Integrerad plasmaskärning kräver mer än bara en ficklampa fäst vid änden av robotarmen. Kunskap om plasmaskärningsprocessen är nyckeln.skatt
Metalltillverkare över hela branschen – i verkstäder, tunga maskiner, skeppsbyggnad och konstruktionsstål – strävar efter att möta krävande leveransförväntningar samtidigt som de överträffar kvalitetskraven. De försöker ständigt minska kostnaderna samtidigt som de hanterar det ständigt närvarande problemet med att behålla kvalificerad arbetskraft. inte lätt.
Många av dessa problem kan spåras tillbaka till manuella processer som fortfarande är vanliga i industrin, särskilt när man tillverkar komplext formade produkter som industriella behållarlock, böjda stålkonstruktionskomponenter och rör och rör. Många tillverkare ägnar 25 till 50 procent av sina produkter. bearbetningstid till manuell märkning, kvalitetskontroll och konvertering, när den faktiska skärtiden (vanligtvis med en handhållen oxyfuel eller plasmaskärare) bara är 10 till 20 procent.
Utöver den tid som går åt av sådana manuella processer, görs många av dessa snitt kring felaktiga funktioner, dimensioner eller toleranser, vilket kräver omfattande sekundära operationer som slipning och omarbetning, eller ännu värre, material som behöver skrotas. Många butiker ägnar sig åt bl.a. mycket som 40 % av sin totala handläggningstid till detta lågvärdiga arbete och avfall.
Allt detta har lett till en industristrävan mot automatisering. En butik som automatiserar manuella brännarskärningsoperationer för komplexa fleraxliga delar implementerade en robotisk plasmaskärningscell och, föga förvånande, såg stora vinster. Denna operation eliminerar manuell layout och ett jobb som skulle ta 5 personer 6 timmar kan nu göras på bara 18 minuter med en robot.
Även om fördelarna är uppenbara kräver implementering av robotisk plasmaskärning mer än att bara köpa en robot och en plasmabrännare. Om du funderar på att robotisera plasmaskärning, se till att ta ett helhetsgrepp och titta på hela värdeflödet. Arbeta dessutom med en tillverkarutbildad systemintegratör som förstår och förstår plasmateknik och de systemkomponenter och processer som krävs för att säkerställa att alla krav är integrerade i batteridesignen.
Tänk också på programvaran, som utan tvekan är en av de viktigaste komponenterna i alla robotiska plasmaskärningssystem. Om du har investerat i ett system och programvaran antingen är svår att använda, kräver mycket expertis att köra, eller så tycker du att den tar mycket tid att anpassa roboten till plasmaskärning och lära ut skärbanan, du slösar bara bort mycket pengar.
Även om mjukvara för robotsimulering är vanligt, använder effektiva plasmaskärningsceller offline robotprogrammering som automatiskt utför robotbanprogrammering, identifierar och kompenserar för kollisioner och integrerar kunskap om plasmaskärningsprocesser. Det är viktigt att integrera djup plasmaproceskunskap. Med programvara som denna , blir det mycket lättare att automatisera även de mest komplexa robotiska plasmaskärningsapplikationerna.
Plasmaskärning av komplexa fleraxliga former kräver unik brännargeometri. Använd brännargeometrin som används i en typisk XY-applikation (se figur 1) på en komplex form, till exempel ett krökt tryckkärlshuvud, så ökar du sannolikheten för kollisioner. Av denna anledning är skarpvinklade brännare (med en "spets" design) bättre lämpade för robotformskärning.
Alla typer av kollisioner kan inte undvikas med enbart en skarpvinklad ficklampa. Delprogrammet måste också innehålla ändringar av skärhöjden (dvs. brännarspetsen måste ha fritt utrymme till arbetsstycket) för att undvika kollisioner (se figur 2).
Under skärprocessen strömmar plasmagasen ner genom brännarkroppen i en virvelriktning till brännarspetsen. Denna rotationsverkan tillåter centrifugalkraft att dra ut tunga partiklar ur gaskolonnen till munstyckshålets periferi och skyddar brännarenheten från flödet av heta elektroner. Temperaturen i plasman är nära 20 000 grader Celsius, medan koppardelarna i facklan smälter vid 1 100 grader Celsius. Förbrukningsvaror behöver skydd, och ett isolerande lager av tunga partiklar ger skydd.
