一种自动修边码垛技术设计

一种自动修边码垛技术设计

朱军

南京思来机器人有限公司

摘要：传统注塑车间口框修边技术存在较多缺陷，人员劳动强度较大，效率低下。鉴于此，本文提出了一种自动修边码垛技术设计，并进行了理论分析与研究。

关键词：自动修边码垛技术，主体结构，工作原理

1.引言

在最近几年中，随着我国工业化程度的不断提高，工业自动控制技术的运用变得越来越为广泛。目前，传统注塑车间口框修边技术存在较多缺陷，人员劳动强度较大，效率低下。鉴于此，本文提出了一种自动修边码垛技术设计，具有重要意义。

2.主体结构方案设计与工作原理

基于工厂布局，现拟定自动修边码垛自动化方案。根据工厂提供的产品，包括：口框Q0108-208A、Q0108-208、501124950007、501129550001；冰箱抽屉A0620-102、A0809-130、A1189-103A 、A1188-103等，该机台自动化方案要同时兼容以上产品的自动化，口框4种产品能实现自动切换去胶口、自动翻转、自动修边、自动码垛；抽屉的4款产品能同时兼容自动翻转、自动码垛。

修边码垛项目要求自动化ct=29s，根据口框对应的长边和短边的长度，最长长边1m，最长宽边0.8m，x轴移栽采用伺服电机加同步带传动装置，同步轮选用梯形齿H型，齿距12.7，此类型同步轮承载扭矩大，强度大，运行平稳，齿轮啮合紧密，不脱齿；同步带中心层带有钢丝，同步带韧性好，强度大，传动平稳，维修更换方便，寿命长，性价比高。y轴移栽以圆形气缸为动力源，两侧直线导轨为导向机构，气缸伸出和缩回状态都有柔性和刚性限位机构，前后移栽。z轴冲胶口动作以气缸为动力源外加一单根直线导轨导向机构，上下运动。x轴采用750w伺服电机，外加一减速机，减速机速比为5，负载绕z轴的转动惯量Jz=1.1xkg.cm2，负载转动惯量经同步带轮和减速机，转换到伺服电机转动轴,转动惯量增大25倍即电机轴转动惯量Jz=4.4x10 kg.mm2，该机构的负载惯量比小于10，负载比在伺服电机对应型号规定范围之内，所以伺服电机在启动、停止时，伺服电机不会抖动，平稳地启停。

z轴冲浇口组件选用双冲头，节省时间，提高效率，ct时间控制在29s以内。其中，冲浇口组件，如图1所示。它由x轴同步带模组、y轴滚珠丝杆模组、z轴气缸下压组件、冲腔组件组成。

根据产品图纸特性，自动翻转方案以口框4种产品的长度和宽度中心为设计中心，翻转吸盘组件布局根据口框的长边，每种产品的两条长边左边分别布置两个矩形吸盘，矩形吸盘尺寸为45mm×15mm×20mm，如图2所示；矩形吸盘吸附面积大，吸盘总吸力224N＞吸盘总重力9.8N，真空发生器产生的负压力足以能吸住产品，产品在翻转机构上可以平稳的翻转。抽屉根据图纸特性，4种产品宽度对中，长度方向以底边为共面，方形分布4个圆形50吸盘，吸盘总吸力549.5N＞吸盘总重力19.6N，设计数据合理。

产品翻转机构，它由翻转气缸、转轴组成、气缸升降机构组成。气缸升降机构由以紧凑型气缸为动力源，两侧各加一组20直线导轨组件，上下升降平稳、顺畅，导轨组件间隙小，耐磨磨损，减小上下升降摩擦力，机构坚固耐用。导轨方便工厂日常润滑维护，气缸上下不停歇往返运动平稳可靠，导轨侧向力矩大，耐磨耐用。

产品吸取布局方案，在码垛吸盘组件中，吸盘布局根据3种口框产品特征，295与208以下底面与左侧面为共用基准，249与295以底面与右面为基准，左右两侧各2个矩形吸盘，吸盘组件主体框架选用3030铝型材拼接而成。码垛吸盘组件主体左右两侧各2个50圆形吸盘，圆形吸盘装在左右两个导杆气缸上，该2组吸盘用来吸取产品码垛之间的隔板，气缸伸出状态为工作状态，气缸缩回为避让其它机械组件，中间一组4个吸盘也是用来吸取隔板，起到加强作用，防止隔板掉落，同样气缸两种状态也是同上气缸所释，该吸盘布局跨距大，吸力大，在实际运行中可以很有效平稳的吸取隔板，从而放置到位。产品对中组件一边是硬定位，另一边采用弹性装置，两边都是气缸为主动力源，产品在皮带机上传输，皮带机末端两边有一对射光电，产品到位，对射光电检测产品到位，两侧气缸伸出，产品对中定位，码垛机器人移动，到取料位吸取口框，然后码垛机器人带动产品移动到修边工位，待修边状态，然后该机器人复位到待取料位。

