Pemotongan plasma robotik terintegrasi memerlukan lebih dari sekadar obor yang terpasang di ujung lengan robotik. Pengetahuan tentang proses pemotongan plasma adalah kuncinya.harta karun
Para perakit logam di seluruh industri – di bengkel, mesin berat, pembuatan kapal, dan baja struktural – berusaha keras untuk memenuhi harapan pengiriman yang tinggi sekaligus melampaui persyaratan kualitas. Mereka terus berupaya untuk mengurangi biaya sekaligus mengatasi masalah yang selalu ada dalam mempertahankan tenaga kerja terampil. Bisnis bukanlah hal yang mudah.
Banyak dari masalah ini dapat ditelusuri kembali ke proses manual yang masih lazim dalam industri, terutama saat memproduksi produk dengan bentuk rumit seperti tutup wadah industri, komponen baja struktural melengkung, serta pipa dan tabung. Banyak pabrikan mengalokasikan 25 hingga 50 persen waktu pemesinan mereka untuk penandaan manual, kontrol kualitas, dan konversi, padahal waktu pemotongan sebenarnya (biasanya dengan pemotong oxyfuel atau plasma genggam) hanya 10 hingga 20 persen.
Selain waktu yang terbuang untuk proses manual tersebut, banyak dari pemotongan ini dilakukan di sekitar lokasi fitur, dimensi atau toleransi yang salah, sehingga memerlukan operasi sekunder yang besar seperti penggilingan dan pengerjaan ulang, atau lebih buruk lagi, Material yang perlu dibuang. Banyak toko mengalokasikan sebanyak 40% dari total waktu pemrosesan mereka untuk pekerjaan dan pemborosan bernilai rendah ini.
Semua ini telah mengarah pada dorongan industri ke arah otomatisasi. Sebuah bengkel yang mengotomatiskan operasi pemotongan obor manual untuk komponen multi-sumbu yang rumit menerapkan sel pemotongan plasma robotik dan, tidak mengherankan, mengalami kemajuan yang besar. Operasi ini menghilangkan tata letak manual, dan pekerjaan yang biasanya memerlukan 5 orang selama 6 jam kini dapat diselesaikan hanya dalam 18 menit dengan menggunakan robot.
Meskipun manfaatnya jelas, penerapan pemotongan plasma robotik memerlukan lebih dari sekadar pembelian robot dan obor plasma. Jika Anda mempertimbangkan pemotongan plasma robotik, pastikan untuk mengambil pendekatan holistik dan melihat seluruh aliran nilai. Selain itu, bekerjalah dengan integrator sistem terlatih pabrikan yang mengerti dan memahami teknologi plasma serta komponen dan proses sistem yang diperlukan untuk memastikan semua persyaratan terintegrasi ke dalam desain baterai.
Pertimbangkan juga perangkat lunaknya, yang boleh dibilang merupakan salah satu komponen terpenting dari setiap sistem pemotongan plasma robotik. Jika Anda telah berinvestasi dalam suatu sistem dan perangkat lunaknya sulit digunakan, memerlukan banyak keahlian untuk menjalankannya, atau Anda merasa butuh banyak waktu untuk mengadaptasi robot ke pemotongan plasma dan mengajarkan alur pemotongan, Anda hanya membuang-buang banyak uang.
Meskipun perangkat lunak simulasi robotik sudah umum, sel pemotongan plasma robotik yang efektif memanfaatkan perangkat lunak pemrograman robotik luring yang secara otomatis akan melakukan pemrograman lintasan robot, mengidentifikasi dan mengompensasi tabrakan, serta mengintegrasikan pengetahuan proses pemotongan plasma. Menggabungkan pengetahuan proses plasma yang mendalam adalah kuncinya. Dengan perangkat lunak seperti ini, mengotomatiskan bahkan aplikasi pemotongan plasma robotik yang paling rumit pun menjadi jauh lebih mudah.
