ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการมากขึ้น การตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ที่ดีขึ้น

การตัดพลาสม่าแบบหุ่นยนต์แบบบูรณาการต้องมีมากกว่าแค่คบเพลิงที่ติดอยู่ที่ปลายแขนหุ่นยนต์ ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการตัดพลาสม่าถือเป็นปัจจัยสำคัญ
ผู้ผลิตโลหะจากทุกอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นในโรงงาน เครื่องจักรขนาดใหญ่ การต่อเรือ และโครงสร้างเหล็ก ต่างมุ่งมั่นที่จะตอบสนองความคาดหวังในการส่งมอบที่เข้มงวด พร้อมทั้งเกินข้อกำหนดด้านคุณภาพ พวกเขาพยายามหาทางลดต้นทุนอยู่เสมอในขณะที่ต้องรับมือกับปัญหาที่เกิดขึ้นอยู่เสมอในการรักษาแรงงานที่มีทักษะ การทำธุรกิจไม่ใช่เรื่องง่าย
ปัญหาเหล่านี้หลายประการสามารถสืบย้อนไปยังกระบวนการด้วยมือที่ยังคงแพร่หลายในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น ฝาภาชนะอุตสาหกรรม ชิ้นส่วนเหล็กโครงสร้างโค้ง ท่อและท่อเหล็ก ผู้ผลิตหลายรายอุทิศเวลาในการตัด 25 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์สำหรับการทำเครื่องหมายด้วยมือ การควบคุมคุณภาพ และการแปลง ในขณะที่เวลาในการตัดจริง (โดยปกติด้วยเครื่องตัดออกซิเจนเชื้อเพลิงหรือพลาสม่าแบบมือถือ) อยู่ที่เพียง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น
นอกเหนือจากเวลาที่ใช้ในการดำเนินการด้วยมือดังกล่าวแล้ว การตัดเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นบริเวณตำแหน่งคุณลักษณะ มิติ หรือค่าความคลาดเคลื่อนที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งต้องมีการดำเนินการรองจำนวนมาก เช่น การเจียรและการแก้ไข หรือแย่กว่านั้นคือ ต้องมีการนำวัสดุไปทิ้ง ร้านค้าหลายแห่งทุ่มเวลาการประมวลผลทั้งหมดถึง 40% ให้กับงานที่มีมูลค่าต่ำและของเสียเหล่านี้
ทั้งหมดนี้ส่งผลให้ภาคอุตสาหกรรมหันมาใช้ระบบอัตโนมัติ โรงงานที่ทำการตัดด้วยไฟฉายด้วยมือสำหรับชิ้นส่วนหลายแกนที่ซับซ้อนโดยอัตโนมัติ ได้นำเซลล์ตัดพลาสม่าแบบหุ่นยนต์มาใช้ และไม่น่าแปลกใจที่พบว่าประสบความสำเร็จอย่างมาก การดำเนินการนี้ช่วยลดการใช้การจัดวางแบบด้วยมือ และงานที่ต้องใช้คน 5 คนเป็นเวลา 6 ชั่วโมง ตอนนี้สามารถทำได้เสร็จในเวลาเพียง 18 นาทีโดยใช้หุ่นยนต์
แม้ว่าประโยชน์จะชัดเจน แต่การนำการตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์มาใช้จำเป็นต้องมีมากกว่าแค่การซื้อหุ่นยนต์และคบเพลิงพลาสม่าเท่านั้น หากคุณกำลังพิจารณาการตัดพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์ โปรดใช้แนวทางแบบองค์รวมและพิจารณากระแสคุณค่าทั้งหมด นอกจากนี้ ควรทำงานร่วมกับผู้ผสานระบบที่ได้รับการฝึกอบรมจากผู้ผลิต ซึ่งเข้าใจและเข้าใจเทคโนโลยีพลาสม่า ตลอดจนส่วนประกอบและกระบวนการของระบบที่จำเป็น เพื่อให้แน่ใจว่าข้อกำหนดทั้งหมดถูกผสานรวมไว้ในการออกแบบแบตเตอรี่
