注塑成型攪拌軸自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁峰

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)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(jī)械制造業(yè)占據(jù)著舉足輕重的作用。衡量機(jī)械制造業(yè)制造水平的指標(biāo)便是生產(chǎn)效率，自動(dòng)化是提高機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，相對(duì)于傳統(tǒng)的手工操作有著明顯的優(yōu)勢(shì)。就如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)注塑成形中的模內(nèi)鑲件成型的自動(dòng)化，結(jié)合實(shí)際工作中的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)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(dòng)化系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.113

相比于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)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(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的劇變時(shí)期，國(guó)家出臺(tái)政策鼓勵(lì)科技研發(fā)，對(duì)科技創(chuàng)新的決心不可謂不大。機(jī)械制造業(yè)應(yīng)該搭乘科技研發(fā)創(chuàng)新的順風(fēng)車(chē)，加強(qiáng)制造加工能力，提高加工生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)提高機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 模內(nèi)鑲件（攪拌軸）加工制造現(xiàn)狀

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、文化大發(fā)展，國(guó)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(jī)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(guó)機(jī)械制造業(yè)也存在許多問(wèn)題。以類(lèi)似攪拌軸零件的制造為例（以下統(tǒng)稱(chēng)“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(yùn)→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(guó)國(guó)情決定的。

機(jī)械制造業(yè)發(fā)展時(shí)間短，人口紅利客觀存在和市場(chǎng)追求利益最大化等因素，造就了人力為機(jī)械制造業(yè)的主力，如圖1所示。但是手工機(jī)械制造業(yè)往往存在下列問(wèn)題：①手工機(jī)械制造業(yè)工廠設(shè)計(jì)時(shí)空間不夠廣闊，導(dǎo)致作業(yè)空間狹小，生產(chǎn)開(kāi)展不便。②手工機(jī)械制造業(yè)相對(duì)于生產(chǎn)線自動(dòng)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(dòng)化多數(shù)個(gè)工藝環(huán)節(jié)，而ARA-1000D的攪拌軸模內(nèi)自動(dòng)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(duì)于生產(chǎn)線自動(dòng)化產(chǎn)品質(zhì)量合格率較低。工人在操作機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，因?yàn)榉彪s的工藝流程和重復(fù)性的簡(jiǎn)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(shí)，工作效率自然下降；人工操作機(jī)械時(shí)，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(guò)機(jī)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(cuò)位，就會(huì)造成材料報(bào)廢甚至注塑模具的損壞。

2 攪拌軸自動(dòng)化

自動(dòng)化的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。過(guò)去，人們對(duì)自動(dòng)化的理解或者說(shuō)自動(dòng)化的功能目標(biāo)是以機(jī)械的動(dòng)作代替人力操作，自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。這實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)的觀點(diǎn)。后來(lái)隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）不僅代替人的體力勞動(dòng)，而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。從自動(dòng)化的概念來(lái)說(shuō)，攪拌軸生產(chǎn)線自動(dòng)化不僅需要機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，而且需要先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助程序。攪拌軸生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)置如圖2所示。

2.1 機(jī)械手的功能

當(dāng)今生活，科技日新月異，機(jī)械手區(qū)別于人類(lèi)手臂就是機(jī)械手的靈活性和耐久性。機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)就是可以長(zhǎng)時(shí)間地做重復(fù)、簡(jiǎn)單動(dòng)作，沒(méi)有人工的疲勞感。機(jī)械手臂的優(yōu)勢(shì)對(duì)于攪拌軸的生產(chǎn)線自動(dòng)化再合適不過(guò)。手部、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分構(gòu)成機(jī)械手。手部是用來(lái)固定工件的部分，我們可以稱(chēng)之為起始部分，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自仿真學(xué)，其原型就是人類(lèi)的手。機(jī)械加工的零部件多種多樣，機(jī)械手的種類(lèi)呈現(xiàn)多樣化，例如夾持型、托持型和吸附型等。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是改變推動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手完成特定的動(dòng)作，例如四面擺動(dòng)，完成零部件的移動(dòng)或各種簡(jiǎn)單動(dòng)作組合成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。在立體空間匯總，存在六個(gè)自由度，三種是前后、上下及左右。另外三種是移動(dòng)和前后、上下及左右三面旋轉(zhuǎn)。在機(jī)械手系統(tǒng)中，零部件相對(duì)于參考系具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，我們稱(chēng)為“機(jī)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(gè)自由度?？刂撇糠质峭ㄟ^(guò)控制機(jī)械手自由完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋信息，形成閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由PLC或DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。

2.2 機(jī)械手使用時(shí)的難點(diǎn)

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

3 攪拌軸自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

3.1 占用空間小

自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)全機(jī)械的一種方式，相對(duì)于人工操作來(lái)說(shuō)，占用空間小。攪拌軸生產(chǎn)線自動(dòng)化使用設(shè)備包括ARA-1000D機(jī)械手、動(dòng)模板實(shí)時(shí)位置跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)、供料機(jī)、輸送線、機(jī)械手夾具、料臺(tái)。六種設(shè)備裝配組合所占空間同人工操作的一臺(tái)車(chē)床相當(dāng)?？臻g體積小越小，廠房布置越簡(jiǎn)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(jī)械手臂設(shè)備系統(tǒng)提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。該機(jī)械手臂的優(yōu)勢(shì)主要在其靈活性和耐久性，只要設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)械手臂就會(huì)不知疲勞地工作。機(jī)械手臂相對(duì)于傳統(tǒng)的手工制造加工模式，有操作簡(jiǎn)單、工作時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。操作時(shí)，只需要將原料放置在料臺(tái)上，機(jī)械手臂就會(huì)短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)的完成整個(gè)工藝流程，操作人員在成品運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，攪拌軸生產(chǎn)線自動(dòng)化對(duì)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(mén)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(shí)，可以購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)的零部件替換，節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述不難發(fā)現(xiàn)，攪拌軸注塑成型的自動(dòng)化對(duì)攪拌軸制造加工工作效率的提升，同時(shí)也是其他模內(nèi)鑲件成型的一個(gè)參考。我國(guó)機(jī)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(lèi)似于攪拌軸的模內(nèi)鑲件成型自動(dòng)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(jī)遇。數(shù)字控制機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和電子計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展以及成組技術(shù)的應(yīng)用，將使自動(dòng)線的靈活性更高，可實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化。多品種可調(diào)自動(dòng)線減少了自動(dòng)線生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)批量，因而在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并向更高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3]鄧建云.光電傳感器在自動(dòng)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(dòng)上料及自動(dòng)出件裝置的研究與設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，2010（05）.

〔編輯：王霞〕