Pemotongan plasma pada bentuk multi-sumbu yang kompleks memerlukan geometri obor yang unik. Terapkan geometri obor yang digunakan dalam aplikasi XY yang umum (lihat Gambar 1) ke bentuk yang kompleks, seperti kepala bejana tekan yang melengkung, dan Anda akan meningkatkan kemungkinan terjadinya tabrakan. Karena alasan ini, obor bersudut tajam (dengan desain "runcing") lebih cocok untuk pemotongan bentuk robotik.
Semua jenis tabrakan tidak dapat dihindari hanya dengan senter bersudut tajam. Program bagian juga harus berisi perubahan pada ketinggian pemotongan (yaitu ujung obor harus memiliki jarak bebas ke benda kerja) untuk menghindari tabrakan (lihat Gambar 2).
Selama proses pemotongan, gas plasma mengalir menuruni badan obor dalam arah pusaran ke ujung obor. Tindakan rotasi ini memungkinkan gaya sentrifugal untuk menarik partikel berat keluar dari kolom gas ke pinggiran lubang nosel dan melindungi rakitan obor dari aliran elektron panas. Suhu plasma mendekati 20.000 derajat Celsius, sedangkan bagian tembaga obor meleleh pada 1.100 derajat Celsius. Bahan habis pakai memerlukan perlindungan, dan lapisan isolasi partikel berat memberikan perlindungan.
Gambar 1. Badan obor standar didesain untuk pemotongan lembaran logam. Penggunaan obor yang sama dalam aplikasi multi-sumbu meningkatkan kemungkinan terjadinya tabrakan dengan benda kerja.
Pusaran tersebut membuat satu sisi potongan lebih panas daripada sisi lainnya. Obor dengan gas yang berputar searah jarum jam biasanya menempatkan sisi panas potongan pada sisi kanan busur (jika dilihat dari atas ke arah potongan). Ini berarti bahwa insinyur proses bekerja keras untuk mengoptimalkan sisi potongan yang baik dan berasumsi bahwa sisi yang buruk (kiri) akan menjadi sisa (lihat Gambar 3).
Fitur internal perlu dipotong berlawanan arah jarum jam, dengan sisi panas plasma membuat potongan bersih di sisi kanan (sisi tepi komponen). Sebaliknya, keliling komponen perlu dipotong searah jarum jam. Jika obor memotong ke arah yang salah, hal itu dapat menciptakan lancip besar pada profil potongan dan meningkatkan kerak di tepi komponen. Intinya, Anda memberikan "potongan yang bagus" pada sisa-sisa.
Perlu dicatat bahwa sebagian besar meja pemotongan panel plasma memiliki kecerdasan proses yang tertanam dalam pengontrol terkait arah pemotongan busur. Namun dalam bidang robotika, detail ini belum tentu diketahui atau dipahami, dan belum tertanam dalam pengontrol robot pada umumnya – jadi penting untuk memiliki perangkat lunak pemrograman robot offline dengan pengetahuan tentang proses plasma tertanam.
Gerakan obor yang digunakan untuk menembus logam memiliki efek langsung pada bahan habis pakai pemotongan plasma. Jika obor plasma menembus lembaran pada ketinggian pemotongan (terlalu dekat dengan benda kerja), hentakan logam cair dapat dengan cepat merusak pelindung dan nosel. Hal ini mengakibatkan kualitas pemotongan yang buruk dan berkurangnya masa pakai bahan habis pakai.
Sekali lagi, hal ini jarang terjadi pada aplikasi pemotongan lembaran logam dengan gantry, karena keahlian obor tingkat tinggi sudah terpasang di pengontrol. Operator menekan tombol untuk memulai urutan penusukan, yang memulai serangkaian kejadian untuk memastikan ketinggian penusukan yang tepat.
Pertama, obor melakukan prosedur penginderaan ketinggian, biasanya menggunakan sinyal ohmik untuk mendeteksi permukaan benda kerja. Setelah memposisikan pelat, obor ditarik dari pelat ke ketinggian transfer, yang merupakan jarak optimal bagi busur plasma untuk ditransfer ke benda kerja. Setelah busur plasma ditransfer, ia dapat memanas sepenuhnya. Pada titik ini obor bergerak ke ketinggian tusukan, yang merupakan jarak yang lebih aman dari benda kerja dan lebih jauh dari blowback material cair. Obor mempertahankan jarak ini sampai busur plasma sepenuhnya menembus pelat. Setelah penundaan tusukan selesai, obor bergerak turun ke arah pelat logam dan memulai gerakan pemotongan (lihat Gambar 4).
Sekali lagi, semua kecerdasan ini biasanya dibangun ke dalam pengontrol plasma yang digunakan untuk pemotongan lembaran, bukan pengontrol robot. Pemotongan robot juga memiliki lapisan kompleksitas lain. Menusuk pada ketinggian yang salah sudah cukup buruk, tetapi saat memotong bentuk multi-sumbu, obor mungkin tidak berada pada arah terbaik untuk benda kerja dan ketebalan material. Jika obor tidak tegak lurus dengan permukaan logam yang ditusuknya, ia akan memotong penampang yang lebih tebal dari yang diperlukan, sehingga membuang-buang masa pakai bahan habis pakai. Selain itu, menusuk benda kerja yang berkontur ke arah yang salah dapat menempatkan rakitan obor terlalu dekat dengan permukaan benda kerja, sehingga benda tersebut terkena blowback lelehan dan menyebabkan kegagalan dini (lihat Gambar 5).
Pertimbangkan aplikasi pemotongan plasma robotik yang melibatkan pembengkokan kepala bejana tekan. Mirip dengan pemotongan lembaran, obor robotik harus ditempatkan tegak lurus dengan permukaan material untuk memastikan penampang setipis mungkin untuk perforasi. Saat obor plasma mendekati benda kerja, ia menggunakan penginderaan ketinggian hingga menemukan permukaan bejana, lalu menarik kembali sepanjang sumbu obor untuk mentransfer ketinggian. Setelah busur ditransfer, obor ditarik kembali sepanjang sumbu obor untuk menembus ketinggian, aman dari blowback (lihat Gambar 6).
Setelah penundaan tusuk berakhir, obor diturunkan ke ketinggian pemotongan. Saat memproses kontur, obor diputar ke arah pemotongan yang diinginkan secara bersamaan atau bertahap. Pada titik ini, urutan pemotongan dimulai.
Robot disebut sistem yang ditentukan secara berlebihan. Artinya, ada banyak cara yang bisa ditempuh untuk mencapai titik yang sama. Ini berarti bahwa siapa pun yang mengajarkan robot untuk bergerak, atau siapa pun lainnya, harus memiliki tingkat keahlian tertentu, baik dalam memahami gerakan robot atau persyaratan permesinan pemotongan plasma.
Meskipun liontin pengajaran telah berevolusi, beberapa tugas pada dasarnya tidak cocok untuk pemrograman liontin pengajaran—terutama tugas yang melibatkan sejumlah besar komponen campuran bervolume rendah. Robot tidak berproduksi saat mereka diajarkan, dan pengajaran itu sendiri dapat memakan waktu berjam-jam, atau bahkan berhari-hari untuk komponen yang rumit.
Perangkat lunak pemrograman robot offline yang dirancang dengan modul pemotongan plasma akan menanamkan keahlian ini (lihat Gambar 7). Ini termasuk arah pemotongan gas plasma, penginderaan ketinggian awal, urutan tusukan, dan pengoptimalan kecepatan pemotongan untuk proses obor dan plasma.
Gambar 2. Obor tajam (“runcing”) lebih cocok untuk pemotongan plasma robotik. Namun, bahkan dengan geometri obor ini, sebaiknya tingkatkan tinggi pemotongan untuk meminimalkan kemungkinan terjadinya tabrakan.
