Máis coñecemento do proceso, mellor corte por plasma robótico

O corte por plasma robótico integrado require algo máis que unha simple tocha conectada ao extremo do brazo robótico. O coñecemento do proceso de corte por plasma é fundamental. tesouro
Os fabricantes de metal de toda a industria (en talleres, maquinaria pesada, construción naval e aceiro estrutural) esfórzanse por cumprir as esixentes expectativas de entrega e superar os requisitos de calidade. Buscan constantemente reducir custos ao mesmo tempo que se enfrontan ao problema omnipresente de reter man de obra cualificada. Os negocios non son fáciles.
Moitos destes problemas pódense atribuír a procesos manuais que aínda prevalecen na industria, especialmente na fabricación de produtos de formas complexas, como tapas de recipientes industriais, compoñentes curvos de aceiro estrutural e tubos e tubaxes. Moitos fabricantes dedican entre o 25 e o 50 por cento do seu tempo de mecanizado á marcaxe manual, ao control de calidade e á conversión, cando o tempo real de corte (xeralmente cun cortador de oxicorte ou plasma manual) é só do 10 ao 20 por cento.
Ademais do tempo que consumen estes procesos manuais, moitos destes cortes realízanse en función de localizacións, dimensións ou tolerancias incorrectas, o que require extensas operacións secundarias como moenda e retraballo ou, peor aínda, materiais que deben ser desechados. Moitas tendas dedican ata o 40 % do seu tempo total de procesamento a este traballo e desperdicio de baixo valor.
Todo isto levou a un impulso da industria cara á automatización. Un taller que automatiza as operacións manuais de corte con soplete para pezas complexas de varios eixes implementou unha célula de corte por plasma robótica e, como era de esperar, obtivo enormes beneficios. Esta operación elimina o deseño manual e un traballo que levaría 6 horas a 5 persoas agora pódese facer en só 18 minutos usando un robot.
Aínda que os beneficios son obvios, a implementación do corte por plasma robótico require algo máis que mercar un robot e unha tocha de plasma. Se estás a considerar o corte por plasma robótico, asegúrate de adoptar unha perspectiva holística e analizar todo o fluxo de valor. Ademais, traballa cun integrador de sistemas formado polo fabricante que comprenda e comprenda a tecnoloxía do plasma e os compoñentes e procesos do sistema necesarios para garantir que todos os requisitos estean integrados no deseño da batería.
Ten en conta tamén o software, que posiblemente sexa un dos compoñentes máis importantes de calquera sistema robótico de corte por plasma. Se investiches nun sistema e o software é difícil de usar, require moita experiencia para executalo ou che resulta que leva moito tempo adaptar o robot ao corte por plasma e ensinar a traxectoria de corte, só estás a malgastar moito diñeiro.
Aínda que o software de simulación robótica é común, as células de corte por plasma robóticas eficaces utilizan software de programación robótica fóra de liña que realizará automaticamente a programación da traxectoria do robot, identificará e compensará as colisións e integrará o coñecemento do proceso de corte por plasma. A incorporación de coñecementos profundos sobre o proceso de plasma é fundamental. Con software como este, automatizar mesmo as aplicacións de corte por plasma robóticas máis complexas faise moito máis doado.
O corte por plasma de formas complexas multieixe require unha xeometría única da tocha. Aplique a xeometría da tocha empregada nunha aplicación XY típica (véxase a Figura 1) a unha forma complexa, como a cabeza curva dun recipiente a presión, e aumentará a probabilidade de colisións. Por este motivo, as tochas de ángulo agudo (cun ​​deseño "puntafugo") son máis axeitadas para o corte robótico de formas.
Non se poden evitar todos os tipos de colisións só cunha lanterna de ángulo afiado. O programa da peza tamén debe conter cambios na altura de corte (é dicir, a punta da lanterna debe ter separación da peza) para evitar colisións (véxase a Figura 2).
Durante o proceso de corte, o gas plasma flúe polo corpo da tocha en dirección vorticiosa ata a punta da tocha. Esta acción rotacional permite que a forza centrífuga extraia as partículas pesadas da columna de gas ata a periferia do orificio da boquilla e protexe o conxunto da tocha do fluxo de electróns quentes. A temperatura do plasma é próxima aos 20.000 graos Celsius, mentres que as pezas de cobre da tocha fúndense a 1.100 graos Celsius. Os consumibles necesitan protección e unha capa illante de partículas pesadas proporciona protección.
