Zintegrowane cięcie plazmowe za pomocą robota wymaga czegoś więcej niż tylko palnika przymocowanego do końca ramienia robota. Kluczowa jest znajomość procesu cięcia plazmowego.
Firmy zajmujące się obróbką metali w całej branży – w warsztatach, ciężkich maszynach, budownictwie okrętowym i konstrukcjach stalowych – starają się sprostać wysokim oczekiwaniom w zakresie dostaw, przewyższając jednocześnie wymagania jakościowe. Ciągle starają się obniżać koszty, jednocześnie zmagając się z ciągłym problemem zatrzymania wykwalifikowanej siły roboczej. Prowadzenie biznesu nie jest łatwe.
Wiele z tych problemów ma swoje źródło w ręcznych procesach, które nadal są powszechne w branży, szczególnie przy produkcji wyrobów o złożonych kształtach, takich jak pokrywy pojemników przemysłowych, zakrzywione elementy konstrukcyjne ze stali, a także rury i przewody. Wielu producentów poświęca 25–50 procent czasu obróbki na ręczne znakowanie, kontrolę jakości i konwersję, podczas gdy rzeczywisty czas cięcia (zwykle przy użyciu ręcznej przecinarki tlenowo-paliwowej lub plazmowej) wynosi zaledwie 10–20 procent.
Oprócz czasu pochłanianego przez takie ręczne procesy, wiele z tych cięć wykonuje się w niewłaściwych miejscach, przy niewłaściwych wymiarach lub tolerancjach, co wymaga rozległych operacji wtórnych, takich jak szlifowanie i ponowna obróbka, lub, co gorsza, materiałów, które trzeba złomować. Wiele zakładów poświęca aż 40% swojego całkowitego czasu przetwarzania na tego typu mało wartościowe prace i marnotrawstwo.
Wszystko to doprowadziło do tego, że branża zaczęła zmierzać w kierunku automatyzacji. Zakład, który automatyzuje operacje ręcznego cięcia palnikiem skomplikowanych części wieloosiowych, wdrożył robotyczną celę cięcia plazmowego i, co nie powinno dziwić, odnotował ogromne korzyści. Operacja ta eliminuje konieczność ręcznego rozmieszczania elementów, a zadanie, które zajęłoby 5 osobom 6 godzin, można teraz wykonać w zaledwie 18 minut przy użyciu robota.
Choć korzyści są oczywiste, wdrożenie robotycznego cięcia plazmowego wymaga czegoś więcej niż tylko zakupu robota i palnika plazmowego. Jeśli rozważasz robotyczne cięcie plazmowe, pamiętaj, aby zastosować podejście holistyczne i wziąć pod uwagę cały strumień wartości. Ponadto, współpracuj z przeszkolonym przez producenta integratorem systemów, który rozumie technologię plazmową oraz niezbędne komponenty i procesy systemu, aby mieć pewność, że wszystkie wymagania zostaną uwzględnione w konstrukcji akumulatora.
Należy również wziąć pod uwagę oprogramowanie, które jest prawdopodobnie jednym z najważniejszych komponentów każdego zrobotyzowanego systemu cięcia plazmowego. Jeśli zainwestowałeś w system, a oprogramowanie jest trudne w obsłudze, wymaga dużej wiedzy do jego obsługi lub uważasz, że przystosowanie robota do cięcia plazmowego i nauczenie go ścieżki cięcia zajmuje dużo czasu, to po prostu marnujesz mnóstwo pieniędzy.
Choć oprogramowanie do symulacji robotów jest powszechne, efektywne stanowiska do cięcia plazmowego robotów wykorzystują oprogramowanie do programowania robotów w trybie offline, które automatycznie programuje ścieżkę robota, identyfikuje i kompensuje kolizje oraz integruje wiedzę na temat procesu cięcia plazmowego. Kluczowe jest włączenie dogłębnej wiedzy na temat procesu cięcia plazmowego. Dzięki takiemu oprogramowaniu automatyzacja nawet najbardziej złożonych zastosowań cięcia plazmowego robotów staje się znacznie łatwiejsza.
