Kết hợp một hệ thống cắt plasma

Tổng quan về CNC, phần mềm, bàn XY và kiểm soát khói

Kết hợp một hệ thống cắt plasma hoàn chỉnh có thể là một nhiệm vụ khó khăn. Nó bắt đầu với máy tạo dòng plasma, máy CNC, phần mềm, hệ thống thông gió và bàn XY. Cụm từ “bàn XY” nghe có vẻ cơ bản, giống như bề mặt cắt 2 chiều, nhưng nó còn hơn thế nữa; nó bao gồm các động cơ hoặc trình điều khiển cung cấp các chuyển động phối hợp, chính xác cho một số ngọn đuốc, hoặc là plasma hoặc nhiên liệu oxy.

Nếu bạn đang tìm kiếm bàn XY vào đầu những năm 1990, bạn sẽ chỉ tìm thấy một loại: máy công nghiệp cao cấp được thiết kế để hoạt động suốt ngày đêm tại các trung tâm dịch vụ thép, cửa hàng việc làm và OEM tập trung vào thép dày . Các ứng dụng chính là thiết bị nặng và các ngành công nghiệp đóng sà lan và đóng tàu. Những máy này được thiết kế đủ mạnh để chịu được điều kiện sử dụng khắc nghiệt trong nhiều thập kỷ và sản xuất hàng nghìn tấn bộ phận kim loại với tốc độ sản xuất cao với mức bảo trì tối thiểu. Một máy điển hình có tới bốn mỏ cắt plasma hoặc tối đa 16 mỏ hàn oxy và có thể cắt tấm có kích thước từ 5 x 10 ft. đến 40 x 80 ft.

Ngày nay, ngành cung cấp không thiếu các kiểu bảng XY. Hơn 100 nhà sản xuất cung cấp chúng để xử lý các mức công suất từ ​​30 đến 1.000 ampe để cắt độ dày từ 26 thước đo đến 61⁄4 in. bằng thép nhẹ, thép không gỉ và nhôm. Một cửa hàng nhỏ không phụ thuộc nhiều vào việc cắt plasma hoặc oxyfuel có thể tìm thấy một chiếc máy hạng nhẹ, giá cả phải chăng, có năng suất và độ chính xác tương ứng, trong khi một cửa hàng lớn sử dụng các quy trình này gần như liên tục có thể tìm thấy một chiếc máy hạng nặng, mạnh mẽ mà mang lại năng suất và độ chính xác cao hơn.

Khi các phong cách đã được nhân lên, giá đã giảm. Máy móc hiện đại sử dụng nhiều linh kiện điện tử và phần cứng có sẵn, giúp giảm chi phí. Các thành phần tiêu chuẩn, sẵn có bao gồm máy tính xách tay, ổ đĩa bước, vòng bi, cách chuyển động tuyến tính, bộ giảm tốc bánh răng và hệ thống giá đỡ và bánh răng. Giờ đây, các đơn vị nhỏ nhất có kích thước 2 x 2 ft. và có giá chỉ 3.000 đô la. Mặc dù những chiếc bàn giá rẻ này sẽ không hoạt động tốt hoặc tồn tại lâu như những chiếc bàn có độ bền công nghiệp, nhưng chúng đã mở ra rất nhiều cơ hội cho các cửa hàng vừa và nhỏ và thậm chí cả những người có sở thích.

Bất kể chi phí hay kích thước, mọi bàn XY dựa trên CNC đều phải có các thành phần sau:

• CNC. Bộ não của máy, CNC chuyển đổi chương trình cắt thành các lệnh điện điều khiển hướng và tốc độ cắt. Nó cũng đưa ra các hướng dẫn cho máy cắt plasma, bộ điều khiển độ cao và thiết bị ngoại vi.
• Linh kiện cơ khí. Bộ phận bên trong của máy bao gồm một giàn (trục dài), giá đỡ mỏ hàn và trục Z (dành cho chuyển động lên xuống) để điều khiển các mỏ hàn.
• Hệ thống kiểm soát khói. Cắt plasma tạo ra rất nhiều khói và khói. Mỗi máy đều yêu cầu kiểm soát khói xuống hoặc kiểm soát mực nước ngầm.

