برش پلاسمای رباتیک یکپارچه به چیزی بیش از یک مشعل متصل به انتهای بازوی رباتیک نیاز دارد. دانش فرآیند برش پلاسما کلیدی است. گنج
سازندگان فلز در سراسر صنعت - در کارگاه‌ها، ماشین‌آلات سنگین، کشتی‌سازی و فولاد سازه‌ای - تلاش می‌کنند تا انتظارات تحویل دشوار را برآورده کنند و در عین حال از الزامات کیفیت فراتر روند. آنها دائماً به دنبال کاهش هزینه‌ها هستند و در عین حال با مشکل همیشگی حفظ نیروی کار ماهر دست و پنجه نرم می‌کنند. تجارت آسان نیست.
بسیاری از این مشکلات را می‌توان به فرآیندهای دستی که هنوز در صنعت رایج هستند، به ویژه هنگام تولید محصولات با شکل پیچیده مانند درب‌های ظروف صنعتی، اجزای فولادی سازه‌ای منحنی و لوله‌ها و تیوب‌ها، نسبت داد. بسیاری از تولیدکنندگان ۲۵ تا ۵۰ درصد از زمان ماشینکاری خود را به علامت‌گذاری دستی، کنترل کیفیت و تبدیل اختصاص می‌دهند، در حالی که زمان واقعی برش (معمولاً با دستگاه برش اکسیژن یا پلاسمای دستی) تنها ۱۰ تا ۲۰ درصد است.
علاوه بر زمان صرف شده توسط چنین فرآیندهای دستی، بسیاری از این برش‌ها در اطراف مکان‌های ویژگی، ابعاد یا تلرانس‌های اشتباه انجام می‌شوند که نیازمند عملیات ثانویه گسترده‌ای مانند سنگ‌زنی و دوباره‌کاری یا بدتر از آن، موادی هستند که باید دور ریخته شوند. بسیاری از فروشگاه‌ها تا ۴۰٪ از کل زمان پردازش خود را به این کار کم‌ارزش و ضایعات اختصاص می‌دهند.
همه این موارد منجر به حرکت صنعت به سمت اتوماسیون شده است. کارگاهی که عملیات برش دستی با مشعل را برای قطعات پیچیده چند محوری خودکار می‌کند، یک سلول برش پلاسمای رباتیک را پیاده‌سازی کرد و همانطور که انتظار می‌رفت، دستاوردهای بزرگی را مشاهده کرد. این عملیات، طرح‌بندی دستی را حذف می‌کند و کاری که ۵ نفر و ۶ ساعت طول می‌کشید، اکنون می‌تواند تنها در ۱۸ دقیقه با استفاده از یک ربات انجام شود.
اگرچه مزایای آن واضح است، اما اجرای برش پلاسمای رباتیک به چیزی بیش از خرید یک ربات و یک مشعل پلاسما نیاز دارد. اگر برش پلاسمای رباتیک را در نظر دارید، حتماً یک رویکرد جامع اتخاذ کنید و کل جریان ارزش را بررسی کنید. علاوه بر این، با یک یکپارچه‌ساز سیستم آموزش‌دیده توسط سازنده کار کنید که فناوری پلاسما و اجزای سیستم و فرآیندهای مورد نیاز را درک و بررسی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که همه الزامات در طراحی باتری ادغام شده‌اند.
همچنین نرم‌افزار را در نظر بگیرید که مسلماً یکی از مهم‌ترین اجزای هر سیستم برش پلاسمای رباتیک است. اگر روی یک سیستم سرمایه‌گذاری کرده‌اید و استفاده از نرم‌افزار آن دشوار است، برای اجرا به تخصص زیادی نیاز دارد، یا متوجه شده‌اید که تطبیق ربات با برش پلاسما و آموزش مسیر برش زمان زیادی می‌برد، فقط پول زیادی را هدر می‌دهید.
در حالی که نرم‌افزار شبیه‌سازی رباتیک رایج است، سلول‌های برش پلاسمای رباتیک مؤثر از نرم‌افزار برنامه‌نویسی رباتیک آفلاین استفاده می‌کنند که به طور خودکار برنامه‌ریزی مسیر ربات را انجام می‌دهد، برخوردها را شناسایی و جبران می‌کند و دانش فرآیند برش پلاسما را ادغام می‌کند. گنجاندن دانش عمیق فرآیند پلاسما کلیدی است. با نرم‌افزاری مانند این، خودکارسازی حتی پیچیده‌ترین کاربردهای برش پلاسمای رباتیک بسیار آسان‌تر می‌شود.
