Integrētai robotizētai plazmas griešanai ir nepieciešams vairāk nekā tikai lodlampa, kas piestiprināta robotizētās rokas galam. Svarīgākais ir pārzināšana par plazmas griešanas procesu.
Metāla ražotāji visā nozarē – darbnīcās, smago mašīnu, kuģu būves un tērauda konstrukciju ražošanā – cenšas izpildīt augstās piegādes prasības, vienlaikus pārsniedzot kvalitātes prasības. Viņi pastāvīgi cenšas samazināt izmaksas, vienlaikus risinot pastāvīgo problēmu ar kvalificēta darbaspēka noturēšanu. Bizness nav viegls.
Daudzas no šīm problēmām var būt saistītas ar manuāliem procesiem, kas joprojām ir izplatīti nozarē, īpaši ražojot sarežģītas formas izstrādājumus, piemēram, rūpniecisko konteineru vākus, izliektas tērauda konstrukcijas detaļas un caurules un cauruļvadus. Daudzi ražotāji 25 līdz 50 procentus no sava apstrādes laika velta manuālai marķēšanai, kvalitātes kontrolei un pārveidošanai, savukārt faktiskais griešanas laiks (parasti ar rokas skābekļa degvielas vai plazmas griezēju) ir tikai 10 līdz 20 procenti.
Papildus laikam, ko patērē šādi manuāli procesi, daudzi no šiem griezumiem tiek veikti ap nepareizām detaļām, izmēriem vai pielaidēm, kas prasa plašas sekundāras darbības, piemēram, slīpēšanu un pārstrādi, vai, vēl ļaunāk, materiālus, kas jāatdod metāllūžņos. Daudzi veikali šim mazvērtīgajam darbam un atkritumiem velta pat 40% no kopējā apstrādes laika.
Tas viss ir novedis pie nozares virzības uz automatizāciju. Darbnīca, kas automatizē manuālas griešanas operācijas ar lodgalvu sarežģītām daudzu asu detaļām, ieviesa robotizētu plazmas griešanas šūnu un, kas nav pārsteidzoši, guva milzīgus panākumus. Šī darbība novērš manuālu izkārtojumu, un darbu, kas 5 cilvēkiem prasītu 6 stundas, tagad var paveikt tikai 18 minūtēs, izmantojot robotu.
Lai gan ieguvumi ir acīmredzami, robotizētas plazmas griešanas ieviešanai ir nepieciešams vairāk nekā tikai robota un plazmas degļa iegāde. Ja apsverat robotizētu plazmas griešanu, noteikti izmantojiet holistisku pieeju un apskatiet visu vērtības plūsmu. Turklāt sadarbojieties ar ražotāja apmācītu sistēmu integratoru, kurš saprot un saprot plazmas tehnoloģiju, kā arī sistēmas komponentus un procesus, kas nepieciešami, lai nodrošinātu, ka visas prasības ir integrētas akumulatora konstrukcijā.
Ņemiet vērā arī programmatūru, kas, iespējams, ir viena no svarīgākajām jebkuras robotizētas plazmas griešanas sistēmas sastāvdaļām. Ja esat ieguldījis sistēmā un programmatūru ir grūti lietot, tās darbībai nepieciešama liela pieredze vai arī jums ir nepieciešams daudz laika, lai pielāgotu robotu plazmas griešanai un iemācītu griešanas ceļu, jūs vienkārši iztērējat daudz naudas.
Lai gan robotizētā simulācijas programmatūra ir izplatīta, efektīvas robotizētās plazmas griešanas šūnas izmanto bezsaistes robotizētās programmēšanas programmatūru, kas automātiski veiks robota trajektorijas programmēšanu, identificēs un kompensēs sadursmes, kā arī integrēs plazmas griešanas procesa zināšanas. Padziļinātu plazmas procesa zināšanu iekļaušana ir ļoti svarīga. Ar šādu programmatūru pat vissarežģītāko robotizēto plazmas griešanas lietojumprogrammu automatizācija kļūst daudz vienkāršāka.