โปรดพิจารณาถึงซอฟต์แวร์ด้วย ซึ่งถือได้ว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของระบบตัดพลาสม่าแบบหุ่นยนต์ หากคุณลงทุนซื้อระบบและซอฟต์แวร์นั้นใช้งานยาก ต้องใช้ความเชี่ยวชาญมากในการใช้งาน หรือคุณพบว่าต้องใช้เวลาในการปรับหุ่นยนต์ให้เหมาะกับการตัดพลาสม่าและสอนเส้นทางการตัดเป็นเวลานาน คุณก็กำลังเสียเงินไปโดยเปล่าประโยชน์
ในขณะที่ซอฟต์แวร์จำลองหุ่นยนต์เป็นเรื่องธรรมดา เซลล์ตัดพลาสม่าหุ่นยนต์ที่มีประสิทธิภาพจะใช้ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์แบบออฟไลน์ที่จะดำเนินการเขียนโปรแกรมเส้นทางของหุ่นยนต์โดยอัตโนมัติ ระบุและชดเชยการชน และบูรณาการความรู้เกี่ยวกับกระบวนการตัดพลาสม่า การรวมความรู้เกี่ยวกับกระบวนการพลาสม่าที่ล้ำลึกนั้นถือเป็นสิ่งสำคัญ ด้วยซอฟต์แวร์เช่นนี้ การทำงานอัตโนมัติของการตัดพลาสม่าหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนที่สุดก็กลายเป็นเรื่องง่ายขึ้นมาก
การตัดพลาสม่าที่มีรูปร่างหลายแกนที่ซับซ้อนต้องใช้รูปทรงคบเพลิงที่มีลักษณะเฉพาะ นำรูปทรงคบเพลิงที่ใช้ในแอปพลิเคชัน XY ทั่วไป (ดูรูปที่ 1) มาใช้กับรูปร่างที่ซับซ้อน เช่น หัวภาชนะแรงดันโค้งงอ แล้วคุณจะเพิ่มโอกาสในการชนกันได้ ด้วยเหตุนี้ คบเพลิงที่มีมุมแหลม (ที่มีการออกแบบแบบ "ปลายแหลม") จึงเหมาะสำหรับการตัดรูปร่างหุ่นยนต์มากกว่า
การใช้ไฟฉายมุมแหลมเพียงอย่างเดียวไม่สามารถหลีกเลี่ยงการชนได้ทุกประเภท โปรแกรมชิ้นส่วนจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงความสูงของการตัด (กล่าวคือ ปลายไฟฉายต้องมีระยะห่างจากชิ้นงาน) เพื่อหลีกเลี่ยงการชน (ดูรูปที่ 2)
ในระหว่างกระบวนการตัด แก๊สพลาสม่าจะไหลลงมาตามตัวคบเพลิงในทิศทางกระแสน้ำวนไปยังปลายคบเพลิง การหมุนนี้ช่วยให้แรงเหวี่ยงดึงอนุภาคหนักออกจากคอลัมน์แก๊สไปยังขอบของรูหัวฉีด และช่วยปกป้องชุดคบเพลิงจากการไหลของอิเล็กตรอนร้อน อุณหภูมิของพลาสม่าอยู่ที่ประมาณ 20,000 องศาเซลเซียส ในขณะที่ชิ้นส่วนทองแดงของคบเพลิงจะละลายที่อุณหภูมิ 1,100 องศาเซลเซียส วัสดุสิ้นเปลืองต้องได้รับการปกป้อง และชั้นฉนวนของอนุภาคหนักจะช่วยปกป้อง
รูปที่ 1 โครงคบเพลิงมาตรฐานได้รับการออกแบบมาสำหรับการตัดแผ่นโลหะ การใช้คบเพลิงเดียวกันในการใช้งานหลายแกนจะเพิ่มโอกาสเกิดการชนกับชิ้นงาน
การหมุนวนทำให้ด้านหนึ่งของการตัดร้อนกว่าอีกด้านหนึ่ง คบเพลิงที่มีก๊าซหมุนตามเข็มนาฬิกาโดยปกติจะวางด้านร้อนของการตัดไว้ทางด้านขวาของส่วนโค้ง (เมื่อมองจากด้านบนในทิศทางของการตัด) ซึ่งหมายความว่าวิศวกรกระบวนการทำงานอย่างหนักเพื่อปรับให้ด้านดีของการตัดเหมาะสมที่สุด และถือว่าด้านเสีย (ซ้าย) จะเป็นเศษเหล็ก (ดูรูปที่ 3)
ต้องตัดส่วนภายในในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา โดยให้ด้านร้อนของพลาสม่าตัดด้านขวา (ด้านขอบชิ้นส่วน) ให้เรียบร้อย ในทางกลับกัน ต้องตัดขอบชิ้นส่วนในทิศทางตามเข็มนาฬิกา หากคบเพลิงตัดในทิศทางที่ผิด อาจทำให้เกิดการเรียวเล็กในโปรไฟล์ที่ตัด และเพิ่มตะกรันที่ขอบชิ้นส่วน โดยพื้นฐานแล้ว คุณกำลัง "ตัดเศษวัสดุได้ดี"
