Cắt plasma bằng robot tích hợp đòi hỏi nhiều hơn là chỉ một ngọn đuốc gắn vào đầu cánh tay robot. Kiến thức về quy trình cắt plasma là chìa khóa. kho báu
Các nhà chế tạo kim loại trong toàn ngành – trong các xưởng, máy móc hạng nặng, đóng tàu và kết cấu thép – luôn nỗ lực đáp ứng kỳ vọng khắt khe về giao hàng trong khi vẫn vượt quá các yêu cầu về chất lượng. Họ liên tục tìm cách giảm chi phí trong khi giải quyết vấn đề luôn tồn tại là giữ chân lao động lành nghề. Kinh doanh không phải là điều dễ dàng.
Nhiều vấn đề trong số này có thể bắt nguồn từ các quy trình thủ công vẫn còn phổ biến trong ngành, đặc biệt là khi sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp như nắp thùng chứa công nghiệp, các thành phần thép kết cấu cong, ống và ống dẫn. Nhiều nhà sản xuất dành 25 đến 50 phần trăm thời gian gia công của họ cho việc đánh dấu thủ công, kiểm soát chất lượng và chuyển đổi, trong khi thời gian cắt thực tế (thường là bằng máy cắt oxyfuel hoặc plasma cầm tay) chỉ là 10 đến 20 phần trăm.
Ngoài thời gian dành cho các quy trình thủ công như vậy, nhiều vết cắt này được thực hiện xung quanh các vị trí, kích thước hoặc dung sai của đặc điểm, đòi hỏi các hoạt động thứ cấp tốn kém như mài và làm lại, hoặc tệ hơn, cần phải loại bỏ Vật liệu. Nhiều cửa hàng dành tới 40% tổng thời gian xử lý của họ cho công việc và chất thải có giá trị thấp này.
Tất cả những điều này đã dẫn đến một ngành công nghiệp thúc đẩy tự động hóa. Một cửa hàng tự động hóa các hoạt động cắt bằng đèn khò thủ công cho các bộ phận đa trục phức tạp đã triển khai một ô cắt plasma bằng robot và không có gì ngạc nhiên khi đạt được những lợi ích to lớn. Hoạt động này loại bỏ việc bố trí thủ công và một công việc vốn mất 5 người làm trong 6 giờ giờ đây có thể được hoàn thành chỉ trong 18 phút khi sử dụng robot.
Mặc dù lợi ích là rõ ràng, nhưng việc triển khai cắt plasma bằng robot đòi hỏi nhiều hơn là chỉ mua một robot và một mỏ cắt plasma. Nếu bạn đang cân nhắc sử dụng cắt plasma bằng robot, hãy đảm bảo thực hiện phương pháp tiếp cận toàn diện và xem xét toàn bộ luồng giá trị. Ngoài ra, hãy làm việc với một nhà tích hợp hệ thống được đào tạo bởi nhà sản xuất, người hiểu rõ công nghệ plasma cũng như các thành phần và quy trình của hệ thống cần thiết để đảm bảo tất cả các yêu cầu được tích hợp vào thiết kế pin.
Ngoài ra, hãy cân nhắc đến phần mềm, đây được cho là một trong những thành phần quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống cắt plasma bằng robot nào. Nếu bạn đã đầu tư vào một hệ thống và phần mềm khó sử dụng, yêu cầu nhiều chuyên môn để chạy hoặc bạn thấy mất nhiều thời gian để robot thích nghi với phương pháp cắt plasma và dạy đường cắt, thì bạn chỉ đang lãng phí rất nhiều tiền.
Trong khi phần mềm mô phỏng robot rất phổ biến, các ô cắt plasma robot hiệu quả sử dụng phần mềm lập trình robot ngoại tuyến có thể tự động lập trình đường đi của robot, xác định và bù trừ va chạm, đồng thời tích hợp kiến thức về quy trình cắt plasma. Việc kết hợp kiến thức sâu về quy trình cắt plasma là chìa khóa. Với phần mềm như thế này, việc tự động hóa ngay cả những ứng dụng cắt plasma robot phức tạp nhất cũng trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Cắt plasma các hình dạng đa trục phức tạp đòi hỏi hình dạng mỏ hàn độc đáo. Áp dụng hình dạng mỏ hàn được sử dụng trong ứng dụng XY thông thường (xem Hình 1) cho hình dạng phức tạp, chẳng hạn như đầu bình chịu áp suất cong, và bạn sẽ làm tăng khả năng va chạm. Vì lý do này, mỏ hàn góc nhọn (với thiết kế "nhọn") phù hợp hơn để cắt hình dạng bằng rô-bốt.
