Más conocimiento del proceso, mejor corte por plasma robótico

El corte por plasma robótico integrado requiere más que una antorcha conectada al extremo del brazo robótico. El conocimiento del proceso de corte por plasma es clave. Tesoro
Los fabricantes de metal de toda la industria (en talleres, maquinaria pesada, construcción naval y acero estructural) se esfuerzan por cumplir con las exigentes expectativas de entrega mientras superan los requisitos de calidad. Constantemente buscan reducir costos mientras enfrentan el problema siempre presente de retener mano de obra calificada. no es fácil.
Muchos de estos problemas se remontan a los procesos manuales que aún prevalecen en la industria, especialmente cuando se fabrican productos de formas complejas como tapas de contenedores industriales, componentes de acero estructural curvo y tuberías y tubos. Muchos fabricantes dedican del 25 al 50 por ciento de su desde el tiempo de mecanizado hasta el marcado manual, el control de calidad y la conversión, cuando el tiempo de corte real (generalmente con un oxicorte manual o un cortador de plasma) es solo del 10 al 20 por ciento.
Además del tiempo consumido por dichos procesos manuales, muchos de estos cortes se realizan alrededor de ubicaciones, dimensiones o tolerancias incorrectas, lo que requiere extensas operaciones secundarias, como esmerilado y reelaboración, o peor aún, materiales que deben desecharse. tanto como el 40% de su tiempo total de procesamiento a este trabajo y desperdicio de bajo valor.
Todo esto ha llevado a un impulso de la industria hacia la automatización. Un taller que automatiza las operaciones de corte con soplete manual para piezas complejas de varios ejes implementó una celda de corte por plasma robótica y, como era de esperar, obtuvo grandes ganancias. Esta operación elimina el diseño manual y un trabajo que necesitaría 5 personas 6 horas ahora se puede hacer en solo 18 minutos usando un robot.
Si bien los beneficios son obvios, implementar el corte por plasma robótico requiere más que solo comprar un robot y una antorcha de plasma. Si está considerando el corte por plasma robótico, asegúrese de adoptar un enfoque holístico y observe todo el flujo de valor. Además, trabaje con un integrador de sistemas capacitado por el fabricante que entiende y comprende la tecnología de plasma y los componentes y procesos del sistema necesarios para garantizar que todos los requisitos se integren en el diseño de la batería.
Considere también el software, que posiblemente sea uno de los componentes más importantes de cualquier sistema robótico de corte por plasma. Si ha invertido en un sistema y el software es difícil de usar, requiere mucha experiencia para ejecutarlo o lo encuentra Se necesita mucho tiempo para adaptar el robot al corte por plasma y enseñar la ruta de corte, solo está desperdiciando mucho dinero.
Si bien el software de simulación robótica es común, las células robóticas de corte por plasma efectivas utilizan un software de programación robótica fuera de línea que realizará automáticamente la programación de la ruta del robot, identificará y compensará las colisiones e integrará el conocimiento del proceso de corte por plasma. Incorporar un conocimiento profundo del proceso de plasma es clave. Con un software como este , automatizar incluso las aplicaciones robóticas de corte por plasma más complejas se vuelve mucho más fácil.
El corte por plasma de formas multieje complejas requiere una geometría de antorcha única. Aplique la geometría de antorcha utilizada en una aplicación XY típica (consulte la Figura 1) a una forma compleja, como la cabeza curva de un recipiente a presión, y aumentará la probabilidad de colisiones. Por esta razón, las antorchas de ángulo agudo (con un diseño "en punta") son más adecuadas para el corte de formas robóticas.
No se pueden evitar todos los tipos de colisiones solo con una linterna de ángulo agudo. El programa de piezas también debe contener cambios en la altura de corte (es decir, la punta de la antorcha debe tener espacio libre con respecto a la pieza de trabajo) para evitar colisiones (consulte la Figura 2).
Durante el proceso de corte, el gas de plasma fluye por el cuerpo del soplete en dirección de vórtice hasta la punta del soplete. Esta acción de rotación permite que la fuerza centrífuga extraiga partículas pesadas de la columna de gas hacia la periferia del orificio de la boquilla y protege el conjunto del soplete de el flujo de electrones calientes. La temperatura del plasma es cercana a los 20.000 grados Celsius, mientras que las partes de cobre de la antorcha se derriten a 1.100 grados Celsius. Los consumibles necesitan protección, y una capa aislante de partículas pesadas brinda protección.