โปรดทราบว่าโต๊ะตัดแผงพลาสม่าส่วนใหญ่มีระบบควบคุมกระบวนการแบบอัจฉริยะในตัวเกี่ยวกับทิศทางการตัดส่วนโค้ง แต่ในสาขาหุ่นยนต์ รายละเอียดเหล่านี้อาจไม่เป็นที่ทราบหรือเข้าใจอย่างแน่นอน และยังไม่ได้มีอยู่ในระบบควบคุมหุ่นยนต์ทั่วไป ดังนั้น การมีซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์แบบออฟไลน์ที่มีความรู้เกี่ยวกับกระบวนการพลาสม่าแบบฝังในตัวจึงมีความสำคัญ
การเคลื่อนที่ของคบเพลิงที่ใช้ในการเจาะโลหะมีผลโดยตรงต่อวัสดุสิ้นเปลืองในการตัดพลาสม่า หากคบเพลิงพลาสม่าเจาะแผ่นโลหะที่ความสูงในการตัด (ใกล้กับชิ้นงานมากเกินไป) แรงถอยของโลหะที่หลอมละลายสามารถสร้างความเสียหายให้กับโล่และหัวฉีดได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้คุณภาพการตัดลดลงและอายุการใช้งานของวัสดุสิ้นเปลืองลดลง
สิ่งนี้เกิดขึ้นไม่บ่อยนักในการตัดแผ่นโลหะโดยใช้แกนทรี เนื่องจากความเชี่ยวชาญด้านคบเพลิงในระดับสูงได้ถูกสร้างไว้ในตัวควบคุมแล้ว ผู้ปฏิบัติงานจะกดปุ่มเพื่อเริ่มลำดับการเจาะ ซึ่งจะเริ่มชุดเหตุการณ์เพื่อให้แน่ใจว่าความสูงของการเจาะเหมาะสม
ขั้นแรกคบเพลิงจะดำเนินการตามขั้นตอนการตรวจจับความสูง โดยปกติจะใช้สัญญาณโอห์มิกในการตรวจจับพื้นผิวชิ้นงาน หลังจากวางแผ่นแล้ว คบเพลิงจะหดกลับจากแผ่นไปยังความสูงในการถ่ายโอน ซึ่งเป็นระยะทางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการถ่ายโอนอาร์คพลาสมาไปยังชิ้นงาน เมื่อถ่ายโอนอาร์คพลาสมาแล้ว ก็จะสามารถให้ความร้อนได้อย่างสมบูรณ์ ณ จุดนี้ คบเพลิงจะเคลื่อนไปยังความสูงในการเจาะ ซึ่งเป็นระยะทางที่ปลอดภัยกว่าจากชิ้นงานและไกลจากการย้อนกลับของวัสดุที่หลอมละลาย คบเพลิงจะรักษาระยะห่างนี้ไว้จนกว่าอาร์คพลาสมาจะทะลุแผ่นได้อย่างสมบูรณ์ หลังจากที่การหน่วงเวลาในการเจาะสิ้นสุดลง คบเพลิงจะเคลื่อนลงไปทางแผ่นโลหะและเริ่มทำการเคลื่อนไหวการตัด (ดูรูปที่ 4)
นอกจากนี้ ความชาญฉลาดทั้งหมดนี้โดยปกติแล้วจะถูกสร้างขึ้นในตัวควบคุมพลาสม่าที่ใช้สำหรับการตัดแผ่น ไม่ใช่ในตัวควบคุมหุ่นยนต์ การตัดด้วยหุ่นยนต์ยังมีความซับซ้อนอีกขั้น การเจาะที่ความสูงที่ไม่เหมาะสมนั้นก็แย่พอแล้ว แต่เมื่อทำการตัดรูปทรงหลายแกน หัวตัดอาจไม่อยู่ในทิศทางที่ดีที่สุดสำหรับชิ้นงานและความหนาของวัสดุ หากหัวตัดไม่ได้ตั้งฉากกับพื้นผิวโลหะที่เจาะ หัวตัดจะตัดส่วนตัดที่หนากว่าที่จำเป็น ส่งผลให้สิ้นเปลืองอายุการใช้งานของวัสดุ นอกจากนี้ การเจาะชิ้นงานที่มีรูปทรงในทิศทางที่ผิดอาจทำให้ชุดหัวตัดวางอยู่ใกล้กับพื้นผิวชิ้นงานมากเกินไป จนอาจเกิดการหลอมละลายและเกิดความเสียหายก่อนเวลาอันควร (ดูรูปที่ 5)
ลองพิจารณาการใช้งานตัดพลาสม่าแบบหุ่นยนต์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดัดหัวของภาชนะแรงดัน เช่นเดียวกับการตัดแผ่นโลหะ ควรวางคบเพลิงหุ่นยนต์ในแนวตั้งฉากกับพื้นผิววัสดุเพื่อให้แน่ใจว่ามีหน้าตัดที่บางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับการเจาะ ขณะที่คบเพลิงพลาสม่าเข้าใกล้ชิ้นงาน จะใช้การตรวจจับความสูงจนกว่าจะพบพื้นผิวภาชนะ จากนั้นจึงหดกลับตามแกนของคบเพลิงเพื่อถ่ายโอนความสูง หลังจากถ่ายโอนส่วนโค้งแล้ว คบเพลิงจะถูกหดกลับอีกครั้งตามแกนของคบเพลิงเพื่อเจาะความสูง โดยอยู่ห่างจากการดีดกลับอย่างปลอดภัย (ดูรูปที่ 6)
