יותר ידע בתהליך, חיתוך פלזמה רובוטי טוב יותר

חיתוך פלזמה רובוטי משולב דורש יותר מסתם מבער המחובר לקצה הזרוע הרובוטית. ידע בתהליך חיתוך הפלזמה הוא המפתח. אוצר
יצרני מתכת ברחבי התעשייה - בבתי מלאכה, במכונות כבדות, בניית ספינות ובניית פלדה מבנית - שואפים לעמוד בציפיות האספקה ​​התובעניות תוך כדי שהם עולים על דרישות האיכות. הם מבקשים כל העת להפחית עלויות תוך התמודדות עם הבעיה המתמדת של שימור כוח אדם מיומן. עסקים אינם קלים.
רבות מבעיות אלו מקורן בתהליכים ידניים שעדיין נפוצים בתעשייה, במיוחד בעת ייצור מוצרים בעלי צורות מורכבות כגון מכסי מיכלים תעשייתיים, רכיבי פלדה מבניים מעוקלים, צינורות וצינורות. יצרנים רבים מקדישים 25 עד 50 אחוז מזמן העיבוד שלהם לסימון ידני, בקרת איכות והמרה, כאשר זמן החיתוך בפועל (בדרך כלל עם חותך אוקסיפיול ידני או פלזמה) הוא רק 10 עד 20 אחוז.
בנוסף לזמן הנדרש בתהליכים ידניים כאלה, רבים מהחיתוכים הללו נעשים סביב מיקומי מאפיינים, מידות או סבולות שגויים, מה שמחייב פעולות משניות נרחבות כגון השחזה ועיבוד חוזר, או גרוע מכך, חומרים שיש לגרוט. חנויות רבות מקדישות עד 40% מזמן העיבוד הכולל שלהן לעבודה בעלת ערך נמוך ולבזבוז זה.
כל זה הוביל לדחיפה בתעשייה לכיוון אוטומציה. סדנה שמאפשרת אוטומציה של פעולות חיתוך ידניות באמצעות מבער עבור חלקים מרובי צירים מורכבים הטמיעה תא חיתוך פלזמה רובוטי, ובאופן לא מפתיע, ראתה רווחים עצומים. פעולה זו מבטלת את הצורך בפריסה ידנית, ועבודה שתיקח 5 אנשים 6 שעות יכולה להתבצע כעת תוך 18 דקות בלבד באמצעות רובוט.
בעוד שהיתרונות ברורים, יישום חיתוך פלזמה רובוטי דורש יותר מאשר רק רכישת רובוט ולפיד פלזמה. אם אתם שוקלים חיתוך פלזמה רובוטי, הקפידו לנקוט בגישה הוליסטית ולבחון את זרם הערך כולו. בנוסף, עבדו עם אינטגרטור מערכות שהוכשר על ידי היצרן, שמבין ומבין את טכנולוגיית הפלזמה ואת רכיבי המערכת והתהליכים הנדרשים כדי להבטיח שכל הדרישות משולבות בתכנון הסוללה.
קחו בחשבון גם את התוכנה, שהיא כנראה אחד המרכיבים החשובים ביותר בכל מערכת חיתוך פלזמה רובוטית. אם השקעתם במערכת והתוכנה קשה לשימוש, דורשת מומחיות רבה להפעלה, או שאתם מגלים שלוקח הרבה זמן להתאים את הרובוט לחיתוך פלזמה וללמד את נתיב החיתוך, אתם פשוט מבזבזים הרבה כסף.
בעוד שתוכנות סימולציה רובוטיות נפוצות, תאי חיתוך פלזמה רובוטיים יעילים משתמשים בתוכנת תכנות רובוטית לא מקוונת שתבצע באופן אוטומטי תכנות מסלול רובוט, תזהה ותפצה על התנגשויות, ותשלב ידע בתהליך חיתוך פלזמה. שילוב ידע מעמיק בתהליך פלזמה הוא המפתח. בעזרת תוכנה כזו, אוטומציה של אפילו יישומי חיתוך פלזמה רובוטיים מורכבים הופכת להרבה יותר קלה.
