Integrované robotické plazmové rezanie vyžaduje viac než len horák pripevnený na konci robotického ramena. Znalosť procesu plazmového rezania je kľúčová.
Kovovýrobcovia v celom odvetví – v dielňach, ťažkých strojoch, lodiarstve a oceľových konštrukciách – sa snažia splniť náročné očakávania o dodávkach a zároveň prekonať požiadavky na kvalitu. Neustále sa snažia znižovať náklady a zároveň sa zaoberajú neustálym problémom udržania si kvalifikovanej pracovnej sily. Podnikanie nie je jednoduché.
Mnohé z týchto problémov možno vysledovať až k manuálnym procesom, ktoré sú v tomto odvetví stále rozšírené, najmä pri výrobe zložitých tvarovaných výrobkov, ako sú priemyselné viečka nádob, zakrivené oceľové konštrukčné komponenty a rúry a potrubia. Mnohí výrobcovia venujú 25 až 50 percent svojho času obrábania manuálnemu značeniu, kontrole kvality a konverzii, pričom skutočný čas rezania (zvyčajne s ručnou autogénovou alebo plazmovou rezačkou) je iba 10 až 20 percent.
Okrem času, ktorý takéto manuálne procesy zaberajú, sa mnohé z týchto rezov robia okolo nesprávnych umiestnení prvkov, rozmerov alebo tolerancií, čo si vyžaduje rozsiahle sekundárne operácie, ako je brúsenie a prepracovanie, alebo, čo je horšie, materiály, ktoré je potrebné zošrotovať. Mnohé obchody venujú až 40 % celkového času spracovania tejto nízkohodnotnej práci a odpadu.
Toto všetko viedlo k tlaku priemyslu na automatizáciu. Dielňa, ktorá automatizuje operácie manuálneho rezania horákom pre zložité viacosové diely, zaviedla robotickú plazmovú rezaciu bunku a, čo nie je prekvapujúce, zaznamenala obrovské zisky. Táto operácia eliminuje manuálne rozvrhovanie a prácu, ktorá by trvala 5 ľuďom 6 hodín, je teraz možné pomocou robota vykonať len za 18 minút.
Hoci sú výhody zrejmé, implementácia robotického plazmového rezania si vyžaduje viac než len nákup robota a plazmového horáka. Ak uvažujete o robotickom plazmovom rezaní, nezabudnite zvoliť holistický prístup a pozrieť sa na celý hodnotový tok. Okrem toho spolupracujte so systémovým integrátorom vyškoleným výrobcom, ktorý rozumie plazmovej technológii a systémovým komponentom a procesom potrebným na zabezpečenie integrácie všetkých požiadaviek do návrhu batérie.
Zvážte aj softvér, ktorý je pravdepodobne jednou z najdôležitejších súčastí každého robotického plazmového rezacieho systému. Ak ste investovali do systému a softvér sa buď ťažko používa, vyžaduje si veľa odborných znalostí na spustenie, alebo zistíte, že prispôsobenie robota plazmovému rezaniu a naučenie dráhy rezania trvá veľa času, len mrháte veľa peňazí.
Hoci je softvér na robotickú simuláciu bežný, efektívne robotické plazmové rezacie bunky využívajú offline softvér na robotické programovanie, ktorý automaticky vykonáva programovanie dráhy robota, identifikuje a kompenzuje kolízie a integruje znalosti procesu plazmového rezania. Začlenenie hlbokých znalostí plazmového procesu je kľúčové. S takýmto softvérom je automatizácia aj tých najzložitejších aplikácií robotického plazmového rezania oveľa jednoduchšia.
Plazmové rezanie zložitých viacosových tvarov vyžaduje jedinečnú geometriu horáka. Aplikujte geometriu horáka používanú v typickej aplikácii XY (pozri obrázok 1) na zložitý tvar, ako je napríklad zakrivená hlava tlakovej nádoby, a zvýšite pravdepodobnosť kolízií. Z tohto dôvodu sú na robotické rezanie tvarov vhodnejšie horáky s ostrými uhlami (s „špicatým“ dizajnom).
Všetkým typom kolízií sa nedá vyhnúť iba pomocou ostrouhlej baterky. Program obrábania musí obsahovať aj zmeny výšky rezu (t. j. hrot horáka musí mať od obrobku vôľu), aby sa predišlo kolíziám (pozri obrázok 2).
Počas procesu rezania plazmový plyn prúdi po tele horáka vo vírovom smere k hrotu horáka. Táto rotačná činnosť umožňuje odstredivej sile vytiahnuť ťažké častice z plynového stĺpca na obvod otvoru trysky a chráni zostavu horáka pred prúdením horúcich elektrónov. Teplota plazmy sa blíži k 20 000 stupňom Celzia, zatiaľ čo medené časti horáka sa tavia pri 1 100 stupňoch Celzia. Spotrebný materiál potrebuje ochranu a izolačná vrstva ťažkých častíc poskytuje ochranu.