Piranti lunak tersebut menyediakan keahlian robotika yang diperlukan untuk memprogram sistem yang ditentukan secara berlebihan. Piranti lunak tersebut mengatur singularitas, atau situasi saat pengendali akhir robot (dalam kasus ini, obor plasma) tidak dapat mencapai benda kerja, batasan sambungan, perjalanan berlebih, tergulingnya pergelangan tangan, deteksi tabrakan, sumbu eksternal, dan pengoptimalan lintasan alat. Pertama, pemrogram mengimpor berkas CAD dari komponen yang telah selesai ke dalam piranti lunak pemrograman robot luring, lalu menentukan tepi yang akan dipotong, beserta titik tusuk dan parameter lain, dengan mempertimbangkan kendala tabrakan dan jangkauan.
Beberapa iterasi terkini perangkat lunak robotika offline menggunakan apa yang disebut pemrograman offline berbasis tugas. Metode ini memungkinkan programmer untuk secara otomatis membuat lintasan pemotongan dan memilih beberapa profil sekaligus. Programmer dapat memilih pemilih lintasan tepi yang menunjukkan lintasan dan arah pemotongan, lalu memilih untuk mengubah titik awal dan akhir, serta arah dan kemiringan obor plasma. Pemrograman umumnya dimulai (terlepas dari merek lengan robot atau sistem plasma) dan berlanjut hingga mencakup model robot tertentu.
Simulasi yang dihasilkan dapat memperhitungkan semua hal dalam sel robotik, termasuk elemen-elemen seperti pembatas keselamatan, perlengkapan, dan obor plasma. Simulasi kemudian memperhitungkan potensi kesalahan kinematik dan tabrakan bagi operator, yang kemudian dapat memperbaiki masalah tersebut. Misalnya, simulasi mungkin mengungkap masalah tabrakan antara dua potongan berbeda di kepala bejana tekan. Setiap potongan berada pada ketinggian yang berbeda di sepanjang kontur kepala, sehingga gerakan cepat di antara potongan harus memperhitungkan jarak bebas yang diperlukan—detail kecil, yang diselesaikan sebelum pekerjaan mencapai lantai, yang membantu menghilangkan sakit kepala dan pemborosan.
Kekurangan tenaga kerja yang terus-menerus dan meningkatnya permintaan pelanggan telah mendorong lebih banyak produsen untuk beralih ke pemotongan plasma robotik. Sayangnya, banyak orang terjun ke dalam air hanya untuk menemukan lebih banyak komplikasi, terutama ketika orang yang mengintegrasikan otomatisasi kurang memiliki pengetahuan tentang proses pemotongan plasma. Jalan ini hanya akan mengarah pada frustrasi.
Integrasikan pengetahuan pemotongan plasma sejak awal, dan segalanya akan berubah. Dengan kecerdasan proses plasma, robot dapat berputar dan bergerak sesuai kebutuhan untuk melakukan pemotongan paling efisien, sehingga memperpanjang umur bahan habis pakai. Robot memotong ke arah yang benar dan bermanuver untuk menghindari tabrakan benda kerja. Saat mengikuti jalur otomatisasi ini, produsen menuai hasilnya.
Artikel ini berdasarkan pada “Kemajuan dalam Pemotongan Plasma Robotik 3D” yang dipresentasikan pada konferensi FABTECH 2021.
FABRICATOR adalah majalah industri pembentukan dan fabrikasi logam terkemuka di Amerika Utara. Majalah ini menyediakan berita, artikel teknis, dan riwayat kasus yang memungkinkan produsen melakukan pekerjaan mereka dengan lebih efisien. FABRICATOR telah melayani industri ini sejak tahun 1970.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The FABRICATOR, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal sekarang sepenuhnya dapat diakses, menyediakan akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Nikmati akses penuh ke edisi digital STAMPING Journal, yang menyediakan kemajuan teknologi terkini, praktik terbaik, dan berita industri untuk pasar stamping logam.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The Fabricator en Español, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Waktu posting: 25-Mei-2022
