LTCC自動生產線上生瓷片智能存儲庫的設計

李偉，呂聰正，王毅，郎新星

裝備供應鏈

LTCC自動生產線上生瓷片智能存儲庫的設計

李偉，呂聰正，王毅，郎新星

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024）

隨著LTCC技術向智能制造生產線的轉變，生瓷片物料在線上的零時緩存就需要相應的智能存儲設備來實現，設計了一種生瓷片智能存儲庫，該存儲庫與生產線對接，能夠對生瓷片物料進行快速準確的自動存取。模塊化的設計可以根據不同工藝步驟增加或者減少庫容量，來滿足柔性制造的要求。

智能存儲庫；結構設計；智能制造生產線；模塊化

LTCC（低溫共燒陶瓷）技術在國內經過十幾年的發展，工藝生產過程已經從最開始的手工完成，逐步向全自動智能化生產方向發展。隨著近幾年人工成本的不斷增加，加之手工操作對生瓷片的精度有影響、一致性差，越來越多的公司開始向全自動智能生產線發展，同時由于產能的擴大，設備也逐漸向高精度、高效率、多功能、自動化方向發展。在智能制造生產線的生產工藝過程中，生瓷片在疊片和打孔工藝之前需要進行臨時存儲，因此需要由相應的智能存儲設備來實現該功能[1]。

本文設計的生瓷片智能存儲庫包括行走取貨機構、貨架以及出入貨口，該設備與LTCC智能制造生產線對接，生瓷片物料放在鋁制托板上隨之運動[2]，如圖1所示，托板通過傳輸線運送到生瓷片存儲庫進貨口，行走取貨機構把托板從進貨口搬運到指定貨位儲存，下一道工藝需要時，行走取貨機構把指定托板從貨位上搬運到出貨口，再通過傳輸線傳到下一工藝設備。

圖1 生瓷片和鋁制托板

1 行走取貨機構

1.1 行走取貨的運動方式

行走取貨機構能實現4自由度運動，如圖2所示，把水平方向、豎直方向運動、以及取貨方向的直線運動分別定義為x、y、z軸直線運動，取貨板的回轉運動為繞y軸轉動，其中x、y軸的直線運動均采用線性模組+伺服電機來驅動控制，z軸直線運動采用伺服電機驅動同步帶輪來實現，繞y軸回轉運動采用電動擺臺實現，整個行走機構的運動平穩可靠，伺服控制定位準確快速。行走機構的定位精度可以達到±0.1 mm，模組運行速度最快可達4 m/s，存放節拍平均約為12 s/次。

圖2 行走取貨機構

1.2 關鍵技術及解決辦法

行走取貨機構是生瓷片存儲庫實現物料存取的核心機構，其結構及精度將直接決定物料存取的速度以及物料存放的準確、平穩性，因此選擇合適的結構尤為重要。該存儲庫存放的生瓷片和托板的總重量與傳統貨柜相比重量非常輕，僅為130 g左右（普通貨柜存放貨物重量約為100 kg～1 000 kg），因此行走結構不能采用與傳統貨柜一樣的機械結構，需要選擇更加輕巧、精準的結構來實現。存儲庫與智能制造線串聯對接，即出、入庫端口需要分別與傳輸線連接，因此進貨口和出貨口需分布在庫的兩側。綜合以上分析，該存儲庫的整體結構選用類似立體倉庫的模式，行走機構選用直線模組組合而成，取貨機構如圖4所示，則采用伺服電機5、同步帶4、同步帶輪6、滑軌3和旋轉電缸2組合而成。取貨板1與旋轉電缸2固定連接并隨電缸旋轉，取貨板1上設計有定位銷，生瓷片托板上開有圓孔，取放生瓷片物料時通過定位銷來定位托板。由于取貨板較薄，而且懸臂比較長，約400 mm，所以對其進行受力分析[3]，如圖3所示，最大變形量為0.014 mm，能滿足變形要求。x、y、z軸運動采用伺服電機驅動，響應速度快，閉環控制精度更準確，穩定性更好。如圖4所示。

