Més coneixement del procés, millor tall per plasma robòtic

El tall per plasma robòtic integrat requereix més que una simple torxa connectada a l'extrem del braç robòtic. El coneixement del procés de tall per plasma és clau.tresor
Els fabricants de metall de tota la indústria (en tallers, maquinària pesada, construcció naval i acer estructural) s'esforcen per complir les exigents expectatives de lliurament i alhora superar els requisits de qualitat. Busquen constantment reduir costos alhora que s'enfronten al problema omnipresent de retenir mà d'obra qualificada. Els negocis no són fàcils.
Molts d'aquests problemes es poden atribuir a processos manuals que encara prevalen a la indústria, especialment quan es fabriquen productes de formes complexes com ara tapes de contenidors industrials, components d'acer estructural corbats i canonades. Molts fabricants dediquen entre el 25 i el 50 per cent del seu temps de mecanitzat al marcatge manual, el control de qualitat i la conversió, quan el temps real de tall (normalment amb una talladora d'oxitall o plasma manual) és només del 10 al 20 per cent.
A més del temps que consumeixen aquests processos manuals, molts d'aquests talls es fan al voltant d'ubicacions, dimensions o toleràncies incorrectes, cosa que requereix operacions secundàries extenses com ara el rectificat i la reelaboració o, pitjor encara, materials que cal descartar. Moltes botigues dediquen fins a un 40% del seu temps total de processament a aquest treball i residus de baix valor.
Tot això ha portat a un impuls de la indústria cap a l'automatització. Un taller que automatitza les operacions manuals de tall amb torxa per a peces complexes de diversos eixos va implementar una cel·la robòtica de tall per plasma i, com era d'esperar, va obtenir grans guanys. Aquesta operació elimina el disseny manual, i una feina que trigaria 5 persones en 6 hores ara es pot fer en només 18 minuts amb un robot.
Tot i que els beneficis són obvis, la implementació del tall per plasma robòtic requereix més que simplement comprar un robot i una torxa de plasma. Si esteu considerant el tall per plasma robòtic, assegureu-vos d'adoptar un enfocament holístic i examinar tot el flux de valor. A més, treballeu amb un integrador de sistemes format pel fabricant que entengui la tecnologia del plasma i els components i processos del sistema necessaris per garantir que tots els requisits s'integrin en el disseny de la bateria.
També cal tenir en compte el programari, que és possiblement un dels components més importants de qualsevol sistema robòtic de tall per plasma. Si heu invertit en un sistema i el programari és difícil d'utilitzar, requereix molta experiència per executar-lo o trobeu que es triga molt a adaptar el robot al tall per plasma i ensenyar la trajectòria de tall, només esteu malgastant molts diners.
Tot i que el programari de simulació robòtica és comú, les cèl·lules de tall per plasma robòtiques efectives utilitzen programari de programació robòtica fora de línia que realitzarà automàticament la programació de la trajectòria del robot, identificarà i compensarà les col·lisions i integrarà el coneixement del procés de tall per plasma. La incorporació de coneixements profunds sobre el procés de plasma és clau. Amb un programari com aquest, automatitzar fins i tot les aplicacions de tall per plasma robòtiques més complexes esdevé molt més fàcil.
El tall per plasma de formes complexes multieix requereix una geometria de torxa única. Apliqueu la geometria de la torxa utilitzada en una aplicació XY típica (vegeu la Figura 1) a una forma complexa, com ara un capçal de recipient a pressió corbat, i augmentareu la probabilitat de col·lisions. Per aquest motiu, les torxes d'angle agut (amb un disseny "punxegut") són més adequades per al tall de formes robòtic.
No es poden evitar tots els tipus de col·lisions només amb una llanterna d'angle agut. El programa de la peça també ha de contenir canvis a l'alçada de tall (és a dir, la punta de la torxa ha de tenir separació de la peça) per evitar col·lisions (vegeu la Figura 2).
Durant el procés de tall, el gas plasma flueix cap avall pel cos de la torxa en una direcció de vòrtex fins a la punta de la torxa. Aquesta acció de rotació permet que la força centrífuga aixequi les partícules pesades de la columna de gas fins a la perifèria del forat de la boquilla i protegeix el conjunt de la torxa del flux d'electrons calents. La temperatura del plasma és propera als 20.000 graus Celsius, mentre que les parts de coure de la torxa es fonen a 1.100 graus Celsius. Els consumibles necessiten protecció, i una capa aïllant de partícules pesades proporciona protecció.