Plazmas griešanai sarežģītām daudzu asu formām ir nepieciešama unikāla degļa ģeometrija. Pielietojot tipiskā XY pielietojumā (skatiet 1. attēlu) izmantoto degļa ģeometriju sarežģītai formai, piemēram, izliektai spiedtvertnes galvai, jūs palielināsiet sadursmju iespējamību. Šī iemesla dēļ asu leņķisko degļu (ar "smailu" dizainu) labāk piemēroti robotizētai formu griešanai.
Visu veidu sadursmes nevar novērst tikai ar asu leņķisko lukturīti. Detaļu programmā jāiekļauj arī izmaiņas griešanas augstumā (t. i., degļa galam jābūt brīvai vietai no sagataves), lai izvairītos no sadursmēm (sk. 2. attēlu).
Griešanas procesa laikā plazmas gāze plūst virpuļveida virzienā pa degļa korpusu uz degļa galu. Šī rotācijas darbība ļauj centrbēdzes spēkam izvilkt smagās daļiņas no gāzes kolonnas uz sprauslas atveres perifēriju un aizsargā degļa mezglu no karstu elektronu plūsmas. Plazmas temperatūra ir tuvu 20 000 grādiem pēc Celsija, savukārt degļa vara daļas kūst 1100 grādos pēc Celsija. Palīgmateriāliem ir nepieciešama aizsardzība, un aizsardzību nodrošina izolācijas slānis, kas sastāv no smagām daļiņām.
1. attēls. Standarta degļa korpusi ir paredzēti lokšņu metāla griešanai. Izmantojot vienu un to pašu degli daudzu asu pielietojumā, palielinās sadursmju ar sagatavi iespējamība.
Virpulis padara vienu griezuma pusi karstāku par otru. Degļi ar pulksteņrādītāja virzienā rotējošu gāzi parasti novieto griezuma karsto pusi loka labajā pusē (skatot no augšas griezuma virzienā). Tas nozīmē, ka procesa inženieris smagi strādā, lai optimizētu griezuma labo pusi, un pieņem, ka sliktā puse (pa kreisi) būs brāķi (sk. 3. attēlu).
Iekšējās detaļas jāgriež pretēji pulksteņrādītāja virzienam, plazmas karstajai pusei veicot tīru griezumu labajā pusē (detaļas malas pusē). Tā vietā detaļas perimetrs jāgriež pulksteņrādītāja virzienā. Ja deglis griež nepareizā virzienā, tas var radīt lielu konusveida griezuma profilu un palielināt izdedžu daudzumu detaļas malā. Būtībā jūs veicat "labus griezumus" uz atgriezumiem.
Ņemiet vērā, ka lielākajai daļai plazmas paneļu griešanas galdu kontrollerī ir iebūvēta procesa intelekta funkcija attiecībā uz loka griešanas virzienu. Taču robotikas jomā šīs detaļas ne vienmēr ir zināmas vai saprotamas, un tās vēl nav iestrādātas tipiskā robota kontrollerī, tāpēc ir svarīgi, lai būtu pieejama bezsaistes robota programmēšanas programmatūra ar zināšanām par iestrādāto plazmas procesu.
Metāla caurduršanai izmantotās degļa kustības ietekme uz plazmas griešanas palīgmateriāliem ir tieši saistīta ar plazmas griešanas palīgmateriāliem. Ja plazmas deglis caurdur loksni griešanas augstumā (pārāk tuvu sagatavei), izkausētā metāla atsitiens var ātri sabojāt aizsargu un sprauslu. Tas izraisa sliktu griešanas kvalitāti un saīsina palīgmateriālu kalpošanas laiku.
Atkal, tas reti notiek lokšņu metāla griešanas darbos ar portālu, jo augsta līmeņa degļa zināšanas jau ir iebūvētas kontrollerī. Operators nospiež pogu, lai sāktu caurduršanas secību, kas savukārt iedarbina virkni darbību, lai nodrošinātu pareizu caurduršanas augstumu.