برش پلاسما برای اشکال پیچیده چند محوری نیاز به هندسه منحصر به فرد مشعل دارد. هندسه مشعل مورد استفاده در یک کاربرد معمول XY (شکل 1 را ببینید) را روی یک شکل پیچیده، مانند سر یک مخزن تحت فشار منحنی، اعمال کنید و احتمال برخورد را افزایش دهید. به همین دلیل، مشعل‌های با زاویه تیز (با طراحی "نوک تیز") برای برش رباتیک اشکال مناسب‌تر هستند.
نمی‌توان از همه انواع برخوردها تنها با یک چراغ قوه با زاویه تند جلوگیری کرد. برنامه قطعه‌کار همچنین باید شامل تغییراتی در ارتفاع برش باشد (یعنی نوک مشعل باید با قطعه کار فاصله داشته باشد) تا از برخوردها جلوگیری شود (شکل ۲ را ببینید).
در طول فرآیند برش، گاز پلاسما از بدنه مشعل در جهت گردابی به سمت نوک مشعل جریان می‌یابد. این عمل چرخشی به نیروی گریز از مرکز اجازه می‌دهد تا ذرات سنگین را از ستون گاز به حاشیه سوراخ نازل بکشد و از مجموعه مشعل در برابر جریان الکترون‌های داغ محافظت کند. دمای پلاسما نزدیک به 20000 درجه سانتیگراد است، در حالی که قطعات مسی مشعل در دمای 1100 درجه سانتیگراد ذوب می‌شوند. مواد مصرفی نیاز به محافظت دارند و یک لایه عایق از ذرات سنگین این محافظت را فراهم می‌کند.
شکل ۱. بدنه‌های استاندارد مشعل برای برش ورق فلزی طراحی شده‌اند. استفاده از مشعل یکسان در یک کاربرد چند محوره، احتمال برخورد با قطعه کار را افزایش می‌دهد.
این چرخش باعث می‌شود یک طرف برش داغ‌تر از طرف دیگر باشد. مشعل‌هایی که گاز را در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخانند، معمولاً طرف داغ برش را در سمت راست قوس قرار می‌دهند (وقتی از بالا در جهت برش مشاهده شود). این بدان معناست که مهندس فرآیند برای بهینه‌سازی طرف خوب برش سخت تلاش می‌کند و فرض می‌کند که طرف بد (چپ) ضایعات خواهد بود (شکل 3 را ببینید).
اجزای داخلی باید در جهت خلاف عقربه‌های ساعت برش داده شوند، به طوری که طرف داغ پلاسما یک برش تمیز در سمت راست (سمت لبه قطعه) ایجاد کند. در عوض، محیط قطعه باید در جهت عقربه‌های ساعت برش داده شود. اگر مشعل در جهت اشتباه برش دهد، می‌تواند یک مخروط بزرگ در پروفیل برش ایجاد کند و باعث افزایش سرباره در لبه قطعه شود. اساساً، شما "برش‌های خوبی" روی ضایعات ایجاد می‌کنید.
توجه داشته باشید که اکثر میزهای برش پنل پلاسما دارای هوش فرآیندی تعبیه شده در کنترلر در مورد جهت برش قوس هستند. اما در زمینه رباتیک، این جزئیات لزوماً شناخته شده یا درک نشده‌اند و هنوز در یک کنترلر ربات معمولی تعبیه نشده‌اند - بنابراین داشتن نرم‌افزار برنامه‌نویسی ربات آفلاین با دانش فرآیند پلاسمای تعبیه شده مهم است.
حرکت مشعل مورد استفاده برای سوراخ کردن فلز، تأثیر مستقیمی بر مواد مصرفی برش پلاسما دارد. اگر مشعل پلاسما ورق را در ارتفاع برش (خیلی نزدیک به قطعه کار) سوراخ کند، پس زدن فلز مذاب می‌تواند به سرعت به سپر و نازل آسیب برساند. این امر منجر به کیفیت برش ضعیف و کاهش عمر مواد مصرفی می‌شود.
باز هم، این اتفاق به ندرت در کاربردهای برش ورق فلز با گانتری رخ می‌دهد، زیرا درجه بالایی از تخصص مشعل از قبل در کنترلر تعبیه شده است. اپراتور دکمه‌ای را فشار می‌دهد تا توالی سوراخکاری را آغاز کند، که مجموعه‌ای از رویدادها را برای اطمینان از ارتفاع مناسب سوراخکاری آغاز می‌کند.