修边工位，图1为浮动刀头，它由修边主体、刀头浮动气缸，刀柄支座、刀片安装支座、陶瓷刀片组成，浮动刀头是修边工位的核心部件。浮动刀头可以左右浮动,左右两边各有缓冲浮动拇指气缸，外部连接一个精密减压阀，来控制进气量，从而控制左右两边的缓冲力度，修边刀片采用陶瓷刀片，耐磨，经久耐用，修边时利用陶瓷刀片的R内凹圆弧刀刃。目前该浮动机构在美的车间现场得到了认可，降低了厂家的成本，提高了修边效率。

图1浮动刀头

修边工位采用双工位，机器人末端安装浮动刀头，吸尘口在刀片旁边，根据现场实际修边毛刺的形状和状态，做了一系列实验，应配备工业吸尘器AM550,5.5kw，吸力33kpa，吸尘管内径50mm，风量306此工位节拍ct29s，295产品长边1114，短边645，修边机器人速度120mm/s，，这中间还不包括机器人在产品四转角处慢速换向的时间，必须要采用修边双工位，才能满足节拍要求。

修边工位产品以长度对称面和宽度对称面为修边放置位对称中心，码垛机器人通过吸盘吸取口框产品、移栽、放置到修边工位，产品工装对角安装无油衬套，对角一个圆柱销、一个菱形销，来定位产品工装和快换工装，对角安装一组件镜面反射光电来检测物料有无，来给修边机器人启动信号。产品长边和短边各安装一组无杆缸对中组件，每一组无缸对中组件安装预留3组件限位组件，对应3中产品的位置，每一组位置安装一接近开关检测，当工人换型对应产品和对应工装时，限位开关组件人工手动换到相应位置，同时接近开关检测限位开关有无放置到位，如检测不到，则报警处理，提示工人更改位置。当机器人修边产品内圈时，工装斜边和产品内斜面组成楔形配合面，楔形结构来限制产品上下左右的晃动；当机器人修边产品外圈时，修长边时，短边的两个对中气缸组件，气缸处于伸出状态，贴近产品的外边缘，防止修边时产品外翘；同理当修产品短边时，长边的两个对中气缸组件，气缸处于伸出状态，贴近产品的外边缘，防止修边时产品外翘。修边压紧组件，由两组聚氨酯包胶滚轮来压紧产品，压紧产品的目的是保证修边质量，不出现刮花现象，如没有该机构，由于产品是注塑件，受热胀冷缩影响比较大，长边的距离比较长，容易温度影响，长边的中间位置容易出现凸起，当修边时容易出现中间修不到，两侧修的深，出现刮花的现象。

码垛工位，修边工位由于双工位，当修边机器人在修边工位1修边时，码垛机器人真空吸取修边工位2上口框产品，移栽、码垛；同理当修边机器人在修边工位2修边时，码垛机器人真空吸取修边工位1上口框产品，移栽、码垛。两个码垛工位的设计增加了成品的出产量。码垛的设计根据产品的外形特征，采取7层的码垛，每一层根据产品的大小，每层放1个、2个，单侧7层。当两侧的码垛工位满料时，都有一个满料检测，来提醒工人拉走成品，另外再放置2个托盘，托盘两侧都有一个托盘有无检测对射光电，用来检测托盘库位的有无。

综上所述，图2为整体结构布局图，它由冲料工位、皮带传送工位、皮带末端对中工位、机器人修边双工位、机器人码垛移栽组件、码垛双库位组成。

图2整体结构布局图

3.结束语

综上所述，通过使用本文提出的一种自动修边码垛技术，可自动下料、口框自动去胶口、自动修边、自动码垛，能够有效解决传统注塑车间口框人工修边效率低下、劳动强度大等缺陷问题。希望本文研究内容，可对类似技术的设计起到一定的参考作用。

参考文献：

[1]张鑫鑫. HG公司注塑车间布局优化研究[D].东北农业大学,2022.

[2]胡绿莹,陈志刚.XX公司注塑车间管理系统的实施[J].冶金管理,2021(05):115-116.

[3]王春国.注塑模具的优化设计与数值模拟[J].自动化应用,2023,64(04):34-37.

[4]杜威,张亚军,金志明.注塑制品质量在线控制研究进展[J].塑料工业,2022,50(12):1-7.

[5]梁升,黄礼安,黄俊.基于PLC的六轴码垛机器人设计[J].电动工具,2023(03):28-30.