Figura 1. Els cossos de torxa estàndard estan dissenyats per al tall de xapa metàl·lica. L'ús de la mateixa torxa en una aplicació multieix augmenta la possibilitat de col·lisions amb la peça.
El remolí fa que un costat del tall estigui més calent que l'altre. Les torxes amb gas que gira en sentit horari solen col·locar el costat calent del tall al costat dret de l'arc (quan es veu des de dalt en la direcció del tall). Això significa que l'enginyer de procés treballa de valent per optimitzar el costat bo del tall i assumeix que el costat dolent (esquerre) serà ferralla (vegeu la Figura 3).
Les característiques internes s'han de tallar en sentit antihorari, amb el costat calent del plasma fent un tall net al costat dret (costat de la vora de la peça). En canvi, el perímetre de la peça s'ha de tallar en sentit horari. Si la torxa talla en la direcció equivocada, pot crear una conicitat gran al perfil de tall i augmentar l'escòria a la vora de la peça. Essencialment, esteu fent "bons talls" a la ferralla.
Cal tenir en compte que la majoria de les taules de tall de panells de plasma tenen intel·ligència de procés integrada al controlador pel que fa a la direcció del tall per arc. Però en el camp de la robòtica, aquests detalls no són necessàriament coneguts o entès, i encara no estan integrats en un controlador de robot típic, per la qual cosa és important tenir un programari de programació de robots fora de línia amb coneixement del procés de plasma integrat.
El moviment de la torxa utilitzada per perforar metall té un efecte directe sobre els consumibles de tall per plasma. Si la torxa de plasma perfora la xapa a l'alçada de tall (massa a prop de la peça), el retrocés del metall fos pot danyar ràpidament l'escut i la boquilla. Això resulta en una mala qualitat de tall i una vida útil reduïda dels consumibles.
De nou, això rarament passa en aplicacions de tall de xapa metàl·lica amb un gantry, ja que l'alt grau d'experiència de la torxa ja està integrat al controlador. L'operador prem un botó per iniciar la seqüència de perforació, que inicia una sèrie d'esdeveniments per garantir l'alçada de perforació adequada.
Primer, la torxa realitza un procediment de detecció d'alçada, generalment utilitzant un senyal òhmic per detectar la superfície de la peça. Després de posicionar la placa, la torxa es retreu de la placa fins a l'alçada de transferència, que és la distància òptima perquè l'arc de plasma es transfereixi a la peça. Un cop transferit l'arc de plasma, es pot escalfar completament. En aquest punt, la torxa es mou fins a l'alçada de perforació, que és una distància més segura de la peça i més lluny del retrocés del material fos. La torxa manté aquesta distància fins que l'arc de plasma penetra completament a la placa. Un cop finalitzat el retard de perforació, la torxa es mou cap avall cap a la placa metàl·lica i comença el moviment de tall (vegeu la Figura 4).
De nou, tota aquesta intel·ligència sol estar integrada al controlador de plasma utilitzat per al tall de xapes, no al controlador del robot. El tall robòtic també té una altra capa de complexitat. Perforar a l'alçada incorrecta ja és prou dolent, però quan es tallen formes multieix, la torxa pot no estar en la millor direcció per a la peça i el gruix del material. Si la torxa no és perpendicular a la superfície metàl·lica que perfora, acabarà tallant una secció transversal més gruixuda del necessari, malgastant la vida útil dels consumibles. A més, perforar una peça contornejada en la direcció incorrecta pot col·locar el conjunt de la torxa massa a prop de la superfície de la peça, exposant-lo a la retrofusió i provocant una fallada prematura (vegeu la Figura 5).
Considerem una aplicació de tall per plasma robòtica que implica doblegar el capçal d'un recipient a pressió. De manera similar al tall de xapa, la torxa robòtica s'ha de col·locar perpendicularment a la superfície del material per garantir la secció transversal més fina possible per a la perforació. A mesura que la torxa de plasma s'acosta a la peça, utilitza la detecció d'alçada fins que troba la superfície del recipient i després es retreu al llarg de l'eix de la torxa per transferir l'alçada. Després de transferir l'arc, la torxa es retreu de nou al llarg de l'eix de la torxa per perforar l'alçada, de manera segura i lluny del retrocés (vegeu la Figura 6).
Un cop transcorregut el retard de perforació, la torxa es baixa fins a l'alçada de tall. Quan es processen contorns, la torxa es gira a la direcció de tall desitjada simultàniament o per passos. En aquest punt, comença la seqüència de tall.
Els robots s'anomenen sistemes sobredeterminats. Dit això, hi ha múltiples maneres d'arribar al mateix punt. Això significa que qualsevol persona que ensenyi a un robot a moure's, o qualsevol altra persona, ha de tenir un cert nivell d'experiència, ja sigui per comprendre el moviment del robot o els requisits de mecanitzat del tall per plasma.