Cięcie plazmowe skomplikowanych kształtów wieloosiowych wymaga specjalnej geometrii palnika. Zastosuj geometrię palnika używaną w typowych zastosowaniach XY (patrz rysunek 1) do złożonego kształtu, takiego jak zakrzywiona głowica zbiornika ciśnieniowego, a zwiększysz prawdopodobieństwo kolizji. Z tego powodu palniki o ostrych kątach (o „spiczastej” konstrukcji) lepiej nadają się do cięcia kształtów przez roboty.
Nie da się uniknąć wszystkich rodzajów kolizji, używając tylko latarki o ostrym kącie. Program obróbki części musi również zawierać zmiany wysokości cięcia (tj. końcówka palnika musi znajdować się w pewnej odległości od obrabianego przedmiotu), aby uniknąć kolizji (patrz rysunek 2).
Podczas procesu cięcia gaz plazmowy spływa w dół korpusu palnika w kierunku wirowym do końcówki palnika. Ten ruch obrotowy umożliwia sile odśrodkowej wyciąganie ciężkich cząstek z kolumny gazu na obrzeża otworu dyszy i chroni zespół palnika przed przepływem gorących elektronów. Temperatura plazmy wynosi około 20 000 stopni Celsjusza, podczas gdy miedziane części palnika topią się w temperaturze 1100 stopni Celsjusza. Materiały eksploatacyjne wymagają ochrony, a izolacyjna warstwa ciężkich cząstek zapewnia ochronę.
Rysunek 1. Standardowe korpusy palników są przeznaczone do cięcia blach. Stosowanie tego samego palnika w zastosowaniach wieloosiowych zwiększa ryzyko kolizji z obrabianym przedmiotem.
Wir sprawia, że jedna strona cięcia jest gorętsza od drugiej. Palniki z gazem obracającym się zgodnie z ruchem wskazówek zegara zazwyczaj umieszczają gorącą stronę cięcia po prawej stronie łuku (patrząc z góry w kierunku cięcia). Oznacza to, że inżynier procesu ciężko pracuje, aby zoptymalizować dobrą stronę cięcia i zakłada, że zła strona (lewa) będzie odpadem (patrz rysunek 3).
Wewnętrzne elementy muszą być cięte w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a gorąca strona plazmy musi wykonywać czyste cięcie po prawej stronie (krawędzi części). Zamiast tego obwód części musi być cięty w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Jeśli palnik tnie w niewłaściwym kierunku, może to spowodować duże zwężenie profilu cięcia i zwiększyć ilość żużlu na krawędzi części. Zasadniczo wykonujesz „dobre cięcia” na złomie.
Należy pamiętać, że większość stołów do cięcia paneli plazmą ma wbudowaną w sterownik inteligencję procesową dotyczącą kierunku cięcia łukiem. Jednak w dziedzinie robotyki szczegóły te nie są koniecznie znane ani rozumiane i nie są jeszcze osadzone w typowym sterowniku robota – dlatego ważne jest, aby mieć oprogramowanie do programowania robotów offline z wiedzą na temat osadzonego procesu plazmowego.
Ruch palnika używanego do przebijania metalu ma bezpośredni wpływ na materiały eksploatacyjne do cięcia plazmowego. Jeśli palnik plazmowy przebije arkusz na wysokości cięcia (zbyt blisko przedmiotu obrabianego), odrzut stopionego metalu może szybko uszkodzić osłonę i dyszę. Powoduje to słabą jakość cięcia i skrócenie żywotności materiałów eksploatacyjnych.
Ponownie, zdarza się to rzadko w zastosowaniach cięcia blachy za pomocą bramy, gdyż wysoki poziom wiedzy na temat palnika jest już wbudowany w sterownik. Operator naciska przycisk, aby zainicjować sekwencję przebijania, która inicjuje serię zdarzeń w celu zapewnienia właściwej wysokości przebijania.
