robotsku primjenu plazma rezanja koja uključuje savijanje vrha tlačne posude. Slično rezanju lima, robotski plamenik treba postaviti okomito na površinu materijala kako bi se osigurao najtanji mogući presjek za perforaciju. Kako se plazma plamenik približava obratku, koristi senzor visine dok ne pronađe površinu posude, a zatim se uvlači duž osi plamenika kako bi prenio visinu. Nakon što se luk prenese, plamenik se ponovno uvlači duž osi plamenika 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 okreće u željeni smjer rezanja istovremeno ili u koracima. U ovom trenutku započinje slijed rezanja.
Roboti se nazivaju predeterminiranim sustavima. Uz to, imaju više načina da dođu do iste točke. To znači da svatko tko uči robota kretati se, ili bilo tko drugi, mora imati određenu razinu stručnosti, bilo u razumijevanju gibanja robota ili zahtjeva obrade plazma rezanjem.
Iako su se programski privjesci razvili, neki zadaci nisu inherentno prikladni za programiranje programskih privjesaka - 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 prikladniji za robotsko rezanje plazmom. Ali čak i s ovim geometrijama plamenika, najbolje je povećati visinu rezanja kako bi se smanjila mogućnost sudara.
Softver pruža stručnost u robotici potrebnu za programiranje predeterminiranih sustava. Upravlja singularnostima ili situacijama u kojima robotski krajnji efektor (u ovom slučaju plazma plamenik) ne može dosegnuti obratak; ograničenjima spojeva; prekoračenjem hoda; prevrtanjem ručnog zgloba; otkrivanjem sudara; vanjskim osima; 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 točkom probijanja i drugim parametrima, uzimajući u obzir ograničenja sudara i raspona.
Neke od najnovijih iteracija softvera za offline robotiku koriste takozvano offline programiranje temeljeno na zadacima. Ova metoda omogućuje programerima automatsko generiranje putanja rezanja i odabir više profila odjednom. Programer može odabrati birač putanja ruba koji prikazuje putanju i smjer rezanja, a zatim odabrati promjenu početne i krajnje točke, kao i smjera i nagiba plazma plamenika. Programiranje općenito počinje (neovisno o marki robotske ruke ili plazma sustava) i nastavlja se uključivanjem određenog modela robota.
Rezultirajuća simulacija može uzeti u obzir sve u robotskoj ćeliji, uključujući elemente poput sigurnosnih barijera, učvršćenja i plazma plamenika. Zatim uzima u obzir sve potencijalne kinematičke pogreške i sudare za operatera, koji potom može ispraviti problem. Na primjer, simulacija bi mogla otkriti problem sudara između dva različita reza na glavi tlačne posude. Svaki rez je na različitoj visini duž konture glave, pa brzo kretanje između rezova mora uzeti u obzir potreban razmak - mali detalj, riješen prije nego što rad dođe na pod, koji pomaže u uklanjanju glavobolja i otpada.
Stalna nestašica radne snage i rastuća potražnja kupaca potaknuli su sve više proizvođača da se okrenu robotskom rezanju plazmom. Nažalost, mnogi ljudi se upuštaju u to samo da bi otkrili još više komplikacija, posebno kada ljudi koji integriraju automatizaciju nemaju znanja o procesu rezanja plazmom. 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 najučinkovitije probijanje, produžujući vijek trajanja potrošnih materijala. Reže u ispravnom smjeru i manevrira kako bi izbjegao bilo kakav sudar s obratkom. Kada slijede ovaj put automatizacije, proizvođači ubiru nagrade.
Ovaj članak temelji se na članku „Napredak u 3D robotskom rezanju plazmom“ 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 omogućuju proizvođačima da učinkovitije 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, omogućujući 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. svibnja 2022.
