ความรู้ด้านกระบวนการที่มากขึ้น การตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ที่ดีขึ้น

การตัดด้วยพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์แบบบูรณาการนั้นต้องการมากกว่าแค่ไฟฉายที่ติดอยู่ที่ปลายแขนหุ่นยนต์ ความรู้ในกระบวนการตัดพลาสม่าคือกุญแจสำคัญ
ผู้ผลิตโลหะทั่วทั้งอุตสาหกรรม - ในการประชุมเชิงปฏิบัติการ เครื่องจักรกลหนัก การต่อเรือ และเหล็กโครงสร้าง - มุ่งมั่นที่จะตอบสนองความคาดหวังในการส่งมอบที่ต้องการในขณะที่เกินความต้องการด้านคุณภาพ พวกเขากำลังพยายามลดต้นทุนอย่างต่อเนื่องในขณะที่จัดการกับปัญหาในการรักษาแรงงานที่มีทักษะอยู่เสมอ ธุรกิจคือ ไม่ใช่เรื่องง่าย.
ปัญหามากมายเหล่านี้สามารถสืบย้อนไปถึงกระบวนการแบบใช้มือคนซึ่งยังคงพบเห็นได้ทั่วไปในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น ฝาภาชนะอุตสาหกรรม ส่วนประกอบเหล็กโครงสร้างโค้ง ท่อและท่อ ผู้ผลิตหลายรายทุ่มเท 25 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของปัญหาเหล่านี้ เวลาในการตัดเฉือนจนถึงการมาร์กด้วยมือ การควบคุมคุณภาพ และการแปลง เมื่อเวลาในการตัดจริง (โดยปกติคือการใช้ออกซิเจนแบบมือถือหรือเครื่องตัดพลาสม่า) มีเพียง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น
นอกเหนือจากเวลาที่ใช้ในกระบวนการแบบแมนนวลดังกล่าวแล้ว การตัดจำนวนมากเหล่านี้เกิดขึ้นจากตำแหน่งคุณสมบัติ ขนาด หรือความคลาดเคลื่อนที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งต้องใช้การดำเนินการรองที่กว้างขวาง เช่น การเจียรและการทำงานซ้ำ หรือแย่กว่านั้นคือ วัสดุที่ต้องทิ้ง ร้านค้าหลายแห่งอุทิศเป็น มากถึง 40% ของเวลาประมวลผลทั้งหมดสำหรับงานที่มีมูลค่าต่ำและของเสียนี้
ทั้งหมดนี้นำไปสู่การผลักดันอุตสาหกรรมไปสู่ระบบอัตโนมัติ ร้านค้าที่ทำการตัดไฟแบบแมนนวลสำหรับชิ้นส่วนหลายแกนที่ซับซ้อนได้ใช้เซลล์ตัดพลาสมาแบบหุ่นยนต์โดยอัตโนมัติ การดำเนินการนี้ช่วยขจัดเลย์เอาต์แบบแมนนวลและงานที่ จะใช้เวลา 5 คน 6 ชั่วโมง สามารถทำได้ในเวลาเพียง 18 นาที โดยใช้หุ่นยนต์
แม้ว่าประโยชน์จะชัดเจน แต่การใช้เครื่องตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์นั้นต้องการมากกว่าการซื้อหุ่นยนต์และไฟฉายพลาสม่า หากคุณกำลังพิจารณาการตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ อย่าลืมใช้แนวทางแบบองค์รวมและดูคุณค่าทั้งหมด นอกจากนี้ ให้ทำงานร่วมกับ ผู้รวมระบบที่ได้รับการฝึกอบรมจากผู้ผลิตซึ่งเข้าใจและเข้าใจเทคโนโลยีพลาสม่า ส่วนประกอบและกระบวนการของระบบที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าข้อกำหนดทั้งหมดจะรวมอยู่ในการออกแบบแบตเตอรี่
พิจารณาซอฟต์แวร์ด้วย ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของระบบตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ หากคุณลงทุนในระบบและซอฟต์แวร์นั้นใช้งานยาก ต้องใช้ความเชี่ยวชาญอย่างมากในการทำงาน หรือคุณพบว่าซอฟต์แวร์นั้นใช้งานยาก ต้องใช้เวลามากในการปรับหุ่นยนต์ให้เข้ากับการตัดด้วยพลาสม่าและสอนเส้นทางการตัด คุณแค่เสียเงินเป็นจำนวนมาก
