Sử dụng Robot trong cắt Plasma

Cắt plasma với robot

Thiết bị, điều khiển và cơ bản về ứng dụng

Cắt hồ quang plasma đã được chứng minh là một quá trình phù hợp cho robot. Tự động cắt hồ quang plasma đã làm cho quá trình linh hoạt hơn để cắt nhiều sản phẩm đa dạng. Robot cũng có thể thực hiện những thay đổi này, chẳng hạn như đánh dấu và đục.

Cắt hồ quang plasma robot có thể được sử dụng cho một số ứng bàn cắt 2D thông thường ví dụ nhu như hình dạng phức tạp ,bán kính trên các ống, tạo hình và đóng dấu phôi. Một hệ thống robot  có thể được sử dụng để cắt và hàn plasma hoặc xử lý cơ học, giúp giảm lượng vận hành và thời gian chu kỳ tổng thể. Robotics cũng có thể xử lý tốc độ di chuyển nhanh cần thiết để cắt plasma mật độ cao.

Thiết bị cắt, điều khiển

Máy cắt plasma robot sử dụng cùng một nguồn năng lượng và nhiều mỏ cắt giống như máy cắt cầm tay và bàn cắt. Thiết bị bổ sung cần thiết cho robot bao gồm:

 

Bệ gá mỏ cắt đặc biệt cho cánh tay robot.

Công cụ thay đổi mỏ cắt.

Một giá dụng cụ cho các mỏ cắt không sử dụng.

Một cách  thức để giữ cho dây cáp súng không bị kẹt.

Máy hút khói.

Một tấm chắn để giữ bụi bẩn khỏi robot.

Thêm vào các bộ phận cách ly để giữ cho dòng điện tần số cao đi qua cánh tay robot.

 

Công cụ chuyển đổi

Một công cụ thay đổi được sử dụng khi nhiều mỏ cắt hoặc quy trình được sử dụng. Nó được gắn vào phần cuối của cánh tay robot và có nhiều giá đỡ công cụ. Bộ thay đổi công cụ có thể được lập trình để lấy một số dụng cụ nhất định và chuyển đổi qua lại giữa chúng nhiều lần trong một chu kỳ.

Đồ gá dụng cụ

Một giá dụng cụ điển hình có thể giữ một số dụng cụ. Vị trí công cụ được lập trình vào robot. Vị trí có thể ở bất cứ đâu xung quanh hệ thống robot, miễn là robot có thể tiếp cận chúng đủ tốt để trượt công cụ vào và ra. Điều quan trọng là xác định vị trí của công cụ trong ngăn làm việc để truy cập vào các công cụ khác nhau không bị hạn chế và các dây cáp sẽ không bị rối. Các chốt có thể được gắn vào giá đỡ công cụ để giữ nó trong các khe lưu trữ.

Cánh tay hỗ trơ

Một cánh tay hỗ trợ thường được sử dụng để hỗ trợ mỏ cắt plasma và giữ cho mỏ cắt cách xa cánh tay robot để giảm khả năng phản hồi dòng điện tần số cao ,giữ cho dây cáp không bị xoắn quanh cánh tay robot. Cân bằng công cụ cũng có thể được sử dụng cho mục đích này. Cánh tay thường có thể tự do xoay quanh để khi robot đi vòng quanh chu vi hình bao làm việc của nó, dây cáp ít có khả năng bị xoắn hoặc bị đứt. Cánh tay hỗ trợ cũng sẽ giúp cải thiện tuổi thọ của mỏ cắt bằng cách tránh xa các tình huống xoắn nghiêm trọng.

Bộ cảm biến tiếp xúc.

Bộ cảm biến tiếp xúc có thể được sử dụng để dò bộ phận di chuyển và điều chỉnh vị trí cắt. Điều này có thể được thực hiện bằng một mỏ hàn hoặc với đầu dò. Thông thường một mỏ hàn đã có cảm biến tiếp xúc tùy chọn có thể được bật khi dò tìm chi tiết. Một đầu dò được gắn riêng biệt với mỏ hàn cũng có thể được sử dụng để xác định vị trí của bộ phận và đặt vết cắt. Thông thường cách dễ nhất là đảm bảo rằng giữ sản phẩm cố định để xác định vị trí chính xác.

Thiết bị cách ly

Thêm vào thiết bị cách ly cần thiết để ngăn dòng điện tần số cao thông qua bộ điều khiển robot. Các hạng mục sẽ thay đổi theo nhãn hiệu robot, nhưng nhìn chung chúng bao gồm cách điện mỏ cắt, nối đất thêm trong điều khiển robot, cách lý đệm đỡ  nơi robot được gắn vào đế hệ thống và lớp phủ cách ly đặc biệt được phun trên bộ mã hóa che động cơ phụ. Ngoài ra, có thể cần các bộ triệt tần số cao được gắn trên dây cáp để ngăn dòng điện tần số cao truyền đến bộ điều khiển robot. Điều quan trọng là kiểm nghiệm với nhà sản xuất robot để biết các khuyến nghị cụ thể .