Figura 1. Os corpos de antorcha estándar están deseñados para o corte de chapa metálica. Empregar a mesma antorcha nunha aplicación multieixe aumenta a posibilidade de colisións coa peza de traballo.
O remuíño fai que un lado do corte estea máis quente que o outro. As sopletes con gas que xira no sentido horario adoitan colocar o lado quente do corte no lado dereito do arco (cando se ve desde arriba na dirección do corte). Isto significa que o enxeñeiro de procesos traballa arreo para optimizar o lado bo do corte e asume que o lado malo (esquerdo) será refugallo (véxase a Figura 3).
As características internas deben cortarse en sentido antihorario, co lado quente do plasma facendo un corte limpo no lado dereito (lado do bordo da peza). En vez diso, o perímetro da peza debe cortarse en sentido horario. Se o soplete corta na dirección incorrecta, pode crear unha gran conicidade no perfil de corte e aumentar a escoria no bordo da peza. Esencialmente, estás a facer "bos cortes" en chatarra.
Teña en conta que a maioría das mesas de corte de paneis de plasma teñen intelixencia de proceso integrada no controlador con respecto á dirección do corte do arco. Pero no campo da robótica, estes detalles non son necesariamente coñecidos ou comprendidos, e aínda non están integrados nun controlador de robot típico, polo que é importante ter software de programación de robots fóra de liña con coñecemento do proceso de plasma integrado.
O movemento da tocha empregado para perforar o metal ten un efecto directo nos consumibles de corte por plasma. Se a tocha de plasma perfora a chapa á altura de corte (demasiado preto da peza de traballo), o retroceso do metal fundido pode danar rapidamente o escudo e a boquilla. Isto resulta nunha mala calidade de corte e nunha vida útil reducida dos consumibles.
De novo, isto ocorre raramente en aplicacións de corte de chapa metálica cun pórtico, xa que o alto grao de coñecemento da tocha xa está integrado no controlador. O operador preme un botón para iniciar a secuencia de perforación, que inicia unha serie de eventos para garantir a altura de perforación adecuada.
Primeiro, a tocha realiza un procedemento de detección de altura, normalmente usando un sinal óhmico para detectar a superficie da peza. Despois de colocar a placa, a tocha retírase da placa ata a altura de transferencia, que é a distancia óptima para que o arco de plasma se transfira á peza. Unha vez transferido o arco de plasma, pode quentarse completamente. Neste punto, a tocha móvese ata a altura de perforación, que é unha distancia máis segura da peza e máis lonxe do retroceso do material fundido. A tocha mantén esta distancia ata que o arco de plasma penetra completamente na placa. Unha vez completado o retardo de perforación, a tocha móvese cara abaixo, cara á placa metálica, e comeza o movemento de corte (véxase a Figura 4).
De novo, toda esta intelixencia adoita estar integrada no controlador de plasma utilizado para o corte de chapas, non no controlador do robot. O corte robótico tamén ten outra capa de complexidade. Perforar á altura incorrecta xa é bastante malo, pero ao cortar formas multieixe, a tocha pode non estar na mellor dirección para a peza e o grosor do material. Se a tocha non é perpendicular á superficie metálica que perfora, acabará cortando unha sección transversal máis grosa do necesario, o que desperdiciará a vida útil dos consumibles. Ademais, perforar unha peza contorneada na dirección incorrecta pode colocar o conxunto da tocha demasiado preto da superficie da peza, expoñéndoa ao retroceso da fusión e provocando unha falla prematura (véxase a Figura 5).
Considere unha aplicación de corte por plasma robótica que implica dobrar a cabeza dun recipiente a presión. Do mesmo xeito que o corte de chapas, a tocha robótica debe colocarse perpendicular á superficie do material para garantir a sección transversal máis delgada posible para a perforación. A medida que a tocha de plasma se achega á peza de traballo, utiliza a detección de altura ata que atopa a superficie do recipiente e, a continuación, retrógrase ao longo do eixe da tocha para transferir a altura. Despois de transferir o arco, a tocha retrógrase de novo ao longo do eixe da tocha para perforar a altura, de forma segura e lonxe do retroceso (véxase a Figura 6).
Unha vez transcorrido o retardo de perforación, a tocha baixa ata a altura de corte. Ao procesar contornos, a tocha xira ata a dirección de corte desexada simultaneamente ou por pasos. Neste punto, comeza a secuencia de corte.