Najpierw palnik wykonuje procedurę wykrywania wysokości, zwykle wykorzystując sygnał omowy do wykrywania powierzchni obrabianego przedmiotu. Po ustawieniu płyty palnik jest wycofywany z płyty na wysokość transferu, która jest optymalną odległością do przeniesienia łuku plazmowego na obrabiany przedmiot. Po przeniesieniu łuku plazmowego może się on całkowicie nagrzać. W tym momencie palnik przesuwa się na wysokość przebijania, która jest bezpieczniejszą odległością od obrabianego przedmiotu i większą od cofającego się strumienia stopionego materiału. Palnik utrzymuje tę odległość, aż łuk plazmowy całkowicie przebije płytę. Po zakończeniu opóźnienia przebijania palnik przesuwa się w dół w kierunku płyty metalowej i rozpoczyna ruch cięcia (patrz rysunek 4).
Ponownie, cała ta inteligencja jest zwykle wbudowana w sterownik plazmy używany do cięcia arkuszy, a nie w sterownik robota. Cięcie robotyczne ma jeszcze jedną warstwę złożoności. Przebijanie na niewłaściwej wysokości jest samo w sobie złe, ale podczas cięcia kształtów wieloosiowych palnik może nie być ustawiony w najlepszym kierunku w stosunku do obrabianego przedmiotu i grubości materiału. Jeśli palnik nie jest prostopadły do przebijanej powierzchni metalu, przecinany element będzie miał grubszy przekrój niż to konieczne, co powoduje marnowanie materiałów eksploatacyjnych. Ponadto przebijanie wyprofilowanego przedmiotu obrabianego w niewłaściwym kierunku może spowodować umieszczenie zespołu palnika zbyt blisko powierzchni przedmiotu obrabianego, narażając go na cofanie się stopionego materiału i powodując przedwczesną awarię (patrz rysunek 5).
Rozważ zastosowanie cięcia plazmowego z wykorzystaniem robota, które obejmuje gięcie głowicy zbiornika ciśnieniowego. Podobnie jak w przypadku cięcia blachy, palnik robota powinien być umieszczony prostopadle do powierzchni materiału, aby zapewnić jak najcieńszy przekrój poprzeczny do perforacji. Gdy palnik plazmowy zbliża się do przedmiotu obrabianego, wykorzystuje on czujnik wysokości, aż znajdzie powierzchnię zbiornika, a następnie wycofuje się wzdłuż osi palnika, aby przenieść wysokość. Po przeniesieniu łuku palnik jest ponownie wycofywany wzdłuż osi palnika na wysokość przebicia, bezpiecznie z dala od odrzutu (patrz rysunek 6).
Po upływie czasu opóźnienia przebicia palnik zostaje opuszczony na wysokość cięcia. Podczas obróbki konturów palnik jest obracany w pożądanym kierunku cięcia jednocześnie lub etapami. W tym momencie rozpoczyna się sekwencja cięcia.
Roboty nazywane są systemami naddeterminowanymi. Oznacza to, że istnieje wiele sposobów, aby osiągnąć ten sam cel. Oznacza to, że każdy, kto uczy robota, jak się poruszać, lub kogokolwiek innego, musi posiadać pewien poziom wiedzy specjalistycznej, czy to w zakresie zrozumienia ruchu robota, czy wymagań obróbki skrawaniem podczas cięcia plazmowego.
Chociaż pilota zdalnego sterowania ewoluował, niektóre zadania nie nadają się do programowania za pomocą pilota zdalnego sterowania — zwłaszcza zadania obejmujące dużą liczbę zróżnicowanych części o małej objętości. Roboty nie produkują, gdy są uczone, a samo uczenie może trwać godziny, a w przypadku skomplikowanych części nawet dni.
Oprogramowanie do programowania robotów offline, zaprojektowane z myślą o modułach do cięcia plazmowego, będzie zawierać tę wiedzę specjalistyczną (patrz rysunek 7). Obejmuje to sterowanie kierunkiem cięcia plazmowego, wykrywanie wysokości początkowej, sekwencjonowanie przebić oraz optymalizację prędkości cięcia dla procesów z użyciem palnika i plazmy.
Rysunek 2. Ostre („spiczaste”) palniki lepiej nadają się do zrobotyzowanego cięcia plazmowego. Jednak nawet przy takiej geometrii palnika najlepiej jest zwiększyć wysokość cięcia, aby zminimalizować ryzyko kolizji.