חיתוך בפלזמה בצורות מרובות צירים מורכבות דורש גיאומטריית מבער ייחודית. יש ליישם את גיאומטריית המבער המשמשת ביישום XY טיפוסי (ראה איור 1) על צורה מורכבת, כגון ראש כלי לחץ מעוקל, ותגדיל את הסבירות להתנגשויות. מסיבה זו, מבערים בעלי זווית חדה (בעלי עיצוב "מחודד") מתאימים יותר לחיתוך צורות רובוטי.
לא ניתן להימנע מכל סוגי ההתנגשויות בעזרת פנס בעל זווית חדה בלבד. תוכנית החלקים חייבת לכלול גם שינויים בגובה החיתוך (כלומר, קצה הלפיד חייב להיות ביחס מרווח לחומר העבודה) כדי למנוע התנגשויות (ראה איור 2).
במהלך תהליך החיתוך, גז הפלזמה זורם במורד גוף הלפיד בכיוון מערבולת אל קצה הלפיד. פעולה סיבובית זו מאפשרת לכוח צנטריפוגלי למשוך חלקיקים כבדים מעמודת הגז אל פריפריית חור הזרבובית ומגנה על מכלול הלפיד מזרימת אלקטרונים חמים. טמפרטורת הפלזמה קרובה ל-20,000 מעלות צלזיוס, בעוד שחלקי הנחושת של הלפיד נמסים ב-1,100 מעלות צלזיוס. חומרים מתכלים זקוקים להגנה, ושכבת בידוד של חלקיקים כבדים מספקת הגנה.
איור 1. גופי מבער סטנדרטיים מיועדים לחיתוך יריעות מתכת. שימוש באותו מבער ביישום רב-צירי מגביר את הסיכוי להתנגשויות עם חומר העבודה.
הסחרור גורם לצד אחד של החיתוך להיות חם יותר מהשני. מבערים עם גז המסתובב בכיוון השעון בדרך כלל ממקמים את הצד החם של החיתוך בצד ימין של הקשת (כאשר מסתכלים מלמעלה בכיוון החיתוך). משמעות הדבר היא שמהנדס התהליך עובד קשה כדי לייעל את הצד הטוב של החיתוך ומניח שהצד הרע (משמאל) יהיה גרוטאות (ראה איור 3).
יש לחתוך מאפיינים פנימיים נגד כיוון השעון, כאשר הצד החם של הפלזמה מבצע חיתוך נקי בצד ימין (צד קצה החלק). במקום זאת, יש לחתוך את היקף החלק בכיוון השעון. אם המבער חותך בכיוון הלא נכון, הוא עלול ליצור התחדדות גדולה בפרופיל החיתוך ולהגדיל את הסיגים בקצה החלק. בעיקרון, אתם מבצעים "חיתוכים טובים" על גרוטאות.
שימו לב שרוב שולחנות חיתוך הפאנלים בפלזמה כוללים אינטליגנציה תהליכית מובנית בבקר בנוגע לכיוון חיתוך הקשת. אך בתחום הרובוטיקה, פרטים אלה אינם בהכרח ידועים או מובנים, והם עדיין אינם מוטמעים בבקר רובוט טיפוסי - לכן חשוב שתהיה תוכנת תכנות רובוטים לא מקוונת עם ידע בתהליך הפלזמה המוטמע.
לתנועת המבער המשמשת לחיתוך מתכת יש השפעה ישירה על חומרי חיתוך בפלזמה. אם מבער הפלזמה חודר את הגיליון בגובה חיתוך (קרוב מדי לחומר העבודה), רתע המתכת המותכת עלול לגרום נזק מהיר למגן ולפיה. התוצאה היא איכות חיתוך ירודה ואורך חיים קצר יותר של החומר המתכלה.
שוב, זה קורה לעיתים רחוקות ביישומי חיתוך מתכת עם גנטרי, מכיוון שרמת המומחיות הגבוהה במבער כבר מובנית בבקר. המפעיל לוחץ על כפתור כדי להתחיל את רצף הנקב, אשר מתחיל סדרה של אירועים כדי להבטיח גובה ניקוב נכון.