Vispirms deglis veic augstuma noteikšanas procedūru, parasti izmantojot omisko signālu, lai noteiktu sagataves virsmu. Pēc plāksnes novietošanas deglis tiek atvilkts no plāksnes līdz pārvietošanas augstumam, kas ir optimālais attālums plazmas loka pārnešanai uz sagatavi. Kad plazmas loks ir pārnests, tas var pilnībā uzkarst. Šajā brīdī deglis pārvietojas uz caurduršanas augstumu, kas ir drošāks attālums no sagataves un tālāk no izkusušā materiāla atsitiena vietas. Deglis saglabā šo attālumu, līdz plazmas loks pilnībā iekļūst plāksnē. Pēc caurduršanas aizkaves beigām deglis pārvietojas uz leju metāla plāksnes virzienā un sāk griešanas kustību (skatiet 4. attēlu).
Atkal, visa šī inteliģence parasti ir iebūvēta plazmas kontrollerī, ko izmanto lokšņu griešanai, nevis robotizētajā kontrollerī. Robotizētai griešanai ir vēl viens sarežģītības līmenis. Caurduršana nepareizā augstumā ir pietiekami slikta, taču, griežot daudzu asu formas, deglis var nebūt vislabākajā virzienā attiecībā pret sagatavi un materiāla biezumu. Ja deglis nav perpendikulārs metāla virsmai, kuru tas caurdur, tas galu galā izgriezīs biezāku šķērsgriezumu nekā nepieciešams, tādējādi iztērējot palīgmateriālu kalpošanas laiku. Turklāt, caurdurot konturētu sagatavi nepareizā virzienā, degļa mezgls var tikt novietots pārāk tuvu sagataves virsmai, pakļaujot to kausējuma atsitiena riskam un izraisot priekšlaicīgu bojājumu (sk. 5. attēlu).
Apsveriet robotizētas plazmas griešanas pielietojumu, kas ietver spiedientvertnes galvas saliekšanu. Līdzīgi kā lokšņu griešanai, robotizētais deglis jānovieto perpendikulāri materiāla virsmai, lai nodrošinātu pēc iespējas plānāku šķērsgriezumu perforācijai. Plazmas deglim tuvojoties sagatavei, tas izmanto augstuma noteikšanu, līdz atrod trauka virsmu, pēc tam atkāpjas pa degļa asi, lai pārnestu augstumu. Pēc loka pārneses deglis atkal tiek ievilkts pa degļa asi, lai caurdurtu augstumu, droši prom no atsitiena (sk. 6. attēlu).
Kad caurduršanas aizkaves laiks ir pagājis, deglis tiek nolaists griešanas augstumā. Apstrādājot kontūras, deglis tiek pagriezts vēlamajā griešanas virzienā vienlaicīgi vai pakāpeniski. Šajā brīdī sākas griešanas secība.
Robotus sauc par pārdeterminētām sistēmām. Tomēr ir vairāki veidi, kā nokļūt vienā un tajā pašā punktā. Tas nozīmē, ka ikvienam, kas māca robotam kustēties, vai jebkuram citam, ir jābūt noteiktam zināšanu līmenim, vai nu robota kustības izpratnē, vai plazmas griešanas apstrādes prasībās.
Lai gan apmācības piekares ir attīstījušās, daži uzdevumi nav dabiski piemēroti apmācības piekares programmēšanai, īpaši uzdevumi, kas ietver lielu skaitu jauktu, maza apjoma detaļu. Roboti neražo, kad tos apmāca, un pati apmācība var ilgt stundas vai pat dienas sarežģītu detaļu gadījumā.
Bezsaistes robotprogrammēšanas programmatūra, kas izstrādāta ar plazmas griešanas moduļiem, iestrādās šo pieredzi (sk. 7. attēlu). Tas ietver plazmas gāzes griešanas virzienu, sākotnējā augstuma noteikšanu, caurduršanas secību un griešanas ātruma optimizāciju degļa un plazmas procesiem.
2. attēls. Asi (“smaili”) degļi ir labāk piemēroti robotizētai plazmas griešanai. Taču pat ar šīm degļu ģeometrijām vislabāk ir palielināt griešanas augstumu, lai samazinātu sadursmju iespējamību.