Oprogramowanie zapewnia specjalistyczną wiedzę z zakresu robotyki niezbędną do programowania systemów naddeterminowanych. Zarządza osobliwościami, czyli sytuacjami, w których robotyczny chwytak (w tym przypadku palnik plazmowy) nie może dosięgnąć obrabianego przedmiotu, ograniczeniami połączeń, przekroczeniem dopuszczalnego zakresu ruchu, przewróceniem nadgarstka, wykrywaniem kolizji, osiami zewnętrznymi oraz optymalizacją ścieżki narzędzia. Najpierw programista importuje plik CAD gotowej części do oprogramowania do programowania robotów offline, a następnie definiuje krawędź, która ma zostać wycięta, wraz z punktem przebicia i innymi parametrami, biorąc pod uwagę ograniczenia kolizji i zasięgu.
Niektóre z najnowszych wersji oprogramowania do robotyki offline wykorzystują tzw. programowanie offline oparte na zadaniach. Ta metoda umożliwia programistom automatyczne generowanie ścieżek cięcia i wybieranie wielu profili jednocześnie. Programista może wybrać selektor ścieżki krawędzi, który pokazuje ścieżkę cięcia i kierunek, a następnie zdecydować się na zmianę punktu początkowego i końcowego, a także kierunku i nachylenia palnika plazmowego. Programowanie zazwyczaj zaczyna się (niezależnie od marki ramienia robota lub systemu plazmowego) i przechodzi do uwzględniania konkretnego modelu robota.
Powstała symulacja może uwzględniać wszystko w celi robotycznej, w tym elementy takie jak bariery bezpieczeństwa, osprzęt i palniki plazmowe. Następnie uwzględnia wszelkie potencjalne błędy kinematyczne i kolizje dla operatora, który może rozwiązać problem. Na przykład symulacja może ujawnić problem kolizji między dwoma różnymi cięciami w głowicy zbiornika ciśnieniowego. Każde nacięcie znajduje się na innej wysokości wzdłuż konturu głowicy, więc szybki ruch między nacięciami musi uwzględniać niezbędny odstęp — mały szczegół, rozwiązany zanim praca dotrze na podłogę, który pomaga wyeliminować bóle głowy i marnotrawstwo.
Ciągły niedobór siły roboczej i rosnący popyt klientów skłoniły coraz większą liczbę producentów do zwrócenia się w stronę zrobotyzowanego cięcia plazmowego. Niestety, wiele osób decyduje się na ten krok tylko po to, by odkryć więcej komplikacji, szczególnie gdy osoby zajmujące się integracją automatyzacji nie mają wiedzy na temat procesu cięcia plazmowego. Ta ścieżka doprowadzi jedynie do frustracji.
Zintegruj wiedzę na temat cięcia plazmowego od samego początku, a wszystko się zmieni. Dzięki inteligencji procesu plazmowego robot może się obracać i poruszać według potrzeb, aby wykonywać najbardziej wydajne przebijanie, wydłużając żywotność materiałów eksploatacyjnych. Tnie we właściwym kierunku i wykonuje manewry, aby uniknąć kolizji z obrabianym przedmiotem. Producenci, którzy podążają tą ścieżką automatyzacji, czerpią korzyści.
Niniejszy artykuł powstał na podstawie artykułu „Postępy w dziedzinie cięcia plazmowego robotem 3D” zaprezentowanego na konferencji FABTECH 2021.
FABRICATOR to wiodący w Ameryce Północnej magazyn poświęcony branży obróbki plastycznej i produkcji metali. W magazynie można znaleźć wiadomości, artykuły techniczne i opisy przypadków, które pozwalają producentom wykonywać swoją pracę bardziej efektywnie. FABRICATOR świadczy usługi dla branży od 1970 roku.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The FABRICATOR, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Cyfrowa edycja czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępna, umożliwiając łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Ciesz się pełnym dostępem do cyfrowej wersji czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze osiągnięcia technologiczne, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dla rynku tłoczenia metali.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The Fabricator w języku hiszpańskim, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Czas publikacji: 25-05-2022
