注塑成型攪拌軸自動化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

袁峰

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械制造業(yè)蓬勃發(fā)展，取得了令人矚目的成就。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，機械制造業(yè)占據(jù)著舉足輕重的作用。衡量機械制造業(yè)制造水平的指標(biāo)便是生產(chǎn)效率，自動化是提高機械制造業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，相對于傳統(tǒng)的手工操作有著明顯的優(yōu)勢。就如何設(shè)計實現(xiàn)注塑成形中的模內(nèi)鑲件成型的自動化，結(jié)合實際工作中的問題和經(jīng)驗提出相關(guān)建議，供使用參考。

關(guān)鍵詞：注塑成型；攪拌軸；模內(nèi)鑲件成型；自動化系統(tǒng)

中圖分類號：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.113

相比于歐美發(fā)達(dá)國家，我國的生產(chǎn)制造業(yè)起步較晚，存在巨大的差距。要想迎頭趕上，就需要從科技創(chuàng)新著手。我國正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的劇變時期，國家出臺政策鼓勵科技研發(fā)，對科技創(chuàng)新的決心不可謂不大。機械制造業(yè)應(yīng)該搭乘科技研發(fā)創(chuàng)新的順風(fēng)車，加強制造加工能力，提高加工生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線自動化是實現(xiàn)提高機械制造業(yè)生產(chǎn)效率的重要途徑，下面以攪拌軸的模內(nèi)鑲件的制造加工為例，談?wù)勛⑺艹尚湍?nèi)鑲件的自動化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。

1 模內(nèi)鑲件（攪拌軸）加工制造現(xiàn)狀

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)、文化大發(fā)展，國民生產(chǎn)總值迅速提升，現(xiàn)今已是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，取得的成果可謂豐碩，機械制造業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。但是在飛速發(fā)展之下，我國機械制造業(yè)也存在許多問題。以類似攪拌軸零件的制造為例（以下統(tǒng)稱“攪拌軸”），加工方式還是以人力為主。生產(chǎn)流程為鑲件筐轉(zhuǎn)運→鑲件人工上料→注塑→人工取出→人工將成品裝筐。相比于歐美先進(jìn)制造業(yè)，人工操作的模式效率低下，當(dāng)然這是由我國國情決定的。

機械制造業(yè)發(fā)展時間短，人口紅利客觀存在和市場追求利益最大化等因素，造就了人力為機械制造業(yè)的主力，如圖1所示。但是手工機械制造業(yè)往往存在下列問題：①手工機械制造業(yè)工廠設(shè)計時空間不夠廣闊，導(dǎo)致作業(yè)空間狹小，生產(chǎn)開展不便。②手工機械制造業(yè)相對于生產(chǎn)線自動化效率低下。手工制造的工藝煩瑣，工藝流程往往比生產(chǎn)線自動化多數(shù)個工藝環(huán)節(jié)，而ARA-1000D的攪拌軸模內(nèi)自動成型系統(tǒng)能替代上述所有的人工作業(yè)步驟。③手工制造業(yè)成本較高、制造效率低下。④手中制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量相對于生產(chǎn)線自動化產(chǎn)品質(zhì)量合格率較低。工人在操作機械設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品時，因為繁雜的工藝流程和重復(fù)性的簡單工作，造成身體和精神上的疲勞。工人不處于最

佳狀態(tài)時，工作效率自然下降；人工操作機械時，存在一定的不準(zhǔn)確性。就攪拌軸加工的工藝流程而言，其出現(xiàn)廢品率的概率極大。先是手工上料，從事過機械加工的人都知道，上料要求一定的準(zhǔn)確性，選料的偏差，上料位置的錯位，就會造成材料報廢甚至注塑模具的損壞。

2 攪拌軸自動化

自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標(biāo)是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀點。后來隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動化的概念已擴展為用機器（包括計算機）不僅代替人的體力勞動，而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。從自動化的概念來說，攪拌軸生產(chǎn)線自動化不僅需要機械設(shè)備的應(yīng)用，而且需要先進(jìn)的計算機輔助程序。攪拌軸生產(chǎn)線自動化設(shè)置如圖2所示。