Che chắn bụi bẩn

Che chắn bụi bẩn cần thiết để bảo vệ cánh tay robot khỏi bụi bẩn và tia lửa. Xỉ hoặc mạc sắt nếu liên tục bay vào cánh tay robot có thể rút ngắn tuổi thọ của nó. Phần lớn điều này có thể được ngăn chặn bằng các kỹ thuật lập trình phù hợp giúp thổi các mảnh vụn ra khỏi cánh tay robot, nhưng khi nó không thể làm điều đó thì cần một tấm chắn giữa máy cắt và cánh tay robot. Ngoài ra, máy hút khói có thể được đặt trên đỉnh của hệ thống để giảm khói trong xưởng.

Kiểm soát chiều cao mỏ cắt

Ba loại điều khiển chiều cao mỏ cắt chủ yếu được sử dụng để cắt hồ quang plasma là:

1. Lập trình điểm
2. Kiểm soát chiều cao
3. Điều khiển điện áp

Sử dụng các điểm được lập trình (không có điều khiển chiều cao bên ngoài) đòi hỏi các bộ phận đủ phù hợp để được cắt qua đường dẫn robot đã lập trình. Điều này thường hoạt động tốt trên ống, nó ít thay đổi ở vị trí bề mặt cắt để có thể lập trình chiều cao mỏ cắt phù hợp. Phương pháp này có thể không đủ chính xác cho các tấm kim loại mỏng cỡ lớn vì vật liệu có thể cong vênh và biến dạng bên dưới mỏ cắt.

Điều khiển chiều cao ngọn đuốc dạng cơ chẳng hạn như các con lăn được gắn vào bộ nâng mỏ cắt,có thể được sử dụng trên robot nhưng không rộng rãi. Phương pháp cơ học có nhược điểm là không tốt cho việc cắt vòng quanh các góc.

Điều khiển cảm biến điện áp thường được sử dụng để cắt hồ quang plasma. Điều này có thể được thực hiện ở cánh tay mỏ cắt được gắn cảm biến độ cao   hoặc nơi sử dụng phản hồi điện áp để di chuyển robot lên và xuống khi quá trình cắt diễn ra. Phương pháp này thường yêu cầu phần mềm đặc biệt trong điều khiển robot.

Ứng dụng cắt hồ quang plasma robot

Cắt hồ quang plasma robot có thể được sử dụng với hầu hết các ứng dụng cắt khí chính/khí hỗ trợ; tuy nhiên, thật khó để sử dụng khí hỗ trợ là nước vì kích thước của mỏ cắt và vấn đề xử lý nước. Điều quan trọng là chọn khí phù hợp cho ứng dụng dựa trên sản phẩm cắt (xem Hình 1).

Hệ thống khí đơn	Ghi chú ứng dụng
Khí nén	Tốc độ cắt tốt; tiết kiệm; ít xỉ; chủ yếu cho thép carbon dày dưới 5mm; thường sử dụng điện cực hafni
Gió đá	Phạm vi rộng,tốc độ cắt nhanh; ít xỉ hơn khí nén; đường cắt tốt hơn để hàn; có thể được sử dụng trên tất cả các loại thép; thường sử dụng điện cực hafni
Nitơ	Tốc độ cắt chậm hơn so với gió đá; đường cắt tốt hơn trên các vật liệu màu; có thể được sử dụng trên thép carbon, thép không gỉ, kim loại màu; sử dụng điện cực vonfram
Argon / Hydrogen (65 phần trăm Ar / 35 phần trăm H)	Chất lượng đường cắt tốt nhất trên thép không gỉ và hợp kim nhôm; đắt tiền; xỉ nhiều
Hệ thống sử dụng hỗn hợp khí	Ghi chú ứng dụng
Khí nén Plasma / khí nén	Tốc độ cắt tốt; ít xỉ; tiết kiệm; chủ yếu cho độ dày nhỏ hơn 5mm.; thường được sử dụng để cắt phần mỏng của thép không gỉ với plasma mật độ cao; Một số bề mặt thấm nitơ và oxy hóa trên thép không gỉ và nhôm
Nitơ Plasma/CO2	Tuổi thọ điện cực tốt; thường được sử dụng khi không quan trọng chất lượng đường cắt và thấm nitơ bề mặt; được sử dụng cho độ dày dưới 7mm
Gió đá Plasma/Khí nén	Tốc độ cắt cao; ít xỉ; tối thiểu  thấm nitơ bề mặt cho khả năng hàn tốt; được sử dụng cho độ dày nhỏ hơn 2,5mm.; không được sử dụng trên thép không gỉ và nhôm
Gió đá Plasma / Gió đá và Nitơ	Tốc độ với mật độ cắt cao trên thép carbon và đồng
Argon / Hydrogen (H35) Plasma / Nitrogen Shield	Thường được sử dụng để làm giảm xỉ, kéo dài tuổi thọ điện cực; tối thiểu  thấm nitơ bề mặt; đục khoét tốt; thường được sử dụng trên độ dày nhỏ hơn 10mm
Khí nén Plasma / Methane hoặc Khí nén và Methane	Tốc độ cắt cao trên các phần mỏng của thép không gỉ và nhôm