Điều khiển chiều cao tự động là một tính năng tùy chọn, nhưng trong hầu hết các trường hợp, nó rất đáng để đầu tư thêm. Cắt plasma hiệu quả dựa vào ba chế độ chiều cao—một cho xỏ lỗ và hai cho cắt—để tối đa hóa tuổi thọ vật tư tiêu hao và chất lượng cắt.

Chiều cao lỗ xỏ có lẽ là yếu tố quan trọng nhất đối với tuổi thọ của vòi phun và chất lượng vết cắt. Hệ thống tiến ngọn đuốc cho đến khi nó tìm thấy bề mặt của vật liệu, sau đó rút về độ cao thích hợp. Một lỗ xỏ quá gần sẽ vĩnh viễn ảnh hưởng đến độ góc của cạnh cắt, độ nhám và chất lượng cạnh tổng thể.

Sau khi mỏ hàn xuyên qua vật liệu, bộ điều khiển sẽ di chuyển mỏ hàn đến gần vật liệu hơn cho đến khi thiết lập được chiều cao cắt thích hợp. Chiều cao mỏ cắt quá thấp có nguy cơ va chạm với phôi gia công, trong khi chiều cao mỏ cắt quá cao làm tăng chiều rộng vết cắt và độ góc của cạnh đồng thời góp phần tạo ra xỉ và cong vênh. Sau khi bộ điều khiển chiều cao cắt hết thời gian chờ và tắt, bộ điều khiển phản hồi điện áp hồ quang sẽ tiếp tục duy trì khoảng cách thích hợp từ mỏ hàn đến phôi.

Điều khiển chiều cao tự động hoạt động đúng chức năng cho phép bạn lập trình và lồng hàng trăm bộ phận và rời khỏi máy khi máy đang cắt. Nếu bạn đang cắt từng phần một và không ngại trông chừng máy, bạn có thể thực hiện mà không cần điều khiển độ cao. Nhược điểm là điều này là cồng kềnh và chậm chạp. Bạn cần điều chỉnh chiều cao xỏ cho mỗi lần xỏ, dừng lại, điều chỉnh chiều cao cắt, sau đó thực hiện cắt. Điều khiển chiều cao tự động là tính năng chính làm cho các máy này được tự động hóa và khoản đầu tư bổ sung thường tự bù đắp trong thời gian ngắn.

CNC

CNC về cơ bản là một máy tính cấp công nghiệp với phần mềm điều khiển máy và chuyển động bên trong cùng nhiều đầu vào và đầu ra khác nhau có thể điều khiển tất cả các động cơ truyền động, máy cắt plasma, bộ điều khiển độ cao và bất kỳ công cụ hoặc thiết bị ngoại vi nào khác được gắn vào XY bàn.

Nó nhận lệnh từ người vận hành máy và phần mềm CAM, sau đó chuyển đổi các lệnh này thành lệnh thực hiện khởi động hồ quang, điều khiển hệ thống truyền động và thực hiện các chức năng khác của máy.

Máy CNC công nghiệp được thiết kế để chịu được môi trường cửa hàng khắc nghiệt, điều này làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp của chúng. Họ phải chịu đựng khói và các mảnh vụn trong không khí từ quá trình cắt và hàn, rung động từ xe nâng và các máy móc khác, nhiễu từ các thiết bị điện khác, v.v.

Trên các máy giá rẻ, máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay là bộ não của CNC. Những máy tính này được thiết kế cho một cuộc sống tương đối dễ dàng trong một môi trường văn phòng sạch sẽ, được kiểm soát. Chúng không có tất cả các biện pháp bảo vệ của một máy CNC công nghiệp, nhưng chúng có khả năng chạy các máy cắt plasma không có chuông và còi. Những máy này rất phù hợp với những người có sở thích; cửa hàng tạo mẫu; và các cửa hàng nhỏ, sản xuất thấp.

Máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay chỉ nên được sử dụng trên các máy có công nghệ khởi động bằng mỏ hàn ngược thay vì khởi động bằng tần số cao, điện áp cao hoặc điện dung. Khởi động ngược tạo ra ít tiếng ồn điện hơn và do đó ít có khả năng gây nhiễu điện.

Giao diện người-máy đóng một vai trò lớn trong năng suất của máy. Trong khi nhiều máy cơ bản sử dụng bàn phím và chuột văn phòng tiêu chuẩn để điều khiển chức năng, các máy cao cấp hơn có điều khiển màn hình cảm ứng, có xu hướng trực quan hơn. Phần mềm điều hành là một mối quan tâm liên quan. Nhiều chương trình được điều chỉnh từ các quy trình gia công như định tuyến và phay và khá cồng kềnh khi được sử dụng để cắt. Giao diện phần mềm và con người được thiết kế dành riêng cho cắt plasma có xu hướng dễ học và sử dụng hơn nhiều.

linh kiện cơ khí

Mỗi máy đều có khá nhiều bộ phận chuyển động: giàn, giá đỡ mỏ hàn và bộ điều khiển chiều cao mỏ hàn (trục X, Y và Z). Trên các máy công nghiệp lớn, tất cả các thành phần đều mạnh mẽ, nặng và chính xác. Trên các máy cấp thấp, các thành phần không chắc chắn, có nghĩa là chúng không nặng bằng. Việc sử dụng các bộ phận nhẹ cho phép người chế tạo máy sử dụng động cơ truyền động ít mạnh hơn và hệ thống bánh răng trọng lượng nhẹ hơn, giúp giảm chi phí trong khi vẫn mang lại tốc độ cắt hiệu quả và độ chính xác hợp lý.

Các máy nhẹ hơn có xu hướng sử dụng động cơ bước, trong khi các máy mạnh hơn thường có ổ đĩa servo. Cả hai đều cung cấp độ chính xác rất tốt, mặc dù các ổ đĩa servo hiện đại, có kích thước phù hợp thường có phạm vi tốc độ và mô-men xoắn rộng hơn, điều này có lợi khi cắt ở tốc độ rất nhanh và rất chậm.

Các bước và thiết bị điện tử truyền động liên quan đơn giản hơn và ít tốn kém hơn so với các hệ thống servo, do đó thường được sử dụng trên các máy được điều khiển bởi PC hoặc máy tính xách tay. Servo có thể trực quan hơn đối với người vận hành máy khi họ sử dụng phản hồi của bộ mã hóa tới máy CNC, ít có khả năng bị mất vị trí trên bàn cắt trong trường hợp va chạm với bộ phận bị lật, mất điện hoặc gián đoạn cắt khác.

Kiểm soát khói

Cắt plasma tạo ra hạt ở các kích cỡ khác nhau. Các hạt nhỏ nhất, đến từ quy mô nhà máy và chất chống gỉ, nhỏ và nóng đến mức chúng nhẹ hơn không khí và biến thành khói. Các hạt lớn nhất đến từ vật liệu bị cắt và thường nặng hơn không khí. Bất kể mức công suất hoặc loại máy cắt plasma, hệ thống kiểm soát khói phải thu giữ các hạt ở mọi kích cỡ. Hai loại được sử dụng để cắt plasma là bàn downdraft và hệ thống nước.

Bảng hạ cấp. Các bảng này yêu cầu tốc độ dòng chảy đủ mạnh để di chuyển các hạt nặng nhất qua ống dẫn. Phù hợp với luồng không khí của hệ thống với kích thước bảng là tiêu chí đầu tiên. A 2 x 2 ft. bàn cần khoảng 1.000 feet khối mỗi phút (CFM) để loại bỏ tất cả các mảnh vụn và khói. Bàn 4 nhân 4 cần khoảng 3.500 CFM và bàn 4 nhân 8 cần khoảng 7.000 CFM.