Obrázok 1. Štandardné telesá horákov sú určené na rezanie plechov. Použitie toho istého horáka vo viacosovej aplikácii zvyšuje riziko kolízií s obrobkom.
Vírivý prúd spôsobuje, že jedna strana rezu je teplejšia ako druhá. Horáky s plynom otáčajúcim sa v smere hodinových ručičiek zvyčajne umiestňujú horúcu stranu rezu na pravú stranu oblúka (pri pohľade zhora v smere rezu). To znamená, že procesný inžinier usilovne pracuje na optimalizácii dobrej strany rezu a predpokladá, že zlá strana (ľavá) bude odpad (pozri obrázok 3).
Vnútorné prvky je potrebné rezať proti smeru hodinových ručičiek, pričom horúca strana plazmy musí robiť čistý rez na pravej strane (strana hrany dielu). Namiesto toho je potrebné rezať obvod dielu v smere hodinových ručičiek. Ak horák reže v nesprávnom smere, môže vytvoriť veľké zúženie v profile rezu a zvýšiť trosku na hrane dielu. V podstate robíte „dobré rezy“ na šrot.
Upozorňujeme, že väčšina stolov na rezanie plazmových panelov má v ovládači zabudovanú procesnú inteligenciu týkajúcu sa smeru rezania oblúkom. V oblasti robotiky však tieto detaily nie sú nevyhnutne známe alebo pochopené a ešte nie sú zabudované v typickom ovládači robota – preto je dôležité mať offline softvér na programovanie robotov so znalosťou zabudovaného plazmového procesu.
Pohyb horáka používaného na prepichovanie kovu má priamy vplyv na spotrebný materiál plazmového rezania. Ak plazmový horák prepichne plech vo výške rezania (príliš blízko k obrobku), spätný ráz roztaveného kovu môže rýchlo poškodiť štít a trysku. To má za následok nízku kvalitu rezu a skrátenú životnosť spotrebného materiálu.
Toto sa opäť zriedka stáva pri aplikáciách rezania plechov s portálom, pretože vysoký stupeň odbornosti s horákom je už zabudovaný v ovládači. Operátor stlačí tlačidlo na spustenie sekvencie prepichovania, čím sa spustí séria udalostí na zabezpečenie správnej výšky prepichovania.
Horák najprv vykoná postup snímania výšky, zvyčajne pomocou ohmického signálu na detekciu povrchu obrobku. Po umiestnení plechu sa horák stiahne z plechu do výšky prenosu, čo je optimálna vzdialenosť pre prenos plazmového oblúka na obrobok. Po prenose plazmového oblúka sa môže úplne zahriať. V tomto bode sa horák presunie do výšky prepichovania, čo je bezpečnejšia vzdialenosť od obrobku a ďalej od spätného prúdenia roztaveného materiálu. Horák udržiava túto vzdialenosť, kým plazmový oblúk úplne neprenikne do plechu. Po ukončení oneskorenia prepichovania sa horák presunie nadol smerom k kovovému plechu a začne rezací pohyb (pozri obrázok 4).
Opäť platí, že všetka táto inteligencia je zvyčajne zabudovaná do plazmového ovládača používaného na rezanie plechov, nie do ovládača robota. Robotické rezanie má aj ďalšiu vrstvu zložitosti. Prepichovanie v nesprávnej výške je samo o sebe dosť zlé, ale pri rezaní viacosových tvarov nemusí byť horák v najlepšom smere pre obrobok a hrúbku materiálu. Ak horák nie je kolmý na kovový povrch, ktorý prepichuje, nakoniec reže hrubší prierez, ako je potrebné, čím sa plytvá životnosťou spotrebného materiálu. Okrem toho, prepichovanie kontúrovaného obrobku v nesprávnom smere môže umiestniť zostavu horáka príliš blízko k povrchu obrobku, čím ho vystaví spätnému toku taveniny a spôsobí predčasné zlyhanie (pozri obrázok 5).
Predstavte si aplikáciu robotického plazmového rezania, ktorá zahŕňa ohýbanie dna tlakovej nádoby. Podobne ako pri rezaní plechu by mal byť robotický horák umiestnený kolmo na povrch materiálu, aby sa zabezpečil čo najtenší prierez pre perforáciu. Keď sa plazmový horák približuje k obrobku, používa snímanie výšky, kým nenájde povrch nádoby, a potom sa zasunie pozdĺž osi horáka, aby preniesol výšku. Po prenesení oblúka sa horák opäť zasunie pozdĺž osi horáka, aby prenikol do výšky prepichnutia, bezpečne mimo spätného rázu (pozri obrázok 6).
Po uplynutí oneskorenia prepichnutia sa horák spustí na výšku rezania. Pri spracovaní kontúr sa horák otáča do požadovaného smeru rezania súčasne alebo postupne. V tomto bode sa začína sekvencia rezania.
Roboty sa nazývajú predurčené systémy. To znamená, že majú viacero spôsobov, ako sa dostať do rovnakého bodu. To znamená, že každý, kto učí robota pohybovať sa, alebo ktokoľvek iný, musí mať určitú úroveň odborných znalostí, či už v pochopení pohybu robota alebo požiadaviek na obrábanie plazmovým rezaním.
