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        一種自動(dòng)化分裝投料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2020-03-20 07:18:36
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年2期
        關(guān)鍵詞:投料臺(tái)車工位

        王 鵬

        (沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司,遼寧 沈陽 110168)

        1 生產(chǎn)工藝流程

        該分裝投料系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成物料的拆疊盤、定量投料、信息綁定與追溯等工作,其主要由橫移舉升工位、拆疊盤工位、移載工位、定量投料工位、攤勻工位和料車移載工位組成,系統(tǒng)的每個(gè)循環(huán)都以人工將臺(tái)車就位工序作為開始工序,以人工將滿料臺(tái)車取出工序作為結(jié)束工序,其工作流程如圖1 所示。

        2 系統(tǒng)布局

        整個(gè)系統(tǒng)總體呈“U”形布置,如圖2 所示,各個(gè)工位之間的料筐的傳輸由積放式滾筒輸送線完成,滾輪直徑為50 mm,由減速電機(jī)通過鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng),通過變頻器控制可以調(diào)節(jié)傳輸速度[1]。每個(gè)工位末端設(shè)計(jì)一組氣動(dòng)可伸縮擋停單元,與對(duì)射傳感器配合實(shí)現(xiàn)料筐的擋停與放行。在工作站外側(cè)使用圍欄進(jìn)行安全防護(hù),在合適的位置設(shè)計(jì)安全門,方便人員進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行維修與故障處理。輸送線下方根據(jù)生產(chǎn)線走向搭設(shè)線纜橋架,規(guī)格為200 mm×100 mm,動(dòng)力線纜和控制線纜分開鋪設(shè)在橋架內(nèi)。

        3 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

        該分裝投料系統(tǒng)需要與供料系統(tǒng)和車間物流系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)工作,系統(tǒng)應(yīng)用的料筐和臺(tái)車需要按照要求設(shè)計(jì)加工制造,投料系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下。

        設(shè)備尺寸(L×W×H):9 000 mm×3 800 mm×3 000 mm。

        節(jié)拍要求:每1 料筐在12 s 內(nèi)完成投料,投料重量2 kg。

        輸送速度:最大可達(dá)到20 m/min,速度可通過變頻器調(diào)節(jié)。

        投料精度:投料量可人工設(shè)定,系統(tǒng)保證物料計(jì)量的精度,誤差值控制在-5%~+5%,計(jì)量的物料量可實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)中。

        圖1 系統(tǒng)工作流程圖

        圖2 系統(tǒng)三維布局圖

        料筐尺寸(L×W×H):900 mm×900 mm×150 mm,在指定位置粘貼條碼,供RFID Reader 讀取。

        臺(tái)車尺寸(L×W×H):1 100 mm×1000 mm×850 mm,在指定位置粘貼條碼,供RFID Reader 讀取。

        4 系統(tǒng)組成及功能介紹

        4.1 上下料橫移舉升工位

        上下料橫移舉升工位設(shè)備主要由焊接鋼架、氣動(dòng)舉升單元、伸縮貨叉等組成。舉升氣缸缸徑為125 mm,豎向安裝,氣缸桿采用浮動(dòng)接頭方式與移動(dòng)部件相連,配備單向節(jié)流閥,通過節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)氣缸升降速度。伸縮貨叉為三段式,2 個(gè)方向都可運(yùn)動(dòng),叉面尺寸900 mm×500 mm,滿載移動(dòng)速度30 m/min,可通過變頻器調(diào)節(jié),最大承重200 kg。舉升單元與伸縮貨叉相互配合,完成堆疊料筐在臺(tái)車與拆疊盤工位之間的移位[2]。

        4.2 拆盤工位

        拆盤工位設(shè)備主要由抬升單元、可伸縮插腳和導(dǎo)向裝置組成,對(duì)稱分布在傳輸線左右兩側(cè)。抬升單元由2 個(gè)缸徑為32 mm的氣缸背對(duì)背串聯(lián)組成,安裝中需要增加氣缸防轉(zhuǎn)擋塊,2 個(gè)氣缸行程不同,通過邏輯控制能實(shí)現(xiàn)3 個(gè)不同的插腳達(dá)到不同的高度位置。插腳由氣缸通過導(dǎo)向裝置帶動(dòng),完成伸出和縮回動(dòng)作,導(dǎo)向裝置由標(biāo)準(zhǔn)的雙導(dǎo)軌雙滑塊結(jié)構(gòu)組成。左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)中的2 個(gè)相同動(dòng)作氣缸由一路壓縮空氣驅(qū)動(dòng),這樣能夠確保兩側(cè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作一致同步。工作原理為抬升單元配合可伸縮插腳,將下面倒數(shù)第二層及以上料筐抬起,最下層料筐經(jīng)輸送線傳遞到一下工位,抬升機(jī)構(gòu)下降,重復(fù)以上動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)將堆疊在一起12 層料筐依次拆成單層料筐。

        4.2.1 移載工位

        移載工位設(shè)備由滾筒輸送機(jī)、氣動(dòng)舉升單元、擋停機(jī)構(gòu)組成。該工位的滾筒高度比上一工位低20 mm,工作流程是當(dāng)接收到該工位有料筐流入的信號(hào)時(shí),舉升氣缸伸出,2 根輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn),將料筐從上一工位移動(dòng)到擋停位,氣缸縮回,料筐落到滾筒輸送線上,滾筒滾動(dòng)將料筐移動(dòng)到下一工位,完成料筐的90°轉(zhuǎn)角自動(dòng)輸送。

