Integrert robotisk plasmaskjæring krever mer enn bare en brenner festet til enden av robotarmen. Kunnskap om plasmaskjæreprosessen er nøkkelen.
Metallprodusenter i hele bransjen – i verksteder, tunge maskiner, skipsbygging og stålkonstruksjoner – streber etter å møte strenge leveringsforventninger samtidig som de overgår kvalitetskravene. De søker stadig å redusere kostnader samtidig som de håndterer det stadig tilstedeværende problemet med å beholde kvalifisert arbeidskraft. Forretningsdrift er ikke lett.
Mange av disse problemene kan spores tilbake til manuelle prosesser som fortsatt er utbredt i industrien, spesielt når man produserer komplekse produkter som industrielle beholderlokk, buede stålkonstruksjonskomponenter og rør og slanger. Mange produsenter bruker 25 til 50 prosent av maskineringstiden sin på manuell merking, kvalitetskontroll og konvertering, når den faktiske skjæretiden (vanligvis med en håndholdt oksyfuel- eller plasmaskjærer) bare er 10 til 20 prosent.
I tillegg til tiden som kreves av slike manuelle prosesser, gjøres mange av disse kuttene rundt feil plassering av funksjoner, dimensjoner eller toleranser, noe som krever omfattende sekundære operasjoner som sliping og omarbeiding, eller enda verre, materialer som må kasseres. Mange butikker bruker så mye som 40 % av sin totale prosesseringstid på dette lavverdige arbeidet og avfallet.
Alt dette har ført til et press i bransjen mot automatisering. Et verksted som automatiserer manuelle brennerskjæreoperasjoner for komplekse fleraksede deler implementerte en robotisert plasmaskjærecelle og så, ikke overraskende, store gevinster. Denne operasjonen eliminerer manuell layout, og en jobb som ville tatt 5 personer 6 timer kan nå gjøres på bare 18 minutter med en robot.
Selv om fordelene er åpenbare, krever implementering av robotisert plasmaskjæring mer enn bare å kjøpe en robot og en plasmabrenner. Hvis du vurderer robotisert plasmaskjæring, sørg for å ha en helhetlig tilnærming og se på hele verdistrømmen. I tillegg bør du samarbeide med en produsentutdannet systemintegrator som forstår og forstår plasmateknologi og systemkomponentene og prosessene som kreves for å sikre at alle krav er integrert i batteridesignet.
Vurder også programvaren, som uten tvil er en av de viktigste komponentene i ethvert robotisert plasmaskjæresystem. Hvis du har investert i et system, og programvaren enten er vanskelig å bruke, krever mye ekspertise å kjøre, eller du synes det tar mye tid å tilpasse roboten til plasmaskjæring og lære skjærebanen, kaster du bare bort mye penger.
Selv om robotsimuleringsprogramvare er vanlig, bruker effektive robotiske plasmaskjæreceller offline robotprogrammeringsprogramvare som automatisk utfører robotbaneprogrammering, identifiserer og kompenserer for kollisjoner, og integrerer kunnskap om plasmaskjæreprosesser. Det er viktig å innlemme dyp kunnskap om plasmaprosesser. Med programvare som dette blir det mye enklere å automatisere selv de mest komplekse robotiske plasmaskjæreapplikasjonene.
Plasmaskjæring av komplekse fleraksede former krever unik brennergeometri. Bruk brennergeometrien som brukes i en typisk XY-applikasjon (se figur 1) på en kompleks form, for eksempel et buet trykkbeholderhode, og du vil øke sannsynligheten for kollisjoner. Av denne grunn er skarpvinklede brennere (med en "spiss" design) bedre egnet for robotformskjæring.
Alle typer kollisjoner kan ikke unngås med en skarpvinklet lommelykt alene. Delprogrammet må også inneholde endringer i skjærehøyden (dvs. brennerspissen må ha klaring til arbeidsstykket) for å unngå kollisjoner (se figur 2).
Under skjæreprosessen strømmer plasmagassen nedover brennerkroppen i en virvelretning til brennerspissen. Denne rotasjonsvirkningen lar sentrifugalkraften trekke tunge partikler ut av gassøylen til periferien av dysehullet og beskytter brennerenheten mot strømmen av varme elektroner. Plasmatemperaturen er nær 20 000 grader Celsius, mens kobberdelene i brenneren smelter ved 1100 grader Celsius. Forbruksvarer trenger beskyttelse, og et isolerende lag med tunge partikler gir beskyttelse.
Figur 1. Standard brennerhus er konstruert for skjæring av metallplater. Bruk av samme brenner i en flerakset applikasjon øker sjansen for kollisjoner med arbeidsstykket.
