注塑成型搅拌轴自动化系统设计与实现

开放以来，我国经济、文化大发展，国民生产总值迅速提升，现今已是世界第二大经济体，取得的成果可谓丰硕，机械制造业取得了突飞猛进的进展。但是在飞速发展之下，我国机械制造业也存在许多问题。以类似搅拌轴零件的制造为例（以下统称“搅拌轴”），加工方式还是以人力为主。生产流程为镶件筐转运→镶件人工上料→注塑→人工取出→人工将成品装筐。相比于欧美先进制造业，人工操作的模式效率低下，当然这是由我国国情决定的。

机械制造业发展时间短，人口红利客观存在和市场追求利益最大化等因素，造就了人力为机械制造业的主力，如图1所示。但是手工机械制造业往往存在下列问题：①手工机械制造业工厂设计时空间不够广阔，导致作业空间狭小，生产开展不便。②手工机械制造业相对于生产线自动化效率低下。手工制造的工艺烦琐，工艺流程往往比生产线自动化多数个工艺环节，而ARA-1000D的搅拌轴模内自动成型系统能替代上述所有的人工作业步骤。③手工制造业成本较高、制造效率低下。④手中制造業的产品质量相对于生产线自动化产品质量合格率较低。工人在操作机械设备生产产品时，因为繁杂的工艺流程和重复性的简单工作，造成身体和精神上的疲劳。工人不处于最

佳状态时，工作效率自然下降；人工操作机械时，存在一定的不准确性。就搅拌轴加工的工艺流程而言，其出现废品率的概率极大。先是手工上料，从事过机械加工的人都知道，上料要求一定的准确性，选料的偏差，上料位置的错位，就会造成材料报废甚至注塑模具的损坏。

2 搅拌轴自动化

自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器（包括计算机）不仅代替人的体力劳动，而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。从自动化的概念来说，搅拌轴生产线自动化不仅需要机械设备的应用，而且需要先进的计算机辅助程序。搅拌轴生产线自动化设置如图2所示。

2.1 机械手的功能

当今生活，科技日新月异，机械手区别于人类手臂就是机械手的灵活性和耐久性。机械手的优势就是可以长时间地做重复、简单动作，没有人工的疲劳感。机械手臂的优势对于搅拌轴的生产线自动化再合适不过。手部、传动机构和控制部分构成机械手。手部是用来固定工件的部分，我们可以称之为起始部分，其设计灵感来自仿真学，其原型就是人类的手。机械加工的零部件多种多样，机械手的种类呈现多样化，例如夹持型、托持型和吸附型等。传动机构是改变推动机械手的运动，使机械手完成特定的动作，例如四面摆动，完成零部件的移动或各种简单动作组合成的复合运动。在立体空间汇总，存在六个自由度，三种是前后、上下及左右。另外三种是移动和前后、上下及左右三面旋转。在机械手系统中，零部件相对于参考系具有独立运动参数的数目，我们称为“机械手自由度”。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。控制部分是通过控制机械手自由完成特定动作。同时接收传感器反馈信息，形成闭环控制。控制系统的核心通常是由PLC或DSP等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

2.2 机械手使用时的难点

如果搅拌轴模具较为特殊，注塑成型开模位置不稳定（一般会在0.03 mm左右波动），我们可在开模方向追加光栅尺，开模后光栅尺再将实际距离反馈给机械手进行补偿，从而准确找到开模具位置。以上是能否实现自动化生产的关键，解决了这些，才有可能实现自动化。

3 搅拌轴自动化的优势

3.1 占用空间小

自动化是实现机械制造业全机械的一种方式，相对于人工操作来说，占用空间小。搅拌轴生产线自动化使用设备包括ARA-1000D机械手、动模板实时位置跟踪补偿系统、供料机、输送线、机械手夹具、料台。六种设备装配组合所占空间同人工操作的一台车床相当。空间体积小越小，厂房布置越简单，空间的利用合理性越高。

3.2 提高了产品的生产效率

搅拌轴的ARA-1000D机械手臂设备系统提高了产品的生产效率。该机械手臂的优势主要在其灵活性和耐久性，只要设备运行正常，机械手臂就会不知疲劳地工作。机械手臂相对于传统的手工制造加工模式，有操作简单、工作时间短等优势。操作时，只需要将原料放置在料台上，机械手臂就会短时间内自动的完成整个工艺流程，操作人员在成品运输线获取成型产品即可。

3.3 提高产能

搅拌轴生产线自动化能够提高产能。手工生产周期=40 s，产能/班=60×60×8/40=720 PCS；全自动生产周期为30 s（Must）=25S（Want），产能/班=60×60×8/30=822 PCS =1 152 PCS。人员至少递减=1人/班×3班=3人。通过对比可以发现，搅拌轴生产线自动化对整体产能的提高，如图3所示。

3.4 维修便捷

随着城市工业发展，生产线维修已经成为热门行业。由于生产线的零部件都是标准零件，在发生故障时，可以购买相应标准编号的零部件替换，节省了大量的时间和成本。

4 结语

综上所述不难发现，搅拌轴注塑成型的自动化对搅拌轴制造加工工作效率的提升，同时也是其他模内镶件成型的一个参考。我国机械制造加工行业起步较晚，主要分布在沿海城市，加工制造水平参差不齐。相较于欧美制造业存在较大的差距，特别在精密仪器加工制造方面。类似于搅拌轴的模内镶件成型自动化作为现今世界上最先进的制造加工理念，给我们迎头赶上欧美制造业提供了机遇。数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展以及成组技术的应用，将使自动线的灵活性更高，可实现多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动线减少了自动线生产的经济批量，因而在机械制造业中的应用越来越广泛，并向更高度自动化的柔性制造系统发展。

参考文献

[1]徐永新.浅谈机械工程的可靠性优化设计[J].科技于企业，2012（17）.

[2]刘建军.注塑机PLC控制系统设计[J].常州工学院学报，2012（03）.

[3]邓建云.光电传感器在自动控制中的应用[J].电子世界，2012（09）.

[4]李彦蓉，孙晓朋.冲压自动上料及自动出件装置的研究与设计[J].锻压技术，2010（05）.

〔编辑：王霞〕

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