Không thể tránh được mọi loại va chạm chỉ bằng đèn pin góc nhọn. Chương trình chi tiết cũng phải bao gồm những thay đổi về chiều cao cắt (tức là đầu đèn pin phải có khoảng hở so với phôi) để tránh va chạm (xem Hình 2).
Trong quá trình cắt, khí plasma chảy xuống thân mỏ theo hướng xoáy đến đầu mỏ. Hành động quay này cho phép lực ly tâm kéo các hạt nặng ra khỏi cột khí đến ngoại vi của lỗ vòi phun và bảo vệ cụm mỏ khỏi dòng electron nóng. Nhiệt độ của plasma gần 20.000 độ C, trong khi các bộ phận bằng đồng của mỏ nóng chảy ở 1.100 độ C. Vật tư tiêu hao cần được bảo vệ và một lớp cách điện gồm các hạt nặng sẽ cung cấp khả năng bảo vệ.
Hình 1. Thân mỏ hàn tiêu chuẩn được thiết kế để cắt kim loại tấm. Sử dụng cùng một mỏ hàn trong ứng dụng nhiều trục sẽ làm tăng khả năng va chạm với phôi.
Dòng xoáy làm cho một bên của vết cắt nóng hơn bên kia. Đèn khò có khí quay theo chiều kim đồng hồ thường đặt mặt nóng của vết cắt ở phía bên phải của hồ quang (khi nhìn từ trên xuống theo hướng cắt). Điều này có nghĩa là kỹ sư quy trình sẽ làm việc chăm chỉ để tối ưu hóa mặt tốt của vết cắt và cho rằng mặt xấu (bên trái) sẽ là phế liệu (xem Hình 3).
Các đặc điểm bên trong cần được cắt theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, với mặt nóng của plasma tạo ra đường cắt sạch ở phía bên phải (mép chi tiết). Thay vào đó, chu vi của chi tiết cần được cắt theo hướng chiều kim đồng hồ. Nếu mỏ cắt theo hướng sai, nó có thể tạo ra một hình côn lớn ở mặt cắt và làm tăng lượng xỉ ở mép chi tiết. Về cơ bản, bạn đang thực hiện "các đường cắt tốt" trên phế liệu.
Lưu ý rằng hầu hết các bàn cắt tấm plasma đều có trí thông minh xử lý được tích hợp vào bộ điều khiển liên quan đến hướng cắt hồ quang. Nhưng trong lĩnh vực robot, những chi tiết này không nhất thiết phải được biết hoặc hiểu và chúng vẫn chưa được nhúng vào bộ điều khiển robot thông thường - do đó, điều quan trọng là phải có phần mềm lập trình robot ngoại tuyến có kiến thức về quy trình plasma được nhúng.
Chuyển động của mỏ hàn dùng để xuyên kim loại có tác động trực tiếp đến vật tư tiêu hao cắt plasma. Nếu mỏ hàn plasma xuyên qua tấm kim loại ở độ cao cắt (quá gần phôi), lực giật lùi của kim loại nóng chảy có thể nhanh chóng làm hỏng lớp chắn và vòi phun. Điều này dẫn đến chất lượng cắt kém và tuổi thọ vật tư tiêu hao giảm.
Một lần nữa, điều này hiếm khi xảy ra trong các ứng dụng cắt kim loại tấm bằng cổng trục, vì trình độ chuyên môn cao về mỏ cắt đã được tích hợp vào bộ điều khiển. Người vận hành nhấn nút để bắt đầu trình tự đục, khởi chạy một loạt các sự kiện để đảm bảo chiều cao đục thích hợp.
