Интегрированная роботизированная плазменная резка требует больше, чем просто резака, прикрепленного к концу роботизированной руки. Знание процесса плазменной резки является ключевым.сокровище
Производители металлоконструкций по всей отрасли — в цехах, тяжелом машиностроении, судостроении и производстве металлоконструкций — стремятся соответствовать высоким ожиданиям по поставкам, превосходя при этом требования к качеству. Они постоянно стремятся сократить расходы, одновременно решая актуальную проблему удержания квалифицированной рабочей силы. Бизнес — дело непростое.
Многие из этих проблем можно отнести к ручным процессам, которые все еще распространены в отрасли, особенно при производстве изделий сложной формы, таких как крышки промышленных контейнеров, изогнутые элементы из конструкционной стали, а также трубы и трубопроводы. Многие производители тратят от 25 до 50 процентов своего времени обработки на ручную маркировку, контроль качества и преобразование, тогда как фактическое время резки (обычно с использованием ручного кислородно-топливного или плазменного резака) составляет всего 10–20 процентов.
Помимо времени, затрачиваемого на такие ручные процессы, многие из этих разрезов производятся с учетом неправильных местоположений элементов, размеров или допусков, что требует обширных вторичных операций, таких как шлифовка и доработка, или, что еще хуже, материалов, которые необходимо выбросить. Многие магазины тратят до 40% своего общего времени обработки на эту малоценную работу и отходы.
Все это привело к движению отрасли в сторону автоматизации. Цех, автоматизирующий ручные операции газовой резки сложных многоосевых деталей, внедрил роботизированную ячейку плазменной резки и, что неудивительно, получил огромный выигрыш. Эта операция исключает ручную разметку, и работа, на которую у 5 человек уходило бы 6 часов, теперь может быть выполнена всего за 18 минут с помощью робота.
Хотя преимущества очевидны, для внедрения роботизированной плазменной резки требуется больше, чем просто покупка робота и плазменного резака. Если вы рассматриваете роботизированную плазменную резку, обязательно используйте комплексный подход и рассмотрите весь поток создания ценности. Кроме того, работайте с системным интегратором, прошедшим обучение у производителя, который понимает и разбирается в плазменных технологиях, а также в компонентах и процессах системы, необходимых для обеспечения интеграции всех требований в конструкцию аккумулятора.
Также рассмотрите программное обеспечение, которое, возможно, является одним из важнейших компонентов любой роботизированной системы плазменной резки. Если вы вложили средства в систему, а программное обеспечение либо сложно в использовании, либо требует больших знаний для работы с ним, либо вы обнаружили, что на адаптацию робота к плазменной резке и обучение траектории резки уходит много времени, то вы просто тратите кучу денег.
Хотя программное обеспечение для моделирования роботов является распространенным, эффективные роботизированные ячейки плазменной резки используют автономное программное обеспечение для программирования роботов, которое автоматически выполняет программирование траектории робота, определяет и компенсирует столкновения, а также интегрирует знания о процессе плазменной резки. Внедрение глубоких знаний о процессе плазменной резки является ключевым фактором. С таким программным обеспечением автоматизация даже самых сложных приложений роботизированной плазменной резки становится намного проще.
Плазменная резка сложных многоосевых форм требует уникальной геометрии резака. Примените геометрию резака, используемую в типичном приложении XY (см. рисунок 1), к сложной форме, такой как изогнутая крышка сосуда высокого давления, и вы увеличите вероятность столкновений. По этой причине остроугольные резаки (с «заостренной» конструкцией) лучше подходят для роботизированной фигурной резки.
Все типы столкновений невозможно избежать, используя только остроугольный фонарик. Программа обработки деталей также должна содержать изменения высоты реза (т. е. наконечник резака должен иметь зазор до заготовки), чтобы избежать столкновений (см. рисунок 2).
В процессе резки плазменный газ течет вниз по корпусу горелки в вихревом направлении к наконечнику горелки. Это вращательное действие позволяет центробежной силе вытягивать тяжелые частицы из газового столба к периферии отверстия сопла и защищает узел горелки от потока горячих электронов. Температура плазмы близка к 20 000 градусов Цельсия, в то время как медные детали горелки плавятся при температуре 1100 градусов Цельсия. Расходные материалы нуждаются в защите, и изолирующий слой тяжелых частиц обеспечивает эту защиту.
Рисунок 1. Стандартные корпуса резаков предназначены для резки листового металла. Использование одного и того же резака в многоосном приложении увеличивает вероятность столкновений с заготовкой.
Завихрение делает одну сторону реза более горячей, чем другую. Горелки с вращающимся по часовой стрелке газом обычно располагают горячую сторону реза с правой стороны дуги (если смотреть сверху в направлении реза). Это означает, что инженер-технолог усердно работает над оптимизацией хорошей стороны реза и предполагает, что плохая сторона (левая) будет отправлена в отходы (см. рисунок 3).
Внутренние элементы необходимо резать против часовой стрелки, при этом горячая сторона плазмы должна делать чистый срез с правой стороны (стороны края детали). Вместо этого периметр детали необходимо резать по часовой стрелке. Если резак режет в неправильном направлении, это может привести к образованию большого конуса в профиле реза и увеличению количества окалины на краю детали. По сути, вы делаете «хорошие срезы» на ломе.
Обратите внимание, что большинство столов для плазменной резки имеют встроенный в контроллер интеллектуальный процесс, определяющий направление дуговой резки. Однако в области робототехники эти детали не всегда известны или понятны, и они еще не встроены в типичный контроллер робота, поэтому важно иметь автономное программное обеспечение для программирования робота со знаниями о встроенном плазменном процессе.
Движение резака, используемого для прокалывания металла, напрямую влияет на расходные материалы для плазменной резки. Если плазменный резак прокалывает лист на высоте реза (слишком близко к заготовке), отдача расплавленного металла может быстро повредить экран и сопло. Это приводит к ухудшению качества резки и сокращению срока службы расходных материалов.
Опять же, это редко случается при резке листового металла с использованием портала, поскольку высокая степень компетентности в работе с резаком уже заложена в контроллер. Оператор нажимает кнопку, чтобы запустить последовательность прожига, которая запускает ряд событий для обеспечения надлежащей высоты прожига.
Сначала горелка выполняет процедуру определения высоты, обычно с использованием омического сигнала для обнаружения поверхности заготовки. После позиционирования пластины горелка отводится от пластины на высоту переноса, которая является оптимальным расстоянием для переноса плазменной дуги на заготовку. После переноса плазменной дуги она может полностью нагреться. В этот момент горелка перемещается на высоту прокалывания, которая является более безопасным расстоянием от заготовки и дальше от обратного удара расплавленного материала. Горелка сохраняет это расстояние до тех пор, пока плазменная дуга полностью не пронзит пластину. После завершения задержки прокалывания горелка перемещается вниз к металлической пластине и начинает движение резки (см. рисунок 4).
Опять же, все эти интеллектуальные возможности обычно встроены в контроллер плазменной резки, используемый для резки листов, а не в контроллер робота. Роботизированная резка также имеет еще один уровень сложности. Прожиг на неправильной высоте уже сам по себе плох, но при резке многоосных форм резак может быть направлен не в наилучшем направлении относительно заготовки и толщины материала. Если резак не перпендикулярен поверхности металла, который он пробивает, он в конечном итоге прорежет более толстое поперечное сечение, чем необходимо, что приведет к потере ресурса расходных материалов. Кроме того, прожиг контурной заготовки в неправильном направлении может разместить узел резака слишком близко к поверхности заготовки, подвергая его воздействию обратного расплавления и вызывая преждевременный отказ (см. рисунок 5).
Рассмотрим применение роботизированной плазменной резки, включающее изгибание крышки сосуда высокого давления. Подобно резке листов, роботизированный резак следует размещать перпендикулярно поверхности материала, чтобы обеспечить максимально тонкое поперечное сечение для перфорации. Когда плазменный резак приближается к заготовке, он использует датчик высоты, пока не найдет поверхность сосуда, затем отводится вдоль оси резака для переноса высоты. После переноса дуги резак снова отводится вдоль оси резака для прокалывания высоты, на безопасном расстоянии от обратного удара (см. рисунок 6).
По истечении времени задержки прожига резак опускается на высоту резки. При обработке контуров резак поворачивается в желаемом направлении резки одновременно или пошагово. В этот момент начинается последовательность резки.
Роботы называются сверхопределенными системами. При этом существует несколько способов достичь одной и той же точки. Это означает, что любой, кто обучает робота движению, или кто-либо другой, должен обладать определенным уровнем знаний, будь то понимание движения робота или требования к обработке при плазменной резке.
Несмотря на то, что обучающие пульты эволюционировали, некоторые задачи изначально не подходят для программирования с помощью обучающих пультов, особенно задачи, включающие большое количество смешанных деталей малого объема. Роботы ничего не производят, когда их обучают, а само обучение может занять часы или даже дни для сложных деталей.
Программное обеспечение для программирования автономного робота, разработанное с использованием модулей плазменной резки, будет включать этот опыт (см. рисунок 7). Сюда входит направление резки плазменным газом, начальное определение высоты, последовательность прокалывания и оптимизация скорости резки для процессов плазменной резки и резки пламенем.
Рисунок 2. Острые («заостренные») резаки лучше подходят для роботизированной плазменной резки. Но даже при такой геометрии резака лучше увеличить высоту реза, чтобы свести к минимуму вероятность столкновений.
Программное обеспечение обеспечивает необходимые знания в области робототехники для программирования сверхопределенных систем. Оно обрабатывает сингулярности или ситуации, когда роботизированный рабочий орган (в данном случае плазменная горелка) не может достичь заготовки; ограничения сочленений; перебег; переворачивание запястья; обнаружение столкновений; внешние оси; и оптимизацию траектории инструмента. Сначала программист импортирует CAD-файл готовой детали в автономное программное обеспечение для программирования робота, затем определяет кромку для резки, а также точку прокалывания и другие параметры, принимая во внимание ограничения столкновений и диапазона.
Некоторые из последних версий автономного программного обеспечения для робототехники используют так называемое автономное программирование на основе задач. Этот метод позволяет программистам автоматически генерировать траектории резки и выбирать несколько профилей одновременно. Программист может выбрать селектор траектории кромки, который показывает траекторию и направление резки, а затем изменить начальную и конечную точки, а также направление и наклон плазменной горелки. Программирование обычно начинается (независимо от марки роботизированной руки или плазменной системы) и продолжается включением конкретной модели робота.
Полученная в результате симуляция может учитывать все в роботизированной ячейке, включая такие элементы, как защитные ограждения, приспособления и плазменные резаки. Затем она учитывает любые потенциальные кинематические ошибки и столкновения для оператора, который затем может исправить проблему. Например, симуляция может выявить проблему столкновения между двумя различными разрезами в головке сосуда высокого давления. Каждый разрез находится на разной высоте вдоль контура головки, поэтому быстрое перемещение между разрезами должно учитывать необходимый зазор — небольшую деталь, которая решается до того, как работа достигнет пола, что помогает устранить головные боли и отходы.
Постоянная нехватка рабочей силы и растущий спрос со стороны клиентов побудили все больше производителей обратиться к роботизированной плазменной резке. К сожалению, многие люди бросаются в воду только для того, чтобы обнаружить еще больше сложностей, особенно когда люди, внедряющие автоматизацию, не обладают достаточными знаниями о процессе плазменной резки. Этот путь приведет только к разочарованию.
Интегрируйте знания о плазменной резке с самого начала, и все изменится. Благодаря интеллектуальному процессу плазменной резки робот может вращаться и двигаться по мере необходимости, чтобы выполнять наиболее эффективную пробивку, продлевая срок службы расходных материалов. Он режет в правильном направлении и маневрирует, чтобы избежать столкновения с заготовками. Следуя этому пути автоматизации, производители пожинают плоды.
Эта статья основана на докладе «Достижения в области 3D-роботизированной плазменной резки», представленном на конференции FABTECH 2021 года.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал в области металлообработки и металлообработки. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры из практики, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR обслуживает отрасль с 1970 года.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The FABRICATOR вы можете легко получить доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Воспользуйтесь полным доступом к цифровому изданию журнала STAMPING, в котором представлены новейшие технологические достижения, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The Fabricator на испанском языке вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Время публикации: 25 мая 2022 г.