ראשית, הלפיד מבצע הליך חישת גובה, בדרך כלל באמצעות אות אוהמי כדי לזהות את פני השטח של חומר העבודה. לאחר מיקום הפלטה, הלפיד נסוג מהפלטה לגובה ההעברה, שהוא המרחק האופטימלי עבור קשת הפלזמה להעברתה לחומר העבודה. לאחר העברת קשת הפלזמה, היא יכולה להתחמם לחלוטין. בנקודה זו הלפיד נע לגובה הניקוב, שהוא מרחק בטוח יותר מחומר העבודה ורחוק יותר מנקודת הנשיפה של החומר המותך. הלפיד שומר על מרחק זה עד שקשת הפלזמה חודרת לחלוטין את הפלטה. לאחר השלמת עיכוב הניקוב, הלפיד נע מטה לכיוון לוח המתכת ומתחיל בתנועת החיתוך (ראה איור 4).
שוב, כל האינטליגנציה הזו מובנית בדרך כלל בבקר הפלזמה המשמש לחיתוך יריעות, ולא בבקר הרובוט. לחיתוך רובוטי יש גם שכבה נוספת של מורכבות. ניקוב בגובה הלא נכון הוא גרוע מספיק, אך בעת חיתוך צורות מרובות צירים, ייתכן שהמבער לא יהיה בכיוון הטוב ביותר עבור חומר העבודה ועובי החומר. אם המבער אינו ניצב למשטח המתכת שהוא חודר, הוא בסופו של דבר יחתוך חתך רוחב עבה יותר מהנדרש, ויבזבז את חיי החומר המתכלה. בנוסף, ניקוב חומר עבודה מעוצב בכיוון הלא נכון יכול למקם את מכלול המבער קרוב מדי לפני חומר העבודה, לחשוף אותו לפיצוץ התכה ולגרום לכשל בטרם עת (ראה איור 5).
קחו לדוגמה יישום חיתוך פלזמה רובוטי הכולל כיפוף ראש של כלי לחץ. בדומה לחיתוך יריעות, יש למקם את המבער הרובוטי בניצב לפני השטח של החומר כדי להבטיח את חתך הרוחב הדק ביותר האפשרי לצורך ניקוב. כאשר מבער הפלזמה מתקרב לחומר העבודה, הוא משתמש בחישת גובה עד שהוא מוצא את פני השטח של כלי העבודה, ואז נסוג לאורך ציר המבער כדי להעביר את הגובה. לאחר העברת הקשת, המבער נסוג שוב לאורך ציר המבער כדי להגיע לגובה ניקוב, הרחק בבטחה מפיצוץ חוזר (ראה איור 6).
לאחר תום השהיית הניקוב, המבער יורד לגובה החיתוך. בעת עיבוד קווי מתאר, המבער מסובב לכיוון החיתוך הרצוי בו זמנית או בשלבים. בנקודה זו, מתחיל רצף החיתוך.
רובוטים נקראים מערכות מוגדרות יתר על המידה. עם זאת, ישנן דרכים רבות להגיע לאותה נקודה. משמעות הדבר היא שכל מי שמלמד רובוט לנוע, או כל אחד אחר, חייב להיות בעל רמת מומחיות מסוימת, בין אם בהבנת תנועת רובוט או בדרישות העיבוד השבבי של חיתוך פלזמה.
למרות שתליוני לימוד התפתחו, חלק מהמשימות אינן מתאימות באופן טבעי לתכנות תליוני לימוד - במיוחד משימות הכוללות מספר רב של חלקים מעורבים בנפח נמוך. רובוטים אינם מייצרים כאשר הם נלמדים, והלימוד עצמו יכול להימשך שעות, או אפילו ימים עבור חלקים מורכבים.
תוכנת תכנות רובוטים לא מקוונת שתוכננה עם מודולי חיתוך פלזמה תשלב מומחיות זו (ראה איור 7). זה כולל כיוון חיתוך גז פלזמה, חישת גובה ראשונית, ריצוף ניקוב ואופטימיזציה של מהירות חיתוך עבור תהליכי מבער ופלזמה.
איור 2. לפידים חדים ("מחודדים") מתאימים יותר לחיתוך פלזמה רובוטי. אך אפילו עם גיאומטריות אלו של הלפיד, עדיף להגדיל את גובה החיתוך כדי למזער את הסיכוי להתנגשויות.