Figura 1. Los cuerpos de antorcha estándar están diseñados para cortar láminas de metal. El uso de la misma antorcha en una aplicación de varios ejes aumenta la posibilidad de colisiones con la pieza de trabajo.
El remolino hace que un lado del corte esté más caliente que el otro. Los sopletes con gas que gira en el sentido de las agujas del reloj normalmente colocan el lado caliente del corte en el lado derecho del arco (visto desde arriba en la dirección del corte). Esto significa que el El ingeniero de procesos trabaja arduamente para optimizar el lado bueno del corte y supone que el lado malo (izquierda) se desechará (consulte la Figura 3).
Las características internas deben cortarse en el sentido contrario a las agujas del reloj, con el lado caliente del plasma haciendo un corte limpio en el lado derecho (lado del borde de la pieza). En cambio, el perímetro de la pieza debe cortarse en el sentido de las agujas del reloj. Si el soplete corta en la dirección equivocada, puede crear una gran conicidad en el perfil de corte y aumentar la escoria en el borde de la pieza. Esencialmente, está haciendo “buenos cortes” en la chatarra.
Tenga en cuenta que la mayoría de las mesas de corte de paneles de plasma tienen inteligencia de proceso integrada en el controlador con respecto a la dirección del corte del arco. Pero en el campo de la robótica, estos detalles no necesariamente se conocen o entienden, y aún no están integrados en un controlador de robot típico: por lo tanto, es importante contar con un software de programación de robots fuera de línea con conocimiento del proceso de plasma integrado.
El movimiento del soplete utilizado para perforar el metal tiene un efecto directo en los consumibles de corte por plasma. Si el soplete de plasma perfora la lámina a la altura de corte (demasiado cerca de la pieza de trabajo), el retroceso del metal fundido puede dañar rápidamente el protector y la boquilla. mala calidad de corte y reducción de la vida útil de los consumibles.
Una vez más, esto rara vez sucede en aplicaciones de corte de chapa con un pórtico, ya que el alto grado de experiencia con la antorcha ya está integrado en el controlador. El operador presiona un botón para iniciar la secuencia de perforación, que inicia una serie de eventos para garantizar la altura de perforación adecuada. .
Primero, la antorcha realiza un procedimiento de detección de altura, generalmente usando una señal óhmica para detectar la superficie de la pieza de trabajo. Después de colocar la placa, la antorcha se retrae de la placa a la altura de transferencia, que es la distancia óptima para que el arco de plasma se transfiera. a la pieza de trabajo. Una vez que se transfiere el arco de plasma, puede calentarse por completo. En este punto, la antorcha se mueve a la altura de perforación, que es una distancia más segura de la pieza de trabajo y más alejada del retroceso del material fundido. distancia hasta que el arco de plasma penetre completamente en la placa. Después de que se complete el retraso de perforación, la antorcha se mueve hacia la placa de metal y comienza el movimiento de corte (consulte la Figura 4).
Una vez más, toda esta inteligencia suele estar integrada en el controlador de plasma que se usa para el corte de láminas, no en el controlador del robot. El corte robótico también tiene otra capa de complejidad. puede no estar en la mejor dirección para la pieza de trabajo y el grosor del material. Si la antorcha no está perpendicular a la superficie de metal que perfora, terminará cortando una sección transversal más gruesa de lo necesario, desperdiciando la vida útil de los consumibles. Además, perforando una pieza de trabajo contorneada en la dirección incorrecta puede colocar el conjunto de la antorcha demasiado cerca de la superficie de la pieza de trabajo, exponiéndolo al retroceso del fundido y provocando una falla prematura (ver Figura 5).
Considere una aplicación robótica de corte por plasma que implique doblar la cabeza de un recipiente a presión. Similar al corte de láminas, la antorcha robótica debe colocarse perpendicular a la superficie del material para garantizar la sección transversal más delgada posible para la perforación. A medida que la antorcha de plasma se acerca a la pieza de trabajo , usa la detección de altura hasta que encuentra la superficie del recipiente, luego se retrae a lo largo del eje de la antorcha para transferir la altura. Después de transferir el arco, la antorcha se retrae nuevamente a lo largo del eje de la antorcha para perforar la altura, lejos del retroceso (consulte la Figura 6) .