Virvelen gjør den ene siden av kuttet varmere enn den andre. Brennere med medursroterende gass plasserer vanligvis den varme siden av kuttet på høyre side av buen (sett ovenfra i retning av kuttet). Dette betyr at prosessingeniøren jobber hardt for å optimalisere den gode siden av kuttet og antar at den dårlige siden (venstre) vil være skrap (se figur 3).
Innvendige deler må kuttes mot klokken, der den varme siden av plasmaet lager et rent snitt på høyre side (kantsiden av delen). I stedet må omkretsen av delen kuttes med klokken. Hvis brenneren skjærer i feil retning, kan det skape en stor avsmalning i skjæreprofilen og øke slagg på kanten av delen. I hovedsak setter du "gode snitt" på skrap.
Merk at de fleste plasmaskjærebord har prosessintelligens innebygd i kontrolleren angående retningen på bueskjæret. Men innen robotikk er ikke disse detaljene nødvendigvis kjente eller forstått, og de er ennå ikke innebygd i en typisk robotkontroller – så det er viktig å ha offline robotprogrammeringsprogramvare med kunnskap om den innebygde plasmaprosessen.
Brennerbevegelsen som brukes til å gjennombore metall har en direkte effekt på plasmaskjæreforbruksdelene. Hvis plasmabrenneren gjennomborer platen i skjærehøyde (for nær arbeidsstykket), kan rekylen fra det smeltede metallet raskt skade skjoldet og dysen. Dette resulterer i dårlig skjærekvalitet og redusert levetid for forbruksdelene.
Igjen skjer dette sjelden i metallplateskjæringsapplikasjoner med en gantry, ettersom den høye graden av brennerekspertise allerede er innebygd i kontrolleren. Operatøren trykker på en knapp for å starte hullsettingssekvensen, som starter en serie hendelser for å sikre riktig hullsettingshøyde.
Først utfører brenneren en høydemålingsprosedyre, vanligvis ved hjelp av et ohmsk signal for å detektere arbeidsstykkets overflate. Etter å ha plassert platen, trekkes brenneren tilbake fra platen til overføringshøyden, som er den optimale avstanden for at plasmabuen skal overføres til arbeidsstykket. Når plasmabuen er overført, kan den varmes opp helt. På dette tidspunktet beveger brenneren seg til hullsettingshøyden, som er en tryggere avstand fra arbeidsstykket og lenger fra tilbakeslagspunktet til det smeltede materialet. Brenneren opprettholder denne avstanden til plasmabuen trenger helt inn i platen. Etter at hullsettingsforsinkelsen er fullført, beveger brenneren seg ned mot metallplaten og begynner skjærebevegelsen (se figur 4).
Igjen, all denne intelligensen er vanligvis innebygd i plasmakontrolleren som brukes til arkkjæring, ikke i robotkontrolleren. Robotskjæring har også et annet lag med kompleksitet. Stikkhulling i feil høyde er ille nok, men når man skjærer fleraksede former, er det ikke sikkert at brenneren er i den beste retningen for arbeidsstykket og materialtykkelsen. Hvis brenneren ikke er vinkelrett på metalloverflaten den stikkhuller gjennom, vil den ende opp med å skjære et tykkere tverrsnitt enn nødvendig, noe som sløser med levetiden til forbruksdelene. I tillegg kan stikkhulling i et konturert arbeidsstykke i feil retning plassere brennerenheten for nær arbeidsstykkets overflate, eksponere den for smeltetilbakeslag og forårsake for tidlig svikt (se figur 5).
Tenk deg en robotisert plasmaskjæringsapplikasjon som innebærer å bøye hodet på en trykkbeholder. I likhet med plateskjæring bør robotbrenneren plasseres vinkelrett på materialoverflaten for å sikre det tynneste mulige tverrsnittet for perforering. Når plasmabrenneren nærmer seg arbeidsstykket, bruker den høydeføling til den finner beholderoverflaten, og trekker seg deretter tilbake langs brennerens akse for å overføre høyden. Etter at buen er overført, trekkes brenneren tilbake igjen langs brennerens akse for å nå hullhøyden, trygt unna tilbakeslag (se figur 6).
Når hullsettingsforsinkelsen er utløpt, senkes brenneren til skjærehøyden. Ved bearbeiding av konturer roteres brenneren til ønsket skjæreretning samtidig eller i trinn. På dette tidspunktet begynner skjæresekvensen.
