Maggiore conoscenza dei processi, migliore taglio al plasma robotico

Il taglio al plasma robotico integrato richiede più di una semplice torcia collegata all'estremità del braccio robotico. La conoscenza del processo di taglio al plasma è fondamentale. tesoro
I produttori di metalli in tutto il settore - nelle officine, nei macchinari pesanti, nella costruzione navale e nell'acciaio strutturale - si sforzano di soddisfare le esigenti aspettative di consegna superando i requisiti di qualità. Cercano costantemente di ridurre i costi mentre affrontano il problema sempre presente di trattenere manodopera qualificata. non facile.
Molti di questi problemi possono essere ricondotti a processi manuali che sono ancora prevalenti nel settore, in particolare quando si producono prodotti di forma complessa come coperchi di contenitori industriali, componenti strutturali in acciaio curvato e tubi. Molti produttori dedicano dal 25 al 50 percento del loro tempo di lavorazione alla marcatura manuale, al controllo qualità e alla conversione, quando il tempo di taglio effettivo (di solito con un ossitaglio portatile o una taglierina al plasma) è solo del 10-20%.
Oltre al tempo impiegato da tali processi manuali, molti di questi tagli vengono eseguiti intorno a posizioni, dimensioni o tolleranze errate delle caratteristiche, che richiedono operazioni secondarie estese come rettifica e rilavorazione o, peggio, materiali che devono essere rottamati. Molti negozi dedicano come fino al 40% del loro tempo di elaborazione totale a questo lavoro e spreco di basso valore.
Tutto ciò ha portato a una spinta del settore verso l'automazione.Un'officina che automatizza le operazioni di taglio manuale con torcia per parti multiasse complesse ha implementato una cella robotica di taglio plasma e, ovviamente, ha ottenuto enormi vantaggi.Questa operazione elimina il layout manuale e un lavoro che ci vorrebbero 5 persone 6 ore ora possono essere fatte in soli 18 minuti usando un robot.
Sebbene i vantaggi siano evidenti, l'implementazione del taglio al plasma robotico richiede più del semplice acquisto di un robot e di una torcia al plasma. Se stai considerando il taglio al plasma robotico, assicurati di adottare un approccio olistico e di guardare l'intero flusso di valore. Inoltre, lavora con un integratore di sistemi formato dal produttore che comprende e comprende la tecnologia al plasma, i componenti di sistema e i processi necessari per garantire che tutti i requisiti siano integrati nel design della batteria.
Considera anche il software, che è probabilmente uno dei componenti più importanti di qualsiasi sistema di taglio al plasma robotico. Se hai investito in un sistema e il software è difficile da usare, richiede molta esperienza per essere eseguito o lo trovi ci vuole molto tempo per adattare il robot al taglio al plasma e insegnare il percorso di taglio, stai solo sprecando un sacco di soldi.
Sebbene il software di simulazione robotica sia comune, le celle robotiche di taglio al plasma efficaci utilizzano un software di programmazione robotica offline che eseguirà automaticamente la programmazione del percorso del robot, identificherà e compenserà le collisioni e integrerà la conoscenza del processo di taglio al plasma. Incorporare una profonda conoscenza del processo al plasma è fondamentale. Con software come questo , automatizzare anche le più complesse applicazioni di taglio plasma robotizzato diventa molto più semplice.
Il taglio al plasma di forme multiasse complesse richiede una geometria della torcia unica. Applica la geometria della torcia utilizzata in una tipica applicazione XY (vedere la Figura 1) a una forma complessa, come la testa curva di un recipiente a pressione, e aumenterai la probabilità di collisioni. Per questo motivo, le torce ad angolo acuto (con un design "a punta") sono più adatte per il taglio di sagome robotizzate.
Tutti i tipi di collisione non possono essere evitati solo con una torcia ad angolo acuto. Il programma pezzo deve contenere anche modifiche all'altezza di taglio (ad es. la punta della torcia deve avere spazio libero rispetto al pezzo) per evitare collisioni (vedere la Figura 2).
Durante il processo di taglio, il gas plasma scorre lungo il corpo della torcia in una direzione a vortice fino alla punta della torcia. Questa azione di rotazione consente alla forza centrifuga di estrarre le particelle pesanti dalla colonna di gas alla periferia del foro dell'ugello e protegge il gruppo torcia da il flusso di elettroni caldi. La temperatura del plasma è vicina a 20.000 gradi Celsius, mentre le parti in rame della torcia si fondono a 1.100 gradi Celsius. I materiali di consumo necessitano di protezione e uno strato isolante di particelle pesanti fornisce protezione.