Una vez que expira el retraso de perforación, la antorcha se baja a la altura de corte. Al procesar contornos, la antorcha se gira a la dirección de corte deseada simultáneamente o en pasos. En este punto, comienza la secuencia de corte.
Los robots se denominan sistemas sobredeterminados. Dicho esto, tienen múltiples formas de llegar al mismo punto. Esto significa que cualquier persona que enseñe a un robot a moverse, o cualquier otra persona, debe tener un cierto nivel de experiencia, ya sea en la comprensión del movimiento del robot o el mecanizado. requerimientos del corte por plasma.
Aunque los colgantes de enseñanza han evolucionado, algunas tareas no son intrínsecamente adecuadas para la programación de colgantes de enseñanza, especialmente las tareas que involucran una gran cantidad de piezas mixtas de bajo volumen. Los robots no producen cuando se les enseña, y la enseñanza en sí puede llevar horas, o incluso días para piezas complejas.
El software de programación de robots fuera de línea diseñado con módulos de corte por plasma incorporará esta experiencia (consulte la Figura 7). Esto incluye dirección de corte de gas plasma, detección de altura inicial, secuenciación de perforaciones y optimización de la velocidad de corte para procesos de soplete y plasma.
Figura 2. Las antorchas afiladas ("puntiagudas") son más adecuadas para el corte por plasma robótico. Pero incluso con estas geometrías de antorcha, es mejor aumentar la altura de corte para minimizar la posibilidad de colisiones.
El software proporciona la experiencia en robótica necesaria para programar sistemas sobredeterminados. Maneja singularidades o situaciones en las que el efector final robótico (en este caso, la antorcha de plasma) no puede alcanzar la pieza de trabajo;límites conjuntos;sobrecarrera;vuelco de la muñeca;detección de colisiones;ejes externos;y optimización de la trayectoria. Primero, el programador importa el archivo CAD de la pieza terminada en el software de programación de robots fuera de línea, luego define el borde que se cortará, junto con el punto de perforación y otros parámetros, teniendo en cuenta las limitaciones de colisión y rango.
Algunas de las últimas iteraciones de software de robótica fuera de línea utilizan la llamada programación fuera de línea basada en tareas. Este método permite a los programadores generar automáticamente rutas de corte y seleccionar varios perfiles a la vez. El programador puede seleccionar un selector de ruta de borde que muestre la ruta y dirección de corte. , y luego elija cambiar los puntos de inicio y final, así como la dirección e inclinación de la antorcha de plasma. Generalmente comienza la programación (independientemente de la marca del brazo robótico o sistema de plasma) y se procede a incluir un modelo de robot específico.
La simulación resultante puede tener en cuenta todo en la celda robótica, incluidos elementos como barreras de seguridad, accesorios y antorchas de plasma. Luego, tiene en cuenta cualquier posible error cinemático y colisiones para el operador, quien luego puede corregir el problema. Por ejemplo, una simulación podría revelar un problema de colisión entre dos cortes diferentes en la cabeza de un recipiente a presión. Cada incisión está a una altura diferente a lo largo del contorno de la cabeza, por lo que el movimiento rápido entre las incisiones debe tener en cuenta el espacio libre necesario: un pequeño detalle, resuelta antes de que el trabajo llegue al piso, lo que ayuda a eliminar dolores de cabeza y desperdicios.
La persistente escasez de mano de obra y la creciente demanda de los clientes han llevado a más fabricantes a recurrir al corte por plasma robótico. Desafortunadamente, muchas personas se sumergen en el agua solo para descubrir más complicaciones, especialmente cuando las personas que integran la automatización no conocen el proceso de corte por plasma. llevar a la frustración.
Integre los conocimientos de corte por plasma desde el principio y las cosas cambiarán. Con la inteligencia del proceso de plasma, el robot puede rotar y moverse según sea necesario para realizar la perforación más eficiente, prolongando la vida útil de los consumibles. Corta en la dirección correcta y maniobra para evitar cualquier pieza de trabajo colisión. Al seguir este camino de automatización, los fabricantes cosechan recompensas.
Este artículo se basa en "Avances en el corte por plasma robótico 3D" presentado en la conferencia FABTECH 2021.
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