工業(yè)機(jī)器人在注塑自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用
——以汽車電子插件為個(gè)案

楊佳菲

（寧波培立新自動(dòng)化設(shè)備有限公司，浙江 寧波 315302）

1 前言

現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快,注塑機(jī)也在向著智能化方向發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是目前工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的主力軍,能夠有效提高生產(chǎn)效率、進(jìn)度和自動(dòng)化程度[1]。工業(yè)機(jī)器人和注塑機(jī)相互配合的無人車間已經(jīng)逐漸取代人工生產(chǎn)線,正在成為主流,并且逐漸被加工制造企業(yè)所接受[2]。

2 各生產(chǎn)模式之間的狀況

根據(jù)目前情況，市場(chǎng)有著傳統(tǒng)的人工注塑生產(chǎn)模式和半自動(dòng)人機(jī)配合生產(chǎn)模式。

傳統(tǒng)的人工注塑生產(chǎn)模式，需采用人員配合注塑機(jī)來完成各產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。在注塑生產(chǎn)中需人工取料，需要放置嵌件的產(chǎn)品也需要人工在模具上裝載嵌件，使得人員安全性低。為了滿足注塑周期要求，多采用后續(xù)工藝線下操作，使得產(chǎn)品的運(yùn)輸及后續(xù)工序完成費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人員需求量大。在上下料及運(yùn)輸中易造成產(chǎn)品磕碰傷，人員更替也易造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定。

半自動(dòng)人機(jī)配合生產(chǎn)模式，通過人員和輔助設(shè)備來配合注塑機(jī)。在注塑生產(chǎn)中采用抓取機(jī)構(gòu)取料，但放置嵌件的產(chǎn)品也需要人工在模具上裝載嵌件，人員安全性也較低。此方式多靠近注塑機(jī)生產(chǎn)，注塑完后的產(chǎn)品直接由人工在旁完成后續(xù)工序可減少運(yùn)輸，但此方式為滿足注塑周期要求，較復(fù)雜的產(chǎn)品配備人員較多，占用空間面積較大。

機(jī)器人全自動(dòng)化生產(chǎn)模式，通過機(jī)器人加以自動(dòng)化輔助設(shè)備來配合注塑機(jī)。產(chǎn)品取放、嵌件取放均有機(jī)器人完成。各自動(dòng)化輔助設(shè)備完成相應(yīng)工序，最后至擺盤堆疊。人員只參與原料批量供應(yīng)及成品的批量運(yùn)輸，使得生產(chǎn)操作過程無人化，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、人員安全性高。通過程序讓設(shè)備進(jìn)行有序穿插，提高設(shè)備利用率，使得生產(chǎn)效率提高。

通過上述說明,發(fā)現(xiàn)采用機(jī)器人全自動(dòng)化生產(chǎn)模式各方面均得到極大改善,也將成為注塑生產(chǎn)的發(fā)展方向。其中半自動(dòng)人機(jī)配合生產(chǎn)模式和機(jī)器人全自動(dòng)化生產(chǎn)模式之間具有以下特點(diǎn)。

2.1 安裝方式

機(jī)器人線圍繞機(jī)器人環(huán)形安裝，節(jié)約空間。

2.2 使用特點(diǎn)

機(jī)器人可通過程序的更改，適應(yīng)不同種類產(chǎn)品的運(yùn)行要求,柔性化高。

2.3 生產(chǎn)節(jié)拍

機(jī)器人線（10～12）件/min，半自動(dòng)線（15～17）件/min。

2.4 投資成本

半自動(dòng)線需投入人力，隨著勞動(dòng)力的缺乏，人力成本逐漸增長(zhǎng)，機(jī)器人自動(dòng)線可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，達(dá)到無人化生產(chǎn)。

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)器人自動(dòng)線通過各傳感器實(shí)現(xiàn)每節(jié)點(diǎn)檢測(cè)，質(zhì)量更穩(wěn)定。

3 汽車電子插件注塑自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線的整線運(yùn)行循環(huán)方式如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝示意圖

3.1 機(jī)械系統(tǒng)

本系統(tǒng)包括嵌件沖壓系統(tǒng)、四軸機(jī)器人擺料系統(tǒng)、六軸機(jī)器人取放料系統(tǒng)、檢測(cè)分選系統(tǒng)和儲(chǔ)料系統(tǒng)。

1.嵌件沖切系統(tǒng)，采用人工將料卷安裝在送料機(jī)，通過有效信號(hào)確認(rèn)料卷安裝完畢，送料機(jī)根據(jù)沖床信號(hào)送料，沖床帶動(dòng)級(jí)進(jìn)模具沖切料帶沖制嵌件。

2.四軸機(jī)器人擺料系統(tǒng)在此系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)中轉(zhuǎn)臺(tái)（由于注塑模具屬于一模六穴，嵌件擺放需六次，此結(jié)構(gòu)便于節(jié)省時(shí)間）。四軸機(jī)器人通過沖床給出完畢信號(hào)，四軸機(jī)器人在級(jí)進(jìn)摸出料口抓取嵌件，抓取后四軸機(jī)器人給沖床信號(hào)，沖床繼續(xù)沖制下一嵌件，四軸機(jī)器人將嵌件位放置在中轉(zhuǎn)臺(tái)，放置好后中轉(zhuǎn)臺(tái)輸出信號(hào)，四軸機(jī)器人取下一嵌件放置，當(dāng)四個(gè)嵌件放完后中轉(zhuǎn)臺(tái)輸出料滿信號(hào)，四軸機(jī)器人繼續(xù)放置下一中轉(zhuǎn)臺(tái)。