Đầu tiên, mỏ hàn thực hiện quy trình cảm biến độ cao, thường sử dụng tín hiệu ômi để phát hiện bề mặt phôi. Sau khi định vị tấm, mỏ hàn được rút khỏi tấm đến độ cao truyền, đây là khoảng cách tối ưu để hồ quang plasma truyền đến phôi. Sau khi hồ quang plasma được truyền đi, nó có thể nóng lên hoàn toàn. Tại thời điểm này, mỏ hàn di chuyển đến độ cao đâm thủng, đây là khoảng cách an toàn hơn so với phôi và xa hơn so với luồng thổi ngược của vật liệu nóng chảy. Mỏ hàn duy trì khoảng cách này cho đến khi hồ quang plasma xuyên hoàn toàn vào tấm. Sau khi độ trễ đâm thủng hoàn tất, mỏ hàn di chuyển xuống về phía tấm kim loại và bắt đầu chuyển động cắt (xem Hình 4).
Một lần nữa, tất cả trí thông minh này thường được tích hợp vào bộ điều khiển plasma dùng để cắt tấm, chứ không phải bộ điều khiển rô-bốt. Cắt rô-bốt cũng có một lớp phức tạp khác. Đục ở độ cao không đúng đã đủ tệ, nhưng khi cắt các hình dạng nhiều trục, mỏ cắt có thể không ở hướng tốt nhất cho phôi và độ dày vật liệu. Nếu mỏ cắt không vuông góc với bề mặt kim loại mà nó đâm thủng, nó sẽ cắt một mặt cắt dày hơn mức cần thiết, lãng phí tuổi thọ vật tư tiêu hao. Ngoài ra, việc đục một phôi có đường viền theo hướng không đúng có thể đặt cụm mỏ cắt quá gần bề mặt phôi, khiến nó dễ bị thổi ngược nóng chảy và gây ra hỏng hóc sớm (xem Hình 5).
Hãy xem xét ứng dụng cắt plasma bằng robot liên quan đến việc uốn cong đầu của một bình chịu áp suất. Tương tự như cắt tấm, mỏ cắt robot phải được đặt vuông góc với bề mặt vật liệu để đảm bảo mặt cắt mỏng nhất có thể để đục lỗ. Khi mỏ cắt plasma tiếp cận phôi, nó sử dụng cảm biến độ cao cho đến khi tìm thấy bề mặt bình, sau đó rút lại dọc theo trục mỏ cắt để truyền độ cao. Sau khi hồ quang được truyền đi, mỏ cắt lại được rút lại dọc theo trục mỏ cắt để đạt độ cao đâm thủng, tránh xa hiện tượng thổi ngược một cách an toàn (xem Hình 6).
Khi thời gian trễ đâm thủng kết thúc, mỏ hàn được hạ xuống độ cao cắt. Khi xử lý đường viền, mỏ hàn được xoay theo hướng cắt mong muốn cùng lúc hoặc theo từng bước. Tại thời điểm này, trình tự cắt bắt đầu.
Robot được gọi là hệ thống quá xác định. Nói như vậy, có nhiều cách để đạt đến cùng một điểm. Điều này có nghĩa là bất kỳ ai dạy robot di chuyển, hoặc bất kỳ ai khác, đều phải có trình độ chuyên môn nhất định, cho dù là hiểu chuyển động của robot hay các yêu cầu gia công của phương pháp cắt plasma.
Mặc dù các mặt dây chuyền dạy đã phát triển, một số nhiệm vụ vốn không phù hợp để lập trình mặt dây chuyền dạy, đặc biệt là các nhiệm vụ liên quan đến số lượng lớn các bộ phận có khối lượng thấp hỗn hợp. Robot không sản xuất khi chúng được dạy và bản thân việc dạy có thể mất hàng giờ, hoặc thậm chí nhiều ngày đối với các bộ phận phức tạp.
Phần mềm lập trình robot ngoại tuyến được thiết kế với các mô-đun cắt plasma sẽ tích hợp chuyên môn này (xem Hình 7). Điều này bao gồm hướng cắt khí plasma, cảm biến chiều cao ban đầu, trình tự đâm thủng và tối ưu hóa tốc độ cắt cho các quy trình cắt bằng mỏ hàn và plasma.
Hình 2. Mỏ hàn sắc (“nhọn”) phù hợp hơn cho mục đích cắt plasma bằng robot. Nhưng ngay cả với hình dạng mỏ hàn này, tốt nhất là tăng chiều cao cắt để giảm thiểu khả năng va chạm.
