Інтегроване роботизоване плазмове різання вимагає більше, ніж просто пальник, прикріплений до кінця роботизованої руки. Знання процесу плазмового різання є ключовим.
Виробники металу в усіх галузях промисловості – у майстернях, важкому машинобудуванні, суднобудуванні та металоконструкціях – прагнуть задовольнити високі очікування щодо поставок, перевищуючи вимоги до якості. Вони постійно прагнуть скоротити витрати, водночас вирішуючи постійну проблему утримання кваліфікованої робочої сили. Бізнес – це нелегко.
Багато з цих проблем можна простежити до ручних процесів, які досі поширені в галузі, особливо під час виготовлення виробів складної форми, таких як кришки промислових контейнерів, вигнуті сталеві компоненти, труби та трубопроводи. Багато виробників присвячують від 25 до 50 відсотків свого часу обробки ручному маркуванню, контролю якості та переробці, тоді як фактичний час різання (зазвичай за допомогою ручного газокисневого або плазмового різака) становить лише від 10 до 20 відсотків.
Окрім часу, який витрачається на такі ручні процеси, багато з цих розрізів виконуються навколо неправильних місць розташування елементів, розмірів або допусків, що вимагає великих вторинних операцій, таких як шліфування та повторна обробка, або, що ще гірше, матеріалів, які потрібно утилізувати. Багато магазинів присвячують до 40% свого загального часу обробки цій низькоцінній роботі та відходам.
Все це призвело до прагнення галузі до автоматизації. Цех, який автоматизує операції ручного різання пальником для складних багатоосьових деталей, впровадив роботизовану камеру плазмового різання та, що не дивно, отримав величезні переваги. Ця операція виключає ручне макетування, і роботу, яка зайняла б 6 годин у 5 осіб, тепер можна виконати лише за 18 хвилин за допомогою робота.
Хоча переваги очевидні, впровадження роботизованого плазмового різання вимагає більше, ніж просто придбання робота та плазмового пальника. Якщо ви розглядаєте варіант роботизованого плазмового різання, обов'язково застосовуйте цілісний підхід та розгляньте весь потік створення цінності. Крім того, співпрацюйте з системним інтегратором, навченим виробником, який розуміє та розуміє плазмову технологію, а також компоненти та процеси системи, необхідні для забезпечення інтеграції всіх вимог у конструкцію акумулятора.
Також врахуйте програмне забезпечення, яке, можливо, є одним із найважливіших компонентів будь-якої роботизованої системи плазмового різання. Якщо ви інвестували в систему, а програмне забезпечення або складне у використанні, вимагає багато досвіду для роботи, або вам потрібно багато часу, щоб адаптувати робота до плазмового різання та навчити його траєкторії різання, ви просто витрачаєте багато грошей.
Хоча програмне забезпечення для робототехнічного моделювання є поширеним, ефективні роботизовані плазмові різальні камери використовують автономне програмне забезпечення для робототехнічного програмування, яке автоматично виконує програмування траєкторії робота, виявляє та компенсує зіткнення, а також інтегрує знання процесу плазмового різання. Включення глибоких знань про плазмовий процес є ключовим. Завдяки такому програмному забезпеченню автоматизація навіть найскладніших застосувань робототехнічного плазмового різання стає набагато простішою.
Плазмове різання складних багатоосьових форм вимагає унікальної геометрії пальника. Застосуйте геометрію пальника, яка використовується в типовому застосуванні XY (див. Рисунок 1), до складної форми, такої як вигнута кришка резервуара під тиском, і ви збільшите ймовірність зіткнень. З цієї причини пальники з гострими кутами (із «загостреною» конструкцією) краще підходять для роботизованого різання фігур.
Усіх типів зіткнень неможливо уникнути лише за допомогою гострокутного ліхтарика. Програма обробки деталей також повинна містити зміни висоти різання (тобто кінчик пальника повинен мати зазор до заготовки), щоб уникнути зіткнень (див. Рисунок 2).
Під час процесу різання плазмовий газ стікає по корпусу пальника у вихровому напрямку до кінчика пальника. Цей обертальний рух дозволяє відцентровій силі витягувати важкі частинки з газового стовпа до периферії отвору сопла та захищає вузол пальника від потоку гарячих електронів. Температура плазми близька до 20 000 градусів Цельсія, тоді як мідні частини пальника плавляться при 1100 градусах Цельсія. Витратні матеріали потребують захисту, і ізоляційний шар від важких частинок забезпечує захист.