3.六軸機(jī)器人取放料系統(tǒng)，六軸機(jī)器人頭部通過快換裝置安裝嵌件抓取機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品抓取機(jī)構(gòu)，六軸機(jī)器人通過中轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的料滿信號(hào)，在中轉(zhuǎn)臺(tái)使用嵌件抓取機(jī)構(gòu)取出嵌件，中轉(zhuǎn)臺(tái)將嵌件取出信號(hào)反饋給六軸機(jī)器人（防止嵌件漏?。?，當(dāng)抓取完畢傳信號(hào)給四軸機(jī)器人可放置嵌件。六軸機(jī)器人抓取嵌件后在注塑取料位等候，當(dāng)注塑完成，六軸機(jī)器人利用產(chǎn)品抓取機(jī)構(gòu)取出產(chǎn)品（并通過機(jī)構(gòu)上的光電開關(guān)檢測(cè)產(chǎn)品取出數(shù)量是否正確），然后嵌件抓取機(jī)構(gòu)在模芯嵌件放置位放置嵌件（通過光電開關(guān)檢測(cè)嵌件安裝數(shù)量是否正確）。六軸機(jī)器人取出產(chǎn)品放置于檢測(cè)分選系統(tǒng)的產(chǎn)品放置位。

4.檢測(cè)分選系統(tǒng)，此系統(tǒng)分為產(chǎn)品放置位、料頭沖切位、性能檢測(cè)位、分選下料位。當(dāng)產(chǎn)品放置位接收到產(chǎn)品放置信號(hào)。在伺服橫移機(jī)構(gòu)的作用下，移至料頭沖切位切除料頭（料頭通過料倒流至料頭收集箱），移至電信能檢測(cè)位進(jìn)行電信能檢測(cè)，移至合格品與不合格品分選位，通過檢測(cè)信號(hào)機(jī)械手（機(jī)械手由前后左右移動(dòng)伺服模組組成，上下通過氣缸實(shí)現(xiàn)，取料通過夾爪氣缸實(shí)現(xiàn)）將不合格品放置于不合格品箱，合格品放置于儲(chǔ)料系統(tǒng)料盤。

5.儲(chǔ)料系統(tǒng)產(chǎn)品采用料盤放置，通過伺服模組搭建提升機(jī)，人工在提升機(jī)空盤放置側(cè)批量放置空盤（當(dāng)空盤用完時(shí)報(bào)警提醒人工上盤），提升機(jī)通過信號(hào)將空盤逐層上移，換盤裝置將空盤放置于滿盤放置側(cè)的定位槽，當(dāng)前盤放置滿后滿盤放置側(cè)提升機(jī)下移一層，當(dāng)滿盤放置側(cè)盤數(shù)達(dá)標(biāo)后，儲(chǔ)料系統(tǒng)報(bào)警提醒人工取盤。

以各設(shè)備采用的系統(tǒng)軟件組成的數(shù)據(jù)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的穿插配合，使設(shè)備利用率達(dá)到最高,從而提高生產(chǎn)效率。

機(jī)器人采用機(jī)器人快換實(shí)現(xiàn)頭部各類產(chǎn)品相應(yīng)夾具的快速更換。各自動(dòng)設(shè)備通過各類產(chǎn)品的相應(yīng)工裝的更換，實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品的共用。

3.2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)包括嵌件沖切系統(tǒng)、四軸機(jī)器人擺料系統(tǒng)、六軸機(jī)器人取放料系統(tǒng)、檢測(cè)分選系統(tǒng)、儲(chǔ)料系統(tǒng),各系統(tǒng)間的電氣，采用分系統(tǒng)獨(dú)立控制，中央系統(tǒng)監(jiān)控。配備西門子PLC,現(xiàn)場(chǎng)總線采用工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)[3]。PLC與四軸和六軸之間通過PROFINET現(xiàn)場(chǎng)通訊。采用手持式人機(jī)界面，配備威倫通觸摸屏，通過網(wǎng)線通訊。觸摸屏單元配置急停開關(guān)和電源旋鈕開關(guān)，屏幕用以設(shè)備調(diào)試、數(shù)據(jù)及報(bào)警信息顯示。

3.3 安全系統(tǒng)

機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線由圍欄隔離,系統(tǒng)區(qū)域采用無人化生產(chǎn)。圍欄處設(shè)置三色燈，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示。檢修和調(diào)試需通過圍欄設(shè)置的安全門，安全門采用歐姆龍安全門電磁鎖來鎖定,通過電信號(hào)來檢測(cè)門的狀態(tài)。該門打開時(shí),注塑生產(chǎn)線的所有設(shè)備停止動(dòng)作，再人工將系統(tǒng)設(shè)置于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，方可實(shí)現(xiàn)調(diào)試動(dòng)作。

系統(tǒng)的各信號(hào)均通過PLC控制，如系統(tǒng)出現(xiàn)異常，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖。

3.4 仿真模擬

利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)離線編程,并且能夠利用計(jì)算機(jī)仿真軟件實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的模擬,完善程序設(shè)計(jì)[4-6]。

4 結(jié)語

采用機(jī)器人自動(dòng)化注塑生產(chǎn)線,使得生產(chǎn)效率提升、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、人員負(fù)荷降低及人生安全性提高。隨著工業(yè)進(jìn)程的加快，各方面技術(shù)的提升，使得生產(chǎn)線成本逐漸降低，設(shè)備穩(wěn)定性提高，機(jī)器人自動(dòng)化注塑生產(chǎn)線將成為此行業(yè)主流。