注塑機上下料生產線設計方案

一、   需求分析

某知名企業所生產的電子產品風扇外殼由鋼板骨架和附著其上的塑料兩部分構成，生產過程中，首先由人工將鋼板骨架放入注塑機的模具中，由注塑機完成注塑，成型后的產品再由人工取出。這種生產方式需要每臺注塑機配備一名操作工人，為注塑機提供上下料。該產品產量很大，需要配備大量工人，然而當前勞動力緊缺，成本較高，所以廠方希望能夠以自動化生產線代替人工。

如圖1、圖2所示，廠方使用立式機臺和臥式機臺兩種類型生產機臺，兩者生產過程大同小異。

加工原料鋼板骨架放在分層碼放的塑料盤中，塑料盤內鋼板骨架存放位置分成5行4列，塑料盤強度不高，也不具有精度。此塑料盤同時還得用于下料工件的安放。鋼板骨架為不規則薄片，一邊為圓弧，另一邊加工成了直邊。圓弧直徑在50mm左右，厚度約為2mm，成品厚度為7-8mm，工件重量小于20克。

通常一個模具內安放四個工件，具有特定的位置。立式機臺上下料模具露放在外，比較易于完成作業；臥式機臺設有防護門，安放工位空間較小，作業有些困難。

一個作業周期大約40秒，上下料時間與注塑時間各為20秒左右。上料要求精度在5絲以內（但是視頻分析無需這樣高的要求）。下料安放不用考慮太多精度，在5毫米內都能接受（要求能在工件盒中整齊安放就行）。

                                                    圖1  立式機臺人工生產方式

                                                    圖2  臥式機臺人工生產方式

針對上述作業過程， 設計自動化設備，代替人工實現工件全自動化生產。保持現有的生產效率，或有所提高。

二、   總體設計

如圖3所示，生產線總體布局示意圖。整條生產線主要由一條傳送帶和兩個機械手組成。傳送帶分成上料工位、喂料工位和下料工位三個工位區，用于將裝滿鋼片骨架的料盤從上料工位輸送到喂料工位，并將裝滿工件的料盤從喂料工位輸送到下料工位；兩個機械手分別為料盤機械手和工件機械手，料盤機械手負責將料盤從供料堆上取下來，放到傳送帶上料工位，同時，還負責將料盤從傳送帶下料工位取下來，放到成品堆；工件機械手從處于傳送帶喂料工位的料盤中取出鋼片骨架，放入到注塑機模具中對應位置，并將注塑機模具中加工完成的零件取回，放到料盤中。

上述過程的關鍵點在于，對傳送帶喂料工位料盤內的鋼片骨架精確定位，需要采取有效措施加以保證。

                                                     圖3 生產線總體布局示意圖

三、   機械系統設計

1.     料盤機械手設計

料盤機械手具有三個直線運動自由度，分別為X軸、Y軸和Z軸，均以伺服電機結合導軌絲杠構成，料盤機械手末端為氣動吸盤或機械手爪，用于抓取料盤。

2.     工件機械手設計

工件機械手末端為雙頭氣動吸盤，交替抓取鋼片骨架和成型工件。工件機械手共具有五個自由度，分別為X軸、Y軸以及雙頭氣動吸盤Z軸獨立的兩個直線運動，此外，在Y軸與Z軸之間插入一個繞Z軸的旋轉運動。

3.     傳送帶及附件設計

傳送帶分成上料工位、喂料工位和下料工位三個工位區，并在上料工位至喂料工位間設置導向槽，對由上料工位送來的料盤初步糾偏，以實現料盤內鋼片骨架的粗定位。

四、   電控系統設計

如圖4所示，系統結構簡圖。系統的結構特點可以描述為7軸伺服電機控制，3路氣動I/O控制。如圖5所示，系統中任意一軸的控制原理框圖。

主控制系統由PMAC控制卡的主控制卡來實現，其處理各IO擴展板上傳送過來的所有信號，并對各種工作狀況用不同的顯示燈進行表示，且還對下方的八軸伺服器進行控制。1.         主控制系統

2.         伺服電機控制系統

伺服電機控制系統由安川伺服電機和其控制器組成，料盤機械手3個伺服軸控制，工件機械手5個伺服軸控制。由PMAC卡的控制卡的伺服控制單元對伺服器進行位置閉環控制，伺服器與電機之間也構成一個位置伺服閉環控制，從而實現整個伺服控制系統的位置閉環。

3.         視覺檢測和氣動吸盤控制系統

視覺檢測系統由一個高分辨率的相機和視覺信號處理卡組成。用相機對工件的尺寸和形狀信息進行采集，再傳送給視覺信號處理卡。處理后的數據再能總線通信的方式傳送給主控制卡，這樣主控制系統能準確的知道各工件的位置信息。氣動吸盤控制系統用于控制吸盤的氣閥的開關，從而控制吸盤取放工件。此控制系統通過IO擴展板與主控制系統通訊。

4.         各工位檢測和保護系統

工位檢測和保護系統由各限位和到位傳感器構成。在料盤上下料位置都有對料盤到位檢測傳感器，用于記錄料盤的到位情況，并把信號傳給IO擴展卡。在喂料工件也有工件到位檢測器，用于檢測料盤的定位情況。

五、   工期及進度

該方案工作主要集中在機械手本體的設計和制作，控制系統的設計和制作，程序的設計和編寫以及現場走線、安裝和調試。程序開發的工作主要在于邏輯控制程序（處理I/O及控制流程），運動控制程序和人機界面程序的開發，還有后階段的現場的調試。

預計開發周期4-5個月。

六、   成本預算

略