ในขณะที่ซอฟต์แวร์จำลองหุ่นยนต์เป็นเรื่องปกติ เซลล์ตัดพลาสมาแบบหุ่นยนต์ที่มีประสิทธิภาพจะใช้ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์แบบออฟไลน์ที่จะดำเนินการเขียนโปรแกรมเส้นทางของหุ่นยนต์โดยอัตโนมัติ ระบุและชดเชยการชนกัน และผสานรวมความรู้เกี่ยวกับกระบวนการตัดพลาสม่า การผสมผสานความรู้เกี่ยวกับกระบวนการพลาสมาในเชิงลึกเป็นกุญแจสำคัญ ด้วยซอฟต์แวร์เช่นนี้ การทำงานอัตโนมัติแม้กระทั่งการตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนที่สุดจะง่ายขึ้นมาก
รูปทรงหลายแกนที่ซับซ้อนของการตัดพลาสม่าต้องใช้เรขาคณิตของคบเพลิงที่ไม่ซ้ำกัน ใช้เรขาคณิตของคบเพลิงที่ใช้ในการใช้งาน XY ทั่วไป (ดูรูปที่ 1) กับรูปร่างที่ซับซ้อน เช่น หัวถังแรงดันโค้ง และคุณจะเพิ่มโอกาสในการชน ด้วยเหตุผลนี้ คบเพลิงที่มีมุมแหลม (ด้วยการออกแบบ "ปลายแหลม") จึงเหมาะกว่าสำหรับการตัดรูปทรงของหุ่นยนต์
ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการชนทุกประเภทด้วยไฟฉายที่มีมุมแหลมเพียงอย่างเดียว โปรแกรมชิ้นส่วนต้องมีการเปลี่ยนแปลงความสูงของการตัด (เช่น ปลายไฟฉายต้องมีระยะห่างจากชิ้นงาน) เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการชน (ดูรูปที่ 2)
ในระหว่างกระบวนการตัด ก๊าซพลาสม่าจะไหลลงสู่ตัวไฟฉายในทิศทางของกระแสน้ำวนไปยังปลายหัวตัด การหมุนนี้ช่วยให้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางดึงอนุภาคหนักออกจากคอลัมน์ก๊าซไปยังขอบของรูหัวฉีดและป้องกันชุดหัวตัดจาก การไหลของอิเล็กตรอนร้อน อุณหภูมิของพลาสมาใกล้เคียงกับ 20,000 องศาเซลเซียส ในขณะที่ชิ้นส่วนทองแดงของคบเพลิงละลายที่ 1,100 องศาเซลเซียส วัสดุสิ้นเปลืองต้องการการป้องกัน และชั้นฉนวนของอนุภาคหนักให้การป้องกัน
รูปที่ 1 ตัวหัวตัดมาตรฐานได้รับการออกแบบสำหรับการตัดโลหะแผ่น การใช้หัวตัดแบบเดียวกันในการใช้งานแบบหลายแกนจะเพิ่มโอกาสที่ชิ้นงานจะชนกัน
การหมุนวนทำให้ด้านหนึ่งของใบมีดร้อนกว่าอีกด้านหนึ่ง ไฟฉายที่มีก๊าซหมุนตามเข็มนาฬิกามักจะวางด้านที่ร้อนของการตัดที่ด้านขวาของส่วนโค้ง (เมื่อมองจากด้านบนในทิศทางของการตัด) ซึ่งหมายความว่า วิศวกรกระบวนการทำงานอย่างหนักเพื่อปรับด้านที่ดีของการตัดให้เหมาะสม และถือว่าด้านที่ไม่ดี (ซ้าย) จะเป็นของเสีย (ดูรูปที่ 3)
คุณสมบัติภายในจะต้องตัดในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา โดยให้ด้านที่ร้อนของพลาสม่าทำการตัดที่ด้านขวา (ด้านขอบของชิ้นส่วน) แต่ปริมณฑลของชิ้นส่วนจะต้องตัดตามทิศทางตามเข็มนาฬิกาแทน ถ้า การตัดไฟในทิศทางที่ไม่ถูกต้อง สามารถสร้างเรียวขนาดใหญ่ในโปรไฟล์การตัด และเพิ่มขยะที่ขอบของชิ้นส่วน โดยพื้นฐานแล้ว คุณกำลังใส่ "การตัดที่ดี" ลงบนเศษเหล็ก