ابتدا، مشعل یک روش سنجش ارتفاع را انجام می‌دهد که معمولاً از یک سیگنال اهمی برای تشخیص سطح قطعه کار استفاده می‌کند. پس از قرار دادن صفحه، مشعل از صفحه تا ارتفاع انتقال جمع می‌شود، که فاصله بهینه برای انتقال قوس پلاسما به قطعه کار است. پس از انتقال قوس پلاسما، می‌تواند کاملاً گرم شود. در این مرحله، مشعل به ارتفاع سوراخکاری حرکت می‌کند، که فاصله ایمن‌تری از قطعه کار و دورتر از برگشت مواد مذاب است. مشعل این فاصله را تا زمانی که قوس پلاسما به طور کامل به صفحه نفوذ کند، حفظ می‌کند. پس از اتمام تأخیر سوراخکاری، مشعل به سمت صفحه فلزی پایین می‌رود و حرکت برش را آغاز می‌کند (شکل ۴ را ببینید).
باز هم، تمام این هوش معمولاً در کنترل‌کننده پلاسمایی که برای برش ورق استفاده می‌شود، تعبیه شده است، نه در کنترل‌کننده ربات. برش رباتیک همچنین لایه دیگری از پیچیدگی را دارد. سوراخ کردن در ارتفاع اشتباه به اندازه کافی بد است، اما هنگام برش اشکال چند محوره، مشعل ممکن است در بهترین جهت برای قطعه کار و ضخامت ماده نباشد. اگر مشعل عمود بر سطح فلزی که سوراخ می‌کند نباشد، در نهایت برشی با مقطع ضخیم‌تر از حد لازم ایجاد می‌کند و عمر قطعات مصرفی را هدر می‌دهد. علاوه بر این، سوراخ کردن یک قطعه کار منحنی در جهت اشتباه می‌تواند مجموعه مشعل را خیلی نزدیک به سطح قطعه کار قرار دهد و آن را در معرض پس‌زنی مذاب قرار دهد و باعث خرابی زودرس شود (شکل 5 را ببینید).
یک کاربرد برش پلاسمای رباتیک را در نظر بگیرید که شامل خم کردن سر یک مخزن تحت فشار است. مشابه برش ورق، مشعل رباتیک باید عمود بر سطح ماده قرار گیرد تا از نازک‌ترین سطح مقطع ممکن برای سوراخکاری اطمینان حاصل شود. با نزدیک شدن مشعل پلاسما به قطعه کار، از حسگر ارتفاع استفاده می‌کند تا سطح مخزن را پیدا کند، سپس در امتداد محور مشعل جمع می‌شود تا ارتفاع را منتقل کند. پس از انتقال قوس، مشعل دوباره در امتداد محور مشعل جمع می‌شود تا ارتفاع را سوراخ کند، به طور ایمن و دور از پس‌زنی (شکل 6 را ببینید).
پس از پایان تأخیر برش، مشعل تا ارتفاع برش پایین آورده می‌شود. هنگام پردازش خطوط، مشعل به طور همزمان یا مرحله‌ای به جهت برش مورد نظر چرخانده می‌شود. در این مرحله، توالی برش آغاز می‌شود.
ربات‌ها سیستم‌های با تعیین بیش از حد نامیده می‌شوند. با این حال، برای رسیدن به یک نقطه، راه‌های متعددی وجود دارد. این بدان معناست که هر کسی که به یک ربات حرکت کردن را آموزش می‌دهد، یا هر کس دیگری، باید سطح خاصی از تخصص را داشته باشد، چه در درک حرکت ربات و چه در الزامات ماشینکاری برش پلاسما.
اگرچه دستگاه‌های تیچ پندنتس تکامل یافته‌اند، اما برخی از وظایف ذاتاً برای برنامه‌نویسی تیچ پندنتس مناسب نیستند - به خصوص وظایفی که شامل تعداد زیادی قطعات ترکیبی با حجم کم هستند. ربات‌ها وقتی به آنها آموزش داده می‌شود، تولید نمی‌کنند و خود آموزش می‌تواند ساعت‌ها یا حتی برای قطعات پیچیده روزها طول بکشد.
نرم‌افزار برنامه‌نویسی آفلاین ربات که با ماژول‌های برش پلاسما طراحی شده است، این تخصص را در خود جای می‌دهد (شکل 7 را ببینید). این شامل جهت برش گاز پلاسما، سنجش ارتفاع اولیه، توالی سوراخکاری و بهینه‌سازی سرعت برش برای فرآیندهای مشعل و پلاسما می‌شود.
شکل ۲. مشعل‌های تیز ("نوک‌تیز") برای برش پلاسمای رباتیک مناسب‌تر هستند. اما حتی با این هندسه‌های مشعل، بهتر است ارتفاع برش را افزایش دهید تا احتمال برخورد به حداقل برسد.
