مزيد من المعرفة بالعملية، وقطع البلازما الآلي بشكل أفضل

تتطلب عملية قطع البلازما الآلية المتكاملة أكثر من مجرد شعلة مثبتة في نهاية الذراع الآلية. إن معرفة عملية قطع البلازما هي المفتاح.
يسعى مصنعو المعادن في مختلف أنحاء الصناعة - في ورش العمل والآلات الثقيلة وبناء السفن والصلب الهيكلي - إلى تلبية توقعات التسليم الصارمة مع تجاوز متطلبات الجودة. إنهم يسعون باستمرار إلى خفض التكاليف مع التعامل مع مشكلة الاحتفاظ بالعمالة الماهرة. إن العمل ليس سهلاً.
يمكن إرجاع العديد من هذه المشاكل إلى العمليات اليدوية التي لا تزال سائدة في الصناعة، وخاصة عند تصنيع المنتجات ذات الأشكال المعقدة مثل أغطية الحاويات الصناعية، ومكونات الفولاذ الهيكلي المنحنية، والأنابيب والخراطيم. ويخصص العديد من المصنعين ما بين 25 إلى 50 في المائة من وقت التصنيع للوسم اليدوي، ومراقبة الجودة، والتحويل، في حين أن وقت القطع الفعلي (عادة باستخدام قاطع الأكسجين أو البلازما المحمول باليد) هو 10 إلى 20 في المائة فقط.
بالإضافة إلى الوقت الذي تستغرقه هذه العمليات اليدوية، يتم إجراء العديد من هذه القطع حول مواقع الميزات أو الأبعاد أو التسامحات الخاطئة، مما يتطلب عمليات ثانوية مكثفة مثل الطحن وإعادة العمل، أو الأسوأ من ذلك، المواد التي تحتاج إلى التخلص منها. وتخصص العديد من المتاجر ما يصل إلى 40٪ من إجمالي وقت المعالجة لهذا العمل منخفض القيمة والنفايات.
وقد أدى كل هذا إلى دفع الصناعة نحو الأتمتة. وقد نفذ متجر يقوم بأتمتة عمليات القطع اليدوي بالشعلة للأجزاء المعقدة متعددة المحاور خلية قطع بلازما آلية، ومن غير المستغرب أنه شهد مكاسب ضخمة. تعمل هذه العملية على التخلص من التخطيط اليدوي، ويمكن الآن إنجاز مهمة كانت تستغرق من 5 أشخاص 6 ساعات في 18 دقيقة فقط باستخدام الروبوت.
في حين أن الفوائد واضحة، فإن تنفيذ القطع البلازمي الآلي يتطلب أكثر من مجرد شراء روبوت ومشعل بلازما. إذا كنت تفكر في القطع البلازمي الآلي، فتأكد من اتباع نهج شامل والنظر في سلسلة القيمة بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، اعمل مع مُدمج نظام مدرب من قبل الشركة المصنعة والذي يفهم ويفهم تقنية البلازما ومكونات النظام والعمليات المطلوبة لضمان دمج جميع المتطلبات في تصميم البطارية.
خذ أيضًا في الاعتبار البرنامج، والذي يمكن القول إنه أحد أهم مكونات أي نظام قطع بلازما آلي. إذا استثمرت في نظام وكان البرنامج صعب الاستخدام، أو يتطلب الكثير من الخبرة لتشغيله، أو وجدت أنه يستغرق الكثير من الوقت لتكييف الروبوت مع قطع البلازما وتعليم مسار القطع، فأنت تهدر الكثير من المال.
في حين أن برامج محاكاة الروبوتات شائعة، فإن خلايا قطع البلازما الروبوتية الفعالة تستخدم برامج برمجة روبوتية غير متصلة بالإنترنت والتي ستقوم تلقائيًا ببرمجة مسار الروبوت، وتحديد الاصطدامات وتعويضها، ودمج معرفة عملية قطع البلازما. يعد دمج معرفة عملية البلازما العميقة أمرًا أساسيًا. باستخدام برامج مثل هذا، يصبح أتمتة حتى أكثر تطبيقات قطع البلازما الروبوتية تعقيدًا أسهل بكثير.