โปรดทราบว่าโต๊ะตัดพลาสม่าพาเนลส่วนใหญ่มีระบบอัจฉริยะด้านกระบวนการที่สร้างขึ้นในตัวควบคุมเกี่ยวกับทิศทางของการตัดอาร์ค แต่ในด้านของวิทยาการหุ่นยนต์ รายละเอียดเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นที่รู้จักหรือเข้าใจ และยังไม่ได้ฝังอยู่ในตัวควบคุมหุ่นยนต์ทั่วไป – ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมีซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ออฟไลน์ที่มีความรู้เกี่ยวกับกระบวนการพลาสม่าแบบฝังตัว
การเคลื่อนที่ของคบเพลิงที่ใช้ในการเจาะโลหะมีผลโดยตรงต่อวัสดุสิ้นเปลืองในการตัดพลาสม่า หากไฟฉายพลาสม่าเจาะแผ่นที่ระดับความสูงตัด (ใกล้กับชิ้นงานมากเกินไป) การหดตัวของโลหะหลอมเหลวอาจทำให้โล่และหัวฉีดเสียหายได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ คุณภาพการตัดต่ำและอายุการใช้งานที่ลดลง
อีกครั้งที่สิ่งนี้ไม่ค่อยเกิดขึ้นกับการตัดโลหะแผ่นที่มีโครงสำหรับตั้งสิ่งของ เนื่องจากความเชี่ยวชาญด้านคบเพลิงระดับสูงมีอยู่แล้วในตัวควบคุม ผู้ปฏิบัติงานกดปุ่มเพื่อเริ่มลำดับการเจาะ ซึ่งจะเริ่มต้นชุดเหตุการณ์เพื่อให้แน่ใจว่าเจาะได้สูงอย่างเหมาะสม .
ขั้นแรก ไฟฉายจะดำเนินการตามขั้นตอนการตรวจจับความสูง โดยปกติแล้วจะใช้สัญญาณโอห์มมิกเพื่อตรวจจับพื้นผิวของชิ้นงาน หลังจากวางตำแหน่งเพลตแล้ว ไฟฉายจะหดกลับจากเพลตไปที่ความสูงในการถ่ายโอน ซึ่งเป็นระยะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอาร์คพลาสม่าที่จะถ่ายโอน ไปที่ชิ้นงาน เมื่อย้ายอาร์คพลาสม่าอาร์คแล้ว ก็สามารถให้ความร้อนได้เต็มที่ เมื่อถึงจุดนี้ คบเพลิงจะเคลื่อนไปที่ระดับความสูงที่เจาะ ซึ่งเป็นระยะห่างที่ปลอดภัยกว่าจากชิ้นงานและอยู่ห่างจากการพัดกลับของวัสดุหลอมเหลว คบเพลิงจะคงไว้ซึ่งสิ่งนี้ ระยะห่างจนกว่าอาร์คพลาสม่าจะทะลุผ่านเพลตได้อย่างสมบูรณ์ หลังจากหน่วงเวลาเจาะเสร็จแล้ว คบเพลิงจะเคลื่อนลงไปที่แผ่นโลหะและเริ่มการเคลื่อนที่ของการตัด (ดูรูปที่ 4)
อีกครั้ง ความฉลาดทั้งหมดนี้มักจะสร้างขึ้นในตัวควบคุมพลาสม่าที่ใช้สำหรับการตัดแผ่น ไม่ใช่ตัวควบคุมหุ่นยนต์ การตัดด้วยหุ่นยนต์ก็มีความซับซ้อนอีกชั้นหนึ่ง การเจาะที่ความสูงที่ไม่ถูกต้องนั้นไม่ดีพอ แต่เมื่อตัดรูปร่างหลายแกน ไฟฉาย อาจไม่อยู่ในทิศทางที่ดีที่สุดสำหรับชิ้นงานและความหนาของวัสดุ หากคบเพลิงไม่ตั้งฉากกับพื้นผิวโลหะที่เจาะเข้าไป ก็จะจบลงด้วยการตัดหน้าตัดที่หนากว่าที่จำเป็น ทำให้สิ้นเปลืองอายุการใช้งาน นอกจากนี้ การเจาะชิ้นงานที่มีรูปทรงโค้งมน ในทิศทางที่ไม่ถูกต้องสามารถวางชุดหัวตัดไว้ใกล้กับผิวชิ้นงานมากเกินไป ซึ่งจะทำให้เกิดการหลอมละลายและทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร (ดูรูปที่ 5)
พิจารณาการใช้หุ่นยนต์ตัดพลาสม่าที่เกี่ยวข้องกับการดัดหัวของภาชนะรับความดัน คล้ายกับการตัดแผ่น ไฟฉายหุ่นยนต์ควรตั้งฉากกับพื้นผิววัสดุเพื่อให้แน่ใจว่ามีหน้าตัดที่บางที่สุดสำหรับการเจาะ ในขณะที่ไฟฉายพลาสม่าเข้าใกล้ชิ้นงาน จะใช้การตรวจจับความสูงจนกว่าจะพบพื้นผิวของภาชนะ จากนั้นจึงหดกลับตามแกนของคบเพลิงเพื่อถ่ายโอนความสูง หลังจากย้ายส่วนโค้งแล้ว ไฟฉายจะหดกลับตามแกนของไฟฉายอีกครั้งเพื่อเจาะความสูง โดยห่างจากการพัดกลับอย่างปลอดภัย (ดูรูปที่ 6) .