Phần mềm cung cấp chuyên môn về robot cần thiết để lập trình các hệ thống quá xác định. Nó quản lý các điểm kỳ dị hoặc các tình huống mà đầu cuối của robot (trong trường hợp này là mỏ cắt plasma) không thể chạm tới phôi; giới hạn khớp nối; di chuyển quá mức; lật cổ tay; phát hiện va chạm; trục ngoài; và tối ưu hóa đường chạy dao. Đầu tiên, lập trình viên nhập tệp CAD của chi tiết đã hoàn thiện vào phần mềm lập trình robot ngoại tuyến, sau đó xác định cạnh cần cắt, cùng với điểm đâm và các thông số khác, có tính đến các ràng buộc về va chạm và phạm vi.
Một số phiên bản mới nhất của phần mềm robot ngoại tuyến sử dụng cái gọi là lập trình ngoại tuyến dựa trên tác vụ. Phương pháp này cho phép các lập trình viên tự động tạo các đường cắt và chọn nhiều cấu hình cùng một lúc. Lập trình viên có thể chọn bộ chọn đường cắt cạnh hiển thị đường cắt và hướng, sau đó chọn thay đổi điểm bắt đầu và kết thúc, cũng như hướng và độ nghiêng của mỏ cắt plasma. Việc lập trình thường bắt đầu (không phụ thuộc vào thương hiệu của cánh tay robot hoặc hệ thống plasma) và tiến hành bao gồm một mô hình robot cụ thể.
Mô phỏng kết quả có thể tính đến mọi thứ trong ô rô bốt, bao gồm các yếu tố như rào chắn an toàn, đồ đạc cố định và đèn khò plasma. Sau đó, nó tính đến mọi lỗi động học và va chạm tiềm ẩn đối với người vận hành, người sau đó có thể khắc phục sự cố. Ví dụ, mô phỏng có thể tiết lộ sự cố va chạm giữa hai vết cắt khác nhau ở đầu bình chịu áp suất. Mỗi vết cắt ở một độ cao khác nhau dọc theo đường viền của đầu, vì vậy chuyển động nhanh giữa các vết cắt phải tính đến khoảng cách cần thiết—một chi tiết nhỏ, được giải quyết trước khi công việc chạm đến sàn, giúp loại bỏ đau đầu và lãng phí.
Tình trạng thiếu hụt lao động dai dẳng và nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng đã thúc đẩy nhiều nhà sản xuất chuyển sang sử dụng công nghệ cắt plasma bằng robot. Thật không may, nhiều người lao vào công việc chỉ để khám phá thêm nhiều phức tạp, đặc biệt là khi những người tích hợp tự động hóa lại không có kiến thức về quy trình cắt plasma. Con đường này chỉ dẫn đến sự thất vọng.
Tích hợp kiến thức về cắt plasma ngay từ đầu, mọi thứ sẽ thay đổi. Với trí thông minh trong quy trình plasma, robot có thể xoay và di chuyển khi cần thiết để thực hiện việc đục lỗ hiệu quả nhất, kéo dài tuổi thọ của vật tư tiêu hao. Nó cắt theo đúng hướng và điều khiển để tránh va chạm với phôi. Khi đi theo con đường tự động hóa này, các nhà sản xuất sẽ gặt hái được thành quả.
Bài viết này dựa trên nội dung “Những tiến bộ trong công nghệ cắt Plasma bằng robot 3D” được trình bày tại hội nghị FABTECH năm 2021.
FABRICATOR là tạp chí hàng đầu về ngành chế tạo và định hình kim loại tại Bắc Mỹ. Tạp chí cung cấp tin tức, bài viết kỹ thuật và lịch sử tình huống giúp các nhà sản xuất thực hiện công việc hiệu quả hơn. FABRICATOR đã phục vụ ngành công nghiệp này kể từ năm 1970.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Phiên bản kỹ thuật số của The Tube & Pipe Journal hiện đã có thể truy cập đầy đủ, giúp bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí STAMPING, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, dễ dàng truy cập vào các nguồn tài nguyên giá trị của ngành.
Thời gian đăng: 25-05-2022
