Integrované robotické plazmové řezání vyžaduje více než jen hořák připojený na konec robotického ramene. Znalost procesu plazmového řezání je klíčová.
Kovovýrobci v celém odvětví – v dílnách, těžkém strojírenství, stavbě lodí a ocelových konstrukcích – se snaží splnit náročné požadavky na dodávky a zároveň překonat požadavky na kvalitu. Neustále se snaží snižovat náklady a zároveň se potýkají s neustálým problémem udržení kvalifikované pracovní síly. Podnikání není snadné.
Mnoho z těchto problémů lze vysledovat až k manuálním procesům, které v tomto odvětví stále převládají, zejména při výrobě složitých tvarovaných výrobků, jako jsou víka průmyslových kontejnerů, zakřivené ocelové konstrukční komponenty a trubky a potrubí. Mnoho výrobců věnuje 25 až 50 procent svého obráběcího času ručnímu značení, kontrole kvality a konverzím, zatímco skutečný čas řezání (obvykle ruční autogenní nebo plazmovou řezačkou) je pouze 10 až 20 procent.
Kromě času spotřebovaného těmito ručními procesy se mnoho z těchto řezů provádí kolem nesprávných umístění prvků, rozměrů nebo tolerancí, což vyžaduje rozsáhlé sekundární operace, jako je broušení a přepracování, nebo, co je horší, materiály, které je třeba sešrotovat. Mnoho obchodů věnuje až 40 % celkového času zpracování této nízkohodnotné práci a odpadu.
To vše vedlo v průmyslu k posunu směrem k automatizaci. Dílna, která automatizuje ruční řezání hořákem pro složité víceosé díly, zavedla robotickou plazmovou řezací buňku a nepřekvapivě zaznamenala obrovské zisky. Tato operace eliminuje ruční rozvržení a práci, která by 5 lidem zabrala 6 hodin, lze nyní pomocí robota provést za pouhých 18 minut.
I když jsou výhody zřejmé, implementace robotického plazmového řezání vyžaduje více než jen nákup robota a plazmového hořáku. Pokud uvažujete o robotickém plazmovém řezání, nezapomeňte zvolit holistický přístup a podívat se na celý hodnotový tok. Kromě toho spolupracujte se systémovým integrátorem vyškoleným výrobcem, který rozumí plazmové technologii a systémovým komponentám a procesům potřebným k zajištění integrace všech požadavků do návrhu baterie.
Zvažte také software, který je pravděpodobně jednou z nejdůležitějších součástí každého robotického plazmového řezacího systému. Pokud jste investovali do systému a software je buď obtížně použitelný, vyžaduje mnoho odborných znalostí pro jeho spuštění, nebo zjistíte, že adaptace robota na plazmové řezání a naučení řezné dráhy trvá dlouho, jen plýtváte spoustou peněz.
I když je software pro robotickou simulaci běžný, efektivní robotické plazmové řezací buňky využívají offline programovací software pro roboty, který automaticky provádí programování trajektorie robota, identifikuje a kompenzuje kolize a integruje znalosti procesu plazmového řezání. Začlenění hlubokých znalostí plazmového procesu je klíčové. S takovým softwarem je automatizace i těch nejsložitějších aplikací robotického plazmového řezání mnohem snazší.
Plazmové řezání složitých víceosých tvarů vyžaduje jedinečnou geometrii hořáku. Použitím geometrie hořáku používané v typické aplikaci XY (viz obrázek 1) na složitý tvar, jako je například zakřivená hlava tlakové nádoby, zvýšíte pravděpodobnost kolizí. Z tohoto důvodu jsou pro robotické řezání tvarů vhodnější hořáky s ostrým úhlem (se „špičatým“ designem).
Všem typům kolizí se nelze vyhnout pouze s ostrým úhlem hořáku. Program dílu musí také obsahovat změny výšky řezu (tj. hrot hořáku musí mít od obrobku vůli), aby se zabránilo kolizím (viz obrázek 2).
Během řezání proudí plazmový plyn po těle hořáku ve vírovém směru k hrotu hořáku. Toto rotační působení umožňuje odstředivé síle vytahovat těžké částice z plynového sloupce k obvodu otvoru trysky a chrání sestavu hořáku před prouděním horkých elektronů. Teplota plazmy se blíží 20 000 stupňům Celsia, zatímco měděné části hořáku se taví při 1 100 stupních Celsia. Spotřební materiály potřebují ochranu a izolační vrstva těžkých částic tuto ochranu poskytuje.