เมื่อการหน่วงเวลาเจาะหมดลง คบเพลิงจะลดลงจนถึงระดับความสูงในการตัด เมื่อทำการประมวลผลรูปร่าง คบเพลิงจะหมุนไปยังทิศทางการตัดที่ต้องการพร้อมกันหรือตามขั้นตอน ณ จุดนี้ ลำดับการตัดจะเริ่มต้นขึ้น
หุ่นยนต์เรียกว่าระบบที่กำหนดมากเกินไป กล่าวคือมีหลายวิธีที่จะไปยังจุดเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าใครก็ตามที่สอนหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่หรือใครก็ตามจะต้องมีความเชี่ยวชาญในระดับหนึ่งไม่ว่าจะในการทำความเข้าใจการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์หรือการตัดเฉือน ข้อกำหนดของการตัดพลาสม่า
แม้ว่าการสอนจี้จะมีวิวัฒนาการไปแล้ว แต่งานบางอย่างก็ไม่เหมาะสำหรับการเขียนโปรแกรมจี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่มีปริมาณน้อยผสมจำนวนมาก หุ่นยนต์ไม่ผลิตเมื่อได้รับการสอน และการสอนเองอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือกระทั่ง วันสำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน
ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ออฟไลน์ที่ออกแบบด้วยโมดูลการตัดพลาสม่าจะฝังความเชี่ยวชาญนี้ไว้ (ดูรูปที่ 7) ซึ่งรวมถึงทิศทางการตัดแก๊สพลาสมา การตรวจจับความสูงเริ่มต้น การหาลำดับการเจาะ และการเพิ่มประสิทธิภาพความเร็วตัดสำหรับกระบวนการคบเพลิงและพลาสมา
รูปที่ 2 คบเพลิงที่แหลมคม ("ปลายแหลม") เหมาะกว่าสำหรับการตัดด้วยพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์มากกว่า แต่ถึงแม้จะใช้รูปทรงของคบเพลิงเหล่านี้ ก็ตามควรเพิ่มความสูงในการตัดเพื่อลดโอกาสเกิดการชน
ซอฟต์แวร์นี้ให้ความเชี่ยวชาญด้านวิทยาการหุ่นยนต์ที่จำเป็นในการเขียนโปรแกรมระบบที่ถูกกำหนดมากเกินไป โดยจะจัดการภาวะเอกฐานหรือสถานการณ์ที่ปลายสุดของหุ่นยนต์ (ในกรณีนี้คือไฟฉายพลาสม่า) ไม่สามารถเข้าถึงชิ้นงานได้ข้อ จำกัด ร่วมกันเกินพิกัด;โรลโอเวอร์ข้อมือ;การตรวจจับการชนกันแกนภายนอกและการเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางเครื่องมือ ขั้นแรก โปรแกรมเมอร์นำเข้าไฟล์ CAD ของชิ้นส่วนที่ทำเสร็จแล้วลงในซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ออฟไลน์ จากนั้นกำหนดขอบที่จะตัด พร้อมกับจุดเจาะและพารามิเตอร์อื่นๆ โดยคำนึงถึงการชนกันและข้อจำกัดของช่วง
ซอฟต์แวร์หุ่นยนต์ออฟไลน์ที่ทำซ้ำล่าสุดบางส่วนใช้โปรแกรมที่เรียกว่าโปรแกรมออฟไลน์ตามภารกิจ วิธีนี้ช่วยให้โปรแกรมเมอร์สร้างเส้นทางการตัดโดยอัตโนมัติและเลือกหลายโปรไฟล์พร้อมกัน โปรแกรมเมอร์อาจเลือกตัวเลือกเส้นทางขอบที่แสดงเส้นทางการตัดและทิศทาง จากนั้นจึงเลือกเปลี่ยนจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด ตลอดจนทิศทางและความเอียงของไฟฉายพลาสม่า การเขียนโปรแกรมโดยทั่วไปเริ่มต้น (ไม่ขึ้นกับยี่ห้อของแขนกลหุ่นยนต์หรือระบบพลาสม่า) และดำเนินการเพื่อรวมโมเดลหุ่นยนต์เฉพาะ
