Geïntegreerd robot plasmasnijden vereist meer dan alleen een toorts die aan het uiteinde van de robotarm is bevestigd. Kennis van het plasmasnijproces is essentieel.
Metaalfabrikanten in de hele industrie - in werkplaatsen, zware machines, scheepsbouw en constructiestaal - streven ernaar om aan de veeleisende leveringsverwachtingen te voldoen en tegelijkertijd de kwaliteitseisen te overtreffen. Ze zijn voortdurend op zoek naar kostenverlagingen terwijl ze het altijd aanwezige probleem van het behouden van geschoolde arbeidskrachten aanpakken. niet makkelijk.
Veel van deze problemen zijn terug te voeren op handmatige processen die nog steeds gangbaar zijn in de industrie, vooral bij het vervaardigen van complexe gevormde producten zoals industriële containerdeksels, gebogen structurele stalen componenten en buizen en buizen. Veel fabrikanten besteden 25 tot 50 procent van hun bewerkingstijd tot handmatige markering, kwaliteitscontrole en conversie, terwijl de werkelijke snijtijd (meestal met een draagbare zuurstofgas- of plasmasnijder) slechts 10 tot 20 procent is.
Naast de tijd die dergelijke handmatige processen in beslag nemen, worden veel van deze sneden gemaakt rond verkeerde kenmerken, afmetingen of toleranties, waardoor uitgebreide secundaire bewerkingen nodig zijn, zoals slijpen en herbewerken, of erger nog, materialen die moeten worden gesloopt. maar liefst 40% van hun totale verwerkingstijd aan dit laagwaardige werk en afval.
Dit alles heeft geleid tot een duw in de richting van automatisering in de sector. Een winkel die handmatige snijbewerkingen met toortsen voor complexe meerassige onderdelen automatiseert, implementeerde een robotische plasmasnijcel en zag, niet verwonderlijk, enorme winsten. Deze operatie elimineert handmatige lay-out en een taak die zou 5 mensen kosten 6 uur kan nu worden gedaan in slechts 18 minuten met behulp van een robot.
Hoewel de voordelen voor de hand liggen, vereist het implementeren van robot plasmasnijden meer dan alleen de aanschaf van een robot en een plasmatoorts. Als u overweegt robot plasmasnijden te overwegen, zorg dan voor een holistische benadering en kijk naar de volledige waardestroom. Werk bovendien met een door de fabrikant opgeleide systeemintegrator die plasmatechnologie en de systeemcomponenten en -processen begrijpt en begrijpt die nodig zijn om ervoor te zorgen dat alle vereisten worden geïntegreerd in het batterijontwerp.
Denk ook eens aan de software, die aantoonbaar een van de belangrijkste componenten van elk robot-plasmasnijsysteem is. kost veel tijd om de robot aan te passen aan plasmasnijden en het snijpad aan te leren, je verspilt gewoon veel geld.
Hoewel robotsimulatiesoftware gebruikelijk is, maken effectieve robot-plasmasnijcellen gebruik van offline robotprogrammeersoftware die automatisch robotpadprogrammering uitvoert, botsingen identificeert en compenseert en kennis van plasmasnijprocessen integreert. Het is essentieel om diepgaande kennis van plasmaprocessen op te nemen. Met software zoals deze , wordt het automatiseren van zelfs de meest complexe robot-plasmasnijtoepassingen veel eenvoudiger.
Voor het plasmasnijden van complexe meerassige vormen is een unieke toortsgeometrie vereist. Pas de toortsgeometrie die wordt gebruikt in een typische XY-toepassing (zie afbeelding 1) toe op een complexe vorm, zoals een gebogen drukvatkop, en u vergroot de kans op botsingen. Om deze reden zijn toortsen met een scherpe hoek (met een "puntig" ontwerp) beter geschikt voor het robotvormig snijden van vormen.
Alle soorten botsingen kunnen niet worden vermeden met alleen een zaklamp met een scherpe hoek. Het onderdeelprogramma moet ook wijzigingen in de snijhoogte bevatten (dwz de toortspunt moet ruimte hebben tot het werkstuk) om botsingen te voorkomen (zie afbeelding 2).
Tijdens het snijproces stroomt het plasmagas langs het toortslichaam in een vortexrichting naar de toortspunt. Deze roterende actie maakt het mogelijk dat de centrifugale kracht zware deeltjes uit de gaskolom trekt naar de periferie van het mondstukgat en beschermt de toortseenheid tegen de stroom van hete elektronen. De temperatuur van het plasma is bijna 20.000 graden Celsius, terwijl de koperen delen van de toorts smelten bij 1.100 graden Celsius. Verbruiksgoederen hebben bescherming nodig en een isolerende laag van zware deeltjes biedt bescherming.
Afbeelding 1. Standaard toortslichamen zijn ontworpen voor het snijden van plaatmetaal. Het gebruik van dezelfde toorts in een meerassige toepassing vergroot de kans op botsingen met het werkstuk.
De werveling maakt de ene kant van de snede heter dan de andere. Toortsen met rechtsdraaiend gas plaatsen de hete kant van de snede meestal aan de rechterkant van de boog (van bovenaf gezien in de richting van de snede). Dit betekent dat de procesingenieur werkt hard om de goede kant van de snede te optimaliseren en gaat ervan uit dat de slechte kant (links) schroot zal zijn (zie figuur 3).
Interne kenmerken moeten tegen de klok in worden gesneden, waarbij de hete kant van het plasma een zuivere snede maakt aan de rechterkant (kant van de onderdeelrand). In plaats daarvan moet de omtrek van het onderdeel met de klok mee worden gesneden. Als de Als de toorts in de verkeerde richting snijdt, kan dit leiden tot een grote tapsheid in het snijprofiel en meer slak op de rand van het onderdeel. In wezen zorgt u voor "goede sneden" op schroot.
Merk op dat de meeste plasmapaneelsnijtafels procesintelligentie hebben ingebouwd in de controller met betrekking tot de richting van de boogsnede. Maar op het gebied van robotica zijn deze details niet noodzakelijk bekend of begrepen, en ze zijn nog niet ingebed in een typische robotcontroller - het is dus belangrijk om offline robotprogrammeersoftware te hebben met kennis van het embedded plasmaproces.
De beweging van de toorts die wordt gebruikt om metaal te doorboren, heeft een direct effect op de verbruiksartikelen voor plasmasnijden. slechte snijkwaliteit en kortere levensduur van slijtdelen.
Nogmaals, dit gebeurt zelden bij het snijden van plaatwerk met een portaal, aangezien de hoge mate van toortsexpertise al in de controller is ingebouwd. De operator drukt op een knop om de doorsteekreeks te starten, die een reeks gebeurtenissen initieert om de juiste doorsteekhoogte te garanderen .
Eerst voert de toorts een hoogtedetectieprocedure uit, waarbij meestal een ohms signaal wordt gebruikt om het werkstukoppervlak te detecteren. Nadat de plaat is geplaatst, wordt de toorts teruggetrokken van de plaat naar de overdrachtshoogte, wat de optimale afstand is voor de overdracht van de plasmaboog op het werkstuk. Zodra de plasmaboog is overgebracht, kan deze volledig opwarmen. Op dit punt beweegt de toorts naar de doorsteekhoogte, wat een veiligere afstand tot het werkstuk is en verder van de terugslag van het gesmolten materiaal. De toorts handhaaft dit afstand totdat de plasmaboog de plaat volledig doordringt. Nadat de doorsteekvertraging is voltooid, beweegt de toorts naar beneden in de richting van de metalen plaat en begint de snijbeweging (zie afbeelding 4).
Nogmaals, al deze intelligentie is meestal ingebouwd in de plasmacontroller die wordt gebruikt voor het snijden van platen, niet in de robotcontroller. Robotsnijden heeft ook een andere laag van complexiteit. Piercing op de verkeerde hoogte is al erg genoeg, maar bij het snijden van meerassige vormen, de toorts mogelijk niet in de beste richting voor het werkstuk en de materiaaldikte. Als de toorts niet loodrecht staat op het metalen oppervlak dat hij doorboort, zal hij uiteindelijk een dikkere doorsnede snijden dan nodig is, waardoor de levensduur van het slijtdeel wordt verspild. in de verkeerde richting kan de toortsconstructie te dicht bij het werkstukoppervlak worden geplaatst, waardoor het wordt blootgesteld aan terugslag door smelten en voortijdig defect raken (zie afbeelding 5).
Overweeg een robotische plasmasnijtoepassing waarbij de kop van een drukvat wordt gebogen. Net als bij het snijden van platen, moet de robottoorts loodrecht op het materiaaloppervlak worden geplaatst om de dunst mogelijke doorsnede voor perforatie te garanderen. Naarmate de plasmatoorts het werkstuk nadert , het gebruikt hoogtemeting totdat het het oppervlak van het vat vindt en trekt zich vervolgens terug langs de toortsas om de hoogte over te dragen. Nadat de boog is overgebracht, wordt de toorts weer teruggetrokken langs de toortsas om de hoogte te doorboren, veilig weg van terugslag (zie afbeelding 6) .
Zodra de doorsteekvertraging is verstreken, wordt de toorts verlaagd tot de snijhoogte. Bij het verwerken van contouren wordt de toorts gelijktijdig of stapsgewijs in de gewenste snijrichting gedraaid. Op dit punt begint de snijvolgorde.
Robots worden overbepaalde systemen genoemd. Dat gezegd hebbende, er zijn meerdere manieren om op hetzelfde punt te komen. Dit betekent dat iedereen die een robot leert bewegen, of iemand anders, een bepaald niveau van expertise moet hebben, of het nu gaat om het begrijpen van robotbewegingen of het machinaal bewerken eisen van plasmasnijden.
Hoewel leerhangers zijn geëvolueerd, zijn sommige taken niet inherent geschikt voor het programmeren van hangers, vooral taken met een groot aantal gemengde onderdelen met een laag volume. Robots produceren niet wanneer ze worden onderwezen, en het aanleren zelf kan uren duren, of zelfs dagen voor complexe onderdelen.
Offline robotprogrammeersoftware ontworpen met plasmasnijmodules zal deze expertise insluiten (zie afbeelding 7). Dit omvat de snijrichting van plasmagas, initiële hoogtemeting, doorsteekvolgorde en snijsnelheidoptimalisatie voor toorts- en plasmaprocessen.
Afbeelding 2. Scherpe (“puntige”) toortsen zijn beter geschikt voor robot plasmasnijden. Maar zelfs met deze toortsgeometrieën is het het beste om de snijhoogte te vergroten om de kans op botsingen te minimaliseren.
De software biedt de robotica-expertise die nodig is om overbepaalde systemen te programmeren. Het beheert singulariteiten of situaties waarin de robotachtige eindeffector (in dit geval de plasmatoorts) het werkstuk niet kan bereiken;gezamenlijke limieten;overreizen;pols omrollen;botsingsdetectie;externe assen;en toolpath-optimalisatie. Eerst importeert de programmeur het CAD-bestand van het voltooide onderdeel in offline robotprogrammeersoftware en definieert vervolgens de te snijden rand, samen met het doorsteekpunt en andere parameters, rekening houdend met botsings- en bereikbeperkingen.
Sommige van de nieuwste versies van offline robotica-software gebruiken zogenaamde op taken gebaseerde offline programmering. Met deze methode kunnen programmeurs automatisch snijpaden genereren en meerdere profielen tegelijk selecteren. De programmeur kan een randpadselector selecteren die het snijpad en de snijrichting aangeeft , en kies er vervolgens voor om het begin- en eindpunt te wijzigen, evenals de richting en helling van de plasmatoorts. Het programmeren begint over het algemeen (onafhankelijk van het merk van de robotarm of het plasmasysteem) en gaat verder met het opnemen van een specifiek robotmodel.
De resulterende simulatie kan rekening houden met alles in de robotcel, inclusief elementen zoals veiligheidsbarrières, armaturen en plasmatoortsen. Het houdt dan rekening met eventuele kinematische fouten en botsingen voor de operator, die het probleem vervolgens kan corrigeren. een simulatie kan een botsingsprobleem aan het licht brengen tussen twee verschillende sneden in de kop van een drukvat. Elke incisie bevindt zich op een andere hoogte langs de contouren van het hoofd, dus een snelle beweging tussen de incisies moet rekening houden met de noodzakelijke speling - een klein detail, opgelost voordat het werk de vloer bereikt, dat helpt hoofdpijn en afval te voorkomen.
Aanhoudende tekorten aan arbeidskrachten en een groeiende vraag van klanten hebben ertoe geleid dat meer fabrikanten overgaan op robotplasmasnijden. Helaas duiken veel mensen het water in om meer complicaties te ontdekken, vooral wanneer de mensen die automatisering integreren geen kennis hebben van het plasmasnijproces. tot frustratie leiden.
Integreer de kennis van plasmasnijden vanaf het begin en dingen veranderen. Met plasmaprocesintelligentie kan de robot naar behoefte roteren en bewegen om de meest efficiënte piercing uit te voeren, waardoor de levensduur van verbruiksartikelen wordt verlengd. Hij snijdt in de juiste richting en manoeuvreert om elk werkstuk te vermijden botsing. Bij het volgen van dit pad van automatisering oogsten fabrikanten de vruchten.
Dit artikel is gebaseerd op "Advances in 3D Robotic Plasma Cutting" gepresenteerd op de FABTECH-conferentie van 2021.
FABRICATOR is het toonaangevende tijdschrift voor de metaalbewerkings- en fabricage-industrie in Noord-Amerika. Het tijdschrift biedt nieuws, technische artikelen en casuïstiek waarmee fabrikanten hun werk efficiënter kunnen doen. FABRICATOR bedient de industrie sinds 1970.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de branche.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de branche.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, die de nieuwste technologische ontwikkelingen, best practices en nieuws uit de branche voor de metaalstempelmarkt biedt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de branche.
Posttijd: 25 mei-2022