Рисунок 1. Стандартні корпуси пальників призначені для різання листового металу. Використання одного й того ж пальника в багатоосьовому застосуванні збільшує ймовірність зіткнень із заготовкою.
Завихрення робить одну сторону різу гарячішою за іншу. Пальники з газом, що обертається за годинниковою стрілкою, зазвичай розміщують гарячу сторону різу з правого боку дуги (якщо дивитися зверху в напрямку різу). Це означає, що інженер-технолог наполегливо працює над оптимізацією хорошої сторони різу та припускає, що погана сторона (ліва) буде браком (див. Рисунок 3).
Внутрішні елементи потрібно вирізати проти годинникової стрілки, при цьому гаряча сторона плазми повинна робити чистий розріз з правого боку (з боку краю деталі). Натомість, периметр деталі потрібно вирізати за годинниковою стрілкою. Якщо пальник ріже в неправильному напрямку, це може створити велику конусність у профілі різу та збільшити кількість шлаку на краю деталі. По суті, ви робите «гарні розрізи» на металобрухті.
Зверніть увагу, що більшість столів для плазмового різання панелей мають вбудований у контролер інтелектуальний процес, що визначає напрямок дугового різання. Але в галузі робототехніки ці деталі не обов'язково відомі або зрозумілі, і вони ще не вбудовані в типовий контролер робота, тому важливо мати програмне забезпечення для програмування роботів в автономному режимі зі знанням вбудованого плазмового процесу.
Рух пальника, що використовується для проколювання металу, безпосередньо впливає на витратні матеріали для плазмового різання. Якщо плазмовий пальник проколює лист на висоті різання (занадто близько до заготовки), віддача розплавленого металу може швидко пошкодити захисний екран і сопло. Це призводить до низької якості різання та скорочення терміну служби витратних матеріалів.
Знову ж таки, це рідко трапляється в операціях різання листового металу з порталом, оскільки високий рівень досвіду роботи з пальником вже вбудований у контролер. Оператор натискає кнопку, щоб розпочати послідовність прожигання, що ініціює низку подій для забезпечення належної висоти прожигання.
Спочатку пальник виконує процедуру вимірювання висоти, зазвичай використовуючи омічний сигнал для виявлення поверхні заготовки. Після позиціонування пластини пальник відводиться від пластини на висоту перенесення, яка є оптимальною відстанню для перенесення плазмової дуги на заготовку. Після перенесення плазмової дуги вона може повністю нагрітися. У цей момент пальник переміщується на висоту прожига, яка є безпечнішою відстанню від заготовки та далі від місця зворотного дуття розплавленого матеріалу. Пальник підтримує цю відстань, доки плазмова дуга повністю не пронизає пластину. Після завершення затримки прожига пальник рухається вниз до металевої пластини та починає рух різання (див. Рисунок 4).
Знову ж таки, весь цей інтелект зазвичай вбудований у плазмовий контролер, який використовується для різання листів, а не в контролер робота. Роботизоване різання також має ще один рівень складності. Пробиття на неправильній висоті є досить поганим, але під час різання багатоосьових форм пальник може бути спрямований не в найкращий бік для заготовки та товщини матеріалу. Якщо пальник не перпендикулярний до металевої поверхні, яку він проколює, він врешті-решт проріже товстіший поперечний переріз, ніж необхідно, що призведе до втрати ресурсу витратних матеріалів. Крім того, пробиття контурної заготовки в неправильному напрямку може розмістити вузол пальника занадто близько до поверхні заготовки, піддаючи її впливу зворотного вибуху розплаву та спричиняючи передчасне руйнування (див. Рисунок 5).
Розглянемо застосування роботизованого плазмового різання, яке передбачає згинання верхньої частини резервуара під тиском. Подібно до різання листів, роботизований пальник слід розміщувати перпендикулярно до поверхні матеріалу, щоб забезпечити максимально тонкий поперечний переріз для перфорації. Коли плазмовий пальник наближається до заготовки, він використовує датчик висоти, доки не досягне поверхні резервуара, потім відводить його вздовж осі пальника для перенесення висоти. Після перенесення дуги пальник знову відводить його вздовж осі пальника для перенесення висоти пробивання, безпечно подалі від зворотного удару (див. Рисунок 6).
Після закінчення затримки прожигання пальник опускається на висоту різання. Під час обробки контурів пальник повертається в потрібний напрямок різання одночасно або поетапно. У цей момент починається послідовність різання.