圖3 取貨板變形分析

圖4 取貨機構

1.3 行走取貨機構工作原理

取貨過程：如圖5所示，取貨時，行走機構豎直方向模組驅動取貨機構沿y-方向移動到物料下方的指定位置停止，然后伺服電機驅動旋轉電缸和取貨板從左初始位置開始沿z+方向移動，當移動到物料托板正下方且取貨板上定位銷和托板上定位孔同心時停止，然后行走機構驅動取貨模組沿y+方向移動直至取貨板和托板完全接觸后繼續沿y+方向運動到指定位置停止，然后伺服電機驅動旋轉電缸和取貨板沿z-方向移動到左初始位置時停止（將上述一系列動作定義為動作一），然后行走機構模組驅動沿x和y方向移動到出貨口位置上方指定位置執行動作二，然后物料和托板從出貨口傳輸線傳到下一設備。

圖5 行走取貨機構工作原理圖

存放過程：存放時，行走機構驅動取貨機構移動到物料下方的指定位置，執行動作一，然后行走機構模組驅動沿x和y方向移動到出貨口位置上方指定位置停止，然后伺服電機驅動旋轉電缸和取貨板從左初始位置開始沿z+方向移動到指定位置停止，然后行走機構驅動取貨模組沿y-方向移動直至托板完全接觸存放層格后繼續沿y-方向運動到指定位置停止，然后伺服電機驅動旋轉電缸和取貨板沿z-方向移動到左初始位置時停止（將上述一系列動作定義為動作二）。

2 貨架

貨架的框架均采用鋁型材搭建，既能滿足安裝精度要求，又能達到減輕設備重量的目的。貨架采用模塊化設計思想，將整個貨架分成三個模塊：左框架模塊、右框架模塊和標準框架模塊，如圖6所示，直接將左、右框架模塊組合起來就是一個最小容量為300片左右的存儲庫，如果想擴大存儲容量，只需要在左、右模塊中間加入標準框架模塊即可，一個標準模塊的貨位數為288片，本文中設計的容量為876片，即加入了兩個標準框架模塊，整個設備外形尺寸為2 800mm（長）×1 300mm（寬）×2 200 mm(高)。

物料存放層格為不銹鋼板制作，如圖7所示，物料支撐板受力變形分析如圖8所示，最大變形量約為0.05 mm，滿足使用要求。不銹鋼板采用激光切割和鈑金折彎加工，具有良好的尺寸一致性，能保證安裝精度。

圖6 模塊化貨架

圖7 物料存放層格

圖8 物料支撐板變形分析

3 進、出貨口

在傳輸線方向生瓷片存儲庫分別設計進貨口和出貨口，與LTCC智能制造生產線對接，如圖9所示，進、出貨口由皮帶傳送部件和物料定位部件組成，物料入庫時，由傳輸線送過來的物料通過進貨口的皮帶傳送到存儲庫進口，然后通過定位裝置將物料定位后，再通過行走機構將物料存放到指定貨位。物料出庫時，由行走機構從指定貨位將物料送到出貨口，通過皮帶傳送部件將物料送入傳輸線。

圖9 進、出貨口組件

圖10 生瓷片智能存儲庫

4 結束語

本文針對LTCC自動生產線設計了一種生瓷片智能存儲庫，如圖10所示，該庫采用模塊化設計，能與生產線對接，實現全自動化存儲，不僅節約了存儲空間，而且還提高了生產效率。

[1]田奇.倉儲物流機械與設備[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]華宏強.非標設備設計制造中應注意的問題[J].機械工程師，2005（04）：60-30.

[3]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

The Design of Raw Ceramics Temporary Storage of LTCC Intelligent Manufacturing Line

LI Wei，LV Cong-zheng，，WANG Yi，LANG Xin-xing
（The Second Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Tai’yuan Shanxi030024，China）

With the transformation of LTCC technology to intelligent manufacturing line，raw ceramics temporary storage need to use only a storage device.An intelligent raw ceramics repository is designed，this repository connected with production line.This repository can achieve a rapid and accurate access in the opposite of porcelain，and the repository can also realize rapid and accurate access to the Raw ceramics.Due to the modular design，we can increase or decrease capacity according to the requirements of processing capacity，so it can meet the needs of flexible manufacturing.

intelligent repository；structural design；intelligent production line；modular

TP392

A

1672-545X（2017）02-0237-04

2016-11-19

李偉（1986-），男，山西晉中人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：物流倉儲設備的研發工作。