Schweißnahtvorbereitung: Fasenroboter versus 3D-Fasenschwenkkopf

Flachbett-Portalschneidanlage
Flachbett-Plasmaportalschneidanlage mit zwei 3D-Fasenköpfen

Die Schweißnahtvorbereitung ist ein wichtiger Anarbeitungsschritt für viele Schneidbetriebe. Immer mehr Unternehmen bieten diesen Service an. Die Frage, die sich dabei stellt ist nach dem WIE? Denn es gibt viele Möglichkeiten, eine Fase an ein Brennteil anzubringen. Wir betrachten hier mehrere Möglichkeiten:

  • Mit dem Roboter
  • In einem Arbeitsgang gleich auf der Maschine mit einem 3D-Schneidkopf
  • Mechanische Methoden
  • Halbautomatisch
  • Manuelles fasen.

In diesem Wissens-Bereich haben wir für Sie viele Gedanken und Grundlagen aus der Praxis des Fasenschneidens zusammengetragen. Neuheiten finden Sie ebenso darin, wie bewährte Systemvergleiche. Im Wesentlichen haben wir uns dabei auf die automatisierten Systeme - also das Roboterfasen und auf den integrierten 2.5D- bzw. 3D-Fasenschwenkkopf auf einer Schneidanlage konzentriert. Das Schneidforum wünscht Ihnen nun spannende Informationen und anregende Gedanken beim Lesen der folgenden Artikel.
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Fasenschneiden für die Schweißnahtvorbereitung

Stahlbrennteil X-Naht
Brennteil X-Naht mit Plasmaschneidverfahren erzeugt

Aufgabenstellung: 

Wo geschweißt wird, sind auch Schweißfasen erforderlich, die beispielsweise im Maschinen-, Schiffs-, Apparate- und Anlagenbau unabdingbar sind. Häufig werden Schweißfasen manuell bzw. halbautomatisch erzeugt.

Manuelle/halbautomatische Methode:

Nachdem ein Konturteil geschnitten wurde, wird es von der Schneidmaschine abgeräumt und zum Fasen an einen anderen Arbeitsplatz gebracht. Dort werden die Teile manuell durch mechanische "Knabbermaschinen" oder halbautomatisch durch Laufkatzen, wie der „Quicky®“, "Sekator®" u.a., die mit einem Autogen- oder Plasmabrenner bestückt sind, gefast.

Fasenarten:

Man unterscheidet verschiedene Fasenarten:

  • V-Naht
  • X-Naht
  • Y-Naht
  • K-Naht

Beschreibung der Schweißnahtarten:

  • Die V-Naht stellt die einfachsten Anforderungen an das Schneidsystem und den Bediener, da hierbei nur eine Brennerschrägstellung erforderlich ist.
  • Bei der X-Naht wird es schon komplizierter, weil die Kontur zweimal abgefahren werden muss. Zuerst muss das Teil mit einer V-Naht ausgeschnitten werden und anschließend erhalten die entsprechenden Kanten eine Unterschneidung. Besonders kritisch: Die Einstellung der erforderlichen Winkel.
  • Zwei Konturfahrten sind auch bei der Y-Naht erforderlich, wobei die kritische Anforderung in der Genauigkeit des Steges liegt, der von den Konstrukteuren meist exakt im Zehntel-Bereich vorgegeben ist. Hebt oder senkt sich der Brennkopf ein wenig, so stellt das bei einem senkrechten Schnitt kein großes Problem dar (der Grat wird möglicherweise größer oder das Schnittbild schlechter). Doch beim Fasen bedeutet das Heben und Senken des Kopfes gleich einen anderen Schnittwinkel, bzw. einen Knick im Schnittwinkel, der dann natürlich auch den Steg wegschneidet und somit schnell zum Ausschuss führen kann oder aber aufwendige Nacharbeit erforderlich macht. Somit werden hohe Anforderungen an eine Höhenregelung beim Fasenschneiden, an die Regelung, sowie an die Maschine und den Bediener gestellt.
  • Die K-Naht besitzt die höchsten Anforderungen und erfordert ein dreimaliges Konturfahren, wenn mir nur einem Brennkopf geschnitten wird. Es ist eine untere, eine obere Flanke winkelgerecht zu schneiden, welche dazwischen auch noch einen exakten Steg benötigen.

 

Min. Anforderungen an eine SOFTWARE für das Fasen:

Ausschussteil Plasmabrennteil mit verkehrter Schneiweßnahtfase
Falsch berechnete Drehung - Ausschuss!

Damit der Anwender sich eine Vorstellung davon machen kann, wie kompliziert das Fasen in der Praxis ist und was alles in der Steuerung dafür ablaufen muss, hier eine Aufstellung einiger Gesichtspunkte, die deutlich machen, warum es solange gedauert hat, bis vernünftige Software dafür geschrieben wurde. Anforderungen an eine Programmier-Software:

  • Zunächst muss die Definition des Drehsinns beim Fasen erfolgen:
  • Positiv / Null(=senkrecht) / Negativ.
  • Jeder Drehsinn ist jeweils mit / ohne Steg d.h. Y-Naht möglich.
  • Zweifache Drehung muss automatisch möglich sein und koordiniert werden.
  • Das Problem liegt dabei in der Physik des Plasmastrahls:
    Die Schnittfuge ist eine Funktion vieler veränderlicher Parameter:
  • Schnittfuge ist abhängig von der Geschwindigkeit, dem Winkel, der Schnittlänge,dem Material und der Stromstärke.
  • Alle diese Parameter sind individuell für jedes Material und für jede Dicke und für jeden Schneidstrom zu ermitteln.
  • Weiter kommen bei modernen Plasmabrennern noch bis zu 10 verschiedene Gasparameter für verschiedene Drücke und Durchflüsse hinzu. Menschlich ist diese Datenmenge nicht handhabbar!
  • Darüber hinaus sollen manuelle Korrekturen möglich sein und je nach Material sind sie auch nötig.
  • Die Phasenform beim Wechsel einer Schnittkante auf die nächste Kante einer Kontur muss berücksichtigt werden: d.h.
    • von + auf –
    • von + auf 0
    • von + auf +
    • von 0 auf –
    • von 0 auf +
    • von 0 auf 0
    • von – auf -
    • von – auf +
    • von – auf 0.
  • Zusätzlich muss je nach Kontur eine passende und materialsparende Drehkontur in den Ecken eingebaut werden, wo das Drehaggregat die Möglichkeit hat, seinen Winkel im Restblech zu verändern und sich auf die neue Form einzustellen, ohne dabei diese oder eine benachbarte Kontur zu beschädigen.
  • Die Software sollte die beste in Abhängigkeit der Winkel zweier Konturelemente die materialschonendste Drehgeometrie errechnen: Z.B. Dreieck, Trapez bei >90°, Rechteck bei 90°, verrundet etc. Für jede Kontur wird automatisch die passende Drehform gewählt.
  • Der erzeugte CNC-Code soll grafisch angezeigt und simuliert werden können, inkl. aller Auswahlen und Einstellungen, so dass falsche Parameter durch den Bediener bereits im Vorfeld eliminiert werden können.
  • Außerdem soll die Software noch verschiedene Ansticharten berücksichtigen können.

Damit wird ein wenig klarer, warum Fasensoftware aufwendig ist und warum es diese Software noch vor wenigen Jahren, als die Rechenleistung der Steuerungen noch geringer war, so nicht geben konnte. Dennoch sollte jede Software vor der Investition sorgfältig geprüft werden, ob sie die gewünschten Qualitäten und Leistungen besitzt.

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Preisanfrage für ein Robotersystem
Beispiel: Roboter mit Autogenschneidkopf

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