Figura 1. I corpi torcia standard sono progettati per il taglio della lamiera. L'utilizzo della stessa torcia in un'applicazione multiasse aumenta la possibilità di collisioni con il pezzo.
Il vortice rende un lato del taglio più caldo dell'altro. Le torce con gas rotante in senso orario posizionano in genere il lato caldo del taglio sul lato destro dell'arco (se visto dall'alto nella direzione del taglio). Ciò significa che il l'ingegnere di processo lavora duramente per ottimizzare il lato buono del taglio e presume che il lato cattivo (a sinistra) sarà scarto (vedere la Figura 3).
Le caratteristiche interne devono essere tagliate in senso antiorario, con il lato caldo del plasma che esegue un taglio netto sul lato destro (lato bordo parte).Invece, il perimetro del pezzo deve essere tagliato in senso orario.Se il la torcia taglia nella direzione sbagliata, può creare una grande conicità nel profilo di taglio e aumentare la bava sul bordo del pezzo. In sostanza, stai mettendo "buoni tagli" sullo scarto.
Si noti che la maggior parte dei tavoli da taglio per pannelli al plasma ha un'intelligenza di processo integrata nel controller per quanto riguarda la direzione del taglio dell'arco. Ma nel campo della robotica, questi dettagli non sono necessariamente conosciuti o compresi e non sono ancora incorporati in un tipico controller per robot: quindi è importante disporre di un software di programmazione robot offline con conoscenza del processo plasma incorporato.
Il movimento della torcia utilizzato per perforare il metallo ha un effetto diretto sui materiali di consumo per il taglio al plasma. Se la torcia al plasma perfora la lamiera all'altezza di taglio (troppo vicino al pezzo), il rinculo del metallo fuso può danneggiare rapidamente lo schermo e l'ugello. qualità di taglio scadente e durata ridotta dei consumabili.
Anche in questo caso, ciò accade raramente nelle applicazioni di taglio della lamiera con un gantry, poiché l'alto grado di competenza della torcia è già integrato nel controller. L'operatore preme un pulsante per avviare la sequenza di sfondamento, che avvia una serie di eventi per garantire la corretta altezza di sfondamento .
In primo luogo, la torcia esegue una procedura di rilevamento dell'altezza, solitamente utilizzando un segnale ohmico per rilevare la superficie del pezzo. Dopo aver posizionato la piastra, la torcia viene retratta dalla piastra all'altezza di trasferimento, che è la distanza ottimale per il trasferimento dell'arco plasma al pezzo. Una volta trasferito, l'arco plasma può riscaldarsi completamente. A questo punto la torcia si sposta all'altezza di sfondamento, che è una distanza più sicura dal pezzo e più lontana dal contraccolpo del materiale fuso. La torcia mantiene questo distanza fino a quando l'arco plasma non penetra completamente nella piastra. Al termine del ritardo di sfondamento, la torcia si sposta verso la piastra metallica e inizia il movimento di taglio (vedere la Figura 4).
Ancora una volta, tutta questa intelligenza è solitamente incorporata nel controller plasma utilizzato per il taglio della lamiera, non nel controller del robot. Il taglio robotico ha anche un altro livello di complessità. Il piercing all'altezza sbagliata è già abbastanza grave, ma quando si tagliano forme multiasse, la torcia potrebbe non essere nella direzione migliore per il pezzo e lo spessore del materiale. Se la torcia non è perpendicolare alla superficie metallica che perfora, finirà per tagliare una sezione trasversale più spessa del necessario, sprecando la vita dei consumabili. Inoltre, perforando un pezzo sagomato nella direzione sbagliata può posizionare il gruppo torcia troppo vicino alla superficie del pezzo, esponendolo al contraccolpo di fusione e causando un guasto prematuro (vedere la Figura 5).
Si consideri un'applicazione di taglio al plasma robotico che comporta la piegatura della testa di un recipiente a pressione. Simile al taglio di fogli, la torcia robotica deve essere posizionata perpendicolarmente alla superficie del materiale per garantire la sezione trasversale più sottile possibile per la perforazione. Quando la torcia al plasma si avvicina al pezzo in lavorazione , utilizza il rilevamento dell'altezza finché non trova la superficie del vaso, quindi si ritrae lungo l'asse della torcia per trasferire l'altezza. Dopo che l'arco è stato trasferito, la torcia viene nuovamente ritratta lungo l'asse della torcia per perforare l'altezza, in modo sicuro lontano dal contraccolpo (vedere la Figura 6) .
