Integrirano robotsko rezanje s plazmo zahteva več kot le gorilnik, pritrjen na konec robotske roke. Poznavanje postopka rezanja s plazmo je ključnega pomena.
Kovinski predelovalci v celotni panogi – v delavnicah, težkih strojih, ladjedelništvu in konstrukcijskem jeklu – si prizadevajo izpolniti zahtevna pričakovanja glede dobave, hkrati pa preseči zahteve glede kakovosti. Nenehno si prizadevajo zmanjšati stroške, hkrati pa se spopadajo z vedno prisotnim problemom ohranjanja usposobljene delovne sile. Poslovanje ni enostavno.
Številne od teh težav izvirajo iz ročnih procesov, ki so v industriji še vedno razširjeni, zlasti pri izdelavi izdelkov kompleksnih oblik, kot so pokrovi industrijskih posod, ukrivljene jeklene konstrukcije ter cevi in cevovodi. Mnogi proizvajalci namenijo od 25 do 50 odstotkov svojega časa obdelave ročnemu označevanju, nadzoru kakovosti in pretvorbi, medtem ko dejanski čas rezanja (običajno z ročnim avtogenim ali plazemskim rezalnikom) znaša le 10 do 20 odstotkov.
Poleg časa, ki ga porabijo takšni ročni postopki, se mnogi od teh rezov naredijo okoli napačnih lokacij elementov, dimenzij ali toleranc, kar zahteva obsežne sekundarne operacije, kot sta brušenje in predelava, ali še huje, materiale, ki jih je treba zavreči. Številne trgovine namenijo kar 40 % celotnega časa obdelave temu nizkovrednostnemu delu in odpadkom.
Vse to je privedlo do prizadevanj industrije za avtomatizacijo. Delavnica, ki avtomatizira ročne operacije rezanja z gorilnikom za kompleksne večosne dele, je uvedla robotsko celico za rezanje s plazmo in, kar ni presenetljivo, dosegla ogromne koristi. Ta operacija odpravlja ročno načrtovanje, delo, ki bi 5 ljudem vzelo 6 ur, pa je zdaj mogoče opraviti v samo 18 minutah z robotom.
Čeprav so prednosti očitne, uvedba robotskega rezanja s plazmo zahteva več kot le nakup robota in plazemskega gorilnika. Če razmišljate o robotskem rezanju s plazmo, poskrbite za celosten pristop in preučite celoten vrednostni tok. Poleg tega sodelujte s sistemskim integratorjem, ki ga je usposobil proizvajalec in razume plazemsko tehnologijo ter komponente in procese sistema, potrebne za zagotovitev, da so vse zahteve vključene v zasnovo baterije.
Upoštevajte tudi programsko opremo, ki je verjetno ena najpomembnejših komponent vsakega robotskega sistema za plazemsko rezanje. Če ste investirali v sistem in je programska oprema bodisi težka za uporabo, zahteva veliko strokovnega znanja za delovanje ali pa ugotovite, da traja veliko časa, da robota prilagodite plazemskemu rezanju in ga naučite rezalne poti, le zapravljate veliko denarja.
Čeprav je programska oprema za robotsko simulacijo pogosta, učinkovite robotske celice za plazemsko rezanje uporabljajo programsko opremo za robotsko programiranje brez povezave, ki samodejno izvaja programiranje poti robota, prepoznava in kompenzira trke ter integrira znanje o procesu plazemskega rezanja. Ključnega pomena je vključitev poglobljenega znanja o procesu plazme. S takšno programsko opremo postane avtomatizacija tudi najkompleksnejših aplikacij robotskega plazemskega rezanja veliko lažja.
Plazemsko rezanje kompleksnih večosnih oblik zahteva edinstveno geometrijo gorilnika. Če geometrijo gorilnika, ki se uporablja v tipični aplikaciji XY (glej sliko 1), uporabite za kompleksno obliko, kot je ukrivljena glava tlačne posode, boste povečali verjetnost trkov. Zaradi tega so gorilniki z ostrim kotom (s "koničasto" zasnovo) bolj primerni za robotsko rezanje oblik.
Vsem vrstam trkov se ni mogoče izogniti samo z ostrokotno svetilko. Program dela mora vsebovati tudi spremembe višine reza (tj. konica gorilnika mora imeti razmik od obdelovanca), da se preprečijo trki (glejte sliko 2).
Med postopkom rezanja plazemski plin teče po telesu gorilnika v vrtinčni smeri proti konici gorilnika. To rotacijsko delovanje omogoča centrifugalni sili, da iz plinskega stebra potegne težke delce na obod odprtine šobe in zaščiti sklop gorilnika pred tokom vročih elektronov. Temperatura plazme je blizu 20.000 stopinj Celzija, bakreni deli gorilnika pa se topijo pri 1.100 stopinjah Celzija. Potrošni materiali potrebujejo zaščito, izolacijska plast težkih delcev pa zagotavlja zaščito.