        4.2.2 定量投料工位

        定量投料工位設(shè)備由不銹鋼料倉、皮帶提升機(jī)、自動(dòng)開閉收集槽、自動(dòng)稱重系統(tǒng)和往復(fù)落料機(jī)構(gòu)組成。不銹鋼料倉為喇叭口形狀,作為人工投料緩存使用,容積為1.5 m3。皮帶提升機(jī)長度為5 m,與地面傾斜60°安裝,皮帶面寬度為600 mm,每隔200 mm 均布隔板,驅(qū)動(dòng)電機(jī)在頂部,通過變頻器可自動(dòng)控制皮帶提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。收集槽口下部有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)擋板,可旋轉(zhuǎn)擋板的旋轉(zhuǎn)中心軸由一個(gè)在90°范圍內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)的擺動(dòng)氣缸來驅(qū)動(dòng),可控制收集槽口的開閉。智能秤體安裝在收集槽下面,秤面尺寸為500 mm×500 mm,可精確稱量掉落下來的物料重量,稱重精確度為0.1%,并可以與PLC 通信,實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。往復(fù)落料機(jī)構(gòu)的2 個(gè)口字形腔體經(jīng)由氣缸帶動(dòng)做往復(fù)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)行程為500 mm。工作原理為人工將物料投入料倉中,皮帶提升機(jī)帶動(dòng)物料提升到物料收集槽內(nèi),料倉底部稱重模塊自動(dòng)計(jì)量落料重量,當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)控制槽口處的閥門關(guān)閉,往復(fù)落料機(jī)構(gòu)動(dòng)作將秤面上的物料推落到料筐中,RFID Reader 將相關(guān)信息寫入料筐標(biāo)簽中[3]。

        4.2.3 攤勻工位

        攤勻工位設(shè)備由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)單元、電機(jī)同步帶驅(qū)動(dòng)單元、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和刮板組成,工作原理為電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)組件沿X 和Z 方向運(yùn)動(dòng),電機(jī)同步帶驅(qū)動(dòng)刮板沿Y 方向運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刮板90°旋轉(zhuǎn),刮板移動(dòng)行程覆蓋整個(gè)料筐,刮板高度可自動(dòng)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)將成堆物料均勻攤平。

        4.2.4 疊盤工位

        疊盤工位與拆盤工位的設(shè)備組成相同,功能相反,能夠?qū)螌恿峡鹨来味询B成12 層,工作原理為插腳先將該工位最下邊一層的料筐抬起,然后下一個(gè)料筐自動(dòng)傳入該工位,插腳下降,料筐堆疊在一起后,重復(fù)插取料筐動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)疊盤功能。

        4.2.5 料車移載工位

        料車移載工位設(shè)備主要由鋼結(jié)構(gòu)框架、驅(qū)動(dòng)單元、抓取機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、RFID 讀取器等組成。鋼結(jié)構(gòu)框架呈門字形,兩側(cè)支腿通過化學(xué)螺栓固定在地面上,橫梁上方為雙導(dǎo)軌三滑塊結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)單元為減速電機(jī)通過齒輪齒條結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)板移動(dòng),移動(dòng)有效距離為2 m,橫梁兩端有限位開關(guān)控制滑臺(tái)到位停止。通過抓取機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元相互配合,實(shí)現(xiàn)臺(tái)車由上料區(qū)域自動(dòng)移載至下料區(qū)域,安裝在上下料區(qū)域的RFID讀取器能夠自動(dòng)讀取臺(tái)車的條碼信息,并實(shí)時(shí)上傳至PLC 與料筐綁定。

        5 電控系統(tǒng)

        分裝投料控制系統(tǒng)的核心選用可編程控制器(PLC)控制,選用觸摸屏作為人機(jī)界面(HMI),利用變頻器調(diào)節(jié)輸送線速度和生產(chǎn)節(jié)拍,使用RFID 技術(shù)綁定物料信息。并具有空料筐信息判定、空料筐與臺(tái)車信息綁定等功能??刂葡到y(tǒng)通過光電傳感器、接近傳感器及RFID 標(biāo)簽獲取信息反饋,經(jīng)由PLC 程序驅(qū)動(dòng)相應(yīng)機(jī)構(gòu)完成自動(dòng)化分裝投料工作,電氣控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的上位機(jī)通過以太網(wǎng)通信??刂葡到y(tǒng)具有手動(dòng)與自動(dòng)2 種工作模式,手動(dòng)/自動(dòng)模式通過選擇開關(guān)完成模式切換[4]。正常生產(chǎn)時(shí)使用自動(dòng)工作模式,分裝投料設(shè)備自動(dòng)完成稱重、拆疊盤、信息綁定、報(bào)警提示等功能。當(dāng)分裝投料設(shè)備出現(xiàn)故障或需要調(diào)試時(shí),使用手動(dòng)工作模式,手動(dòng)工作模式可分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)獨(dú)立動(dòng)作單元。

        6 結(jié)語

        在該自動(dòng)化分裝投料系統(tǒng)中,綜合應(yīng)用了自動(dòng)化傳輸、自動(dòng)稱量、傳感器識(shí)別、信息讀寫、數(shù)據(jù)采集、氣動(dòng)控制、PLC控制等相關(guān)技術(shù),提高了物料分裝作業(yè)的生產(chǎn)效率和計(jì)量精確度,通過實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用,達(dá)到了預(yù)想的設(shè)計(jì)要求。

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