李偉，呂聰正，王毅，郎新星

裝備供應(yīng)鏈

LTCC自動(dòng)生產(chǎn)線上生瓷片智能存儲(chǔ)庫(kù)的設(shè)計(jì)

李偉，呂聰正，王毅，郎新星

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

隨著LTCC技術(shù)向智能制造生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)變，生瓷片物料在線上的零時(shí)緩存就需要相應(yīng)的智能存儲(chǔ)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一種生瓷片智能存儲(chǔ)庫(kù)，該存儲(chǔ)庫(kù)與生產(chǎn)線對(duì)接，能夠?qū)ι善锪线M(jìn)行快速準(zhǔn)確的自動(dòng)存取。模塊化的設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同工藝步驟增加或者減少庫(kù)容量，來滿足柔性制造的要求。

智能存儲(chǔ)庫(kù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；智能制造生產(chǎn)線；模塊化

LTCC（低溫共燒陶瓷）技術(shù)在國(guó)內(nèi)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，工藝生產(chǎn)過程已經(jīng)從最開始的手工完成，逐步向全自動(dòng)智能化生產(chǎn)方向發(fā)展。隨著近幾年人工成本的不斷增加，加之手工操作對(duì)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(dòng)智能生產(chǎn)線發(fā)展，同時(shí)由于產(chǎn)能的擴(kuò)大，設(shè)備也逐漸向高精度、高效率、多功能、自動(dòng)化方向發(fā)展。在智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝過程中，生瓷片在疊片和打孔工藝之前需要進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，因此需要由相應(yīng)的智能存儲(chǔ)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)該功能[1]。

本文設(shè)計(jì)的生瓷片智能存儲(chǔ)庫(kù)包括行走取貨機(jī)構(gòu)、貨架以及出入貨口，該設(shè)備與LTCC智能制造生產(chǎn)線對(duì)接，生瓷片物料放在鋁制托板上隨之運(yùn)動(dòng)[2]，如圖1所示，托板通過傳輸線運(yùn)送到生瓷片存儲(chǔ)庫(kù)進(jìn)貨口，行走取貨機(jī)構(gòu)把托板從進(jìn)貨口搬運(yùn)到指定貨位儲(chǔ)存，下一道工藝需要時(shí)，行走取貨機(jī)構(gòu)把指定托板從貨位上搬運(yùn)到出貨口，再通過傳輸線傳到下一工藝設(shè)備。

圖1 生瓷片和鋁制托板

1 行走取貨機(jī)構(gòu)

1.1 行走取貨的運(yùn)動(dòng)方式

行走取貨機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)4自由度運(yùn)動(dòng)，如圖2所示，把水平方向、豎直方向運(yùn)動(dòng)、以及取貨方向的直線運(yùn)動(dòng)分別定義為x、y、z軸直線運(yùn)動(dòng)，取貨板的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其中x、y軸的直線運(yùn)動(dòng)均采用線性模組+伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)控制，z軸直線運(yùn)動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶輪來實(shí)現(xiàn)，繞y軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)擺臺(tái)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，伺服控制定位準(zhǔn)確快速。行走機(jī)構(gòu)的定位精度可以達(dá)到±0.1 mm，模組運(yùn)行速度最快可達(dá)4 m/s，存放節(jié)拍平均約為12 s/次。

圖2 行走取貨機(jī)構(gòu)

1.2 關(guān)鍵技術(shù)及解決辦法

行走取貨機(jī)構(gòu)是生瓷片存儲(chǔ)庫(kù)實(shí)現(xiàn)物料存取的核心機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)及精度將直接決定物料存取的速度以及物料存放的準(zhǔn)確、平穩(wěn)性，因此選擇合適的結(jié)構(gòu)尤為重要。該存儲(chǔ)庫(kù)存放的生瓷片和托板的總重量與傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)不能采用與傳統(tǒng)貨柜一樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，需要選擇更加輕巧、精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)庫(kù)與智能制造線串聯(lián)對(duì)接，即出、入庫(kù)端口需要分別與傳輸線連接，因此進(jìn)貨口和出貨口需分布在庫(kù)的兩側(cè)。綜合以上分析，該存儲(chǔ)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)選用類似立體倉(cāng)庫(kù)的模式，行走機(jī)構(gòu)選用直線模組組合而成，取貨機(jī)構(gòu)如圖4所示，則采用伺服電機(jī)5、同步帶4、同步帶輪6、滑軌3和旋轉(zhuǎn)電缸2組合而成。取貨板1與旋轉(zhuǎn)電缸2固定連接并隨電缸旋轉(zhuǎn)，取貨板1上設(shè)計(jì)有定位銷，生瓷片托板上開有圓孔，取放生瓷片物料時(shí)通過定位銷來定位托板。由于取貨板較薄，而且懸臂比較長(zhǎng)，約400 mm，所以對(duì)其進(jìn)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(yùn)動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)速度快，閉環(huán)控制精度更準(zhǔn)確，穩(wěn)定性更好。如圖4所示。