2.1 機械手的功能

當(dāng)今生活，科技日新月異，機械手區(qū)別于人類手臂就是機械手的靈活性和耐久性。機械手的優(yōu)勢就是可以長時間地做重復(fù)、簡單動作，沒有人工的疲勞感。機械手臂的優(yōu)勢對于攪拌軸的生產(chǎn)線自動化再合適不過。手部、傳動機構(gòu)和控制部分構(gòu)成機械手。手部是用來固定工件的部分，我們可以稱之為起始部分，其設(shè)計靈感來自仿真學(xué)，其原型就是人類的手。機械加工的零部件多種多樣，機械手的種類呈現(xiàn)多樣化，例如夾持型、托持型和吸附型等。傳動機構(gòu)是改變推動機械手的運動，使機械手完成特定的動作，例如四面擺動，完成零部件的移動或各種簡單動作組合成的復(fù)合運動。在立體空間匯總，存在六個自由度，三種是前后、上下及左右。另外三種是移動和前后、上下及左右三面旋轉(zhuǎn)。在機械手系統(tǒng)中，零部件相對于參考系具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目，我們稱為“機械手自由度”。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度?？刂撇糠质峭ㄟ^控制機械手自由完成特定動作。同時接收傳感器反饋信息，形成閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由PLC或DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。

2.2 機械手使用時的難點

如果攪拌軸模具較為特殊，注塑成型開模位置不穩(wěn)定（一般會在0.03 mm左右波動），我們可在開模方向追加光柵尺，開模后光柵尺再將實際距離反饋給機械手進(jìn)行補償，從而準(zhǔn)確找到開模具位置。以上是能否實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵，解決了這些，才有可能實現(xiàn)自動化。

3 攪拌軸自動化的優(yōu)勢

3.1 占用空間小

自動化是實現(xiàn)機械制造業(yè)全機械的一種方式，相對于人工操作來說，占用空間小。攪拌軸生產(chǎn)線自動化使用設(shè)備包括ARA-1000D機械手、動模板實時位置跟蹤補償系統(tǒng)、供料機、輸送線、機械手夾具、料臺。六種設(shè)備裝配組合所占空間同人工操作的一臺車床相當(dāng)。空間體積小越小，廠房布置越簡單，空間的利用合理性越高。

3.2 提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率

攪拌軸的ARA-1000D機械手臂設(shè)備系統(tǒng)提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。該機械手臂的優(yōu)勢主要在其靈活性和耐久性，只要設(shè)備運行正常，機械手臂就會不知疲勞地工作。機械手臂相對于傳統(tǒng)的手工制造加工模式，有操作簡單、工作時間短等優(yōu)勢。操作時，只需要將原料放置在料臺上，機械手臂就會短時間內(nèi)自動的完成整個工藝流程，操作人員在成品運輸線獲取成型產(chǎn)品即可。

3.3 提高產(chǎn)能

攪拌軸生產(chǎn)線自動化能夠提高產(chǎn)能。手工生產(chǎn)周期=40 s，產(chǎn)能/班=60×60×8/40=720 PCS；全自動生產(chǎn)周期為30 s（Must）=25S（Want），產(chǎn)能/班=60×60×8/30=822 PCS =1 152 PCS。人員至少遞減=1人/班×3班=3人。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，攪拌軸生產(chǎn)線自動化對整體產(chǎn)能的提高，如圖3所示。

3.4 維修便捷

隨著城市工業(yè)發(fā)展，生產(chǎn)線維修已經(jīng)成為熱門行業(yè)。由于生產(chǎn)線的零部件都是標(biāo)準(zhǔn)零件，在發(fā)生故障時，可以購買相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)編號的零部件替換，節(jié)省了大量的時間和成本。

4 結(jié)語

綜上所述不難發(fā)現(xiàn)，攪拌軸注塑成型的自動化對攪拌軸制造加工工作效率的提升，同時也是其他模內(nèi)鑲件成型的一個參考。我國機械制造加工行業(yè)起步較晚，主要分布在沿海城市，加工制造水平參差不齊。相較于歐美制造業(yè)存在較大的差距，特別在精密儀器加工制造方面。類似于攪拌軸的模內(nèi)鑲件成型自動化作為現(xiàn)今世界上最先進(jìn)的制造加工理念，給我們迎頭趕上歐美制造業(yè)提供了機遇。數(shù)字控制機床、工業(yè)機器人和電子計算機等技術(shù)的發(fā)展以及成組技術(shù)的應(yīng)用，將使自動線的靈活性更高，可實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化。多品種可調(diào)自動線減少了自動線生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)批量，因而在機械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，并向更高度自動化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]徐永新.淺談機械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計[J].科技于企業(yè)，2012（17）.

[2]劉建軍.注塑機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].常州工學(xué)院學(xué)報，2012（03）.

[3]鄧建云.光電傳感器在自動控制中的應(yīng)用[J].電子世界，2012（09）.

[4]李彥蓉，孫曉朋.沖壓自動上料及自動出件裝置的研究與設(shè)計[J].鍛壓技術(shù)，2010（05）.

〔編輯：王霞〕