林木峰+李發(fā)業(yè)+梁成鵬+夏龍軍

摘 要：本文介紹了一種大型斷路器自動(dòng)生產(chǎn)線的研制與應(yīng)用，采用氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制，配合機(jī)器人實(shí)現(xiàn)斷路器生產(chǎn)的自動(dòng)化，相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)可以自動(dòng)上傳生產(chǎn)系統(tǒng)，減少了工人的數(shù)量和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵字：斷路器；生產(chǎn)線；機(jī)器人；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.022

自動(dòng)化控制技術(shù)近年來極大的推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。自動(dòng)化生產(chǎn)線是自動(dòng)控制技術(shù)的集中體現(xiàn)和運(yùn)用，涵蓋了液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各種機(jī)構(gòu)或裝置自動(dòng)準(zhǔn)確地完成設(shè)定的各道工序及工藝過程。

對(duì)于企業(yè)來說，面對(duì)越來越高的人力成本，如何做到資源的優(yōu)化配置、降低成本、改善質(zhì)量、縮短產(chǎn)品交貨期等，以及通過精益化生產(chǎn)來確保企業(yè)在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中持續(xù)盈利，已成為越來越多企業(yè)所面臨的重大挑戰(zhàn)。

1 自動(dòng)生產(chǎn)線研制背景

斷路器在生產(chǎn)的過程中需要經(jīng)過多道工序，例如組裝端子盒、彈簧、滅弧罩，磨合工序等等。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采取分立設(shè)備獨(dú)立進(jìn)行每道工序，然后匯合組裝而成的方式進(jìn)行生產(chǎn)。這種斷路器的生產(chǎn)方式由于不能整合資源，進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，因此效率相對(duì)低下，而且很容易出現(xiàn)差錯(cuò)，此外，某一個(gè)工序出現(xiàn)問題時(shí)，比較難溯源追查原因。

因此，針對(duì)上述情況，如何設(shè)計(jì)一種斷路器自動(dòng)生產(chǎn)線，從而可以解決上述的問題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

2 自動(dòng)生產(chǎn)線客戶需求與現(xiàn)場(chǎng)分析

X公司是國(guó)際知名斷路器生產(chǎn)商，本生產(chǎn)線主要用于該公司Y系列斷路器的自動(dòng)制造和測(cè)試?？蛻粢髷嗦菲髯詣?dòng)生產(chǎn)線安放在公司的A棟三樓，可以使用的場(chǎng)地范圍為50mX16m，線體高度不得超過2.5m。

根據(jù)客戶要求，除外形尺寸外，研制的生產(chǎn)線必須滿足以下要求，現(xiàn)摘錄部分如下：

（1）生產(chǎn)節(jié)拍：140 臺(tái)/ 班，每班按照7小時(shí)計(jì)算。

（2）噪音要求：設(shè)備噪音不得大于75dB；如設(shè)備噪音過大，需加裝隔音罩，符合GB/T19886-2005要求。

（3）動(dòng)力電源：總功率200KVA；三相四線380VAC±10%，50Hz；控制回路和照明電源220VAC，50Hz；氣源壓力不小于0.6Mpa。

（4）測(cè)試要求：實(shí)現(xiàn)斷路器的瞬動(dòng)脫扣測(cè)試，給試品提供電流，使試品脫扣動(dòng)作，全閉環(huán)實(shí)現(xiàn)電流選相通斷，記錄和分析測(cè)試過程的電流波形特性等；所有工位（含測(cè)試）均可以自動(dòng)生產(chǎn)報(bào)表。

（5）安全性能：設(shè)備內(nèi)部與測(cè)試外部配置有煙霧傳感器；控制回路與測(cè)試回路配置可靠的漏電保護(hù)裝置；設(shè)備必須配備可靠的接地措施；在設(shè)備周圍，人能方便、迅速地按到的位置安裝急停開關(guān)。

3 自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

3.1 生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)

綜合客戶要求和實(shí)景情況，最終將生產(chǎn)流程整合為11道工序，見圖1。

3.2 線體整體設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，不可避免的會(huì)存在不合格產(chǎn)品，為了便于對(duì)不合格產(chǎn)品的處理，本自動(dòng)生產(chǎn)在正常的合格輸送線的基礎(chǔ)上增設(shè)了不合格回流輸送線。同時(shí)考慮到各環(huán)節(jié)的產(chǎn)能不同，為了讓低產(chǎn)能環(huán)節(jié)順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，本生產(chǎn)線設(shè)計(jì)了（半）成品緩存區(qū)。

總體設(shè)計(jì)依據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，充分考慮人、物料、機(jī)器及相關(guān)軟件信息提示進(jìn)行設(shè)計(jì)。托盤尺寸為320X240，操作員在操作臺(tái)正前。軟件系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際型號(hào)，按照相關(guān)安裝工藝，實(shí)時(shí)指導(dǎo)工人安裝。

研制成功的生產(chǎn)線如下圖所示，具備以下功能：（1）物流傳輸；（2）自動(dòng)裝配；（3）產(chǎn)品檢驗(yàn)；（4）生產(chǎn)線控制；（5）生產(chǎn)管理；（6）過程監(jiān)控；（7）安全保障。

3.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)效果如圖3，共有三部分：組裝臺(tái)、合格品輸送線和不合格品回流線。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤的循環(huán)利用，線體托盤的流轉(zhuǎn)方向都是雙向的。