Slika 1. Standardna ohišja gorilnikov so zasnovana za rezanje pločevine. Uporaba istega gorilnika v večosni aplikaciji poveča možnost trkov z obdelovancem.
Zaradi vrtinca je ena stran reza bolj vroča kot druga. Gorilniki z vrtečim se plinom v smeri urinega kazalca običajno postavijo vročo stran reza na desno stran loka (če gledano od zgoraj v smeri reza). To pomeni, da si procesni inženir močno prizadeva za optimizacijo dobre strani reza in predpostavlja, da bo slaba stran (leva) odpadek (glej sliko 3).
Notranje značilnosti je treba rezati v nasprotni smeri urinega kazalca, pri čemer vroča stran plazme naredi čist rez na desni strani (stran roba dela). Namesto tega je treba obod dela rezati v smeri urinega kazalca. Če gorilnik reže v napačni smeri, lahko povzroči veliko zoženje v profilu reza in poveča količino žlindre na robu dela. V bistvu s tem naredite "dobre reze" na odpadnem materialu.
Upoštevajte, da ima večina miz za rezanje plazemskih plošč vgrajeno procesno inteligenco v krmilniku glede smeri ločnega rezanja. Vendar pa na področju robotike te podrobnosti niso nujno znane ali razumljene in še niso vgrajene v tipičen krmilnik robota – zato je pomembno imeti programsko opremo za programiranje robotov brez povezave z znanjem o vgrajenem plazemskem procesu.
Gibanje gorilnika, ki se uporablja za prebadanje kovine, ima neposreden vpliv na potrošni material za plazemsko rezanje. Če plazemski gorilnik prebode pločevino na višini rezanja (preblizu obdelovanca), lahko odboj staljene kovine hitro poškoduje ščit in šobo. To povzroči slabo kakovost rezanja in skrajšano življenjsko dobo potrošnega materiala.
Spet se to redko zgodi pri rezanju pločevine s portalnim sistemom, saj je visoka stopnja strokovnega znanja o gorilniku že vgrajena v krmilnik. Operater pritisne gumb za začetek zaporedja preboda, kar sproži vrsto dogodkov za zagotovitev ustrezne višine preboda.
Najprej gorilnik izvede postopek zaznavanja višine, običajno z uporabo ohmskega signala za zaznavanje površine obdelovanca. Po pozicioniranju plošče se gorilnik umakne s plošče na višino prenosa, ki je optimalna razdalja za prenos plazemskega loka na obdelovanec. Ko se plazemski lok prenese, se lahko popolnoma segreje. Na tej točki se gorilnik premakne na višino prebadanja, ki je varnejša razdalja od obdelovanca in dlje od povratnega udara staljenega materiala. Gorilnik vzdržuje to razdaljo, dokler plazemski lok popolnoma ne prodre v ploščo. Po končanem zamiku prebadanja se gorilnik premakne navzdol proti kovinski plošči in začne z rezanjem (glej sliko 4).
Ponovno je vsa ta inteligenca običajno vgrajena v plazemski krmilnik, ki se uporablja za rezanje pločevine, ne pa v krmilnik robota. Robotsko rezanje ima tudi drugo plast kompleksnosti. Prebadanje na napačni višini je že samo po sebi dovolj slabo, toda pri rezanju večosnih oblik gorilnik morda ni v najboljši smeri za obdelovanec in debelino materiala. Če gorilnik ni pravokoten na kovinsko površino, ki jo prebada, bo na koncu prerezal debelejši presek, kot je potrebno, kar bo skrajšalo življenjsko dobo potrošnega materiala. Poleg tega lahko prebadanje konturiranega obdelovanca v napačni smeri postavi sklop gorilnika preblizu površine obdelovanca, kar ga izpostavi povratnemu toku taline in povzroči prezgodnjo odpoved (glej sliko 5).
Razmislite o robotskem plazemskem rezanju, ki vključuje upogibanje glave tlačne posode. Podobno kot pri rezanju pločevine je treba robotski gorilnik postaviti pravokotno na površino materiala, da se zagotovi najtanjši možni presek za perforacijo. Ko se plazemski gorilnik približa obdelovancu, uporablja zaznavanje višine, dokler ne najde površine posode, nato pa se umakne vzdolž osi gorilnika, da prenese višino. Po prenosu loka se gorilnik ponovno umakne vzdolž osi gorilnika, da doseže višino prebadanja, varno stran od povratnega udara (glej sliko 6).
Ko poteče zakasnitev preboda, se gorilnik spusti na višino rezanja. Pri obdelavi kontur se gorilnik sočasno ali postopno vrti v želeno smer rezanja. Na tej točki se začne zaporedje rezanja.
