面板玻璃柔性生產線研制

面板玻璃柔性生產線研制

盤翠林1,2，李霆1,段文科1,2，黃桂武2

(1.五邑大學 機電工程學院，廣東 江門529020；2.廣東科杰機械自動化有限公司 研發(fā)中心，廣東 江門529020)

摘要：為了解決面板玻璃生產過程出現的高品質要求，品種多及勞動成本壓力加大等問題，對面板玻璃加工生產進行工藝技術升級改造?；诿姘宀Ａё陨砑庸ぬ攸c并結合柔性制造技術的優(yōu)點，提出適合面板玻璃加工的柔性生產線的生產方案并加以實踐應用。在方案實施過程中，為確保面板玻璃生產線的柔性，利用模塊化思想設計生產線的各組成部分。最后對生產線的布局特點及各組成部分進行詳細的分析和介紹。生產線的成功實踐為柔性制造在面板玻璃加工的應用提供借鑒。

關鍵詞：柔性制造；柔性生產線；桁架機械手；玻璃數控加工中心

文章編號：1001-2265(2015)09-0134-03

收稿日期：2014-11-18

作者簡介：盤翠林(1989—)，男，瑤族，廣東陽春人，五邑大學碩士研究生，研究方向為機械設備自動化、工業(yè)裝備設計，(E-mail)pancuilin@126.com。

中圖分類號：TH165;TG65

Development of Flexible Transfer Line on Glass Panel

PAN Cui-lin1,2, LI Ting1, DUAN Wen-Ke1,2, HUANG Gui-Wu2

(1. Department of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen Guangdong 529020, China;2.R&D Center, Kejie Machinery Automation Co., Ltd. of Guandong, Jiangmen Guangdong 529020, China)

Abstract：In order to solve the problems in the production process of cover glass, such as higher quality demands, more varieties and high labor costs, we need to upgrade the cover glass production technology. Based on cover glass own processing characteristics and the advantages of flexible manufacturing technologies, a flexible transfer line program, which suit for cover glass processing, had been proposed and practiced. To ensure the flexible of cover glass manufacturing line, using the modularization design to devise the components of the line. And the layout characteristics of flexible transfer line and constituent part were presented and analysis detailed. The successful application of flexible transfer line on cover glass provided a reference in the application of flexible manufacturing in the field of cover glass process.

Key words： flexible manufacturing system; flexible transfer line; gantry robot; glass CNC machine

0引言

面板玻璃是智能手機中的重要硬件之一，據工信部最新公布的數據顯示：2014年上半年中國全行業(yè)生產手機8.46億臺，同比增長38.4%。為應對當今電子產品更新換代頻率加快，產品門類品種繁多和生產周期短，零庫存控制之間的矛盾，面板玻璃的加工生產方式需要升級改造。而柔性制造系統(Flexible Manufacturing System, FMS)適用于中小批量、較多品種的制造；具有高柔性、高智能特點，在提高企業(yè)產品生產率、產品質量、增強企業(yè)應變能力方面，具有顯著效果。美國馬爾羅西(MALROSE)公司在1963年制造出世界第一條用于加工多種柴油機零件的數控生產線，柔性制造系統的雛形由此誕生。

英國莫林(MOLIN)公司是最早正式提出FMS概念的公司，并于1965年取得了發(fā)明專利。柔性制造系統正式面世并經各主要工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展與完善后，這項新技術在工業(yè)生產中取得了巨大的經濟效益[1]。柔性制造系統現今主要應用對象為回轉體類、箱體類、棱體類等大中型零件，對于應用在面板玻璃加工還未出現實例。為應對面板玻璃生產所出現的問題，利用柔性制造技術打造適合面板玻璃加工的柔性生產線。此柔性生產線可以滿足面板玻璃輕薄、易刮傷、加工時間短、難存取的特點。