התוכנה מספקת את המומחיות הרובוטית הנדרשת לתכנות מערכות מוגדרות יתר על המידה. היא מנהלת סינגולריות, או מצבים שבהם האפקטור הסופי הרובוטי (במקרה זה, מבער הפלזמה) אינו יכול להגיע לחומר העבודה; מגבלות חיבור; מהלך יתר; התהפכות שורש כף היד; זיהוי התנגשויות; צירים חיצוניים; ואופטימיזציה של נתיב הכלים. ראשית, המתכנת מייבא את קובץ ה-CAD של החלק המוגמר לתוכנת תכנות רובוטים לא מקוונת, לאחר מכן מגדיר את הקצה לחיתוך, יחד עם נקודת הניקוב ופרמטרים אחרים, תוך התחשבות באילוצי התנגשות וטווח.
חלק מהגרסאות האחרונות של תוכנות רובוטיקה לא מקוונות משתמשות במה שנקרא תכנות לא מקוון מבוסס משימות. שיטה זו מאפשרת למתכנתים ליצור באופן אוטומטי נתיבי חיתוך ולבחור פרופילים מרובים בו זמנית. המתכנת עשוי לבחור בורר נתיב קצה המציג את נתיב החיתוך וכיווןו, ולאחר מכן לבחור לשנות את נקודות ההתחלה והסיום, כמו גם את הכיוון והנטייה של לפיד הפלזמה. התכנות מתחיל בדרך כלל (ללא תלות במותג הזרוע הרובוטית או מערכת הפלזמה) וממשיך להכללת דגם רובוט ספציפי.
הסימולציה המתקבלת יכולה לקחת בחשבון כל דבר בתא הרובוטי, כולל אלמנטים כמו מחסומי בטיחות, גופי תאורה ולפידי פלזמה. לאחר מכן היא מתחשבת בכל שגיאות קינמטיות פוטנציאליות והתנגשויות עבור המפעיל, שיכול לאחר מכן לתקן את הבעיה. לדוגמה, סימולציה עשויה לחשוף בעיית התנגשות בין שני חתכים שונים בראש כלי לחץ. כל חתך נמצא בגובה שונה לאורך קווי המתאר של הראש, כך שתנועה מהירה בין חתכים צריכה להתחשב במרווח הדרוש - פרט קטן, שנפתר לפני שהעבודה מגיעה לרצפה, המסייע במניעת כאבי ראש ובזבוז.
מחסור מתמשך בכוח אדם וביקוש גובר מצד הלקוחות הניעו יותר ויותר יצרנים לפנות לחיתוך פלזמה רובוטי. למרבה הצער, אנשים רבים צוללים למים רק כדי לגלות סיבוכים נוספים, במיוחד כאשר האנשים המשלבים אוטומציה חסרים ידע בתהליך חיתוך הפלזמה. דרך זו תוביל רק לתסכול.
שלבו ידע בחיתוך פלזמה מההתחלה, ודברים ישתנו. בעזרת אינטליגנציה של תהליך פלזמה, הרובוט יכול להסתובב ולנוע לפי הצורך כדי לבצע את הניקוב היעיל ביותר, ולהאריך את חיי החומרים המתכלים. הוא חותך בכיוון הנכון ומתמרן כדי למנוע התנגשות של חומר העבודה. כאשר יצרנים הולכים בדרך אוטומציה זו, הם קוצרים פירות.
מאמר זה מבוסס על "התקדמות בחיתוך פלזמה רובוטי תלת-ממדי" שהוצגה בכנס FABTECH 2021.
FABRICATOR הוא מגזין תעשיית עיצוב וייצור מתכות המוביל בצפון אמריקה. המגזין מספק חדשות, מאמרים טכניים ותולדות מקרים המאפשרים ליצרנים לבצע את עבודתם בצורה יעילה יותר. FABRICATOR משרתת את התעשייה מאז 1970.
כעת עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The FABRICATOR, גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
המהדורה הדיגיטלית של כתב העת The Tube & Pipe Journal נגישה כעת במלואה, ומספקת גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
תיהנו מגישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של STAMPING Journal, המספקת את ההתקדמות הטכנולוגית, שיטות העבודה המומלצות וחדשות התעשייה האחרונות עבור שוק הטבעת המתכת.
כעת עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The Fabricator בספרדית, גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.