Роботів називають перевизначеними системами. Тим не менш, вони мають кілька способів дійти до однієї точки. Це означає, що будь-хто, хто навчає робота рухатися, або будь-хто інший, повинен мати певний рівень знань, будь то розуміння руху робота чи вимог до обробки плазмовим різанням.
Хоча навчальні підвіски еволюціонували, деякі завдання за своєю суттю не підходять для програмування навчальних підвісок, особливо завдання, що включають велику кількість змішаних деталей малого обсягу. Роботи не виробляють, коли їх навчають, а саме навчання може тривати годинами або навіть днями для складних деталей.
Програмне забезпечення для автономного програмування роботів, розроблене з модулями плазмового різання, втілюватиме цей досвід (див. Рисунок 7). Це включає напрямок плазмового різання, вимірювання початкової висоти, послідовність прожигання та оптимізацію швидкості різання для процесів різання пальником та плазмою.
Рисунок 2. Гострі («загострені») пальники краще підходять для роботизованого плазмового різання. Але навіть з такою геометрією пальників найкраще збільшити висоту різання, щоб мінімізувати ймовірність зіткнень.
Програмне забезпечення надає знання робототехніки, необхідні для програмування перевизначених систем. Воно керує сингулярностями або ситуаціями, коли роботизований кінцевий ефектор (у цьому випадку плазмовий пальник) не може досягти заготовки; обмеженнями з'єднань; переміщенням; перекиданням зап'ястя; виявленням зіткнень; зовнішніми осями; та оптимізацією траєкторії інструменту. Спочатку програміст імпортує CAD-файл готової деталі в автономне програмне забезпечення для програмування роботів, потім визначає край, який потрібно вирізати, разом з точкою проколу та іншими параметрами, враховуючи обмеження зіткнень та діапазону.
Деякі з останніх ітерацій програмного забезпечення для автономної робототехніки використовують так зване програмування на основі завдань автономного режиму. Цей метод дозволяє програмістам автоматично генерувати шляхи різання та вибирати кілька профілів одночасно. Програміст може вибрати селектор шляху ребра, який показує шлях та напрямок різання, а потім змінити початкову та кінцеву точки, а також напрямок та нахил плазмового пальника. Програмування зазвичай починається (незалежно від марки роботизованої руки або плазмової системи) і продовжується включенням конкретної моделі робота.
Отримане моделювання може враховувати все в роботизованій комірці, включаючи такі елементи, як захисні бар'єри, кріплення та плазмові пальники. Потім воно враховує будь-які потенційні кінематичні помилки та зіткнення для оператора, який потім може виправити проблему. Наприклад, моделювання може виявити проблему зіткнення між двома різними розрізами в головці резервуара під тиском. Кожен розріз знаходиться на різній висоті вздовж контуру головки, тому швидкий рух між розрізами має враховувати необхідний зазор — невелику деталь, вирішену до того, як робота досягне підлоги, що допомагає уникнути головного болю та відходів.
Постійна нестача робочої сили та зростаючий попит клієнтів спонукали все більше виробників звернутися до роботизованого плазмового різання. На жаль, багато людей починають це робити, щоб виявити ще більше складнощів, особливо коли люди, які впроваджують автоматизацію, не мають знань про процес плазмового різання. Цей шлях призведе лише до розчарування.
Інтегруйте знання плазмового різання з самого початку, і все зміниться. Завдяки інтелектуальному плазмовому процесу робот може обертатися та рухатися за потреби для виконання найефективнішого проколювання, подовжуючи термін служби витратних матеріалів. Він ріже в правильному напрямку та маневрує, щоб уникнути зіткнення з заготовкою. Дотримуючись цього шляху автоматизації, виробники отримують вигоду.
Ця стаття базується на статті «Досягнення в 3D-роботоплазмовому різанні», представленій на конференції FABTECH 2021 року.
FABRICATOR – провідний журнал Північної Америки, присвячений металообробці та виробництву. Журнал містить новини, технічні статті та приклади з практики, які дозволяють виробникам виконувати свою роботу ефективніше. FABRICATOR обслуговує галузь з 1970 року.
Тепер із повним доступом до цифрового видання The FABRICATOR, легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Цифрове видання журналу «The Tube & Pipe Journal» тепер повністю доступне, забезпечуючи легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Насолоджуйтесь повним доступом до цифрового видання журналу STAMPING, який містить найновіші технологічні досягнення, передовий досвід та новини галузі для ринку штампування металу.
Тепер із повним доступом до цифрового видання The Fabricator en Español, легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Час публікації: 25 травня 2022 р.