 

Bảng 1 Khí cắt hồ quang plasma

 

Độ bền của các đường cắt là quan trọng để xem xét khi lựa chọn quá trình cắt và khí. Các phương pháp cắt nhiệt có thể gây ra nhiều vấn đề hàn hơn so với các phương pháp cắt cơ học vì chúng tạo ra các oxit khi kim loại nóng lên.

Cắt gió đá có xu hướng cho một tỉ lệ phù hợp trên sản phẩm bởi vì phương pháp này không tạo ra được sự đa dạng. Tỉ lệ này thường cần phải được loại bỏ để có chất lượng mối hàn tốt.

Bề mặt thấm nitơ xảy ra trong nhiều ứng dụng cắt plasma có thể gây ra độ xốp của mối hàn. Nếu hàn đường cắt quan trọng, thì một số khí được liệt kê trong danh sách (Hình 1) sẽ cho kết quả tốt hơn. Trong nhiều trường hợp, đường cắt phải được làm sạch để tạo ra mối hàn tương xứng. Cuối cùng, cắt laser có xu hướng tạo ra một oxit bám chặt, thường khó có thể làm sạch và gây ra độ xốp của mối hàn.

Kiểu cắt cũng là mấu chốt. Nếu nhiều chi tiết cần được cắt trong mặt phẳng X-Y, cắt bằng máy có thể mang lại lợi thế. Ví dụ, một hệ thống máy cắt thường có thể chứa nhiều hơn một mỏ cắt, trong khi đó robot chỉ có thể xử lý một mỏ cắt trên mỗi robot.

Cắt robot cũng cho phép cắt xung quanh góc, hình dạng phức tạp trong nhiều mặt phẳng và quá trình. Nó cũng có thể đục các lỗ nhỏ (đường kính 7mm đến 13mm hoặc nhỏ hơn). Tuy nhiên, các lỗ nhỏ khó lập trình chính xác và phụ thuộc vào khả năng ngoại suy của robot. Nếu độ tròn trên các lỗ nhỏ là một vấn đề thì có một phương pháp cắt khác, chẳng hạn như cắt máy hoặc khoan, có thể mang lại kết quả tốt hơn.

 

 

 

	Cắt gió đá	Cắt plasma	Cắt laser
Vật liệu có thể được cắt	Chỉ thép carbon và titan	Tất cả các vật liệu dẫn điện	Kim loại,nhựa,gỗ,vải
Chất lượng cắt	Trung bình	Tương tự như cắt gió đá, nhưng gần như tốt như laser khi sử dụng phương pháp cắt hồ quang plasma mật độ cao	Tạo ra chất lượng cắt tốt cho tấm dày dưới 5mm
Độ dày vật liệu 1.Thép carbon 2.Thép không gỉ 3.Nhôm	1.    4,5mm 2.    Không 3.    Không	1.    26ga tới 7mm 2.    26ga tới 12mm 3.    22ga tới 15mm	1.    1foil tới 2,54mm 2.    20ga tới 19mm 3.    20ga tới 19mm
Chi phí vốn	Thấp; co thể sử dụng robot nhỏ	Hơn cắt gió đá; robot nhỏ	Cao hơn; robot lớn;ít nhất gấp đôi độ chính xác cắt plasma hoặc hệ thống cắt plasma thông thường
Chi phí vật tư	Lượng khí tương đối thấp nhưng số lượng lớn	Cao hơn nhưng ít khí ;có thể sử dụng không khí	Thấp hơn nhưng cao hơn chi phí khí
Chi phí vận hành	Ít hơn trên giá đỡ thép carbon dày từ 38mm đến 50mm	Ít hơn trên giá đỡ dày 38mm đến 50mm	Cắt nhanh trên vật liệu mỏng
Bảo trì	Không tốn kém; tương đối dễ thực hiện	Phức tạp hơn cắt gió đá nhưng ít hơn laser	Phức tạp; thực hiện khó khăn
Lúc bắt đầu khởi động cắt	Thời gian nóng máy lâu; có thể gặp vấn đề khởi động	Nhanh vì hồ quang hàn	Chậm hơn plasma nhưng nhanh hơn cắt gió đá

Bài viết này được chuyển thể từ bài thuyết trình hội thảo của Ken Trumbull tại FABTECH Intl., Chicago, bản quyền năm 2005 của Fabricators & Investors Association Intl. (FMA) và Manufacturing Engineers (SME).