Tot i que els dispositius d'ensenyament han evolucionat, algunes tasques no són inherentment adequades per a la programació de dispositius d'ensenyament, especialment les tasques que impliquen un gran nombre de peces mixtes de baix volum. Els robots no produeixen quan se'ls ensenya, i l'ensenyament en si pot trigar hores o fins i tot dies per a peces complexes.
El programari de programació de robots fora de línia dissenyat amb mòduls de tall per plasma integrarà aquesta experiència (vegeu la Figura 7). Això inclou la direcció de tall per gas plasma, la detecció d'alçada inicial, la seqüenciació de perforació i l'optimització de la velocitat de tall per a processos de torxa i plasma.
Figura 2. Les torxes afilades ("punxegudes") són més adequades per al tall per plasma robòtic. Però fins i tot amb aquestes geometries de torxa, és millor augmentar l'alçada de tall per minimitzar la possibilitat de col·lisions.
El programari proporciona l'experiència en robòtica necessària per programar sistemes sobredeterminats. Gestiona singularitats o situacions en què l'efector final robòtic (en aquest cas, la torxa de plasma) no pot arribar a la peça; límits de les unions; sobredesplaçament; bolcada del canell; detecció de col·lisions; eixos externs; i optimització de la trajectòria de l'eina. Primer, el programador importa el fitxer CAD de la peça acabada al programari de programació de robots fora de línia i, a continuació, defineix la vora que s'ha de tallar, juntament amb el punt de perforació i altres paràmetres, tenint en compte les restriccions de col·lisió i rang.
Algunes de les últimes iteracions de programari de robòtica fora de línia utilitzen l'anomenada programació fora de línia basada en tasques. Aquest mètode permet als programadors generar automàticament trajectòries de tall i seleccionar diversos perfils alhora. El programador pot seleccionar un selector de trajectòria de vora que mostri la trajectòria i la direcció de tall i, a continuació, optar per canviar els punts inicial i final, així com la direcció i la inclinació de la torxa de plasma. La programació generalment comença (independentment de la marca del braç robòtic o del sistema de plasma) i continua fins a incloure un model de robot específic.
La simulació resultant pot tenir en compte tot el que hi ha a la cel·la robòtica, inclosos elements com ara barreres de seguretat, accessoris i torxes de plasma. A continuació, té en compte qualsevol possible error cinemàtic i col·lisió per a l'operador, que pot corregir el problema. Per exemple, una simulació podria revelar un problema de col·lisió entre dos talls diferents al cap d'un recipient a pressió. Cada incisió es troba a una alçada diferent al llarg del contorn del cap, de manera que el moviment ràpid entre incisions ha de tenir en compte l'espai lliure necessari, un petit detall, resolt abans que la feina arribi al terra, que ajuda a eliminar mals de cap i residus.
L'escassetat persistent de mà d'obra i la creixent demanda dels clients han impulsat més fabricants a recórrer al tall per plasma robòtic. Malauradament, molta gent es submergeix a l'aigua només per descobrir més complicacions, sobretot quan les persones que integren l'automatització no tenen coneixement del procés de tall per plasma. Aquest camí només portarà a la frustració.
Integreu els coneixements sobre tall per plasma des del principi i les coses canviaran. Amb la intel·ligència del procés de plasma, el robot pot girar i moure's segons calgui per realitzar la perforació més eficient, allargant la vida útil dels consumibles. Talla en la direcció correcta i maniobra per evitar qualsevol col·lisió amb la peça. Quan segueixen aquest camí d'automatització, els fabricants obtenen recompenses.
Aquest article es basa en “Avenços en el tall per plasma robòtic en 3D” presentat a la conferència FABTECH del 2021.
FABRICATOR és la revista líder a Amèrica del Nord en la indústria de conformació i fabricació de metalls. La revista ofereix notícies, articles tècnics i casos d'estudi que permeten als fabricants fer la seva feina de manera més eficient. FABRICATOR ha estat al servei de la indústria des del 1970.
Ara, amb accés complet a l'edició digital de The FABRICATOR, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
L'edició digital de The Tube & Pipe Journal ja és totalment accessible i proporciona un fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
Gaudeix d'accés complet a l'edició digital de STAMPING Journal, que ofereix els darrers avenços tecnològics, les millors pràctiques i les notícies del sector per al mercat de l'estampació de metalls.
Ara, amb accés complet a l'edició digital de The Fabricator en espanyol, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.