Una volta trascorso il ritardo di sfondamento, la torcia viene abbassata all'altezza di taglio. Durante la lavorazione dei contorni, la torcia viene ruotata nella direzione di taglio desiderata contemporaneamente o in fasi. A questo punto inizia la sequenza di taglio.
I robot sono chiamati sistemi sovradeterminati. Detto questo, hanno diversi modi per arrivare allo stesso punto. Ciò significa che chiunque insegni a un robot a muoversi, o chiunque altro, deve avere un certo livello di esperienza, sia nella comprensione del movimento del robot che nella lavorazione requisiti del taglio plasma.
Sebbene i ciondoli didattici si siano evoluti, alcune attività non sono intrinsecamente adatte per la programmazione di ciondoli didattici, in particolare le attività che coinvolgono un gran numero di parti miste a basso volume. I robot non producono quando vengono insegnati e l'insegnamento stesso può richiedere ore o addirittura giorni per parti complesse.
Il software di programmazione robot offline progettato con moduli di taglio plasma incorporerà questa esperienza (vedere la Figura 7). Ciò include la direzione del taglio del gas plasma, il rilevamento dell'altezza iniziale, il sequenziamento del pierce e l'ottimizzazione della velocità di taglio per i processi con torcia e plasma.
Figura 2. Le torce affilate ("appuntite") sono più adatte per il taglio al plasma robotico. Ma anche con queste geometrie della torcia, è meglio aumentare l'altezza di taglio per ridurre al minimo la possibilità di collisioni.
Il software fornisce le competenze di robotica necessarie per programmare sistemi sovradeterminati. Gestisce le singolarità o le situazioni in cui l'end-effector robotico (in questo caso, la torcia al plasma) non può raggiungere il pezzo;limiti articolari;overtravel;ribaltamento del polso;rilevamento delle collisioni;assi esterni;e ottimizzazione del percorso utensile. In primo luogo, il programmatore importa il file CAD del pezzo finito nel software di programmazione del robot offline, quindi definisce il bordo da tagliare, insieme al punto di sfondamento e ad altri parametri, tenendo conto dei vincoli di collisione e distanza.
Alcune delle ultime iterazioni del software di robotica offline utilizzano la cosiddetta programmazione offline basata su attività. Questo metodo consente ai programmatori di generare automaticamente percorsi di taglio e selezionare più profili contemporaneamente. Il programmatore potrebbe selezionare un selettore del percorso del bordo che mostra il percorso e la direzione di taglio , quindi scegliere di modificare i punti di inizio e fine, nonché la direzione e l'inclinazione della torcia al plasma. La programmazione inizia generalmente (indipendentemente dalla marca del braccio robotico o del sistema plasma) e prosegue con l'inclusione di un modello di robot specifico.
La simulazione risultante può tenere conto di tutto ciò che si trova nella cella robotica, inclusi elementi come barriere di sicurezza, infissi e torce al plasma. Quindi tiene conto di eventuali errori cinematici e collisioni per l'operatore, che può quindi correggere il problema. Ad esempio, una simulazione potrebbe rivelare un problema di collisione tra due diversi tagli nella testa di un recipiente a pressione. Ogni incisione si trova a un'altezza diversa lungo il contorno della testa, quindi il rapido movimento tra le incisioni deve tenere conto dello spazio necessario: un piccolo dettaglio, risolto prima che il lavoro arrivi a terra, che aiuta ad eliminare mal di testa e sprechi.
La persistente carenza di manodopera e la crescente domanda dei clienti hanno spinto più produttori a rivolgersi al taglio al plasma robotico. Sfortunatamente, molte persone si immergono in acqua solo per scoprire ulteriori complicazioni, soprattutto quando le persone che integrano l'automazione non hanno conoscenza del processo di taglio al plasma. Questo percorso sarà solo portare alla frustrazione.
Integra la conoscenza del taglio al plasma fin dall'inizio e le cose cambiano.Grazie all'intelligenza del processo plasma, il robot può ruotare e muoversi secondo necessità per eseguire la perforazione più efficiente, prolungando la vita dei materiali di consumo.Taglia nella direzione corretta e manovra per evitare qualsiasi pezzo in lavorazione collisione.Seguendo questo percorso di automazione, i produttori raccolgono i frutti.
Questo articolo si basa su "Advances in 3D Robotic Plasma Cutting" presentato alla conferenza FABTECH 2021.
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