การจำลองที่เป็นผลลัพธ์สามารถพิจารณาทุกอย่างในเซลล์หุ่นยนต์ รวมถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่น อุปสรรคด้านความปลอดภัย อุปกรณ์จับยึด และไฟฉายพลาสม่า จากนั้นจะพิจารณาข้อผิดพลาดทางจลนศาสตร์ที่อาจเกิดขึ้นและการชนกันของผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาได้ ตัวอย่างเช่น การจำลองอาจเผยให้เห็นปัญหาการชนกันระหว่างรอยตัดสองจุดที่แตกต่างกันในส่วนหัวของภาชนะรับความดัน รอยบากแต่ละอันมีความสูงต่างกันไปตามส่วนโค้งของศีรษะ ดังนั้นการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วระหว่างแผลจึงต้องคำนึงถึงระยะห่างที่จำเป็น—รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ แก้ไขก่อนงานถึงพื้น ซึ่งช่วยขจัดอาการปวดหัวและของเสีย
การขาดแคลนแรงงานอย่างต่อเนื่องและความต้องการของลูกค้าที่เพิ่มขึ้นทำให้ผู้ผลิตจำนวนมากขึ้นหันมาใช้เครื่องตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ น่าเสียดายที่ผู้คนจำนวนมากดำดิ่งลงไปในน้ำเพียงเพื่อค้นพบความยุ่งยากมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผู้คนที่รวมระบบอัตโนมัติขาดความรู้เกี่ยวกับกระบวนการตัดพลาสมา เส้นทางนี้จะมีเพียง นำไปสู่ความหงุดหงิด
รวมความรู้เกี่ยวกับการตัดพลาสม่าตั้งแต่เริ่มต้นและสิ่งต่างๆ เปลี่ยนไป ด้วยความชาญฉลาดในกระบวนการพลาสม่า หุ่นยนต์สามารถหมุนและเคลื่อนที่ได้ตามต้องการเพื่อทำการเจาะอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ยืดอายุของวัสดุสิ้นเปลือง โดยจะตัดไปในทิศทางที่ถูกต้องและการซ้อมรบเพื่อหลีกเลี่ยงชิ้นงานใดๆ การชนกัน เมื่อปฏิบัติตามเส้นทางของระบบอัตโนมัตินี้ ผู้ผลิตจะได้รับผลตอบแทน
บทความนี้มีพื้นฐานมาจาก "ความก้าวหน้าในการตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ 3 มิติ" ที่นำเสนอในการประชุม FABTECH ปี 2564
FABRICATOR เป็นนิตยสารอุตสาหกรรมการขึ้นรูปและการผลิตโลหะชั้นนำของอเมริกาเหนือ นิตยสารดังกล่าวมีข่าวสาร บทความทางเทคนิค และประวัติกรณีศึกษาที่ช่วยให้ผู้ผลิตทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น FABRICATOR ให้บริการในอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ปี 2513
ขณะนี้มีการเข้าถึง The FABRICTOR ฉบับดิจิทัลเต็มรูปแบบแล้ว เข้าถึงทรัพยากรอุตสาหกรรมอันมีค่าได้โดยง่าย
The Tube & Pipe Journal ฉบับดิจิทัลสามารถเข้าถึงได้โดยสมบูรณ์แล้ว ซึ่งช่วยให้เข้าถึงทรัพยากรอุตสาหกรรมอันมีค่าได้ง่าย
เพลิดเพลินกับการเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ STAMPING Journal ซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ขณะนี้มีการเข้าถึง The Fabricator en Español ฉบับดิจิทัลเต็มรูปแบบแล้ว เข้าถึงทรัพยากรอันมีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย