O corte a plasma robótico integrado requer mais do que apenas uma tocha presa à extremidade do braço robótico. O conhecimento do processo de corte a plasma é fundamental.
Fabricantes de metal em toda a indústria – em oficinas, máquinas pesadas, construção naval e aço estrutural – se esforçam para atender às exigentes expectativas de entrega, excedendo os requisitos de qualidade. díficil.
Muitos desses problemas podem ser atribuídos a processos manuais que ainda prevalecem na indústria, especialmente na fabricação de produtos de formato complexo, como tampas de recipientes industriais, componentes de aço estrutural curvo e tubos e tubulações. Muitos fabricantes dedicam de 25 a 50 por cento de seus tempo de usinagem para marcação manual, controle de qualidade e conversão, quando o tempo real de corte (geralmente com um oxicorte portátil ou cortador de plasma) é de apenas 10 a 20 por cento.
Além do tempo consumido por esses processos manuais, muitos desses cortes são feitos em localizações de recursos, dimensões ou tolerâncias erradas, exigindo extensas operações secundárias, como retificação e retrabalho, ou pior, materiais que precisam ser sucateados. até 40% de seu tempo total de processamento para esse trabalho e desperdício de baixo valor.
Tudo isso levou a um impulso da indústria em direção à automação. Uma oficina que automatiza as operações de corte manual com maçarico para peças complexas de vários eixos implementou uma célula de corte a plasma robótica e, sem surpresa, obteve enormes ganhos. Essa operação elimina o layout manual e um trabalho que levaria 5 pessoas 6 horas agora pode ser feito em apenas 18 minutos usando um robô.
Embora os benefícios sejam óbvios, a implementação do corte a plasma robótico requer mais do que apenas comprar um robô e uma tocha a plasma. um integrador de sistemas treinado pelo fabricante que entende e entende a tecnologia de plasma e os componentes e processos do sistema necessários para garantir que todos os requisitos sejam integrados ao projeto da bateria.
Considere também o software, que é sem dúvida um dos componentes mais importantes de qualquer sistema de corte a plasma robótico. leva muito tempo para adaptar o robô ao corte a plasma e ensinar o caminho de corte, você está desperdiçando muito dinheiro.
Embora o software de simulação robótica seja comum, as células de corte a plasma robóticas eficazes utilizam software de programação robótica offline que executará automaticamente a programação do caminho do robô, identificará e compensará colisões e integrará o conhecimento do processo de corte a plasma. , automatizar até mesmo as aplicações de corte a plasma robótico mais complexas se torna muito mais fácil.
O corte a plasma de formas multieixos complexas requer geometria de tocha exclusiva. Aplique a geometria de tocha usada em uma aplicação XY típica (consulte a Figura 1) a uma forma complexa, como uma cabeça de vaso de pressão curva, e você aumentará a probabilidade de colisões. Por esta razão, as tochas de ângulo agudo (com um design “pontiagudo”) são mais adequadas para o corte de formas robóticas.
Todos os tipos de colisões não podem ser evitados apenas com uma lanterna de ângulo agudo. O programa de peças também deve conter alterações na altura de corte (ou seja, a ponta da tocha deve ter folga em relação à peça de trabalho) para evitar colisões (consulte a Figura 2).
Durante o processo de corte, o gás de plasma flui pelo corpo da tocha em uma direção de vórtice até a ponta da tocha. Essa ação rotacional permite que a força centrífuga puxe as partículas pesadas da coluna de gás para a periferia do orifício do bico e protege o conjunto da tocha de o fluxo de elétrons quentes. A temperatura do plasma está próxima de 20.000 graus Celsius, enquanto as partes de cobre da tocha derretem a 1.100 graus Celsius. Os consumíveis precisam de proteção, e uma camada isolante de partículas pesadas fornece proteção.
Figura 1. Corpos de tocha padrão são projetados para corte de chapas metálicas. Usar a mesma tocha em uma aplicação multieixo aumenta a chance de colisões com a peça de trabalho.
O redemoinho torna um lado do corte mais quente do que o outro. Tochas com gás girando no sentido horário normalmente colocam o lado quente do corte no lado direito do arco (quando visto de cima na direção do corte). engenheiro de processo trabalha duro para otimizar o lado bom do corte e assume que o lado ruim (esquerdo) será refugo (veja a Figura 3).
Os recursos internos precisam ser cortados no sentido anti-horário, com o lado quente do plasma fazendo um corte limpo no lado direito (lado da borda da peça). Em vez disso, o perímetro da peça precisa ser cortado no sentido horário. o maçarico corta na direção errada, pode criar um grande afunilamento no perfil de corte e aumentar a escória na borda da peça. Essencialmente, você está colocando “bons cortes” na sucata.
Observe que a maioria das mesas de corte de painel de plasma possui inteligência de processo incorporada ao controlador em relação à direção do corte do arco. Mas no campo da robótica, esses detalhes não são necessariamente conhecidos ou compreendidos e ainda não estão incorporados em um controlador de robô típico – por isso é importante ter um software de programação de robôs offline com conhecimento do processo de plasma incorporado.
O movimento da tocha usado para perfurar metal tem um efeito direto nos consumíveis de corte a plasma. baixa qualidade de corte e redução da vida útil dos consumíveis.
Novamente, isso raramente acontece em aplicações de corte de chapa metálica com um pórtico, pois o alto grau de experiência da tocha já está embutido no controlador. O operador pressiona um botão para iniciar a sequência de perfuração, que inicia uma série de eventos para garantir a altura de perfuração adequada .
Primeiro, a tocha realiza um procedimento de detecção de altura, geralmente usando um sinal ôhmico para detectar a superfície da peça. para a peça de trabalho. Uma vez que o arco de plasma é transferido, ele pode aquecer completamente. Neste ponto, a tocha se move para a altura de perfuração, que é uma distância mais segura da peça de trabalho e mais distante do blowback do material fundido. A tocha mantém isso distância até que o arco de plasma penetre completamente na placa. Após o retardo de perfuração estar completo, a tocha se move para baixo em direção à placa de metal e inicia o movimento de corte (veja a Figura 4).
Mais uma vez, toda essa inteligência geralmente é incorporada ao controlador de plasma usado para corte de chapas, não ao controlador do robô. O corte robótico também tem outra camada de complexidade. pode não estar na melhor direção para a espessura da peça de trabalho e do material. Se a tocha não estiver perpendicular à superfície de metal que perfura, ela acabará cortando uma seção transversal mais espessa do que o necessário, desperdiçando a vida útil do consumível. Além disso, perfurando uma peça de trabalho com contornos na direção errada pode colocar o conjunto da tocha muito perto da superfície da peça de trabalho, expondo-o ao refluxo do derretimento e causando falha prematura (consulte a Figura 5).
Considere uma aplicação de corte a plasma robótico que envolve dobrar a cabeça de um vaso de pressão. Semelhante ao corte de chapas, a tocha robótica deve ser colocada perpendicularmente à superfície do material para garantir a seção transversal mais fina possível para perfuração. À medida que a tocha de plasma se aproxima da peça de trabalho , ele usa o sensor de altura até encontrar a superfície do vaso, então se retrai ao longo do eixo da tocha para transferir a altura. .
Uma vez que o atraso de perfuração expira, a tocha é abaixada até a altura de corte. Ao processar contornos, a tocha é girada para a direção de corte desejada simultaneamente ou em etapas. Neste ponto, a sequência de corte começa.
Os robôs são chamados de sistemas superdeterminados. Dito isso, existem várias maneiras de chegar ao mesmo ponto. Isso significa que qualquer pessoa que ensine um robô a se mover, ou qualquer outra pessoa, deve ter um certo nível de experiência, seja na compreensão do movimento do robô ou na usinagem requisitos de corte a plasma.
Embora os pingentes de instrução tenham evoluído, algumas tarefas não são inerentemente adequadas para programação de pingentes de instrução - especialmente tarefas que envolvem um grande número de peças mistas de baixo volume. Os robôs não produzem quando são ensinados, e o próprio ensino pode levar horas ou dias para peças complexas.
O software de programação de robôs offline projetado com módulos de corte a plasma incorporará esse conhecimento (consulte a Figura 7). Isso inclui direção de corte a gás de plasma, detecção de altura inicial, sequenciamento de perfuração e otimização de velocidade de corte para processos de tocha e plasma.
Figura 2. Tochas afiadas (“pontiagudas”) são mais adequadas para corte a plasma robótico. Mas mesmo com essas geometrias de tocha, é melhor aumentar a altura de corte para minimizar a chance de colisões.
O software fornece a experiência em robótica necessária para programar sistemas sobredeterminados. Gerencia singularidades ou situações em que o efetuador robótico (neste caso, a tocha de plasma) não consegue alcançar a peça de trabalho;limites conjuntos;sobrecurso;capotamento do pulso;detecção de colisão;eixos externos;e otimização do caminho da ferramenta. Primeiro, o programador importa o arquivo CAD da peça acabada para o software de programação de robôs offline, depois define a aresta a ser cortada, juntamente com o ponto de perfuração e outros parâmetros, levando em consideração as restrições de colisão e alcance.
Algumas das iterações mais recentes do software de robótica offline usam a chamada programação offline baseada em tarefas. Este método permite que os programadores gerem automaticamente caminhos de corte e selecionem vários perfis de uma vez. e, em seguida, opte por alterar os pontos inicial e final, bem como a direção e a inclinação da tocha de plasma. A programação geralmente começa (independentemente da marca do braço robótico ou do sistema de plasma) e passa a incluir um modelo de robô específico.
A simulação resultante pode levar em consideração tudo na célula robótica, incluindo elementos como barreiras de segurança, acessórios e tochas de plasma. Em seguida, considera possíveis erros cinemáticos e colisões para o operador, que pode corrigir o problema. Por exemplo, uma simulação pode revelar um problema de colisão entre dois cortes diferentes na cabeça de um vaso de pressão. resolvido antes da obra chegar ao chão, o que ajuda a eliminar dores de cabeça e desperdícios.
A escassez persistente de mão de obra e a crescente demanda dos clientes levaram mais fabricantes a recorrer ao corte a plasma robótico.Infelizmente, muitas pessoas mergulham na água apenas para descobrir mais complicações, especialmente quando as pessoas que integram a automação não têm conhecimento do processo de corte a plasma. levar à frustração.
Integre o conhecimento de corte a plasma desde o início e as coisas mudam. Com a inteligência do processo a plasma, o robô pode girar e mover conforme necessário para realizar a perfuração mais eficiente, prolongando a vida útil dos consumíveis. Ele corta na direção e manobras corretas para evitar qualquer peça de trabalho colisão. Ao seguir esse caminho de automação, os fabricantes colhem recompensas.
Este artigo é baseado em “Avanços no corte de plasma robótico 3D” apresentado na conferência FABTECH 2021.
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Horário da postagem: 25 de maio de 2022