Hoci sa výučbové zariadenia vyvíjali, niektoré úlohy nie sú inherentne vhodné na programovanie výučbových zariadení – najmä úlohy zahŕňajúce veľký počet zmiešaných nízkoobjemových dielov. Roboty pri učení neprodukujú a samotné učenie môže trvať hodiny alebo dokonca dni v prípade zložitých dielov.
Softvér na offline programovanie robotov navrhnutý s modulmi plazmového rezania bude využívať tieto odborné znalosti (pozri obrázok 7). Patria sem smer rezania plazmovým plynom, snímanie počiatočnej výšky, sekvencia prepichovania a optimalizácia rýchlosti rezania pre procesy horáka a plazmy.
Obrázok 2. Ostré („špicaté“) horáky sú vhodnejšie na robotické plazmové rezanie. Ale aj pri týchto geometriách horákov je najlepšie zvýšiť výšku rezu, aby sa minimalizovalo riziko kolízií.
Softvér poskytuje odborné znalosti v oblasti robotiky potrebné na programovanie predurčených systémov. Riadi singularity alebo situácie, keď robotický koncový efektor (v tomto prípade plazmový horák) nemôže dosiahnuť na obrobok; obmedzenia kĺbov; prekročenie dráhy; prevrátenie zápästia; detekciu kolízií; vonkajšie osi; a optimalizáciu dráhy nástroja. Programátor najprv importuje súbor CAD hotového dielu do offline softvéru na programovanie robotov, potom definuje hranu, ktorá sa má rezať, spolu s bodom prepichnutia a ďalšími parametrami, berúc do úvahy obmedzenia kolízií a rozsahu.
Niektoré z najnovších iterácií offline robotického softvéru používajú tzv. offline programovanie založené na úlohách. Táto metóda umožňuje programátorom automaticky generovať rezné dráhy a vyberať viacero profilov naraz. Programátor si môže vybrať selektor hrany dráhy, ktorý zobrazuje reznú dráhu a smer, a potom sa rozhodnúť zmeniť začiatočný a koncový bod, ako aj smer a sklon plazmového horáka. Programovanie sa vo všeobecnosti začína (nezávisle od značky robotického ramena alebo plazmového systému) a pokračuje zahrnutím konkrétneho modelu robota.
Výsledná simulácia môže zohľadniť všetko v robotickej bunke vrátane prvkov, ako sú bezpečnostné bariéry, upínacie prvky a plazmové horáky. Následne zohľadňuje všetky potenciálne kinematické chyby a kolízie pre operátora, ktorý potom môže problém opraviť. Simulácia môže napríklad odhaliť problém s kolíziou medzi dvoma rôznymi rezmi v hlave tlakovej nádoby. Každý rez je v inej výške pozdĺž obrysu hlavice, takže rýchly pohyb medzi rezmi musí zohľadniť potrebnú vôľu – malý detail, vyriešený predtým, ako sa obrobok dostane na podlahu, ktorý pomáha eliminovať bolesti hlavy a plytvanie.
Pretrvávajúci nedostatok pracovnej sily a rastúci dopyt zákazníkov prinútili stále viac výrobcov obrátiť sa na robotické plazmové rezanie. Bohužiaľ, veľa ľudí sa do toho vrhá len preto, aby zistilo ďalšie komplikácie, najmä ak ľudia, ktorí integrujú automatizáciu, nemajú znalosti o procese plazmového rezania. Táto cesta povedie len k frustrácii.
Integrujte znalosti plazmového rezania od začiatku a veci sa zmenia. Vďaka inteligencii plazmového procesu sa robot môže otáčať a pohybovať podľa potreby, aby vykonal najefektívnejšie prepichovanie, čím sa predlžuje životnosť spotrebných materiálov. Reže správnym smerom a manévruje tak, aby sa predišlo akejkoľvek kolízii s obrobkom. Výrobcovia, ktorí sa držia tejto cesty automatizácie, žanú ovocie.
Tento článok je založený na článku „Pokroky v 3D robotickom plazmovom rezaní“, ktorý bol prezentovaný na konferencii FABTECH v roku 2021.
FABRICATOR je popredný severoamerický časopis zameraný na tvárnenie a spracovanie kovov. Časopis poskytuje novinky, technické články a prípadové štúdie, ktoré umožňujú výrobcom vykonávať svoju prácu efektívnejšie. FABRICATOR slúži tomuto odvetviu od roku 1970.
Teraz s plným prístupom k digitálnej edícii časopisu The FABRICATOR máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Digitálne vydanie časopisu The Tube & Pipe Journal je teraz plne dostupné a poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Využite plný prístup k digitálnemu vydaniu časopisu STAMPING Journal, ktorý poskytuje najnovšie technologické pokroky, osvedčené postupy a novinky z odvetvia lisovania kovov.
Teraz s plným prístupom k digitálnemu vydaniu časopisu The Fabricator en Español máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Čas uverejnenia: 25. mája 2022