Roboti se imenujejo predeterminirani sistemi. Kljub temu imajo na isto točko več načinov. To pomeni, da mora imeti vsak, ki uči robota gibanja, ali kdorkoli drug, določeno raven strokovnega znanja, bodisi pri razumevanju gibanja robota bodisi pri zahtevah obdelave pri plazemskem rezanju.
Čeprav so se učni obeski razvili, nekatere naloge same po sebi niso primerne za programiranje učnih obeskov – zlasti naloge, ki vključujejo veliko število mešanih delov majhne količine. Roboti ne proizvajajo, ko so učeni, samo učenje pa lahko traja ure ali celo dni za kompleksne dele.
Programska oprema za programiranje robotov brez povezave, zasnovana z moduli za plazemsko rezanje, bo vključevala to strokovno znanje (glej sliko 7). To vključuje smer rezanja s plazemskim plinom, zaznavanje začetne višine, zaporedje prebadanja in optimizacijo hitrosti rezanja za gorilnike in plazemske procese.
Slika 2. Ostri ("koničasti") gorilniki so bolj primerni za robotsko rezanje s plazmo. Toda tudi pri teh geometrijah gorilnikov je najbolje povečati višino reza, da se zmanjša možnost trkov.
Programska oprema zagotavlja strokovno znanje s področja robotike, potrebno za programiranje predeterminiranih sistemov. Obvladuje singularnosti oziroma situacije, ko robotski končni efektor (v tem primeru plazemski gorilnik) ne more doseči obdelovanca; omejitve spojev; prekoračitev pomika; prevračanje zapestja; zaznavanje trkov; zunanje osi; in optimizacijo poti orodja. Najprej programer uvozi CAD datoteko končnega dela v programsko opremo za programiranje robotov brez povezave, nato pa definira rob, ki ga je treba rezati, skupaj s točko prebadanja in drugimi parametri, pri čemer upošteva omejitve trkov in obsega.
Nekatere najnovejše različice programske opreme za robotiko brez povezave uporabljajo tako imenovano programiranje brez povezave na podlagi nalog. Ta metoda programerjem omogoča samodejno ustvarjanje rezalnih poti in izbiro več profilov hkrati. Programer lahko izbere izbirnik robnih poti, ki prikazuje pot in smer rezanja, nato pa se odloči za spremembo začetne in končne točke ter smeri in naklona plazemskega gorilnika. Programiranje se običajno začne (neodvisno od znamke robotske roke ali plazemskega sistema) in nadaljuje z vključitvijo določenega modela robota.
Nastala simulacija lahko upošteva vse v robotski celici, vključno z elementi, kot so varnostne ograje, vpenjala in plazemski gorilniki. Nato upošteva vse morebitne kinematične napake in trke za operaterja, ki lahko nato odpravi težavo. Simulacija lahko na primer razkrije težavo s trkom med dvema različnima rezoma v glavi tlačne posode. Vsak rez je na različni višini vzdolž obrisa glave, zato mora hitro premikanje med rezi upoštevati potreben odmik – majhno podrobnost, ki se reši, preden delo doseže tla, kar pomaga odpraviti glavobole in odpadke.
Vztrajno pomanjkanje delovne sile in naraščajoče povpraševanje strank sta spodbudila vse več proizvajalcev, da se obrnejo na robotsko plazemsko rezanje. Žal se mnogi ljudje potopijo v vodo, le da bi odkrili še več zapletov, še posebej, če ljudje, ki vključujejo avtomatizacijo, nimajo znanja o postopku plazemskega rezanja. Ta pot bo vodila le v frustracije.
Vključite znanje o plazemskem rezanju že od samega začetka in stvari se spremenijo. Z inteligenco plazemskega procesa se lahko robot po potrebi vrti in premika, da izvede najučinkovitejše prebadanje, kar podaljša življenjsko dobo potrošnega materiala. Reže v pravilno smer in manevrira, da se izogne morebitnim trkom obdelovanca. Ko proizvajalci sledijo tej poti avtomatizacije, žanjejo sadove.
Ta članek temelji na članku »Napredek v 3D robotskem rezanju s plazmo«, predstavljenem na konferenci FABTECH leta 2021.
FABRICATOR je vodilna severnoameriška revija za industrijo oblikovanja in obdelave kovin. Revija ponuja novice, tehnične članke in zgodbe primerov, ki proizvajalcem omogočajo učinkovitejše opravljanje dela. FABRICATOR služi industriji že od leta 1970.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje revije The FABRICATOR, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Digitalna izdaja revije The Tube & Pipe Journal je zdaj v celoti dostopna in omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Uživajte v polnem dostopu do digitalne izdaje revije STAMPING Journal, ki ponuja najnovejše tehnološke dosežke, najboljše prakse in novice iz industrije za trg žigosanja kovin.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje revije The Fabricator en Español, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Čas objave: 25. maj 2022