این نرم‌افزار، تخصص رباتیک مورد نیاز برای برنامه‌ریزی سیستم‌های با دقت بالا را فراهم می‌کند. این نرم‌افزار، موارد تکین یا موقعیت‌هایی را که در آنها، عملگر نهایی رباتیک (در این مورد، مشعل پلاسما) نمی‌تواند به قطعه کار برسد، مدیریت می‌کند؛ محدودیت‌های اتصال؛ حرکت بیش از حد؛ غلتیدن مچ دست؛ تشخیص برخورد؛ محورهای خارجی؛ و بهینه‌سازی مسیر ابزار. ابتدا، برنامه‌نویس فایل CAD قطعه نهایی را به نرم‌افزار برنامه‌نویسی ربات آفلاین وارد می‌کند، سپس لبه‌ای را که باید برش داده شود، همراه با نقطه سوراخ و سایر پارامترها، با در نظر گرفتن محدودیت‌های برخورد و برد، تعریف می‌کند.
برخی از جدیدترین نسخه‌های نرم‌افزار رباتیک آفلاین از برنامه‌نویسی آفلاین مبتنی بر وظیفه استفاده می‌کنند. این روش به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا به طور خودکار مسیرهای برش را تولید کرده و چندین پروفایل را به طور همزمان انتخاب کنند. برنامه‌نویس ممکن است یک انتخابگر مسیر لبه را انتخاب کند که مسیر و جهت برش را نشان می‌دهد و سپس نقاط شروع و پایان و همچنین جهت و شیب مشعل پلاسما را تغییر دهد. برنامه‌نویسی معمولاً (مستقل از برند بازوی رباتیک یا سیستم پلاسما) شروع می‌شود و با گنجاندن یک مدل ربات خاص ادامه می‌یابد.
شبیه‌سازی حاصل می‌تواند همه چیز را در سلول رباتیک، از جمله عناصری مانند موانع ایمنی، وسایل و مشعل‌های پلاسما، در نظر بگیرد. سپس هرگونه خطای سینماتیکی و برخورد احتمالی را برای اپراتور در نظر می‌گیرد، که می‌تواند مشکل را اصلاح کند. به عنوان مثال، یک شبیه‌سازی ممکن است مشکل برخورد بین دو برش مختلف در سر یک مخزن تحت فشار را نشان دهد. هر برش در ارتفاع متفاوتی در امتداد کانتور سر قرار دارد، بنابراین حرکت سریع بین برش‌ها باید فاصله لازم را در نظر بگیرد - یک جزئیات کوچک که قبل از رسیدن کار به کف، حل می‌شود و به از بین بردن سردرد و ضایعات کمک می‌کند.
کمبود مداوم نیروی کار و تقاضای رو به رشد مشتری، تولیدکنندگان بیشتری را به سمت برش پلاسما با ربات سوق داده است. متأسفانه، بسیاری از افراد فقط برای کشف پیچیدگی‌های بیشتر، به آب می‌زنند، به خصوص زمانی که افرادی که اتوماسیون را ادغام می‌کنند، از فرآیند برش پلاسما بی‌اطلاع هستند. این مسیر فقط به ناامیدی منجر می‌شود.
دانش برش پلاسما را از ابتدا ادغام کنید، و همه چیز تغییر خواهد کرد. با هوش فرآیند پلاسما، ربات می‌تواند در صورت نیاز بچرخد و حرکت کند تا کارآمدترین سوراخکاری را انجام دهد و عمر مواد مصرفی را افزایش دهد. در جهت صحیح برش می‌دهد و مانور می‌دهد تا از هرگونه برخورد قطعه کار جلوگیری کند. با دنبال کردن این مسیر اتوماسیون، تولیدکنندگان پاداش می‌گیرند.
این مقاله بر اساس «پیشرفت‌ها در برش پلاسمای رباتیک سه‌بعدی» ارائه شده در کنفرانس FABTECH 2021 است.
FABRICATOR مجله پیشرو در صنعت شکل‌دهی و ساخت فلزات در آمریکای شمالی است. این مجله اخبار، مقالات فنی و تاریخچه‌های موردی را ارائه می‌دهد که تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا کار خود را با کارایی بیشتری انجام دهند. FABRICATOR از سال ۱۹۷۰ به این صنعت خدمت‌رسانی می‌کند.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The FABRICATOR، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
نسخه دیجیتالی مجله لوله و لوله اکنون به طور کامل در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می‌کند.
از دسترسی کامل به نسخه دیجیتال STAMPING Journal لذت ببرید، که آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیکی، بهترین شیوه‌ها و اخبار صنعت را برای بازار مهرزنی فلزات ارائه می‌دهد.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The Fabricator به زبان اسپانیایی، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
زمان ارسال: ۲۵ مه ۲۰۲۲
