CERC STIINTIFIC

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

INGINERIA SI MANAGEMENTUL SISTEMELOR TEHNOLOGICE

IMPLEMENTAREA ROBOTILOR INDUSTRIALI IN DOMENIUL TAIERII

IMPLEMENTAREA ROBOTILOR INDUSTRIALI IN DOMENIUL TAIERII

IMPLEMENTAREA ROBOTILOR

INDUSTRIALI IN DOMENIUL TAIERII

Studenti: Profesori Coordonatori:

Badea Alexandru Ocnarescu Constantin

Stanciu Silvia Ungureanu Liviu

Vasile Alexandra

Nechita George

Voicea Ramona

Facultatea: IMST

Grupa: 622 CB

CUPRINS

I. INTRODUCERE..3

II. SISTEME ROBOTIZATE DE TAIERE CU FLACARA OXIGAZ............5

III. SISTEME ROBOTIZATE DE TAIERE CU PLASMA 7

IV.TAIEREA CU PLASMA SI OXIGEN.. 9

V.SISTEME ROBOTIZATE DE TAIERE CU LASER11

VI.SISTEME ROBOTIZATE DE TAIERE CU JET DE APA13

VII.CONCLUZII.15

VIII.BIBLIOGRAFIE.16

I. INTRODUCERE

Particularitati si cerinte pentru robotii folositi la procesele de taiere

Numarul aplicatiilor robotizate ale proceselor de taiere este mult mai redus decat cel intalnit la sudare.Consideram ca unul din motive este precizia deosebita ceruta robotilor in acest caz,deoarece daca la sudare baia de metal topit integreaza 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.

In ultimul deceniu,perfectionarea organelor de masini (ghidaje liniare,suruburi cu bile,reductoare armonice,etc.),a motoarelor si a actionarilor acestora,a traductoarelor si sistemelor de comanda au facut posibila realizarea unor roboti industriali cu performante dinamice si de precizie mare la costuri cat se poate de accesibile.Astfel,precizii de oridinul a 0,2 mm si chiar mai bune,in cea mai defavorabila combinatie de perturbatii permit folosirea unor roboti industriali comuni inclusiv la robotizarea proceselor de taiere.

Din punct de vedere al capacitatii portante,robotul industrial trebuie sa poarte capul de taiere si pachetul de cabluri si furtunuri al acestuia.Sunt suficienti pentru acest scop 60-80 N,tinand cont si de reactiunile dinamice.Adeseori prin echilibrare judicios amplasata 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 (axa 2 sau 3) ale robotului.

Sistemul de comanda al robotului industrial asigura in principal deplasarea pe traiectoria de taiere prin conturare si pornirea/oprirea taierii.La taierea cu plasma,aceasta inseamna conectarea/deconectarea sursei de alimentare a arcului de plasma;in cazul taierii oxigaz,robotul va comanda din program,iesiri ce actioneaza asupra unor electroventile (comanda oxigen,acetilena,metan);la taierea sub jet de apa,ventilul apei sub presiune, s.a.m.d.

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, adeseori dupa traiectorii foarte complexe.

Consideram ca aceasta va duce la extinderea aplicatiilor robotizate de taiere.De asemenea, accelerarea folosirii robotilor la taiere este favorizata de dezvoltarea sistemelor de programe specializate pentru debitare.

Intrucat datele cunoscute privind raspandirea diferitelor sisteme de taiere mecanizate, automatizate si cu atat mai putin robotizate din tara noastra sunt extrem de reduse bazate pe cunoasterea unui mare numar de unitati industriale reprezentative, atat din sectorul de stat, cat si din cel privat.

II. 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:

fotocelula care sesizeaza absenta radiatiei luminoase a flacarii

un traductor de ionizare al gazului fierbinte din apropierea jetului de taiere;

camera TV de supraveghere a procesului, etc.

Semnalele de la aceste traductoare comanda blocarea admisiei gazelor (O2, C2H2) si oprirea robotului pe traiectorie.Robotii industriali moderni permit ca dupa remedierea cauzei stingerii si reaprinderea flacarii de taiere,procesul sa poate 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.

Pana nu demult,aprecierea calitatii taieturilor se face pentru fiecare dintre cele trei procedee (oxigaz, plasma, laser) dupa norme specifice,in prezent este in curs de realizare norma EN ISO 9013,care unifica criteriile de evaluare.

Premizele si efectele procesului de taiere cu oxigaz

Un proces continuu de taiere oxigaz poate sa se produca in rostul taiat numai daca sunt indeplinite urmatoarele conditii:

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

daca exista in permanenta o cantitate suficient de mare de atomi din substante reactivante (oxigen si fier);

daca caldura de reactie este suficienta pentru a produce lichefierea produsilor de reactie;

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

Coeficienii de intensitate relativ de interaciune dintre fascicolul laser i cteva metale uzuale

III. 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.

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 posibiliatatea suplimentara de a pune piesele pe o masa de pozitionare cu 1-3 grade de mobilitate,ceea ce permite sanfrenari oricat de complexe.

