陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

程愛華 郭天昊 韓衛(wèi)光

摘 要： 針對制鞋行業(yè)陶瓷型模具制作的要求，設(shè)計(jì)出高效、低勞動強(qiáng)度的陶瓷型鞋模制造生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線主要由清洗、涂膠、抽真空、灌膠等工序組成。將木模通過刮膩?zhàn)印⑶逑础⑼瓿赏磕z、抽真空、及灌石膏、脫模等工序最終形成石膏模，完成整個(gè)工藝流程。

關(guān)鍵詞： 陶瓷型鞋模 涂膠 抽真空 灌膠

目前國內(nèi)鞋類市場因受服裝時(shí)裝化、運(yùn)動熱等外部環(huán)境因素的影響，產(chǎn)品變換周期越來越短，鞋底、鞋幫和各種尺碼鞋子配套制鞋模具都需要以最快的速度制造出來，保證新產(chǎn)品能盡快投入市場，參與競爭。但是與國外先進(jìn)制鞋模具生產(chǎn)技術(shù)相比，我國制鞋模具制造工藝及方法十分落后，模具的制作大部分還是靠人工手工操作，不僅成本高，周期長，而且質(zhì)量差，很難滿足現(xiàn)階段市場的需求。

圖1 鞋模制造廠現(xiàn)狀

為了改變落后工藝，我們設(shè)計(jì)了陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線，降低了工人的勞動強(qiáng)度，減少了環(huán)境污染，提高了生產(chǎn)效率，大大降低了勞動力及材料成本，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。

1.陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)

1.1生產(chǎn)線的工序安排

目前現(xiàn)有生產(chǎn)廠家制作鞋模的整體工藝流程是，通過機(jī)加工將木質(zhì)鞋楦制作出來，利用木質(zhì)鞋楦制作出石膏模，然后通過石膏模制作鋁制模具。本文所述的內(nèi)容主要是解決從木質(zhì)模具制作石膏模的階段的生產(chǎn)自動化問題。

提出陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線，就要改變過去的手工作坊式工作方法，以降低工人勞動強(qiáng)度和提高效率為前提進(jìn)行工序安排。將由人員直接清洗、潑膠、灌石膏的工序改為機(jī)械自動化加工，其工序安排如圖2所示，工序之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)自動化的運(yùn)輸。

圖2 陶瓷型鞋模的制作流程

1.2生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)分析

生產(chǎn)線由多臺專用設(shè)備及輸送線組成，專用設(shè)備單元組成有：涂膠機(jī)、抽真空機(jī)、灌石膏機(jī)等。

針對操作人員和設(shè)備情況，可將各工序分配到不同的工位完成（見圖3），其中除第1、8、15、24工位需由人工操作外，其余工位的操作由專用機(jī)械設(shè)備自動完成。

圖3 工位分布

以前一個(gè)模具從前到后制作是由一個(gè)工人完成的，現(xiàn)在要求分工序自動化生產(chǎn)，過程中減少大量的操作人員。根據(jù)鞋模制作工藝及生產(chǎn)線流程要求，在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)解決的問題如下：一是工位的合理布局，工序的運(yùn)轉(zhuǎn)流暢；二是根據(jù)生產(chǎn)線的要求，對傳送線的主機(jī)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出自動化和工作可靠性；三是工序的設(shè)備，主機(jī)的設(shè)計(jì)；四是整條生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

整體布局上，為操作和管理方便，將上述工位布置成環(huán)形，即木模上線和產(chǎn)品下線在同一區(qū)域，并將相同或相近功能的設(shè)備就近或集中布置。人工操作工位，可考慮將8#和15#工位放在一起，由一個(gè)操作員操作。

2.生產(chǎn)線的主要設(shè)計(jì)

2.1生產(chǎn)線設(shè)備主機(jī)設(shè)計(jì)

涂膠機(jī)、抽真空機(jī)、灌石膏機(jī)主要結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖4 生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備圖

涂膠機(jī)主要完成的工序是膠水與凝固劑的定量配比，混合攪拌，稱量及涂抹，替代人工在此過程中的操作，在定量配比及定量涂抹上面比人工操作節(jié)約，降低成本，減少工序占地面積；抽真空機(jī)主要完成的是薄膠涂抹后續(xù)的抽真空工序；灌石膏機(jī)主要完成水與石膏粉的定量配比，混合攪拌，稱量及灌裝，替代人工在此過程中的操作，在定量配比及定量灌裝上面比人工操作節(jié)約，準(zhǔn)確度高，降低粉塵對人體的傷害。

2.2生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用兩級分布式結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

每個(gè)工位根據(jù)工藝需要配一臺可編程控制器（PLC）或一臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）：在僅需要簡單啟停操作的工位配PLC，PLC配有就地操作站，如第1、2、4、7、8、11、14、15、18、19、22、23、24號工位等；在需要進(jìn)行多軸聯(lián)動控制的工位配IPC，IPC配有操作終端，如第3、5、6、9、10、12、13、16、17、20、21號工位等。每個(gè)工位的控制器還控制其后面接續(xù)的帶式輸送機(jī)，所有控制器均通過以太網(wǎng)與上位的服務(wù)器相連。管理層配有服務(wù)器和管理機(jī)：服務(wù)器主要用于存放工藝數(shù)據(jù)、對加工程序進(jìn)行預(yù)處理、協(xié)調(diào)工位間的操作等；管理計(jì)算機(jī)主要用于現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)、生產(chǎn)管理等。

圖5

2.3識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于每個(gè)木模的形狀和大小均不同，在涂膠或灌石膏時(shí)不可能由一個(gè)固定的動作順序完成勻料和定量操作，而在生產(chǎn)過程中存在人工干預(yù)，很難對某一工件進(jìn)行精確跟蹤，因此需要工位設(shè)備在現(xiàn)場對加工的工件進(jìn)行辨識，確定加工路徑。

采用電子標(biāo)簽需要在每個(gè)木模上嵌入一個(gè)芯片，在相應(yīng)的工位設(shè)讀取器，讀出鞋模代碼，工控機(jī)再通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，其優(yōu)點(diǎn)是便于管理、一次性投入小、受環(huán)境影響小。

電子標(biāo)簽采用的射頻識別（RFID：radio frequency identification）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。

2.6運(yùn)輸生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

為提高模具運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)確性，運(yùn)輸線采用輸送帶運(yùn)輸。由于鞋模在各工序間轉(zhuǎn)換，采用桁架機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠解決生產(chǎn)過程中的工位轉(zhuǎn)換要求，確保位置擺放準(zhǔn)確。

輸送機(jī)控制流程如圖6所示。

工位輸送機(jī)

工位間輸送機(jī)

圖6 輸送機(jī)控制圖

3.結(jié)語

陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線是一種自主研發(fā)的全新設(shè)計(jì)，它充分考慮了生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的自動化，減少了人工操作，提高了鞋模加工的穩(wěn)定性，為鞋模的制作質(zhì)量提供了保證。該生產(chǎn)線的主要優(yōu)點(diǎn)是：降低了勞動力成本，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了對環(huán)境的污染。

陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線是解決鞋模制作的生產(chǎn)需要，它為生產(chǎn)廠家解決了人員緊缺、難招及產(chǎn)品質(zhì)量難保證的問題，一定會在實(shí)際應(yīng)用中得到普及和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王炎主編.噴涂設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

本文為面向機(jī)床及自動化生產(chǎn)線的機(jī)器人關(guān)鍵部件研發(fā)的研究成果之一，項(xiàng)目編號為CE20130037。