يتطلب قطع البلازما للأشكال المعقدة متعددة المحاور هندسة شعلة فريدة. قم بتطبيق هندسة الشعلة المستخدمة في تطبيق XY النموذجي (انظر الشكل 1) على شكل معقد، مثل رأس وعاء الضغط المنحني، وسوف تزيد من احتمالية الاصطدامات. لهذا السبب، تكون المشاعل ذات الزاوية الحادة (بتصميم "مدبب") أكثر ملاءمة لقطع الأشكال الروبوتية.
لا يمكن تجنب جميع أنواع الاصطدامات باستخدام مصباح يدوي بزاوية حادة وحده. يجب أن يحتوي برنامج الجزء أيضًا على تغييرات في ارتفاع القطع (أي يجب أن يكون طرف الشعلة على مسافة خالية من قطعة العمل) لتجنب الاصطدامات (انظر الشكل 2).
أثناء عملية القطع، يتدفق غاز البلازما إلى أسفل جسم الشعلة في اتجاه دوامي إلى طرف الشعلة. يسمح هذا العمل الدوراني للقوة الطاردة المركزية بسحب الجسيمات الثقيلة من عمود الغاز إلى محيط فتحة الفوهة ويحمي مجموعة الشعلة من تدفق الإلكترونات الساخنة. تبلغ درجة حرارة البلازما حوالي 20000 درجة مئوية، بينما تذوب الأجزاء النحاسية من الشعلة عند 1100 درجة مئوية. تحتاج المواد الاستهلاكية إلى الحماية، وتوفر طبقة عازلة من الجسيمات الثقيلة الحماية.
الشكل 1. تم تصميم أجسام الشعلة القياسية لقطع الصفائح المعدنية. يؤدي استخدام نفس الشعلة في تطبيق متعدد المحاور إلى زيادة فرصة الاصطدام بقطعة العمل.
الدوامة تجعل أحد جانبي القطع أكثر سخونة من الآخر. عادةً ما تضع المشاعل ذات الغاز الدوار في اتجاه عقارب الساعة الجانب الساخن من القطع على الجانب الأيمن من القوس (عند النظر إليه من الأعلى في اتجاه القطع). وهذا يعني أن مهندس العملية يعمل بجد لتحسين الجانب الجيد من القطع ويفترض أن الجانب السيئ (اليسار) سيكون خردة (انظر الشكل 3).
يجب قطع الميزات الداخلية في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة، مع إجراء الجانب الساخن من البلازما قطعًا نظيفًا على الجانب الأيمن (جانب حافة الجزء). بدلاً من ذلك، يجب قطع محيط الجزء في اتجاه عقارب الساعة. إذا قطع الشعلة في الاتجاه الخاطئ، فقد يؤدي ذلك إلى إنشاء تفتق كبير في ملف تعريف القطع وزيادة الخبث على حافة الجزء. في الأساس، فأنت تضع "قطعًا جيدة" على الخردة.
لاحظ أن معظم طاولات قطع لوحة البلازما تحتوي على ذكاء عملية مدمج في وحدة التحكم فيما يتعلق باتجاه قطع القوس. ولكن في مجال الروبوتات، هذه التفاصيل ليست معروفة أو مفهومة بالضرورة، ولم يتم تضمينها بعد في وحدة تحكم الروبوت النموذجية - لذلك من المهم أن يكون لديك برنامج برمجة روبوت غير متصل بالإنترنت مع معرفة عملية البلازما المضمنة.
حركة الشعلة المستخدمة في ثقب المعدن لها تأثير مباشر على المواد الاستهلاكية المستخدمة في قطع البلازما. إذا اخترقت الشعلة البلازمية الورقة عند ارتفاع القطع (قريبًا جدًا من قطعة العمل)، فإن ارتداد المعدن المنصهر يمكن أن يتسبب في إتلاف الدرع والفوهة بسرعة. ويؤدي هذا إلى جودة قطع رديئة وانخفاض عمر المواد الاستهلاكية.
مرة أخرى، نادرًا ما يحدث هذا في تطبيقات قطع الصفائح المعدنية باستخدام رافعة جسرية، حيث أن الدرجة العالية من الخبرة في استخدام الشعلة مدمجة بالفعل في وحدة التحكم. يضغط المشغل على زر لبدء تسلسل الثقب، والذي يبدأ سلسلة من الأحداث لضمان ارتفاع الثقب المناسب.
أولاً، يقوم الشعلة بإجراء استشعار الارتفاع، وعادةً ما يستخدم إشارة أومية للكشف عن سطح قطعة العمل. بعد وضع اللوحة، يتم سحب الشعلة من اللوحة إلى ارتفاع النقل، وهي المسافة المثلى لنقل قوس البلازما إلى قطعة العمل. بمجرد نقل قوس البلازما، يمكن أن يسخن تمامًا. في هذه المرحلة، تتحرك الشعلة إلى ارتفاع الثقب، وهي مسافة أكثر أمانًا من قطعة العمل وأبعد عن نفخ المادة المنصهرة. تحافظ الشعلة على هذه المسافة حتى يخترق قوس البلازما اللوحة تمامًا. بعد اكتمال تأخير الثقب، تتحرك الشعلة لأسفل نحو اللوحة المعدنية وتبدأ حركة القطع (انظر الشكل 4).
مرة أخرى، يتم عادةً دمج كل هذا الذكاء في وحدة التحكم بالبلازما المستخدمة لقطع الصفائح، وليس وحدة التحكم الروبوتية. كما أن القطع الروبوتي له طبقة أخرى من التعقيد. إن الثقب على الارتفاع الخاطئ أمر سيئ بدرجة كافية، ولكن عند قطع الأشكال متعددة المحاور، قد لا يكون الشعلة في أفضل اتجاه لقطعة العمل وسمك المادة. إذا لم يكن الشعلة عموديًا على السطح المعدني الذي يثقبه، فسوف ينتهي به الأمر إلى قطع مقطع عرضي أكثر سمكًا من اللازم، مما يؤدي إلى إهدار عمر المواد الاستهلاكية. بالإضافة إلى ذلك، فإن ثقب قطعة العمل المحددة في الاتجاه الخاطئ يمكن أن يضع مجموعة الشعلة بالقرب من سطح قطعة العمل، مما يعرضها لرد الفعل المنصهر ويسبب فشلًا مبكرًا (انظر الشكل 5).
خذ في الاعتبار تطبيق قطع البلازما الآلي الذي يتضمن ثني رأس وعاء الضغط. على غرار قطع الصفائح، يجب وضع الشعلة الآلية بشكل عمودي على سطح المادة لضمان أرق مقطع عرضي ممكن للثقب. عندما تقترب الشعلة البلازمية من قطعة العمل، فإنها تستخدم استشعار الارتفاع حتى تجد سطح الوعاء، ثم تتراجع على طول محور الشعلة لنقل الارتفاع. بعد نقل القوس، يتم سحب الشعلة مرة أخرى على طول محور الشعلة لثقب الارتفاع، بعيدًا عن النفخ الخلفي بأمان (انظر الشكل 6).
بمجرد انتهاء فترة تأخير الثقب، يتم خفض الشعلة إلى ارتفاع القطع. عند معالجة الخطوط العريضة، يتم تدوير الشعلة إلى اتجاه القطع المطلوب في وقت واحد أو على خطوات. في هذه المرحلة، تبدأ عملية القطع.
تُسمى الروبوتات بالأنظمة شديدة التحديد. ومع ذلك، لديها طرق متعددة للوصول إلى نفس النقطة. وهذا يعني أن أي شخص يعلم روبوتًا كيفية التحرك، أو أي شخص آخر، يجب أن يكون لديه مستوى معين من الخبرة، سواء في فهم حركة الروبوت أو متطلبات تشغيل القطع بالبلازما.
على الرغم من تطور المعلقات التعليمية، إلا أن بعض المهام ليست مناسبة بطبيعتها لبرمجة المعلقات التعليمية - وخاصة المهام التي تنطوي على عدد كبير من الأجزاء المختلطة منخفضة الحجم. لا تنتج الروبوتات عندما يتم تعليمها، ويمكن أن يستغرق التدريس نفسه ساعات، أو حتى أيامًا للأجزاء المعقدة.
سيتم تضمين هذه الخبرة في برامج برمجة الروبوت غير المتصلة بالإنترنت والمصممة بوحدات القطع بالبلازما (انظر الشكل 7). ويشمل ذلك اتجاه قطع غاز البلازما، واستشعار الارتفاع الأولي، وتسلسل الثقب، وتحسين سرعة القطع لعمليات الشعلة والبلازما.
الشكل 2. المشاعل الحادة ("المدببة") مناسبة بشكل أفضل لقطع البلازما الآلي. ولكن حتى مع هندسة هذه المشاعل، من الأفضل زيادة ارتفاع القطع لتقليل فرصة الاصطدامات.
يوفر البرنامج الخبرة الروبوتية المطلوبة لبرمجة الأنظمة المفرطة التحديد. فهو يدير التفردات، أو المواقف التي لا يستطيع فيها المحرك الروبوتي النهائي (في هذه الحالة، الشعلة البلازمية) الوصول إلى قطعة العمل؛ وحدود المفصل؛ والسفر الزائد؛ وانقلاب المعصم؛ واكتشاف الاصطدام؛ والمحاور الخارجية؛ وتحسين مسار الأداة. أولاً، يستورد المبرمج ملف CAD للجزء النهائي إلى برنامج برمجة الروبوت غير المتصل بالإنترنت، ثم يحدد الحافة التي يجب قطعها، إلى جانب نقطة الثقب والمعلمات الأخرى، مع مراعاة قيود الاصطدام والنطاق.
تستخدم بعض أحدث تكرارات برامج الروبوتات غير المتصلة بالإنترنت ما يسمى بالبرمجة غير المتصلة بالإنترنت القائمة على المهام. تسمح هذه الطريقة للمبرمجين بإنشاء مسارات القطع تلقائيًا وتحديد ملفات تعريف متعددة في وقت واحد. قد يختار المبرمج محدد مسار الحافة الذي يوضح مسار القطع واتجاهه، ثم يختار تغيير نقاط البداية والنهاية، بالإضافة إلى اتجاه وميل شعلة البلازما. تبدأ البرمجة بشكل عام (بغض النظر عن علامة الذراع الروبوتية أو نظام البلازما) وتستمر لتشمل نموذج روبوت محدد.
يمكن للمحاكاة الناتجة أن تأخذ في الاعتبار كل شيء في الخلية الروبوتية، بما في ذلك عناصر مثل حواجز الأمان، والتجهيزات، ومشاعل البلازما. ثم تأخذ في الاعتبار أي أخطاء حركية محتملة واصطدامات للمشغل، الذي يمكنه بعد ذلك تصحيح المشكلة. على سبيل المثال، قد تكشف المحاكاة عن مشكلة تصادم بين قطعين مختلفين في رأس وعاء الضغط. يقع كل شق على ارتفاع مختلف على طول محيط الرأس، لذلك يجب أن تأخذ الحركة السريعة بين الشقوق في الاعتبار الخلوص الضروري - وهي تفاصيل صغيرة، يتم حلها قبل وصول العمل إلى الأرض، مما يساعد على القضاء على الصداع والهدر.
لقد دفع النقص المستمر في العمالة والطلب المتزايد من العملاء المزيد من الشركات المصنعة إلى اللجوء إلى القطع البلازمي الآلي. ولسوء الحظ، يغوص العديد من الأشخاص في الماء فقط لاكتشاف المزيد من التعقيدات، خاصة عندما يفتقر الأشخاص الذين يدمجون الأتمتة إلى المعرفة بعملية القطع البلازمي. وهذا المسار لن يؤدي إلا إلى الإحباط.
دمج معرفة قطع البلازما منذ البداية، والأشياء تتغير. بفضل ذكاء عملية البلازما، يمكن للروبوت الدوران والتحرك حسب الحاجة لأداء عملية الثقب الأكثر كفاءة، مما يطيل عمر المواد الاستهلاكية. يقطع في الاتجاه الصحيح ويقوم بالمناورة لتجنب أي تصادم لقطعة العمل. عند اتباع هذا المسار من الأتمتة، يجني المصنعون المكافآت.
تستند هذه المقالة إلى "التطورات في القطع البلازمي الروبوتي ثلاثي الأبعاد" المقدمة في مؤتمر FABTECH لعام 2021.
FABRICATOR هي مجلة رائدة في صناعة تشكيل وتصنيع المعادن في أمريكا الشمالية. تقدم المجلة الأخبار والمقالات الفنية وحالات التاريخ التي تمكن الشركات المصنعة من القيام بوظائفها بكفاءة أكبر. تخدم FABRICATOR الصناعة منذ عام 1970.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The FABRICATOR، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبحت النسخة الرقمية من مجلة The Tube & Pipe Journal متاحة الآن بشكل كامل، مما يوفر سهولة الوصول إلى الموارد الصناعية القيمة.
استمتع بالوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة STAMPING Journal، التي توفر أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.