Os robots denomínanse sistemas sobredeterminados. Dito isto, hai múltiples xeitos de chegar ao mesmo punto. Isto significa que calquera persoa que lle ensine a un robot a moverse, ou calquera outra persoa, debe ter un certo nivel de experiencia, xa sexa para comprender o movemento do robot ou os requisitos de mecanizado do corte por plasma.
Aínda que os módulos de programación evolucionaron, algunhas tarefas non son inherentemente axeitadas para a programación destes módulos, especialmente as tarefas que implican un gran número de pezas mixtas de baixo volume. Os robots non producen cando se lles ensina, e a propia ensinanza pode levar horas ou incluso días para pezas complexas.
O software de programación de robots fóra de liña deseñado con módulos de corte por plasma incorporará esta experiencia (véxase a Figura 7). Isto inclúe a dirección de corte con gas de plasma, a detección de altura inicial, a secuenciación de perforación e a optimización da velocidade de corte para procesos de soplete e plasma.
Figura 2. As tochas afiadas ("en punta") son máis axeitadas para o corte por plasma robótico. Pero mesmo con estas xeometrías de tocha, é mellor aumentar a altura de corte para minimizar a posibilidade de colisións.
O software proporciona a experiencia en robótica necesaria para programar sistemas sobredeterminados. Xestiona singularidades ou situacións nas que o efector final robótico (neste caso, a tocha de plasma) non pode alcanzar a peza; límites de unión; sobredesprazamento; xiro do pulso; detección de colisións; eixes externos; e optimización da traxectoria da ferramenta. Primeiro, o programador importa o ficheiro CAD da peza acabada ao software de programación de robots sen conexión e, a continuación, define o bordo a cortar, xunto co punto de perforación e outros parámetros, tendo en conta as restricións de colisión e alcance.
Algunhas das últimas versións de software de robótica sen conexión empregan a chamada programación sen conexión baseada en tarefas. Este método permite aos programadores xerar automaticamente traxectorias de corte e seleccionar varios perfís á vez. O programador pode seleccionar un selector de traxectoria de bordo que mostre a traxectoria e a dirección de corte e, a continuación, optar por cambiar os puntos de inicio e fin, así como a dirección e a inclinación da tocha de plasma. A programación xeralmente comeza (independentemente da marca do brazo robótico ou do sistema de plasma) e continúa para incluír un modelo de robot específico.
A simulación resultante pode ter en conta todo o que hai na célula robótica, incluídos elementos como barreiras de seguridade, accesorios e fachos de plasma. Despois, ten en conta calquera posible erro cinemático e colisión para o operador, que pode corrixir o problema. Por exemplo, unha simulación podería revelar un problema de colisión entre dous cortes diferentes na cabeza dun recipiente a presión. Cada incisión está a unha altura diferente ao longo do contorno da cabeza, polo que o movemento rápido entre as incisións debe ter en conta a separación necesaria, un pequeno detalle, resolto antes de que o traballo chegue ao chan, que axuda a eliminar dores de cabeza e desperdicios.
A persistente escaseza de man de obra e a crecente demanda dos clientes levaron a que máis fabricantes recorran ao corte por plasma robótico. Desafortunadamente, moita xente mergúllase na auga só para descubrir máis complicacións, especialmente cando as persoas que integran a automatización carecen de coñecementos sobre o proceso de corte por plasma. Este camiño só levará á frustración.
Integra o coñecemento do corte por plasma desde o principio e as cousas cambian. Coa intelixencia do proceso de plasma, o robot pode xirar e moverse segundo sexa necesario para realizar a perforación máis eficiente, prolongando a vida útil dos consumibles. Corta na dirección correcta e manobra para evitar calquera colisión da peza. Ao seguir este camiño de automatización, os fabricantes obteñen recompensas.
Este artigo baséase nos "Avances no corte por plasma robótico en 3D" presentados na conferencia FABTECH de 2021.
FABRICATOR é a revista líder da industria de conformado e fabricación de metais en América do Norte. A revista ofrece noticias, artigos técnicos e casos prácticos que permiten aos fabricantes facer o seu traballo de forma máis eficiente. FABRICATOR leva servindo á industria desde 1970.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The FABRICATOR, acceso sinxelo a recursos valiosos da industria.
A edición dixital de The Tube & Pipe Journal xa é totalmente accesible, o que proporciona un acceso sinxelo a valiosos recursos do sector.
Goza de acceso completo á edición dixital de STAMPING Journal, que ofrece os últimos avances tecnolóxicos, as mellores prácticas e as novidades do sector para o mercado da estampación de metais.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The Fabricator en Español, tes acceso doado a recursos valiosos da industria.