（2）端子盒組裝機(jī)構(gòu)。端子盒組裝機(jī)構(gòu)包括依次相連的若干液壓升降小車平臺(tái)、視覺檢測(cè)部件、端子盒搬運(yùn)部件、稱重校驗(yàn)部件及輸送部件。

（3）BCB貨存機(jī)構(gòu)。BCB貨存機(jī)構(gòu)包括物料貨架及物料指示燈，其中物料指示燈用于指示物料貨架內(nèi)物料的狀態(tài)。

（4）儲(chǔ)能彈簧裝配機(jī)構(gòu)。儲(chǔ)能彈簧裝配機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架上的夾具、壓裝氣缸、壓力傳感器及安全門，壓裝氣缸安裝在所述夾具底部，壓力傳感器及安全門安裝在夾具主體上部。

（5） BCB配料。BCB配料機(jī)構(gòu)包括綜合輸送帶及省力部件。

（6）附件配料機(jī)構(gòu)。附件配料機(jī)構(gòu)，與所述滅弧罩安裝機(jī)構(gòu)連接，并接收安裝好滅弧罩的物料。

（7）附件裝配機(jī)構(gòu)。附件裝配機(jī)構(gòu)包括若干水平排列的裝配器，所述裝配器底部設(shè)置有放置銅端子的定位槽、上部設(shè)置有附件物料放置定位槽，中部設(shè)置有托盤。

（8） BCB裝配機(jī)構(gòu)。BCB裝配工位包含5個(gè)工作臺(tái)，其中1～4號(hào)工作臺(tái)一起完成一個(gè)開關(guān)的BCB裝配，5號(hào)工作臺(tái)為備用工作臺(tái)。每個(gè)工作臺(tái)配有一臺(tái)工控機(jī)和顯示器，操作員工必須根據(jù)顯示內(nèi)容按步驟地進(jìn)行取料和裝配。

（9）磨合機(jī)構(gòu)。磨合機(jī)構(gòu)包括視覺傳感器和兩臺(tái)并聯(lián)設(shè)置的合分閘測(cè)試設(shè)備，其中視覺傳感器用于檢測(cè)所述合分閘測(cè)試設(shè)備的狀態(tài)。

（10）滅弧罩安裝機(jī)構(gòu)。滅弧罩安裝機(jī)構(gòu)包括觸頭間隙微調(diào)部件及滅弧罩裝配部件。

（11）全檢機(jī)構(gòu)。全檢機(jī)構(gòu)用于對(duì)來自視覺檢測(cè)機(jī)構(gòu)的斷路器進(jìn)行全檢，并將全檢合格的斷路器輸送至包裝線進(jìn)行包裝工序

（12）視覺檢測(cè)機(jī)構(gòu)。視覺檢測(cè)機(jī)構(gòu)用于對(duì)來自面板裝配機(jī)構(gòu)的斷路器進(jìn)行視覺檢測(cè)。

（13）面板裝配機(jī)構(gòu)。面板裝配機(jī)構(gòu)用于對(duì)來自激光打標(biāo)機(jī)的斷路器進(jìn)行面板安裝。

（14）激光打標(biāo)機(jī)。激光打標(biāo)機(jī)放在9#配料工位，標(biāo)簽打標(biāo)定位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、面板由人工放入工裝自動(dòng)打標(biāo)，人工取出面板和標(biāo)簽。

（15）包裝線。包裝主線體分開，初期采用葫蘆吊把開關(guān)從主線體吊至包裝線，包裝線配備動(dòng)力滾筒和打包機(jī)；經(jīng)過打包機(jī)后，外箱標(biāo)簽自動(dòng)打印出來，工人取下標(biāo)簽手工貼到外箱上。

經(jīng)過打包機(jī)后的位置需有稱重器，可以打印出重量標(biāo)簽。同時(shí)把重量值保存在流水線的電腦系統(tǒng)中，自動(dòng)上傳給ABB ECS（或MES）系統(tǒng)。

（16）目檢工位機(jī)構(gòu)。目檢工位機(jī)構(gòu)接收來自附件裝配機(jī)構(gòu)的物料，并輸送至所述綜合測(cè)試臺(tái)。

（17）綜合測(cè)試臺(tái)。綜合測(cè)試臺(tái)包括依次設(shè)置的大電流測(cè)試部件、性能測(cè)試部件及耐壓測(cè)試部件，用于對(duì)斷路器進(jìn)行綜合測(cè)試，并將測(cè)試合格的斷路器輸送至所述激光打標(biāo)機(jī)。

4 自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用

本次研制的斷路器自動(dòng)生產(chǎn)線的工作方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的自動(dòng)生產(chǎn)，一方面可以提高生產(chǎn)效率，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)資源統(tǒng)籌，提高資源利用率。

（2）能夠?qū)嗦菲魃a(chǎn)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，降低斷路器生產(chǎn)的次品率。

（3）斷路器自動(dòng)生產(chǎn)線相比原來各設(shè)備，能夠降低占地要求。

該生產(chǎn)線2014年完成研制，2015年完成裝配，2016年完成調(diào)試并投入使用。截止目前，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，獲得了用戶的肯定。目前該設(shè)備已經(jīng)申請(qǐng)了兩項(xiàng)專利，實(shí)用新型專利一項(xiàng)，專利號(hào)2016210182640；發(fā)明專利一項(xiàng)，專利號(hào)2016107908399。

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