เมื่อหมดเวลาหน่วงในการเจาะ คบเพลิงจะถูกลดระดับลงมาที่ความสูงของการตัด เมื่อประมวลผลเส้นขอบ คบเพลิงจะหมุนไปยังทิศทางการตัดที่ต้องการพร้อมกันหรือเป็นขั้นตอน เมื่อถึงจุดนี้ ลำดับการตัดก็จะเริ่มต้นขึ้น
หุ่นยนต์ถูกเรียกว่าระบบที่มีการกำหนดมากเกินไป กล่าวคือ มีหลายวิธีที่จะไปยังจุดเดียวกัน นั่นหมายถึงทุกคนที่สอนหุ่นยนต์ให้เคลื่อนไหว หรือใครก็ตาม จะต้องมีความเชี่ยวชาญในระดับหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นในการทำความเข้าใจการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์หรือข้อกำหนดการตัดเฉือนของการตัดด้วยพลาสม่า
แม้ว่าการสอนการเขียนโปรแกรมจะมีการพัฒนาขึ้น แต่บางงานไม่เหมาะกับการสอนการเขียนโปรแกรม โดยเฉพาะงานที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนปริมาณน้อยจำนวนมากที่ผสมกัน หุ่นยนต์จะไม่ผลิตเมื่อมีการสอน และการสอนนั้นอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวันสำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน
ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ออฟไลน์ที่ออกแบบด้วยโมดูลการตัดพลาสม่าจะฝังความเชี่ยวชาญนี้ไว้ (ดูรูปที่ 7) ซึ่งรวมถึงทิศทางการตัดแก๊สพลาสม่า การตรวจจับความสูงเริ่มต้น การเรียงลำดับการเจาะ และการปรับความเร็วในการตัดให้เหมาะสมสำหรับกระบวนการคบเพลิงและพลาสม่า
รูปที่ 2 คบเพลิงที่มีความคม (“ปลายแหลม”) เหมาะสำหรับการตัดต่อพลาสม่าด้วยหุ่นยนต์มากกว่า แต่ถึงแม้จะมีคบเพลิงที่มีรูปทรงแบบนี้ ก็ยังควรเพิ่มความสูงของการตัดเพื่อลดโอกาสเกิดการชนกัน
ซอฟต์แวร์นี้ให้ความเชี่ยวชาญด้านหุ่นยนต์ที่จำเป็นสำหรับการเขียนโปรแกรมระบบที่กำหนดเกิน โดยจะจัดการกับจุดเอกฐานหรือสถานการณ์ที่อุปกรณ์ปลายแขนหุ่นยนต์ (ในกรณีนี้คือคบเพลิงพลาสม่า) ไม่สามารถเข้าถึงชิ้นงานได้ ข้อจำกัดของข้อต่อ การเคลื่อนที่เกิน การพลิกข้อมือ การตรวจจับการชน แกนภายนอก และการเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางเครื่องมือ ขั้นแรก โปรแกรมเมอร์จะนำเข้าไฟล์ CAD ของชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วไปยังซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ออฟไลน์ จากนั้นจึงกำหนดขอบที่จะตัด พร้อมทั้งจุดเจาะและพารามิเตอร์อื่นๆ โดยคำนึงถึงข้อจำกัดของการชนและระยะด้วย
ซอฟต์แวร์หุ่นยนต์ออฟไลน์รุ่นล่าสุดบางรุ่นใช้สิ่งที่เรียกว่าการเขียนโปรแกรมออฟไลน์ตามงาน วิธีนี้ช่วยให้โปรแกรมเมอร์สร้างเส้นทางการตัดโดยอัตโนมัติและเลือกโปรไฟล์หลายรายการพร้อมกัน โปรแกรมเมอร์อาจเลือกตัวเลือกเส้นทางขอบที่แสดงเส้นทางการตัดและทิศทาง จากนั้นเลือกที่จะเปลี่ยนจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด ตลอดจนทิศทางและความเอียงของคบเพลิงพลาสม่า การเขียนโปรแกรมโดยทั่วไปจะเริ่มต้น (โดยไม่ขึ้นอยู่กับยี่ห้อของแขนหุ่นยนต์หรือระบบพลาสม่า) และดำเนินต่อไปจนถึงการรวมโมเดลหุ่นยนต์เฉพาะ
