Integreret robotplasmaskæring kræver mere end blot en brænder fastgjort til enden af robotarmen. Kendskab til plasmaskæringsprocessen er nøglen.
Metalproducenter i hele branchen – i værksteder, tunge maskiner, skibsbygning og stålkonstruktioner – stræber efter at opfylde strenge leveringsforventninger og samtidig overgå kvalitetskravene. De søger konstant at reducere omkostningerne, samtidig med at de håndterer det altid tilstedeværende problem med at fastholde kvalificeret arbejdskraft. Forretning er ikke let.
Mange af disse problemer kan spores tilbage til manuelle processer, der stadig er udbredte i branchen, især ved fremstilling af komplekse formede produkter såsom industrielle beholderlåg, buede stålkonstruktionskomponenter samt rør og slanger. Mange producenter bruger 25 til 50 procent af deres bearbejdningstid på manuel mærkning, kvalitetskontrol og konvertering, når den faktiske skæretid (normalt med en håndholdt oxyfuel- eller plasmaskærer) kun er 10 til 20 procent.
Ud over den tid, der forbruges af sådanne manuelle processer, foretages mange af disse snit omkring forkerte placeringer, dimensioner eller tolerancer, hvilket kræver omfattende sekundære operationer såsom slibning og omarbejdning, eller endnu værre, materialer, der skal skrottes. Mange butikker bruger op til 40 % af deres samlede behandlingstid på dette lavværdiarbejde og spild.
Alt dette har ført til et skub i branchen mod automatisering. Et værksted, der automatiserer manuelle brænderskæringsoperationer til komplekse multiaksede dele, implementerede en robotiseret plasmaskærecelle og oplevede, ikke overraskende, enorme gevinster. Denne operation eliminerer manuel layout, og et job, der ville tage 5 personer 6 timer, kan nu udføres på bare 18 minutter ved hjælp af en robot.
Selvom fordelene er åbenlyse, kræver implementering af robotplasmaskæring mere end blot at købe en robot og en plasmabrænder. Hvis du overvejer robotplasmaskæring, skal du sørge for at have en holistisk tilgang og se på hele værdistrømmen. Derudover bør du arbejde med en producentuddannet systemintegrator, der forstår og forstår plasmateknologi og de systemkomponenter og processer, der kræves for at sikre, at alle krav er integreret i batteridesignet.
Overvej også softwaren, som uden tvivl er en af de vigtigste komponenter i ethvert robotbaseret plasmaskæresystem. Hvis du har investeret i et system, og softwaren enten er vanskelig at bruge, kræver en masse ekspertise at køre, eller du synes, det tager lang tid at tilpasse robotten til plasmaskæring og lære skærestien, spilder du bare en masse penge.
Selvom robotsimuleringssoftware er almindelig, bruger effektive robotplasmaskæreceller offline robotprogrammeringssoftware, der automatisk udfører robotbaneprogrammering, identificerer og kompenserer for kollisioner og integrerer viden om plasmaskæreprocesser. Det er vigtigt at integrere dybdegående viden om plasmaprocesser. Med software som denne bliver det meget nemmere at automatisere selv de mest komplekse robotplasmaskæreapplikationer.
Plasmaskæring af komplekse former med flere akser kræver unik brændergeometri. Anvend den brændergeometri, der bruges i en typisk XY-applikation (se figur 1), på en kompleks form, såsom et buet trykbeholderhoved, og du vil øge sandsynligheden for kollisioner. Af denne grund er skarpvinklede brændere (med et "spids" design) bedre egnet til robotformskæring.
Alle typer kollisioner kan ikke undgås alene med en skarpvinklet lommelygte. Delprogrammet skal også indeholde ændringer af skærehøjden (dvs. brænderspidsen skal have frigang til emnet) for at undgå kollisioner (se figur 2).
Under skæreprocessen strømmer plasmagassen ned ad brænderkroppen i en vortexretning til brænderspidsen. Denne rotationshandling tillader centrifugalkraften at trække tunge partikler ud af gaskolonnen til periferien af dysehullet og beskytter brænderenheden mod strømmen af varme elektroner. Plasmaets temperatur er tæt på 20.000 grader Celsius, mens kobberdelene i brænderen smelter ved 1.100 grader Celsius. Forbrugsmaterialer skal beskyttes, og et isolerende lag af tunge partikler yder beskyttelse.
Figur 1. Standardbrænderhuse er designet til pladeskæring. Brug af den samme brænder i en flerakset applikation øger risikoen for kollisioner med emnet.
Hvirvelen gør den ene side af snittet varmere end den anden. Brændere med gas, der roterer med uret, placerer typisk den varme side af snittet på højre side af buen (set ovenfra i snittets retning). Det betyder, at procesingeniøren arbejder hårdt på at optimere den gode side af snittet og antager, at den dårlige side (venstre) vil være skrot (se figur 3).
Indvendige dele skal skæres mod uret, hvor den varme side af plasmaet laver et rent snit på højre side (delens kantside). I stedet skal delens omkreds skæres med uret. Hvis brænderen skærer i den forkerte retning, kan det skabe en stor tilspidsning i skæreprofilen og øge slagger på delens kant. I bund og grund laver du "gode snit" på skrot.
Bemærk, at de fleste plasmaskæreborde har procesintelligens indbygget i controlleren vedrørende retningen af bueskæringen. Men inden for robotteknologi er disse detaljer ikke nødvendigvis kendte eller forståede, og de er endnu ikke indlejret i en typisk robotcontroller – så det er vigtigt at have offline robotprogrammeringssoftware med kendskab til den indlejrede plasmaproces.
Brænderens bevægelse, der bruges til at gennembore metal, har en direkte effekt på plasmaskærematerialer. Hvis plasmabrænderen gennemborer pladen i skærehøjde (for tæt på emnet), kan det smeltede metals rekyl hurtigt beskadige skjoldet og dysen. Dette resulterer i dårlig skærekvalitet og reduceret levetid for forbrugsmaterialer.
Igen sker dette sjældent i plademetalskæringsapplikationer med en gantry, da den høje grad af brænderekspertise allerede er indbygget i controlleren. Operatøren trykker på en knap for at starte hulningssekvensen, hvilket starter en række hændelser for at sikre korrekt hulningshøjde.
Først udfører brænderen en højdemålingsprocedure, normalt ved hjælp af et ohmsk signal til at detektere emnets overflade. Efter placering af pladen trækkes brænderen tilbage fra pladen til overførselshøjden, hvilket er den optimale afstand for plasmabuen at overføre til emnet. Når plasmabuen er overført, kan den varmes helt op. På dette tidspunkt bevæger brænderen sig til gennemboringshøjden, hvilket er en mere sikker afstand fra emnet og længere fra tilbageslag af det smeltede materiale. Brænderen opretholder denne afstand, indtil plasmabuen fuldstændigt trænger ind i pladen. Efter gennemboringsforsinkelsen er fuldført, bevæger brænderen sig ned mod metalpladen og begynder skærebevægelsen (se figur 4).
Igen er al denne intelligens normalt indbygget i plasmastyringen, der bruges til pladeskæring, ikke i robotstyringen. Robotskæring har også et andet lag af kompleksitet. Hulning i den forkerte højde er slemt nok, men når man skærer former med flere akser, er brænderen muligvis ikke i den bedste retning for emnet og materialetykkelsen. Hvis brænderen ikke er vinkelret på den metaloverflade, den gennemborer, vil den ende med at skære et tykkere tværsnit end nødvendigt, hvilket spilder forbrugsmaterialets levetid. Derudover kan hulning af et kontureret emne i den forkerte retning placere brænderenheden for tæt på emnets overflade, udsætte den for smeltetilbageslag og forårsage for tidlig svigt (se figur 5).
Overvej en robotbaseret plasmaskæringsapplikation, der involverer bøjning af hovedet på en trykbeholder. Ligesom pladeskæring skal robotbrænderen placeres vinkelret på materialeoverfladen for at sikre det tyndest mulige tværsnit til perforering. Når plasmabrænderen nærmer sig emnet, bruger den højdemåling, indtil den finder beholderens overflade, og trækker sig derefter tilbage langs brænderens akse for at overføre højden. Efter at buen er overført, trækkes brænderen tilbage igen langs brænderens akse for at nå gennemboringshøjden, sikkert væk fra tilbageslag (se figur 6).
Når hulforsinkningstiden udløber, sænkes brænderen til skærehøjden. Ved bearbejdning af konturer drejes brænderen samtidigt eller trinvis til den ønskede skæreretning. På dette tidspunkt begynder skæresekvensen.
Robotter kaldes overbestemte systemer. Når det er sagt, er der flere måder at nå til samme punkt på. Det betyder, at enhver, der lærer en robot at bevæge sig, eller enhver anden, skal have et vist niveau af ekspertise, hvad enten det gælder forståelse af robotbevægelse eller bearbejdningskravene til plasmaskæring.