1柔性生產線總體方案制定

柔性制造系統分為：柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell, FMC)、柔性生產線(Flexible Transfer Line, FTL)，和柔性制造系統(FMS)。柔性生產線是在傳統組合機床及其自動化線基礎上，通過對各類工藝功能的組合機床進行數控化而形成的。加工設備在采用通用數控機床的同時，更多地采用數控組合機床(數控專用機床、可換主軸箱機床、模塊化多動力頭數控機床等)。它能同時或依次加工不同的工件，這與傳統的剛性自動化線有較大的區(qū)別。柔性生產線適合少品種，中大批量生產；具有柔性較低、專用性較強、生產量較大的特點[2-3]。因此柔性生產線適合面板玻璃的加工應用。玻璃面板生產線就是廣東科杰機械自動化有限公司自主研制的柔性生產線。

柔性生產線由三個基本系統組成，即物料輸送系統、自動加工系統和計算機控制系統。根據被加工零件在本生產線上所要加工的內容，加工精度要求和生產節(jié)拍確定生產線的工藝流程，制定加工工藝方法，設計出加工示意圖，以及每道工序的切削參數，再計算出加工零件所需要的時間，以確定物流系統的輸送速度，最終確定生產線運行流程。被加工零件示意圖，如圖1所示。

圖1　加工零件圖

為應對面板玻璃輕薄、尺寸小巧、容易損傷特點，物料輸送系統由自主研制的桁架機械手、鏈式傳輸帶、毛坯存貯庫和成品存貯庫組成，輸送系統中與面板玻璃相接觸的部分大多由塑料或橡膠之類軟性材料構成；加工系統由四臺玻璃數控加工中心構成，則能保證桁架機械手從毛坯裝載到產品加工完成并卸載的一個行程內完成四臺加工中心四個產品的依次加工，充分提高效率，不浪費空閑時間；利用文件服務器、中央計算機、單元控制器和工作站計算機等組成的計算機控制系統實現對物料輸送和加工中心的監(jiān)控、協調調度。柔性生產線總布局示意圖，如圖2所示。

圖2　柔性生產線總布局示意圖

1.1物流系統

為提高系統的柔性，使生產線可以按客戶生產需求不同而選擇不同長度的生產線，而采用模塊化設計的思想。物流系統的模塊有：立柱、空中桁架、桁架上做水平(X軸)移動的滑架、做垂直(Z軸)移動的滑枕、安裝在滑枕前端抓取工件的旋轉吸盤，以及跟隨料庫。它們可以進行組合成為一個單元。如果需要延長生產線，則只需再拼接一個單元，同理可實現需要長度的生產線的搭建。

物流系統模塊化，桁架機械手[4-5]就是一個完整的獨立體，機械手故障時，只需調整或維修機械手而不會影響數控加工中心的正常運作，所以桁架機械手的安裝調試可以與數控中心分開進行。

面板玻璃加工時間短，并要在一個行程內完成四臺加工中心的上下料，桁架機械手需要快速的動作。為此桁架機械手水平與垂直運動都應用直線導軌加齒輪齒條的傳動方式，并通過伺服電機與減速器的配合驅動，實現機械手100m/s的移動速度，0.2mm以內的定位精度。同時要機械手在垂直方向一個來回行程完成工件的放與取兩動作，機械手前端設置兩對吸盤，通過吸盤吸取工件，從而不占用數控加工中心的生產節(jié)拍。

1.2自動加工系統

配合柔性生產線的研制開發(fā)一款結構靈巧的玻璃數控加工中心。在桁架機械手上下料時不干涉加工中心的加工作業(yè)，加工中心應用龍門架移動式結構和固定工作臺設計并設有兩個加工工位：加工位、緩沖位。從而使加工中心在某個工位加工作業(yè)時，機械手可以在加工中心不停機且不干擾加工的情況下在另一個工位進行上下料。門柱及底座等主要結構一體成型并采用花崗巖材質，這樣可保證加工中心結構堅固、減震能力強、切削穩(wěn)定，滿足玻璃面板等加工精度要求高的零件的加工[6]。

為減少換刀等輔助時間，刀具應用分層設計，即不同的刀具部分負責不同的加工內容，實現一把刀具加工完零件所有的工序。要提高生產線的柔性，實現物料調度的簡便性，因此設置玻璃加工中心之間關系為并聯關系且控制相互獨立，工件可隨機的輸送到生產線中任何一臺恰好空閑的加工中心；同時當某臺加工中心發(fā)生故障時生產線仍能正常工作。

1.3計算機控制系統

信息流系統是整個柔性生產線的神經中樞[7-10]，用以實現對柔性生產線生產的總體控制。為滿足對生產線的監(jiān)控，對生產過程、物料輸送系統輔助裝置、加工設備的控制以及運行狀態(tài)數據存貯、調用、校驗和網絡通信等功能，系統主要通信網絡采用如圖3所示框圖，信息流系統采用科杰公司設計的JT-803系統。

圖3　通信網絡框圖

系統主要工作原理：工作站計算機負責給數控加工中心和機械手分配工作，當柔性生產線動行時，每個工作站控制系統都將通過Novell網絡從中央計算機接收命令。當接收到控制指令時，工作站計算機對接收到的指令進行解釋和分解并傳送到加工中心和機械手；當機器人和數控加工中心完成任務時，工作站計算機把機器人和加工中心返回的信息綜合成任務結束信號，并傳送到中央計算機。

2柔性生產線的運行流程

2.1作業(yè)規(guī)劃和物料準備

根據車間下達的日生產信息，柔性生產線的控制計算機自動編制出各數控加工中心的作業(yè)時間表和各準備工作站的作業(yè)時間表。在裝卸站，工人按照終端顯示器的指令準備好毛坯并將毛坯存放在輸送帶上。

2.2工件流動

工作毛坯存放到輸送帶上，便存入供給站。實施作業(yè)時，桁架機械手從供給站把毛坯存入桁架機械手跟隨料庫，桁架機械手運行到各加工中心上方，從跟隨料庫中把毛坯送入加工中心工作臺上。加工中心工作臺有兩個加工工位：加工位和緩沖位；正被機床加工的工件占用加工位，對其加工的時候下一個待加工工件應送到緩沖位；加工一結束，機床主軸運動到緩沖位上，使緩沖位變成加工位，加工位變成緩沖位。于是位于加工位的待加工工件接受機床加工，位于緩沖位的已加工工件被機械手送入跟隨料庫，繼而送往裝卸站，工人便可把工件存入倉庫或流入下一條流水線，同時桁架機械手繼續(xù)前往供給站獲取毛坯，繼而循環(huán)整個加工過程。

3柔性制造生產線的特點

柔性制造生產線的布局設計利用模塊設計思想，生產線間可以拼接連成一體。在項目投入初期，客戶可以根據自身資金和市場情況自主選擇生產線長度，后期分批再投入，具有很強的柔性。

同時，桁架機械手的使用代替了工人對機床進行的手工上下料，從而減少了工人的誤操作，而且只需少量員工即可負責多條生產線的上下料和生產線維護。從而節(jié)省用工成本。玻璃數控加工中心加工范圍廣，適合各種尺寸的面板玻璃及各類小零件加工，因此客戶產品改型非常方便。機床緊密并排排列，使生產線占地面積?。簧a線選用同一種型號數控加工中心，工人維護及維修方便，生產調度不存在工序先后問題，控制簡單。生產線中數控加工中心之間互為獨立部分，因而部分加工中心需要維修時，不干涉其他加工中心的正常運行，不會造成全線的停機。

4結束語

本柔性制造生產線的成功研制，實現柔性制造技術在玻璃加工行業(yè)的應用。利用模塊設計思想，把玻璃數控加工中心、桁架機械手和控制系統組合成柔性加工自動化線。加工中心與機械手及各加工中心之間控制與維護相互獨立，減少生產線停產時間。本生產線的實踐積累了玻璃加工在高速、高效及柔性生產應用方向的設計經驗，為今后的技術發(fā)展奠定技術基礎。

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(編輯李秀敏)