Obrázek 1. Standardní těla hořáků jsou určena pro řezání plechů. Použití stejného hořáku ve víceosé aplikaci zvyšuje pravděpodobnost kolizí s obrobkem.
Víření způsobuje, že jedna strana řezu je teplejší než druhá. Hořáky s plynem rotujícím ve směru hodinových ručiček obvykle umisťují horkou stranu řezu na pravou stranu oblouku (při pohledu shora ve směru řezu). To znamená, že procesní inženýr usilovně pracuje na optimalizaci dobré strany řezu a předpokládá, že špatná strana (levá) bude zmetkem (viz obrázek 3).
Vnitřní prvky je třeba řezat proti směru hodinových ručiček, přičemž horká strana plazmy musí provádět čistý řez na pravé straně (strana hrany dílu). Místo toho je třeba obvod dílu řezat ve směru hodinových ručiček. Pokud hořák řeže ve špatném směru, může to vytvořit velké zúžení v profilu řezu a zvýšit množství strusky na hraně dílu. V podstatě děláte „dobré řezy“ na šrotu.
Většina stolů pro plazmové řezání panelů má v řídicí jednotce zabudovanou procesní inteligenci týkající se směru řezání obloukem. V oblasti robotiky však tyto detaily nemusí být nutně známy nebo pochopeny a dosud nejsou součástí typické řídicí jednotky robota – proto je důležité mít offline programovací software pro roboty se znalostí integrovaného plazmového procesu.
Pohyb hořáku používaný k propalování kovu má přímý vliv na spotřební materiály pro plazmové řezání. Pokud plazmový hořák propaluje plech ve výšce řezu (příliš blízko obrobku), zpětný ráz roztaveného kovu může rychle poškodit štít a trysku. To má za následek špatnou kvalitu řezu a zkrácení životnosti spotřebních materiálů.
Opět se to zřídka stává u aplikací řezání plechů s portálem, protože vysoká úroveň odborných znalostí hořáku je již zabudována v řídicí jednotce. Obsluha stiskne tlačítko pro spuštění sekvence propalování, což spustí řadu událostí pro zajištění správné výšky propalování.
Nejprve hořák provede proceduru snímání výšky, obvykle pomocí ohmického signálu k detekci povrchu obrobku. Po umístění desky se hořák odsune od desky do výšky přenosu, což je optimální vzdálenost pro přenos plazmového oblouku na obrobek. Jakmile je plazmový oblouk přenesen, může se zcela zahřát. V tomto bodě se hořák přesune do výšky propalu, což je bezpečnější vzdálenost od obrobku a dále od zpětného proudu roztaveného materiálu. Hořák udržuje tuto vzdálenost, dokud plazmový oblouk zcela nepronikne deskou. Po dokončení zpoždění propalu se hořák přesune dolů k kovové desce a zahájí řezací pohyb (viz obrázek 4).
Opět platí, že veškerá tato inteligence je obvykle zabudována do plazmového regulátoru používaného pro řezání plechů, nikoli do regulátoru robota. Robotické řezání má také další vrstvu složitosti. Propalování ve špatné výšce je samo o sobě samo o sobě špatné, ale při řezání víceosých tvarů nemusí být hořák v nejlepším směru pro obrobek a tloušťku materiálu. Pokud hořák není kolmý k propichovanému kovovému povrchu, nakonec bude řezat silnější průřez, než je nutné, čímž se zkrátí životnost spotřebního materiálu. Navíc propalování konturovaného obrobku ve špatném směru může umístit sestavu hořáku příliš blízko k povrchu obrobku, což ji vystaví zpětnému rázu taveniny a způsobí předčasné selhání (viz obrázek 5).
Uvažujme aplikaci robotického plazmového řezání, která zahrnuje ohýbání horní části tlakové nádoby. Podobně jako u řezání plechu by měl být robotický hořák umístěn kolmo k povrchu materiálu, aby se zajistil co nejtenčí průřez pro perforaci. Jak se plazmový hořák přibližuje k obrobku, používá snímání výšky, dokud nenajde povrch nádoby, a poté se zasune podél osy hořáku pro přenos výšky. Po přenosu oblouku se hořák znovu zasune podél osy hořáku pro dosažení výšky propalu, bezpečně mimo zpětný ráz (viz obrázek 6).
Jakmile uplyne zpoždění propalování, hořák se spustí do výšky řezu. Při zpracování kontur se hořák otáčí do požadovaného směru řezu současně nebo po krocích. V tomto bodě začíná řezací sekvence.