Programmatūra nodrošina robotikas zināšanas, kas nepieciešamas, lai programmētu pārāk noteiktu sistēmu. Tā pārvalda singularitātes jeb situācijas, kad robotizētais gala efektors (šajā gadījumā plazmas deglis) nevar sasniegt sagatavi; savienojumu ierobežojumus; pārāk lielu gājienu; plaukstas locītavas apgāšanos; sadursmju noteikšanu; ārējās asis; un instrumenta trajektorijas optimizāciju. Vispirms programmētājs importē gatavās detaļas CAD failu bezsaistes robotu programmēšanas programmatūrā, pēc tam definē griežamo malu, kā arī caurduršanas punktu un citus parametrus, ņemot vērā sadursmes un diapazona ierobežojumus.
Dažas no jaunākajām bezsaistes robotikas programmatūras versijām izmanto tā saukto uzdevumos balstīto bezsaistes programmēšanu. Šī metode ļauj programmētājiem automātiski ģenerēt griešanas ceļus un vienlaikus atlasīt vairākus profilus. Programmētājs var izvēlēties malas ceļa atlasītāju, kas parāda griešanas ceļu un virzienu, un pēc tam izvēlēties mainīt sākuma un beigu punktus, kā arī plazmas degļa virzienu un slīpumu. Programmēšana parasti sākas (neatkarīgi no robota rokas vai plazmas sistēmas zīmola) un turpinās, iekļaujot konkrētu robota modeli.
Iegūtajā simulācijā var ņemt vērā visu robotizētajā šūnā, tostarp tādus elementus kā drošības barjeras, armatūra un plazmas degļi. Pēc tam operators ņem vērā visas iespējamās kinemātiskās kļūdas un sadursmes, un viņš pēc tam var novērst problēmu. Piemēram, simulācija var atklāt sadursmes problēmu starp diviem dažādiem griezumiem spiedientvertnes galvā. Katrs griezums atrodas atšķirīgā augstumā gar galvas kontūru, tāpēc ātrai kustībai starp griezumiem ir jāņem vērā nepieciešamā atstarpe — neliela detaļa, kas tiek atrisināta, pirms darbs sasniedz grīdu, un kas palīdz novērst galvassāpes un atkritumus.
Pastāvīgais darbaspēka trūkums un pieaugošais klientu pieprasījums ir pamudinājis arvien vairāk ražotāju pievērsties robotizētai plazmas griešanai. Diemžēl daudzi cilvēki ienirst ūdenī, lai atklātu vēl vairāk sarežģījumu, īpaši, ja automatizācijas integrētājiem trūkst zināšanu par plazmas griešanas procesu. Šis ceļš novedīs tikai pie vilšanās.
Integrējiet plazmas griešanas zināšanas jau no paša sākuma, un viss mainīsies. Pateicoties plazmas procesa intelektam, robots var rotēt un pārvietoties pēc nepieciešamības, lai veiktu visefektīvāko caurduršanu, pagarinot palīgmateriālu kalpošanas laiku. Tas griež pareizajā virzienā un manevrē, lai izvairītos no jebkādas sagataves sadursmes. Ražotāji, ejot caur šo automatizācijas ceļu, gūst labumu.
Šis raksts ir balstīts uz 2021. gada FABTECH konferencē prezentēto rakstu “Advances in 3D Robotic Plasma Cutting”.
FABRICATOR ir Ziemeļamerikas vadošais metālapstrādes un apstrādes nozares žurnāls. Žurnāls sniedz jaunumus, tehniskus rakstus un gadījumu aprakstus, kas ļauj ražotājiem efektīvāk veikt savu darbu. FABRICATOR apkalpo nozari kopš 1970. gada.
Tagad ar pilnu piekļuvi The FABRICATOR digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.
Žurnāla “The Tube & Pipe Journal” digitālais izdevums tagad ir pilnībā pieejams, nodrošinot ērtu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Izbaudiet pilnu piekļuvi STAMPING Journal digitālajam izdevumam, kas sniedz jaunākos tehnoloģiskos sasniegumus, labāko praksi un nozares jaunumus metāla štancēšanas tirgū.
Tagad ar pilnu piekļuvi žurnāla "The Fabricator en Español" digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 25. maijs