Nếu các quy định về kiểm soát không khí tại địa phương cho phép thoát khói ra bên ngoài tòa nhà, thì một bảng hút gió là cách dễ nhất để thực hiện; tuy nhiên, hãy nhớ rằng trong những tháng thời tiết lạnh, hệ thống cũng sẽ loại bỏ nhiệt khỏi tòa nhà. Một ống trang điểm không khí lạnh được đặt gần bàn sử dụng không khí bên ngoài thay vì không khí xung quanh cửa hàng để thoát khói. Một số bảng downdraft lớn sử dụng các phần được khoanh vùng với các cửa gió có thể di chuyển để lực hút chỉ loại bỏ không khí trong khu vực cục bộ nơi mỏ hàn đang cắt chứ không phải toàn bộ bảng. Tất nhiên, nhiều bàn hút gió có hệ thống lọc lớn, tự làm sạch giúp loại bỏ các hạt trước khi lưu thông không khí trở lại cửa hàng.

Mỗi lựa chọn đòi hỏi phải xem xét cẩn thận. Các hệ thống trang điểm, khoanh vùng và lọc không khí làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp.

Bàn nước . Hệ thống nước có hai loại, khay nước và bàn nước. Một khay nước nằm bên dưới phôi. Nước chạm vào vật liệu và áp suất do tia plasma tạo ra sẽ đẩy các hạt vào trong nước, nơi chúng nguội đi và chìm xuống. Khay nước rất đơn giản, hiệu quả và không tốn kém.

Mực nước ngầm thường sâu hơn khay nước và cho phép cắt dưới nước. Cắt dưới nước có một số lợi thế, đặc biệt là để cắt thép không gỉ và khi dòng điện vượt quá 200 ampe. Mực nước có thể được điều chỉnh: nó có thể đủ thấp để nước không bắn vào kim loại, nhưng vẫn đủ cao để giữ lại hầu hết khói.

Việc cho phép nước tiếp xúc với vật liệu có một số nhược điểm, ảnh hưởng đến chất lượng cạnh về độ nhám và xỉ khi kim loại nóng chảy đông đặc dọc theo đáy của cạnh cắt. Tuy nhiên, tác dụng làm mát của nó giúp kiểm soát sự cong vênh xảy ra, đặc biệt là trên các bộ phận dài và mỏng.

Điều này không có nghĩa là một loại kiểm soát khói tốt hơn loại kia. Cho dù đó là bàn hút nước, khay nước hay bàn nước, một hệ thống được thiết kế và có kích thước phù hợp có thể đủ hiệu quả trong việc kiểm soát khói.

CAD và CAM

Các gói phần mềm CAD và CAM đã trở nên không thể thiếu đối với ngành sản xuất. CAD được sử dụng để thiết kế bộ phận, trong khi CAM xử lý khả năng tạo bộ phận của máy. CAM xác định vị trí xỏ lỗ, đầu vào, độ rộng vết cắt và đầu ra để chúng có ảnh hưởng tối thiểu đến bộ phận. Thông tin này được chuyển đến máy CNC để tạo ra bộ phận.

Các chương trình CAM hiện đại thường có các khả năng bổ sung, chẳng hạn như lồng ghép các phần. Tìm vị trí và hướng bộ phận tối ưu giúp giảm thiểu lãng phí vật liệu và nhiều chương trình tạo báo cáo chi tiết chi phí bộ phận, sử dụng vật liệu và thông tin kế toán khác. Một số hệ thống CAM tự động thiết lập và kiểm soát hầu hết các thông số cắt, chẳng hạn như dòng điện và điện áp hồ quang, lưu lượng khí, chiều cao mũi khoan, tốc độ cắt và chiều cao cắt.

Trên một số máy cơ bản, các chức năng CAD và CAM được kết hợp, cho phép chuyển đổi liền mạch từ thiết kế sang cắt. Điều này thường ít phức tạp và dễ học hơn so với việc sử dụng hai gói phần mềm riêng biệt.