In cazul reperelor de dimensiuni mari,robotii obisnuiti (antropomorfi) se deplaseaza cu ajutorul unui sistem cartezian de baza, avand 1-3 axe,obtinandu-se in mod curent volume de lucru de 1042,5 m3

Capetele moderne de taiere sunt prevazute cu diuze din aliaje dure de cupru, racite cu apa si electrozi de zirconiu (hafniu in cazul taierii cu azot sau oxigen). Uzura acestora este redusa:o pereche eletrod/diuza asigura taierea a pana la 100.120 metri de taietura in tabla de 10mm.

Instalatia ITP-55arein componenta ei:

-generatorul de plasma 1,respectiv partea instalatiei prin intermediul careia se produce jetul de plasma,format in principal din electrodul de wolfram de 6 mm diametru,diuza de cupru,lentilele de focalizare,circuitele de curent,comanda si racire.Se fabrica in doua variante (manual si mecanizat) pentru o putere de 55 kW,foloseste ca gaze plasmagene N2,Ar sau N2+Ar,putand taia grosimi maxime de 60 mm pentru otel inoxidabil,40 mm pentru cupru sau aluminiu

-instalatia de racire cu apa, care asigura racirea generatorului de plasma

-sursa de curent 2 - redresorul RTP-350

-pupitrul de comanda 3,contine aparatura si circuitele electrice de comanda,circuitele de racire si de curent,asigura alimentarea generatorului de plasma cu energia electrica apa de racire, gaz plasmagen, amorseaza jetul de plasma, regleaza si comanda automat parametri impusi de taiere, porneste, opreste si varuiaza continuu turatia motorului caruciorului;

-dispozitivul de antrenare 4 al generatorului de plasma prevazut cu cai de rulare, motor si reductor de antrenare, realizeaza deplasarea generatorului de plasma cu viteza de taiere, reglabila continuu in limitele 4-24; 24-240 cm/min (2 trepte de turatie).

IV.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 fascicul bine legat,pune la dispozitie o mare cantitate de energie termica si este capabil astfel sa topeasca materialul pe toata grosimea taieturii.In plus,jetul fierbinte,avand temperaturi intre 4000 si 20000K,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 o data cu cresterea temperaturii. Se poate demonstra chiar si prin calcul ca,deasupra temperaturii de 4500C,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 (O2),relativ rece. Din acest motiv,aceasta manta poate produce o oarecare oxidare a suprafetei de taiere.Cercetari analitice si metalurgice precum si masuratori ale duritatii au confirmat ca modificarile produse de oxigen pe muchiile taieturilor sunt mai mici la procedeul de taiere cu plasma decat la procedeul autogen de taiere.

Se pot aduce mai multe argumente in favoarea folosirii oxigenului la taierea cu plasma.Oxigenul are o serie de proprietati care il fac sa se preteze pentru un gaz de plasma:caldura specifica (entalpie) si conductibilitate calorica,ambele mari.

(a )b )Modificrile muchiei tieturii la procedeul de tiere cu laser i oxigen ( a ) i modificrile muchiei tieturii la procedeul de tiere cu plasm i oxigen ( b )) Prin influenta sa asupra metalului topit,oxigenul face ca baia topita sa fie mai fluida,ceea ce favorizeaza procesul de degazare a topiturii.De asemenea,in cazul oxigenului se pot evita acumularile compusilor de azot pe suprafetele taiate,ceea ce este inevitabil la folosirea gazelor de plasma care contin azot (ca de exemplu aerul).

V.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).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.

Actualmente, laserul se utilizeaza atat la debitarea metalelor,indeosebi unde cerintele de precizie sunt ridicate,cat si a nemetalelor (mase plastice diverse, materiale compozite,textile,piele,cartonaje,placaj,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 folosirii 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 fascicul 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 sase straturi de cablaj din cupru.

Fata de modelele clasice de taiere, laserul permite si decupari pe piesele deja uzinate final,fara a produce distrorsiuni termice. In ultimii ani, laserul a devenit o unealta tehnologica uzuala,inlocuind de exemplu poansoanele 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 CO2 cat si cele solide la aceste procese.

La puteri mici laserul este fixat direct pe ultimul grad de mobilitate al robotului,pe cand in cazul puterilor mari fascicolul de luminca coerenta este condus prin tubulaturi adecvate. De asemenea, exista producatori de sisteme manuale de taiere cu laser.Tubulaturile folosite pot fi rigide,in cazul puterilor mari (peste 23 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 fortat.

VI.SISTEME ROBOTIZATE DE TAIERE

CU JET DE APA

Debitarea cu un 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 2000-4000 bari,realizate pe baza unor pompe cu dublu efect.

In circuitul primar,o pompa hidraulica furnizeaza ulei la o presiune de 180-200 bari,care ataca primarul amplificatorului hidraulic,in secundar apa fiind comprimata

Utilizand apa pura,dedurizata,se pot taia metale cu grosime pana la 58 mm.Pentru grosimi mai mari se introduc lateral in jetul de apa sub presiune pulberi minerale (corindon sau mai ales garant) care exercita un efect abraziv puternic si fac posibila taierea unor grosimi de pana la 25-30 mm.