Figur 1. Standard brännarkroppar är konstruerade för skärning av plåt. Att använda samma brännare i en fleraxlig applikation ökar risken för kollisioner med arbetsstycket.
Virveln gör ena sidan av snittet varmare än den andra. Facklor med medurs roterande gas placerar vanligtvis den varma sidan av snittet på höger sida av bågen (sett från ovan i snittets riktning). Detta innebär att processingenjör arbetar hårt för att optimera den goda sidan av snittet och antar att den dåliga sidan (vänster) kommer att vara skrot (se figur 3).
Inre detaljer måste skäras moturs, med den heta sidan av plasman som gör ett rent snitt på höger sida (delkantssida). Istället måste delens omkrets skäras i medurs riktning. Om brännaren skär i fel riktning, det kan skapa en stor avsmalning i snittprofilen och öka slagg på kanten av delen. I huvudsak sätter du "bra snitt" på skrot.
Observera att de flesta skärbord för plasmapaneler har processintelligens inbyggd i styrenheten angående riktningen av bågskärningen. Men inom robotteknik är dessa detaljer inte nödvändigtvis kända eller förstådda, och de är ännu inte inbäddade i en typisk robotstyrenhet – så det är viktigt att ha offline robotprogrammeringsprogramvara med kunskap om den inbäddade plasmaprocessen.
Brännarrörelse som används för att sticka hål på metall har en direkt effekt på förbrukningsmaterial för plasmaskärning. Om plasmabrännaren tränger igenom plåten i skärhöjd (för nära arbetsstycket) kan rekylen från den smälta metallen snabbt skada skölden och munstycket. Detta resulterar i dålig skärkvalitet och minskad livslängd för förbrukningsvaror.
Återigen, detta händer sällan i plåtskärningstillämpningar med ett portal, eftersom den höga graden av brännarexpertis redan är inbyggd i styrenheten. Operatören trycker på en knapp för att initiera håltagningssekvensen, vilket initierar en serie händelser för att säkerställa korrekt hålhöjd .
Först utför brännaren en höjdavkännande procedur, vanligtvis med en ohmsk signal för att detektera arbetsstyckets yta. Efter placering av plattan dras brännaren tillbaka från plattan till överföringshöjden, vilket är det optimala avståndet för plasmabågen att överföra till arbetsstycket. När plasmabågen väl har överförts kan den värmas upp helt. Vid denna punkt flyttar brännaren till hålhöjden, vilket är ett säkrare avstånd från arbetsstycket och längre bort från det smälta materialets tillbakablåsning. Brännaren upprätthåller detta avstånd tills plasmabågen helt penetrerar plattan. När hålfördröjningen är klar, rör sig brännaren ner mot metallplattan och börjar skärrörelsen (se figur 4).
Återigen, all denna intelligens är vanligtvis inbyggd i plasmakontrollern som används för arkskärning, inte robotkontrollern. Robotskärning har också ytterligare ett lager av komplexitet.Piercing på fel höjd är illa nog, men när man skär fleraxliga former, är brännaren kanske inte är i den bästa riktningen för arbetsstycket och materialtjockleken. Om brännaren inte är vinkelrät mot metallytan den tränger igenom, kommer den att skära ett tjockare tvärsnitt än nödvändigt, vilket slösar förbrukningslivslängden. Dessutom, genomborra ett konturformat arbetsstycke i fel riktning kan brännarenheten placeras för nära arbetsstyckets yta, utsätta den för smältåterslag och orsaka för tidigt fel (se figur 5).
Överväg en robotplasmaskärningsapplikation som involverar böjning av huvudet på ett tryckkärl. På samma sätt som plåtskärning bör robotbrännaren placeras vinkelrätt mot materialytan för att säkerställa tunnast möjliga tvärsnitt för perforering. När plasmabrännaren närmar sig arbetsstycket , använder den höjdavkänning tills den hittar kärlets yta, dras sedan tillbaka längs brännarens axel för att överföra höjden. Efter att ljusbågen har överförts dras brännaren tillbaka längs brännarens axel för att sticka in i höjden, säkert bort från återslag (se figur 6) .
När hålfördröjningen löper ut sänks brännaren till skärhöjden. Vid bearbetning av konturer roteras brännaren till önskad skärriktning samtidigt eller i steg. Vid denna punkt börjar skärsekvensen.
