1

ROBOTI INDUSTRIALI UTILIZATI LA TAIERE SI PROCESE CONEXE

prezentare

2

Cuprins:

• 1.Particularitati si cerinte pentru robotii folositi la procesele de taiere

• 2.Sisteme robotizate de taiere cu flacara oxigaz

• 3.Sisteme robotizate de taiere cu plasma• 4.Sisteme robotizate de taiere cu laser• 5.Sisteme robotizate de taiere cu jet de

apa• 6.Concluzii

3

1.Particularitati si cerinte pentru robotii folositi la procesele de taiere

Numarul aplicatiilor robotizate ale proceselor de taiere este cu mult mai mic decat cel intalnit la sudare.Unul din motive este precizia deosebita ceruta robotilor in acest caz,deoarece daca la sudare baia de metal topit “repara” micile abateri de pozitionare si deplasare,la taiere orice discontinuitate de pozitionare sau inconstanta a vitezei ,acceleratiei,etc. se traduce prin neuniformitati ale suprafetei taiate.

4

5

In ultimul deceniu…

perfectionarea organelor de masini(ghidaje liniare,suruburi cu bile,reductoare armonice,etc),a motoarelor si actionarilor acestora,a traductoarelor si sistemelor de comanda au facut posibila realizarea unor RI cu performante dinamice si de precizie mare la costuri cat se poate de accesibile.

6

Astfel,

Precizii de ordinul a +/-0,2mm si chiar mai bune,in cea mai defavorabila combinatie de perturbatii,permit folosirea unor RI comuni-inclusiv la robotizarea proceselor de taiere

7

Din punct de vedere al capacitatii portante…

RI trebuie sa poarte capul de taiere si pachetul de cabluri si furtunuri al acestuia.

Sunt suficienti pentru acest scop 60-80N,tinand cont si de reactiunile dinamice.

De multe ori,prin echilibroare gresit amplasate este suportata partial greutatea furtunurilor.

Daca sunt necesare ventile de comanda/blocare/siguranta,acestea se monteaza de obicei pe o placa amplasata pe una din axele principale(2 sau3)ale robotului.

8

Sistemul de comanda al RI…

… asigura in principal deplasarea pe traiectoria de taiere prin conturare (continuous path) si pornirea/oprirea taierii.

La taierea cu plasma,aceasta inseamna conectarea/deconectarea sursei de alimentare a arcului de plasma;in cazul taierii cu oxigaz,robotul va comanda din program,dupa cum se arata in figura2,iesiri ce actioneaza asupra unor electroventile (comanda oxigen,acetilena,metan);la taierea cu jet de apa,ventilul apei sub presiune,etc.

9

10

In urma cu cateva decenii…

…la inceputul epocii robotizarii industriale,majoritatea elementelor de structura,respectiv organe de masini se confectionau din subansambluri debitate fie mecanic,fie pe masini de taiere in coordonate.

Acesta ar putea fi un alt motiv pentru care robotii sunt mai rar utilizati la automatizarea proceselor de taiere.

In ultimii ani,aceste repere se realizeaza frecvent prin debitarea unor profile sau tuburi,adesea dupa traiectorii foarte complexe.

11

Aprecieri cu privire la gradul de mecanizare(automatizare)conform unui numar mare de unitati industriale reprezentative

12

2.Sisteme robotizate de taiere cu flacara oxigaz

Din diferite cauze,flacara utilizata la taierea oxigaz ar putea,in timpul procesului de taiere sa se stinga.In cazul taierii robotizate,in absenta operatorului uman,aceasta ar putea avea efecte periculoase datorita gazelor combustibile/explozive ce ar continua sa iasa din capul de taiere:pentru a impiedica acest lucru,in practica se utilizeaza adesea un sistem de supraveghere a arderii flacarii,ca de exemplu:

• o fotocelula care sesizeaza absenta radiatiei luminoase a flacarii;• un traductor de ionizare al gazului fierbinte din apropierea jetului de

taiere;• o camera video de supraveghere a procesului,etc.

13

Semnalele de la aceste traductoare…

…comanda blocarea admisiei gazelor si oprirea robotului pe traiectorie.

Robotii industriali moderni permit ca dupa remedierea cauzei stingerii si reaprinderea flacarii de taiere,procesul sa poata fi reluat din locul opririi.

Programul specializat de elaborare a subrutinelor de taiere va genera si va trimite direct in sistemul de comanda al robotului codul obiect al programului de debitare.

14

15

16

Premizele si efectele procesului de taiere cu oxigaz

Un proces continuu de taiere oxigaz poate sa se produca in bune conditii numai daca:

Muchia superioara a taieturii se afla in permanenta la temperatura de aprindere;

Exista in permanenta o cantitate suficient de mare de atomi din substantele reactivante(oxigen si fier);

Caldura de reactie este suficienta pentru a produce lichefierea produsilor de reactie;

Energia cinetica a jetului de oxigen este suficient de mare pentru a produce purjarea(indepartarea) filmului de material topit

17

3.Sisteme robotizate de taiere cu plasma

Datorita numeroaselor avantaje tehnico-economice ,in ultimul timp se constata tendinta de inlocuire a flacarii oxigaz cu arcul de plasma.

Atat comanda mediilor plasmagene si de protectie,controlul energiei arcului de taiere,precum si sesizarea arderii acestuia se pot face mult mai usor decat la sistemele oxigaz,pe cale electrica.

18

19

20

Ca si in cazul taierii pe masini automate,piesele pot fi asezate pe mese de taiere,prevazute cu cuie conice sau

role ;in cazul taierii robotizate apare posibilitatea suplimentara de a pune piesele pe o masa de pozitionare

cu 1-3 grade de mobilitate,ca in figura 6,prezentata mai sus,ceea ce permite sanfrenari oricat de complexe.

In cazul reperelor de mari dimensiuni,robotii obisnuiti (antropomorfi) se deplaseaza cu ajutorul unui sistem

cartezian de baza,avand 1-3 anexe,obtinandu-se in mod curent volume de lucru de 10*4*2.5 m cubi;un astfel de sistem este infatisat in figura 7,iar cateva dintre reperele

debitate pe el in figura 8.

21

22

23

Capetele pentru taierea robotizata cu arc de plasma pot fi cilindrice sau pot avea forma din figura 9,care permite abordarea cu diverse unghiuri crestabile a operatiilor de debitare/sanfrenare:prinderea capului pe axa finala a robotului se poate face pe portiunea verticala(ca in fig) sau pe

portiunea adiacenta inclinata.Fig9.Cap tipic pentru taierea robotizata cu arc de plasma

24

Taierea cu plasma si oxigen

Procedeul de taiere cu plasma si oxigen,dezvoltat in ultimele decenii prezinta anumite particularitati.Arcul de plasma se prezinta sub forma unui fascicol bine legat,pune la dispozitie o cantitate mare de energie termica si este capabil astfel sa topeasca materialul pe toata grosimea taieturii.In plus,jetul fierbinte,avand temperaturi intre 4000 – 20000 grade K,poseda o energie cinetica mare,care usureaza indepartarea materialului topit.

Oxigenul patrunde prin jetul de plasma si se incalzeste in asa masura,incat moleculele sale sunt disociate si trec intr-o stare ionizata,in care conductibilitatea electrica este considerabila. In aceste conditii,reactivitatea oxigenului se diminueaza odata cu cresterea temperaturii.Ca urmare,la taierea cu plasma si oxigen nu se indeplineste conditia a doua din cele 4 prezentate in premizele si efectele procesului de taiere cu oxigen.

25

Se poate demonstra chiar si prin calcul ca,deasupra temperaturii de 4500 grade C,reactia dintre fierul continut in metalul de baza si oxigen nu mai este posibila.Acest lucru inseamna ca in imediata apropiere a frontului de taiere fierul nu este oxidat.Taierea cu plasma si oxigen

este,in consecinta,un procedeu de taiere prin topire. Orice arc de plasma are de-a lungul diametrului sau o

repartitie caracteristica a temperaturii.Miezul arcului-extrem de fierbinte-este inconjurat de o teaca de gaz(oxigen),relativ rece.Din

acest motiv,aceasta manta poate produce o oarecare oxidare a suprafetei de taiere.Cercetarii analitice si metalurgice,precum si

masuratori ale duritatii au confirmat ca modificarile produs ede oxigen pe muchiile taieturilor sunt mai mici la procedeul de taiere cu plasma decat la procedeul autogen de taiere,dupa cum se arata in figura 10.

26

27

4.Sisteme robotizate de taiere cu laser

Un procedeu care a capatat o extindere tot mai mare in ultimele decenii,taierea cu laser incepe sa fie aplicata in anii ’70,la inceput indeosebi in domeniile speciale(aeronautica,tehnica militara).

28

29

Avantajul principal al acestui procedeu consta in densitatea ridicata de energie,care permite realizarea unor viteze mari de taiere in conditiile unor pierderi reduse de energie

in marginile taieturii.In figura 12 sunt prezentate comparativ densitatea de energie a laserului,arcului electric si a fascicolului de

electroni.

30

31

Actualmente,laserul se utilizeaza atat la debitarea metalelor,indeosebi unde cerintele de precizie sunt ridicate,cat si ale metalelor(mase

plastice diverse,materiale compozite,textile,piele,cartonaje,palcaj,etc).Nu intotdeauna acest procedeu este neaparat mai bun decat cele mai

clasice:in mod destul de surprinzator,la table subtiri,cele mai mari tensiuni de intindere/comprimare au fost determinate in tablele debitate

cu laser ,pe cand cele mai reduse s-au inregistrat in cazul microplasmei.

Pe langa taierea propriu-zisa,echipamente asemanatoare compuse dintr-un robot si o instalatie laser se folosesc actualmente la curatirea suprafetelor metalice,marcare sau perforare.De exemplu,compania

americana DATRONIX a pus la punct un sistem de perforare cu fascicol laser al circuitelor imprimate.

Echipamentul,dezvoltat la finele anilor ’90,poate perfora pana la 1000 de orificii pe secunda,in textolit stratificat armat cu fibre de sticla,avand

6 straturi de cablaj din cupru.

32

33

Se remarca din figura prezenta ca lungimile de unda ale celor doua surse laser analizate sunt in infrarosul

apropiat(755 nm) pentru alexandrit,respectiv domeniul mijlociu al radiatiei infrarosii(10-60 nm) in cazul laserului

Nd:YAG.Parametrii principali ai laserului cu alexandrit sunt:-energia impulsurilor:5-14 J/impuls;

-puterea medie:10-100 J ;-durata impulsurilor:0,1-10 ms;

- frecventa impulsurilor: 1-20 Hz;Constituind o sursa de energie pura,perfect controlabila de pana la 5…6 kW,atat laserul cu dioxid de carbon cat si cel

cu Nd:YAG continua sa fie aplicate pe scara larga la taierea materialelor,obtinandu-se taieturi acurate,calitative

si repetitive intr-un domeniu larg de grosimi.

34

Fata de metodele clasice de taiere,laserul permite si decupari pe piesele deja uzinate final,fara a produce distorsiuni termice.In ultimii

ani,laserul a devenit o unealta tehnologica uzuala,inlocuind de exemplu ponsoanele pentru decupare mecanica.

Posibilitatea de a taia piese tridimensionale complexe in conditii de mare precizie,cu zone minimale afectate termic,a contribuit la o

crestere substantiala a aplicarii laserelor-atat cel cu dioxid de carbon cat si cele solide la aceste procese.

La puteri mici,laserul este fixat direct pe ultimul grad de mobilitate la robotului,pe cand in cazul puterilor mari fascicolul

de lumina coerenta este condus prin tubulaturi adecvate.De asemenea,exista producatori de sisteme manuale pentru taiere cu

laser,ca si cel prezentat in figura 14.Tubulaturile folosite pot fi rigide,in cazul puterilor mari (peste 2…3 kW),compuse din mai multe segmente articulate,prevazute cu oglinzi in nodurile articulatiilor.Datorita energiilor mari vehiculate la nivelul suprafetelor acestor oglinzi,ele sunt racite cu

lichid,in circulatie fortata.

35

36

5.Sisteme robotizate de taiere cu jet de apa

37

38

Debitarea cu jet de apa sub presiune reprezinta o tehnologie care se impune tot mai mult,in special

la debitarea materialelor neferoase.Pentru materialele uzuale se folosesc instalatii

care ridica presiunea apei la 2-4000 bar,realizate pe baza unor pompe cu dublu efect.

In circuitul primar,o pompa hidraulica furnizeaza ulei la o presiune de 180…200 bar,care ataca

primarul amplificatorului hidraulic (P in figura 16).In secundar apa este comprimata de catre pistonul

S,presiunea rezultata fiind dedusa in egalitatea:P1*S1=p2*S2,in consecinta

P2=S1/S2*p1.

39

40

Utilizand apa pura,dedurizata,se pot taia metale cu grosimea pana la 5…8mm.Pentru grosimi mai mari

se introduc lateral in jetul de apa sub presiune pulberi minerale (carindon sau mai ales granat)

care exercita un efect abraziv puternic si fac posibila taierea unor grosimi de pana la 25…

30mm.

41

Concluzii

In ultimul deceniu,perfectionarea organelor de masini (ghidaje liniare,suruburi cu bile,reductoare armonice,etc),a motoarelor si actionarilor acestora,a traductoarelor si sistemelor de comanda au facut posibila realizarea unor RI cu performante dinamice si de precizie mari la costuri cat se poate de accesibile.Deoarece simultan a crescut cererea industriei pentru debitarea rapida si precisa a unor repere complexe,cu structura spatiala,din aliaje si materiale dificil de prelucrat clasic,asistam in prezent la o extindere a robotizarii proceselor de taiere,ca alternativa la masinile de taiere in coordonate ,scumpe si avand posibilitati mult mai restranse.

42

43

Bibliografie

“Robotii industriali utilizati la taiere si procese conexe”-Nicolae Joni,Iacob Trif

44

DICTIONAR

• Echilibror=dispozitiv cu ajutorul caruia se echilibreaza tevile tunurilor,cu care se mentine echilibrul

• ventil= Piesă care serveşte ca organ de închidere a unei supape.

• Armonica= Vibraţie care însoţeşte vibraţia fundamentală de acelaşi tip şi care se produce cu o frecvenţă egală cu un multiplu întreg al frecvenţei vibraţiei fundamentale.

• Sanfrena=a executa manual sau cu ajutorul unei masini ,o fateta oblica la extremitatea unei gauri cilindrice sa la marginea unei suprafete plane ,a unei piese,pentru a inlatura muchiile ascutite; A tăia oblic muchiile pieselor de metal pentru a fi sudate

• Capacitate portanta= Incarcare maxima suportata de catre un element, substructura sau structura; Termenul trebuie folosit cu precautie si in stricta corelatie cu rolul elementului sau substructurii in interiorul structurii, motivul fiind legat de tipologia (cazul) de incarcare, capacitatea portanta si tipul incarcarii fiind notiuni nedisociabile.

45

Taierea cu jet de plasma: La taierea cu jet de plasma, datorita concentratiei mari de energie intr-un spatiu restrans, se pot atinge temperaturi foarte inalte sub un puternic

efect de suflu. Materialul piesei este incalzit pana la topirea unui strat, dupa care se sufla din taietura cu jetul de plasma. La grosimi ale pieselor mai mari de 10 mm, jetul de

plasma este inlocuit de un arc de plasma (caldura degajata in sectiunea taieturii este mai mare).

Jetul de plasma este utilizat din ce in ce mai mult la taierea otelurilor bogat aliate, a metalelor neferoase si chiar a materialelor nemetalice. Se pot utiliza drept gaze

plasmogene: argon, azot, hidrogen, heliu. Folosindu-se generatoare de plasma cu puteri instalate de pana la 150 kW se pot taia materiale care, in cazul otelurilor, ajung pana la

120 mm grosime, iar pentru aluminiu pana la 125 mm.

46

TEXTOLIT=material electroizolant constând din straturi de ţesături îmbibate cu răsini sintetice

DIUZA=1. de curent: bucata metalica responsabila cu transferul de energie electrica asupra electrodului.

2. de gaz: invelis metalic sau ceramic (la TIG)responsabil cu directionarea gazului protector.

CORINDÓN= Oxid natural de aluminiu, foarte dur, divers colorat, de obicei în nuanţe de albastru şi galben, ale cărui varietăţi transparente sunt folosite ca pietre preţioase, iar altele, cu aspect de mase granuloase, sunt folosite ca

abraziv pentru şlefuire.NEODIM=element chimic din grupa lantanidelor

47

Nd:YAG

Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet; Nd:Y3Al5O12) =definitia completa se gaseste aici:

http://en.wikipedia.org/wiki/Nd-YAG_laser