การจำลองที่ได้นั้นสามารถคำนึงถึงทุกสิ่งในเซลล์หุ่นยนต์ได้ รวมถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่น อุปสรรคด้านความปลอดภัย อุปกรณ์ติดตั้ง และคบเพลิงพลาสม่า จากนั้นจึงคำนึงถึงข้อผิดพลาดทางจลนศาสตร์และการชนกันที่อาจเกิดขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งจากนั้นผู้ปฏิบัติงานจะสามารถแก้ไขปัญหาได้ ตัวอย่างเช่น การจำลองอาจเผยให้เห็นปัญหาการชนกันระหว่างรอยตัดสองรอยที่แตกต่างกันในหัวของภาชนะแรงดัน แต่ละรอยตัดจะมีความสูงที่ต่างกันตามแนวโค้งของหัว ดังนั้น การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วระหว่างรอยตัดจะต้องคำนึงถึงระยะห่างที่จำเป็น ซึ่งเป็นรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ที่ได้รับการแก้ไขก่อนที่งานจะถึงพื้น จึงช่วยลดปัญหาและความสูญเปล่าได้
การขาดแคลนแรงงานอย่างต่อเนื่องและความต้องการของลูกค้าที่เพิ่มมากขึ้นทำให้ผู้ผลิตหันมาใช้การตัดพลาสม่าแบบหุ่นยนต์มากขึ้น น่าเสียดายที่ผู้คนจำนวนมากพบว่าตัวเองต้องประสบปัญหาเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อผู้ที่ทำการติดตั้งระบบอัตโนมัติขาดความรู้เกี่ยวกับกระบวนการตัดพลาสม่า เส้นทางนี้จะนำไปสู่ความหงุดหงิดเท่านั้น
บูรณาการความรู้เกี่ยวกับการตัดพลาสม่าตั้งแต่เริ่มต้น และสิ่งต่างๆ จะเปลี่ยนแปลง ด้วยความชาญฉลาดของกระบวนการพลาสม่า หุ่นยนต์สามารถหมุนและเคลื่อนที่ตามต้องการเพื่อดำเนินการเจาะที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ช่วยยืดอายุการใช้งานของวัสดุสิ้นเปลือง หุ่นยนต์จะตัดในทิศทางที่ถูกต้องและเคลื่อนไหวเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันของชิ้นงาน เมื่อเดินตามเส้นทางของระบบอัตโนมัตินี้ ผู้ผลิตก็จะได้รับผลตอบแทน
บทความนี้มีเนื้อหาจาก “Advances in 3D Robotic Plasma Cutting” ที่นำเสนอในการประชุม FABTECH ปี 2021
FABRICATOR เป็นนิตยสารชั้นนำด้านอุตสาหกรรมการขึ้นรูปและการผลิตโลหะในอเมริกาเหนือ นิตยสารดังกล่าวนำเสนอข่าวสาร บทความทางเทคนิค และประวัติกรณีศึกษาที่ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น FABRICATOR ให้บริการอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ปี 1970
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ และเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีคุณค่าได้อย่างง่ายดาย
ตอนนี้สามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ The Tube & Pipe Journal ได้อย่างสมบูรณ์แล้ว ซึ่งช่วยให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลที่มีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
เพลิดเพลินกับการเข้าถึง STAMPING Journal ฉบับดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The Fabricator en Español ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลที่มีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย