全自動(dòng)多尺寸玻璃上下料機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究*

曹炳鑫，馮美龍，石海林

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332005）

引言

玻璃上下料機(jī)在玻璃裁剪、覆膜、除膜、磨削、拋光等加工行業(yè)使用較為廣泛的一種裝置，是實(shí)現(xiàn)從玻璃架抓取玻璃毛片，隨后傳輸至加工設(shè)備的必備裝置[1]，玻璃上下料機(jī)的性能直接影響著加工的效率和質(zhì)量。批量生產(chǎn)過程中，常需要將整塊的玻璃毛坯切割為多規(guī)格尺寸、多形狀的小塊玻璃，隨后將小塊玻璃傳送至玻璃深加工設(shè)備。當(dāng)前，玻璃上下料設(shè)備采用多個(gè)氣動(dòng)吸盤抓取完成玻璃的抓取步驟，只能抓取固定規(guī)格尺寸的玻璃，但由于玻璃大小、厚度不一，常需要借助多個(gè)上下料設(shè)備完成玻璃上下料，造成設(shè)備的利用率低、制造成本高。

在玻璃上下料過程中，玻璃抓取完成后還需要將玻璃傳輸至加工臺(tái)，玻璃傳輸所耗費(fèi)的時(shí)間占整個(gè)上下料過程的60%以上，玻璃在傳輸過程中需要完成XY 兩個(gè)方向的傳輸，傳輸精度低、破損率高，一定程度上制約著玻璃加工行業(yè)的發(fā)展。而且，現(xiàn)有技術(shù)中的玻璃上下料設(shè)備自動(dòng)化程度低，常需要人工參與上下料，人工投入大，設(shè)備自動(dòng)化程度低。

因此，針對(duì)現(xiàn)有上下料設(shè)備存在問題，急需研發(fā)一款可實(shí)現(xiàn)玻璃全自動(dòng)化上下料裝置，以適應(yīng)快速發(fā)展玻璃行業(yè)的發(fā)展需求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 提出設(shè)計(jì)思路

針對(duì)現(xiàn)有的玻璃上料機(jī)上下料過程中存在的不能實(shí)現(xiàn)多寸玻璃的抓取、效率低、破損率高、自動(dòng)化程度低等問題。設(shè)計(jì)了氣動(dòng)抓取機(jī)械手代替?zhèn)鲃?dòng)的氣動(dòng)抓取裝置，主要由主副兩組氣動(dòng)吸盤、翻轉(zhuǎn)架組成。其中，主副吸盤組通過PLC 控制系統(tǒng)控制相互配合實(shí)現(xiàn)多尺寸的玻璃抓取，提高了設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。

上下料過程中將玻璃傳送至工作臺(tái)所耗費(fèi)的時(shí)間占了整個(gè)上下料周期的60%左右，對(duì)此設(shè)計(jì)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳輸裝置，解決了玻璃傳輸慢、準(zhǔn)確度差等問題。

采用PLC 控制系統(tǒng)、伺服電機(jī)、氣動(dòng)系統(tǒng)，提高了整機(jī)的電氣化、自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。

1.2 整機(jī)方案設(shè)計(jì)

基于本機(jī)的設(shè)計(jì)思路，在傳統(tǒng)玻璃上下料的基礎(chǔ)上，本款自動(dòng)多尺寸玻璃上下機(jī)主要由機(jī)座、橫向平臺(tái)、垂直平臺(tái)、氣動(dòng)抓取機(jī)械手、傳輸裝置、PLC 控制系統(tǒng)組成。機(jī)座采用矩形多根方管拼焊而成，橫向平臺(tái)、垂直平臺(tái)裝配在機(jī)座前段部位，垂直平臺(tái)安裝在垂直平臺(tái)，氣動(dòng)抓取機(jī)械手安裝在垂直平臺(tái)，橫向平臺(tái)采用導(dǎo)軌滑塊實(shí)現(xiàn)相對(duì)于機(jī)座的橫向運(yùn)動(dòng)，用于調(diào)整氣動(dòng)抓取機(jī)械手與玻璃架之間的水平距離，垂直平臺(tái)調(diào)整氣動(dòng)抓取機(jī)械手與玻璃架之間的高度，從而實(shí)現(xiàn)不同位置的玻璃抓取。氣動(dòng)抓取機(jī)械手采用主副吸盤組抓取玻璃，副吸盤組通過氣動(dòng)邏輯閥用于判斷玻璃的大小，實(shí)現(xiàn)主副吸盤工作狀態(tài)的切換，用于完成多尺寸玻璃毛坯的抓取。傳輸裝置由X 向傳送帶、Y 向滾輪組成，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)玻璃毛坯XY 雙向的高精度、高品質(zhì)的傳輸。圖1 所示為本上下料機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 上料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

氣動(dòng)抓取機(jī)械手

本款全自動(dòng)多尺寸上下料機(jī)的核心部件-氣動(dòng)抓取機(jī)械手主要由副吸盤組、翻轉(zhuǎn)架、四連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主吸盤組組成，結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

其中，翻轉(zhuǎn)架由多根橫梁和縱向梁焊接而成，四連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、四連桿升降機(jī)構(gòu)構(gòu)成，伺服電機(jī)安裝在機(jī)座上，四連桿升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)架作相對(duì)于上下料的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。副吸盤組和主吸盤組安裝在翻轉(zhuǎn)架，主吸盤組安裝在翻轉(zhuǎn)架的中間區(qū)域。在副吸盤組周邊布設(shè)多個(gè)副氣動(dòng)吸盤，副吸盤組直接與氣動(dòng)系統(tǒng)相連接，副吸盤組進(jìn)氣口處設(shè)有圖3 所示的氣動(dòng)邏輯閥[2]，進(jìn)氣口A 與氣動(dòng)泵相連，P1 出氣口同時(shí)副氣動(dòng)吸盤出氣口和P2 回氣口相連，通過氣動(dòng)邏輯閥控制副吸盤運(yùn)動(dòng)，配合主吸盤組可實(shí)現(xiàn)不同大小、規(guī)格玻璃的抓取，無需人工分揀上料、縮短了上料時(shí)間，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖2 氣動(dòng)抓取機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

圖3 氣動(dòng)邏輯閥原理圖

2 整機(jī)工作流程

本上下料機(jī)采用橫向平臺(tái)、垂直平臺(tái)、氣動(dòng)抓取機(jī)械手相配合實(shí)現(xiàn)不用尺寸、不同放置位置玻璃的抓取，傳輸裝置將玻璃傳輸至加工臺(tái)。首先，垂直平臺(tái)根據(jù)玻璃架的高度上升至與之相配合的高度，橫向平臺(tái)根據(jù)玻璃架的位置作橫向位置調(diào)整，氣動(dòng)機(jī)械抓取機(jī)械手翻轉(zhuǎn)向玻璃架靠近。隨后，PLC 控制系統(tǒng)控制氣動(dòng)系統(tǒng)開始工作，副氣動(dòng)吸盤開始向外吹氣，氣動(dòng)機(jī)械抓取機(jī)械手繼續(xù)做向玻璃架靠攏運(yùn)動(dòng)至預(yù)設(shè)位置，當(dāng)P1 出氣口被遮擋，氣體由P1 出氣口進(jìn)入P2 回氣口，副吸盤內(nèi)氣壓增大，系統(tǒng)判斷副吸盤組外界存在玻璃，主副吸盤同時(shí)轉(zhuǎn)為向內(nèi)吸氣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)大尺寸玻璃的抓??；當(dāng)P1 出氣口壓力值不會(huì)發(fā)生變化，說明P1 出氣口未被遮擋，系統(tǒng)判斷副吸盤組外界不存在玻璃，副吸盤停止工作，主吸盤開始向內(nèi)吸氣，實(shí)現(xiàn)小尺寸玻璃的抓取。當(dāng)氣動(dòng)抓取機(jī)械手抓取有玻璃時(shí)，氣動(dòng)抓取機(jī)械手翻轉(zhuǎn)至傳輸裝置，并下降一定高度將玻璃放置在傳輸裝置，傳輸裝置將玻璃按照預(yù)設(shè)的路線送至加工臺(tái)，完成玻璃的傳輸。具體的工作流程如圖4所示。

圖4 工作流程圖

3 控制系統(tǒng)

本機(jī)采用西門子S7-200CPU226 型號(hào)的PLC 控制器[3]，控制整機(jī)中的伺服電機(jī)和氣動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)，通過如圖5 所示的液晶觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)數(shù)據(jù)的交換，控制設(shè)備的啟停、上下料片數(shù)、設(shè)備傳輸速度等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。

圖5 控制界面圖

4 全自動(dòng)多尺寸玻璃上下料機(jī)的優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn)

本全自動(dòng)多尺寸玻璃上下料機(jī)與傳統(tǒng)的上料機(jī)相比具有以下優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新點(diǎn)：

設(shè)備利用率高，一機(jī)多用：采用主副吸盤相配合工作，在副吸盤進(jìn)氣口處設(shè)有氣動(dòng)邏輯閥，通過判斷吸盤出氣處的氣壓的大小，控制主副吸盤的工作，實(shí)現(xiàn)多規(guī)格尺寸的玻璃的抓取，提升了設(shè)備的利用率和成品率。

自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低：采用PLC 控制整機(jī)的電器設(shè)備和氣動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)，多連桿升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多位置玻璃毛坯的抓取，實(shí)現(xiàn)玻璃抓取和傳輸?shù)淖詣?dòng)操作，減少人工成本投入，增強(qiáng)設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

傳輸精度高：采用PLC 控制伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)玻璃任一位置的傳輸，保證了玻璃傳輸精確度，可用于各種高精度的加工設(shè)備。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)當(dāng)前玻璃上下料機(jī)存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、運(yùn)行精度低、自動(dòng)化程度差、設(shè)備利用率等問題，研發(fā)了全自動(dòng)多尺寸玻璃上下料機(jī)，解決了當(dāng)前玻璃上下料設(shè)備所存在的問題，實(shí)現(xiàn)了多規(guī)格尺寸玻璃的全自動(dòng)上下料，上料周期短、設(shè)備智能化程度高。實(shí)際應(yīng)用表明：上下片速度達(dá)15-20 片每分鐘，成品率高達(dá)99%以上，玻璃抓取規(guī)格尺寸0.8-2.5m，促進(jìn)了玻璃加工行業(yè)的智能化進(jìn)程，推進(jìn)了玻璃行業(yè)的綠色持續(xù)性發(fā)展。