Roboter kalles overbestemte systemer. Når det er sagt, finnes det flere måter å komme til samme punkt på. Dette betyr at alle som lærer en robot å bevege seg, eller noen andre, må ha et visst nivå av ekspertise, enten det gjelder å forstå robotbevegelse eller maskineringskravene til plasmaskjæring.
Selv om Teach-Pendel-programmering har utviklet seg, er noen oppgaver ikke iboende egnet for Teach-Pendel-programmering – spesielt oppgaver som involverer et stort antall blandede deler med lavt volum. Roboter produserer ikke når de læres opp, og selve læringen kan ta timer, eller til og med dager for komplekse deler.
Offline robotprogrammeringsprogramvare designet med plasmaskjæremoduler vil integrere denne ekspertisen (se figur 7). Dette inkluderer plasmagassskjæreretning, initial høyderegistrering, hullsekvensering og optimalisering av skjærehastighet for brenner- og plasmaprosesser.
Figur 2. Skarpe («spisse») brennere er bedre egnet for robotisert plasmaskjæring. Men selv med disse brennergeometriene er det best å øke skjærehøyden for å minimere sjansen for kollisjoner.
Programvaren gir robotekspertisen som kreves for å programmere overbestemte systemer. Den håndterer singulariteter, eller situasjoner der den robotiske endeeffektoren (i dette tilfellet plasmabrenneren) ikke kan nå arbeidsstykket; skjøtgrenser; overvandring; håndleddsrollover; kollisjonsdeteksjon; eksterne akser; og verktøybaneoptimalisering. Først importerer programmereren CAD-filen av den ferdige delen til offline robotprogrammeringsprogramvare, og definerer deretter kanten som skal kuttes, sammen med hullpunktet og andre parametere, med hensyn til kollisjons- og rekkeviddebegrensninger.
Noen av de nyeste iterasjonene av offline robotikkprogramvare bruker såkalt oppgavebasert offline programmering. Denne metoden lar programmerere automatisk generere skjærebaner og velge flere profiler samtidig. Programmereren kan velge en kantbanevelger som viser skjærebanen og retningen, og deretter velge å endre start- og sluttpunktene, samt retningen og helningen til plasmabrenneren. Programmeringen begynner vanligvis (uavhengig av merket til robotarmen eller plasmasystemet) og fortsetter med å inkludere en spesifikk robotmodell.
Den resulterende simuleringen kan ta hensyn til alt i robotcellen, inkludert elementer som sikkerhetsbarrierer, inventar og plasmabrennere. Deretter tar den hensyn til eventuelle kinematiske feil og kollisjoner for operatøren, som deretter kan rette opp problemet. For eksempel kan en simulering avsløre et kollisjonsproblem mellom to forskjellige kutt i hodet på en trykkbeholder. Hvert snitt er i en annen høyde langs hodets kontur, så rask bevegelse mellom snittene må ta hensyn til nødvendig klaring – en liten detalj, løst før arbeidet når gulvet, som bidrar til å eliminere hodepine og svinn.
Vedvarende mangel på arbeidskraft og økende kundeetterspørsel har fått flere produsenter til å vende seg til robotisert plasmaskjæring. Dessverre er det mange som kaster seg ut i vannet bare for å oppdage flere komplikasjoner, spesielt når de som integrerer automatisering mangler kunnskap om plasmaskjæreprosessen. Denne veien vil bare føre til frustrasjon.
Integrer kunnskap om plasmaskjæring fra starten av, og ting forandrer seg. Med plasmaprosessintelligens kan roboten rotere og bevege seg etter behov for å utføre den mest effektive hullsettingen, noe som forlenger levetiden til forbruksdelene. Den skjærer i riktig retning og manøvrerer for å unngå kollisjon med arbeidsstykket. Når produsentene følger denne automatiseringsveien, høster de gevinstene.
Denne artikkelen er basert på «Fremskritt innen 3D-robotplasmaskjæring» som ble presentert på FABTECH-konferansen i 2021.
FABRICATOR er Nord-Amerikas ledende magasin for metallforming og fabrikasjon. Magasinet tilbyr nyheter, tekniske artikler og sakshistorier som gjør det mulig for produsenter å gjøre jobben sin mer effektivt. FABRICATOR har betjent bransjen siden 1970.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av The FABRICATOR, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.
Den digitale utgaven av The Tube & Pipe Journal er nå fullt tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle ressurser i bransjen.
Få full tilgang til den digitale utgaven av STAMPING Journal, som gir deg de nyeste teknologiske fremskrittene, beste praksis og bransjenyheter for metallstemplingsmarkedet.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av The Fabricator på spansk, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.
Publisert: 25. mai 2022