Roboty se nazývají přeurčené systémy. To znamená, že existují více způsoby, jak dosáhnout stejného bodu. To znamená, že kdokoli, kdo učí robota pohybovat se, nebo kdokoli jiný, musí mít určitou úroveň odborných znalostí, ať už v pochopení pohybu robota nebo požadavků na obrábění plazmovým řezáním.
Přestože se učební pultové systémy vyvinuly, některé úlohy nejsou ze své podstaty vhodné pro programování učebních pultových systémů – zejména úlohy zahrnující velký počet smíšených nízkoobjemových dílů. Roboti při učení neprodukují a samotné učení může u složitých dílů trvat hodiny, nebo dokonce dny.
Software pro offline programování robotů navržený s moduly pro plazmové řezání bude tuto odbornost zahrnovat (viz obrázek 7). Patří sem směr řezání plazmovým plynem, snímání počáteční výšky, sekvence propalů a optimalizace rychlosti řezání pro procesy hořákem a plazmou.
Obrázek 2. Ostré („špičaté“) hořáky jsou vhodnější pro robotické plazmové řezání. Ale i s těmito geometriemi hořáků je nejlepší zvýšit výšku řezu, aby se minimalizovalo riziko kolizí.
Software poskytuje odborné znalosti v oblasti robotiky potřebné k programování předem určených systémů. Zvládá singularity neboli situace, kdy robotický koncový efektor (v tomto případě plazmový hořák) nemůže dosáhnout na obrobek; omezení spojů; přejetí; převrácení zápěstí; detekci kolizí; externí osy; a optimalizaci dráhy nástroje. Programátor nejprve importuje CAD soubor hotového dílu do offline softwaru pro programování robotů a poté definuje hranu, která má být řezána, spolu s bodem propíchnutí a dalšími parametry s ohledem na omezení kolizí a rozsahu.
Některé z nejnovějších verzí offline robotického softwaru používají tzv. offline programování založené na úlohách. Tato metoda umožňuje programátorům automaticky generovat řezné dráhy a vybírat více profilů najednou. Programátor může vybrat selektor hranové dráhy, který zobrazuje řeznou dráhu a směr, a poté se rozhodnout změnit počáteční a koncový bod, stejně jako směr a sklon plazmového hořáku. Programování obvykle začíná (nezávisle na značce robotického ramene nebo plazmového systému) a pokračuje zahrnutím konkrétního modelu robota.
Výsledná simulace může zohlednit vše v robotické buňce, včetně prvků, jako jsou bezpečnostní bariéry, přípravky a plazmové hořáky. Poté zohledňuje veškeré potenciální kinematické chyby a kolize pro operátora, který pak může problém opravit. Simulace může například odhalit problém s kolizí mezi dvěma různými řezy v horní části tlakové nádoby. Každý řez je v jiné výšce podél obrysu horní části, takže rychlý pohyb mezi řezy musí zohledňovat potřebnou vůli – malý detail, vyřešený dříve, než se obrobek dostane na podlahu, který pomáhá eliminovat bolesti hlavy a plýtvání.
Trvalý nedostatek pracovních sil a rostoucí poptávka zákazníků přiměly stále více výrobců, aby se obrátili na robotické plazmové řezání. Bohužel se mnoho lidí ponoří do této problematiky, jen aby zjistili další komplikace, zejména pokud lidé, kteří integrují automatizaci, postrádají znalosti procesu plazmového řezání. Tato cesta povede pouze k frustraci.
Integrujte znalosti plazmového řezání od samého začátku a věci se změní. Díky inteligenci plazmového procesu se robot může otáčet a pohybovat podle potřeby, aby prováděl nejefektivnější propichování, čímž se prodlužuje životnost spotřebních materiálů. Řeže správným směrem a manévruje tak, aby se zabránilo kolizi s obrobkem. Výrobci, kteří se touto cestou automatizace vydávají, sklízejí ovoce.
Tento článek vychází z článku „Pokroky v 3D robotickém plazmovém řezání“, který byl prezentován na konferenci FABTECH v roce 2021.
FABRICATOR je přední severoamerický časopis zaměřený na tváření a výrobu kovů. Časopis poskytuje novinky, technické články a případové studie, které výrobcům umožňují efektivněji vykonávat jejich práci. FABRICATOR slouží tomuto odvětví od roku 1970.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisu The FABRICATOR máte snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.
Digitální vydání časopisu The Tube & Pipe Journal je nyní plně dostupné a poskytuje snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.
Získejte plný přístup k digitálnímu vydání časopisu STAMPING Journal, který nabízí nejnovější technologický pokrok, osvědčené postupy a novinky z oboru lisování kovů.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisu The Fabricator en Español máte snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.
Čas zveřejnění: 25. května 2022