Robotar kallas överbestämda system. Som sagt, det har flera sätt att komma till samma punkt. Det betyder att alla som lär en robot att röra sig, eller någon annan, måste ha en viss expertis, oavsett om det gäller att förstå robotens rörelser eller bearbetningen krav på plasmaskärning.
Även om inlärningshängen har utvecklats, är vissa uppgifter inte i sig lämpade för att lära ut hängsmyckenprogrammering – särskilt uppgifter som involverar ett stort antal blandade lågvolymdelar. Robotar producerar inte när de lärs ut, och själva undervisningen kan ta timmar, eller till och med dagar för komplexa delar.
Offlineprogramvara för robotprogrammering designad med plasmaskärningsmoduler kommer att bygga in denna expertis (se figur 7). Detta inkluderar plasmagasskärningsriktning, initial höjdavkänning, hålsekvensering och skärhastighetsoptimering för brännare och plasmaprocesser.
Figur 2. Vassa (”spetsade”) brännare är bättre lämpade för robotisk plasmaskärning. Men även med dessa brännargeometrier är det bäst att öka skärhöjden för att minimera risken för kollisioner.
Programvaran tillhandahåller den robotexpertis som krävs för att programmera överbestämda system. Den hanterar singulariteter, eller situationer där robotens sluteffektor (i det här fallet plasmabrännaren) inte kan nå arbetsstycket;gemensamma gränser;överfärd;rullning av handleden;kollisionsdetektering;yttre axlar;och optimering av verktygsväg. Först importerar programmeraren CAD-filen för den färdiga delen till offline robotprogrammeringsprogramvara och definierar sedan kanten som ska skäras, tillsammans med hålpunkten och andra parametrar, med hänsyn till kollision och räckviddsbegränsningar.
Några av de senaste iterationerna av offline-robotprogramvara använder så kallad uppgiftsbaserad offlineprogrammering. Den här metoden gör det möjligt för programmerare att automatiskt generera skärbanor och välja flera profiler samtidigt. Programmeraren kan välja en kantvägsväljare som visar skärbanan och riktningen , och välj sedan att ändra start- och slutpunkterna, såväl som plasmafacklans riktning och lutning. Programmering börjar i allmänhet (oberoende av märket på robotarmen eller plasmasystemet) och fortsätter till att inkludera en specifik robotmodell.
Den resulterande simuleringen kan ta hänsyn till allt i robotcellen, inklusive element som säkerhetsbarriärer, fixturer och plasmabrännare. Den tar sedan hänsyn till eventuella kinematiska fel och kollisioner för operatören, som sedan kan åtgärda problemet. en simulering kan avslöja ett kollisionsproblem mellan två olika snitt i huvudet på ett tryckkärl. Varje snitt är på olika höjd längs huvudets kontur, så snabba rörelser mellan snitten måste ta hänsyn till det nödvändiga spelet – en liten detalj, löst innan arbetet når golvet, vilket hjälper till att eliminera huvudvärk och avfall.
Ihållande brist på arbetskraft och växande kundefterfrågan har fått fler tillverkare att vända sig till robotisk plasmaskärning. Tyvärr dyker många människor ner i vattnet bara för att upptäcka fler komplikationer, särskilt när de personer som integrerar automation saknar kunskap om plasmaskärningsprocessen. leda till frustration.
Integrera kunskap om plasmaskärning från början, och saker förändras. Med plasmaprocessintelligens kan roboten rotera och röra sig efter behov för att utföra den mest effektiva håltagningen, vilket förlänger livslängden på förbrukningsvaror. Den skär i rätt riktning och manövrar för att undvika arbetsstycket kollision. När tillverkare följer denna automatiseringsväg skördar tillverkare frukter.
Den här artikeln är baserad på "Advances in 3D Robotic Plasma Cutting" som presenterades vid 2021 FABTECH-konferensen.
FABRICATOR är Nordamerikas ledande tidskrift för metallformning och tillverkningsindustri. Tidningen tillhandahåller nyheter, tekniska artiklar och fallhistorier som gör det möjligt för tillverkare att utföra sina jobb mer effektivt. FABRICATOR har betjänat branschen sedan 1970.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu fullt tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Njut av full tillgång till den digitala utgåvan av STAMPING Journal, som ger de senaste tekniska framstegen, bästa praxis och branschnyheter för metallstämpelmarknaden.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The Fabricator en Español, enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Posttid: 25 maj 2022