P1 * S1 = p2 * S2 p2 = S1 / S2 * p1

( Primar (P) Secundar (S) Diuz S1S2 Ajutaj Jet LavalP1P2ulei)

Schema de principiu a generatorului de presiune utilizat la taierea cu jet de apa

VII.CONCLUZII

In ultimul deceniu,perfectionarea organelor de masini (ghidaje liniare,suruburi cu bile,reductoare armonice, etc.), a motoarelor si a actionarilor acestora,a traductoarelor si sistemelor de comanda au facut posibila realizarea unor roboti industriali cu performante dinamice si de precizie mare 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 sau 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 restanse.

(a )[ ]b )Evoluia puterii maxime ( a ) i a grosimii maxime posibil a fi tiate ( b ) cu instalaiile laser n ultimele decenii, precum i prognoza pentru urmtorii ani)

VIII.BIBLIOGRAFIE

1. Constantin Ocnarescu,Maria Ocnarescu-Structura si utilizarea robotilor

2.Nicolae Joni-SC.ROBCON S.R.L

3. Kovacs,F.Tusz,F.Varga-Fabrica viitorului-Introducere in productica:Integrarea prin calculator a conceptiei,fabricatiei si managementului

4. Cooper,N. si altii-Fabricating for the Fighting Forces In: "Welding and Metal Fabrication"

5.Trapp,W.G.-Special stell can safely be TIG-welded using a robot. In "Moderne Fertigung"

1

6

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

5

10

15

20

25

30

Distanta de la suprafata taieturii [m]

Continut de carbon [%]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

0,01

0,016

0,022

0,028

0,034

0,4

0,5

0,59

0,68

0,75

1

1,5

1,75

2

Distanta de la suprafata taieturii [mm]

Duritatea HV 0,05

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

5

10

15

20

25

30

Distanta de la suprafata taieturii [m]

Continut de carbon [%]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

0,01

0,016

0,022

0,028

0,034

0,4

0,5

0,59

0,68

0,75

1

1,5

1,75

2

Distanta de la suprafata taieturii [mm]

Duritatea HV 0,05

Chart2051015202530
Distana de la suprafaa tieturii [m]

Coninut de carbon [%]

0.25

0.22

0.21

0.2

0.19

0.19

0.19

Fig a0510152025300.30.260.230.210.190.180.17

Fig a


Fig b 0510152025300.250.220.210.20.190.190.19

Fig b


Sheet2

Sheet3

Chart400.010.0160.0220.0280.0340.40.50.590.680.7511.51.752
Distana de la suprafaa tieturii [mm]

Duritatea HV 0,05

570

520

510

525

530

510

525

530

520

490

420

380

320

310

315

Fig a0510152025300.30.260.230.210.190.180.17

Fig a


Fig b 0510152025300.250.220.210.20.190.190.19

Fig b


Fig c00.010.0160.0220.0280.0340.40.50.590.680.7511.51.752475484530525530525280300320315313310300295290

Fig c

Duritatea HV 0,05

Fig d00.010.0160.0220.0280.0340.40.50.590.680.7511.51.752570520510525530510525530520490420380320310315

Fig d

Duritatea HV 0,05

s

Sheet3

Chart1051015202530


0.3

0.26

0.23

0.21

0.19

0.18

0.17

Fig a0510152025300.30.260.230.210.190.180.17

Fig a0000000


0

0

0

0

0

0

0

Sheet2

Sheet3

Chart300.010.0160.0220.0280.0340.40.50.590.680.7511.51.752

Duritatea HV 0,05

475

484

530

525

530

525

280

300

320

315

313

310

300

295

290

Fig a0510152025300.30.260.230.210.190.180.17

Fig a


Fig b 0510152025300.250.220.210.20.190.190.19

Fig b


Fig c00.010.0160.0220.0280.0340.40.50.590.680.7511.51.752475484530525530525280300320315313310300295290

Fig c

Duritatea HV 0,05

Sheet2

Sheet3

1000

2000

2500

3000

4000

4500

6000

10000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1980

1990

1993

1995

1997

2000

2001

2005

[ W ]

8

12

15

20

23

25

30

40

8

13

18

23

28

33

38

1980

1990

1993

1995

1997

2000

2001

2005

mm

Chart219801990199319951997200020012005
[ W ]

1000

2000

2500

3000

4000

4500

6000

10000

Diagrama119801990199319951997200020012005100020002500300040004500600010000812152023253040

Diagrama100000000
W

0

0

0

0

0

0

0

0

Diagrama 219801990199319951997200020012005812152023253040

Diagrama 200000000
mm

0

0

0

0

0

0

0

0

Sheet3

Chart319801990199319951997200020012005
mm

8

12

15

20

23

25

30

40

Diagrama119801990199319951997200020012005100020002500300040004500600010000812152023253040

Diagrama100000000
W

0

0

0

0

0

0

0

0

Diagrama 219801990199319951997200020012005812152023253040

Diagrama 200000000
mm

0

0

0

0

0

0

0

0

Sheet3

CERC STIINTIFIC

Documents

Transcript of CERC STIINTIFIC