圖3 取貨板變形分析

圖4 取貨機(jī)構(gòu)

1.3 行走取貨機(jī)構(gòu)工作原理

取貨過程：如圖5所示，取貨時(shí)，行走機(jī)構(gòu)豎直方向模組驅(qū)動(dòng)取貨機(jī)構(gòu)沿y-方向移動(dòng)到物料下方的指定位置停止，然后伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電缸和取貨板從左初始位置開始沿z+方向移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)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(shí)停止，然后行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)取貨模組沿y+方向移動(dòng)直至取貨板和托板完全接觸后繼續(xù)沿y+方向運(yùn)動(dòng)到指定位置停止，然后伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電缸和取貨板沿z-方向移動(dòng)到左初始位置時(shí)停止（將上述一系列動(dòng)作定義為動(dòng)作一），然后行走機(jī)構(gòu)模組驅(qū)動(dòng)沿x和y方向移動(dòng)到出貨口位置上方指定位置執(zhí)行動(dòng)作二，然后物料和托板從出貨口傳輸線傳到下一設(shè)備。

圖5 行走取貨機(jī)構(gòu)工作原理圖

存放過程：存放時(shí)，行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)取貨機(jī)構(gòu)移動(dòng)到物料下方的指定位置，執(zhí)行動(dòng)作一，然后行走機(jī)構(gòu)模組驅(qū)動(dòng)沿x和y方向移動(dòng)到出貨口位置上方指定位置停止，然后伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電缸和取貨板從左初始位置開始沿z+方向移動(dòng)到指定位置停止，然后行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)取貨模組沿y-方向移動(dòng)直至托板完全接觸存放層格后繼續(xù)沿y-方向運(yùn)動(dòng)到指定位置停止，然后伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電缸和取貨板沿z-方向移動(dòng)到左初始位置時(shí)停止（將上述一系列動(dòng)作定義為動(dòng)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(dá)到減輕設(shè)備重量的目的。貨架采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)貨架分成三個(gè)模塊：左框架模塊、右框架模塊和標(biāo)準(zhǔn)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(gè)最小容量為300片左右的存儲(chǔ)庫(kù)，如果想擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，只需要在左、右模塊中間加入標(biāo)準(zhǔn)框架模塊即可，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊的貨位數(shù)為288片，本文中設(shè)計(jì)的容量為876片，即加入了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框架模塊，整個(gè)設(shè)備外形尺寸為2 800mm（長(zhǎng)）×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(jìn)、出貨口

在傳輸線方向生瓷片存儲(chǔ)庫(kù)分別設(shè)計(jì)進(jìn)貨口和出貨口，與LTCC智能制造生產(chǎn)線對(duì)接，如圖9所示，進(jìn)、出貨口由皮帶傳送部件和物料定位部件組成，物料入庫(kù)時(shí)，由傳輸線送過來的物料通過進(jìn)貨口的皮帶傳送到存儲(chǔ)庫(kù)進(jìn)口，然后通過定位裝置將物料定位后，再通過行走機(jī)構(gòu)將物料存放到指定貨位。物料出庫(kù)時(shí)，由行走機(jī)構(gòu)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(jìn)、出貨口組件

圖10 生瓷片智能存儲(chǔ)庫(kù)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)LTCC自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)了一種生瓷片智能存儲(chǔ)庫(kù)，如圖10所示，該庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，能與生產(chǎn)線對(duì)接，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化存儲(chǔ)，不僅節(jié)約了存儲(chǔ)空間，而且還提高了生產(chǎn)效率。

[1]田奇.倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)械與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]華宏強(qiáng).非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)制造中應(yīng)注意的問題[J].機(jī)械工程師，2005（04）：60-30.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)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(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的研發(fā)工作。