Selvom teach-pendants har udviklet sig, er nogle opgaver ikke i sagens natur egnede til teach-pendant-programmering – især opgaver, der involverer et stort antal blandede dele med lav volumen. Robotter producerer ikke, når de bliver lært op, og selve indlæringen kan tage timer eller endda dage for komplekse dele.
Offline robotprogrammeringssoftware designet med plasmaskæremoduler vil integrere denne ekspertise (se figur 7). Dette inkluderer plasmagasskæreretning, initial højderegistrering, hulsekvensering og optimering af skærehastighed for brænder- og plasmaprocesser.
Figur 2. Skarpe ("spidse") brændere er bedre egnede til robotplasmaskæring. Men selv med disse brændergeometrier er det bedst at øge skærehøjden for at minimere risikoen for kollisioner.
Softwaren leverer den robotekspertise, der kræves til at programmere overbestemte systemer. Den håndterer singulariteter eller situationer, hvor den robotiske sluteffektor (i dette tilfælde plasmabrænderen) ikke kan nå emnet; samlingsgrænser; overvandring; håndledsoverrulning; kollisionsdetektion; eksterne akser; og værktøjsbaneoptimering. Først importerer programmøren CAD-filen af den færdige del til offline robotprogrammeringssoftware og definerer derefter den kant, der skal skæres, sammen med gennemboringspunktet og andre parametre, under hensyntagen til kollisions- og rækkeviddebegrænsninger.
Nogle af de nyeste versioner af offline robotsoftware bruger såkaldt opgavebaseret offline programmering. Denne metode giver programmører mulighed for automatisk at generere skærestier og vælge flere profiler på én gang. Programmøren kan vælge en kantstivælger, der viser skærestien og retningen, og derefter vælge at ændre start- og slutpunkterne samt retningen og hældningen af plasmabrænderen. Programmeringen begynder generelt (uafhængigt af robotarmens eller plasmasystemets mærke) og fortsætter med at inkludere en specifik robotmodel.
Den resulterende simulering kan tage højde for alt i robotcellen, inklusive elementer som sikkerhedsbarrierer, armaturer og plasmabrændere. Den tager derefter højde for eventuelle kinematiske fejl og kollisioner for operatøren, som derefter kan rette problemet. For eksempel kan en simulering afsløre et kollisionsproblem mellem to forskellige snit i hovedet på en trykbeholder. Hvert snit er i en forskellig højde langs hovedets kontur, så hurtig bevægelse mellem snittene skal tage højde for den nødvendige frihøjde - en lille detalje, der løses, før arbejdet når gulvet, og som hjælper med at eliminere hovedpine og spild.
Vedvarende mangel på arbejdskraft og stigende kundeefterspørgsel har fået flere producenter til at vende sig mod robotbaseret plasmaskæring. Desværre dykker mange mennesker ned i vandet bare for at opdage flere komplikationer, især når de personer, der integrerer automatisering, mangler kendskab til plasmaskæringsprocessen. Denne vej vil kun føre til frustration.
Integrer viden om plasmaskæring fra starten, og tingene ændrer sig. Med plasmaprocesintelligens kan robotten rotere og bevæge sig efter behov for at udføre den mest effektive boring, hvilket forlænger levetiden for forbrugsvarer. Den skærer i den rigtige retning og manøvrerer for at undgå kollisioner med emnet. Når producenterne følger denne automatiseringsvej, høster de fordele.
Denne artikel er baseret på “Fremskridt inden for 3D-robotplasmaskæring”, der blev præsenteret på FABTECH-konferencen i 2021.
FABRICATOR er Nordamerikas førende magasin inden for metalformning og -fremstilling. Magasinet leverer nyheder, tekniske artikler og casehistorier, der gør det muligt for producenter at udføre deres arbejde mere effektivt. FABRICATOR har betjent branchen siden 1970.
Nu med fuld adgang til den digitale udgave af The FABRICATOR, nem adgang til værdifulde ressourcer i branchen.
Den digitale udgave af The Tube & Pipe Journal er nu fuldt tilgængelig og giver nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.
Få fuld adgang til den digitale udgave af STAMPING Journal, som leverer de seneste teknologiske fremskridt, bedste praksis og branchenyheder til markedet for metalprægning.
Nu med fuld adgang til den digitale udgave af The Fabricator på spansk, nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.
Opslagstidspunkt: 25. maj 2022
