李鵬濤

（四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644007）

隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程的加快，自動(dòng)化生產(chǎn)在各項(xiàng)制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)的重要設(shè)備，在現(xiàn)代化制造生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，工業(yè)機(jī)器人能夠直接取代人工從事高強(qiáng)度重復(fù)性勞動(dòng)工作，有效地提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)人工成本的逐漸攀升以及中國(guó)老齡化社會(huì)的提前到來(lái)，中國(guó)長(zhǎng)三角、珠三角等地已出現(xiàn)了嚴(yán)重的用工荒情況，在這種情況下，工業(yè)機(jī)器人更大有可為。

1 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1．1 提高產(chǎn)品質(zhì)量

工業(yè)機(jī)器人采用自動(dòng)化生產(chǎn)，僅需部分人員進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)護(hù)，在生產(chǎn)開(kāi)始時(shí)，將生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況調(diào)整到最佳運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備生產(chǎn)周期和工藝運(yùn)行穩(wěn)定，減少中間人員干預(yù)，避免人員流動(dòng)性大、生產(chǎn)水平參差不齊等問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定統(tǒng)一。

1．2 提高生產(chǎn)效率

工業(yè)機(jī)器人實(shí)行24小時(shí)固定周期不間斷工作，有效地避免了因人工操作問(wèn)題導(dǎo)致的生產(chǎn)周期不穩(wěn)定，長(zhǎng)期重復(fù)性勞動(dòng)導(dǎo)致的生產(chǎn)效率降低，人員吃飯、休息等導(dǎo)致的臨時(shí)停機(jī)等生產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)，從而有效地提高了生產(chǎn)效率。

1．3 減少設(shè)備和模具維修

調(diào)整到最佳生產(chǎn)周期工作狀態(tài)后，設(shè)備和模具按照固定工藝路線生產(chǎn)，杜絕了外界干擾因素，避免了由于工人流動(dòng)性大、培訓(xùn)不到位、人工操作的不確定性等原因，操作工人在日常設(shè)備參數(shù)設(shè)定上存在盲目提速、不按工藝參數(shù)設(shè)置等違規(guī)操作現(xiàn)象，容易造成模具熱流道損壞、液壓油缸漏油、注塑螺桿扭斷等嚴(yán)重生產(chǎn)故障。

1．4 降低生產(chǎn)成本

在用工成本逐漸增高的今天，工業(yè)機(jī)器人直接取代了所有從事重復(fù)性勞動(dòng)工作的工人，極大地降低了人工成本，因生產(chǎn)工藝穩(wěn)定提高了產(chǎn)品質(zhì)量能夠有效降低次品率帶來(lái)的生產(chǎn)消耗損失，生產(chǎn)效率的提高成比例地降低了單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本和能源消耗。

1．5 降低職業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)

工業(yè)機(jī)器人替代人工能夠直接避免人員遭受設(shè)備安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，在高強(qiáng)度、機(jī)械性重復(fù)、職業(yè)病危害較為嚴(yán)重的生產(chǎn)工種中，生產(chǎn)員工因長(zhǎng)期動(dòng)作重復(fù)單一，極易引發(fā)肩周炎、腰椎炎等職業(yè)病，而工業(yè)機(jī)器人能夠有效避免相應(yīng)問(wèn)題，減少職業(yè)病危害等安全風(fēng)險(xiǎn)。

1．6 提升企業(yè)管理及外部形象

采用全自動(dòng)化生產(chǎn)以后，用工人數(shù)大幅降低，能夠有效降低企業(yè)員工的管理難度，更有利于開(kāi)展扁平化企業(yè)管理，提升員工的整體素質(zhì)水平和業(yè)務(wù)技能。公司自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高，能夠有效提升公司的外部形象，增強(qiáng)公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，起到示范性效果。

2 PET透明酒盒自動(dòng)化生產(chǎn)方案

PET透明酒盒自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)包含酒盒夾具、脫模劑噴灑系統(tǒng)、下料機(jī)器人、下料輸送線、電氣控制系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)等組成，機(jī)器人工作區(qū)域周圍加裝安全防護(hù)圍網(wǎng)，整體系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案

2．1 酒盒夾具

夾具工作為抱取方式，連接板為高強(qiáng)度鋁合金，支撐框架為鋁型材，最大范圍地降低了夾具的重量并提高強(qiáng)度，夾具接觸面采用硅膠緩沖，夾取時(shí)憑借氣缸壓緊酒盒，抓取快速，調(diào)試簡(jiǎn)單方便，并且可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的產(chǎn)品夾取，夾具上集成脫模劑噴灑系統(tǒng)及光電感應(yīng)器如圖2所示。

2．2 脫模劑噴灑系統(tǒng)

夾取、噴脫模劑工裝設(shè)計(jì)在一套工裝上，脫模劑采用PU管道沿機(jī)器人手臂由底座布設(shè)到噴脫模劑工裝，脫模劑在模具內(nèi)定點(diǎn)噴灑，脫模劑工裝噴出噴霧大小可調(diào)，噴出時(shí)間可調(diào)，脫模劑容器采用不銹鋼304不得泄漏，滿足了方便灌裝脫模劑等要求。

圖2 酒盒夾具

2．3 下料機(jī)器人

本系統(tǒng)下料機(jī)器人選用FANUC M-20iA機(jī)器人，六自由度關(guān)節(jié)能夠有效模擬人工在注塑機(jī)中取件的動(dòng)作，機(jī)器人有效負(fù)載能力20Kg滿足深腔薄壁PET透明盒體高脫模力的需求，即便是在模具脹模的情況下，六軸機(jī)器人也能夠有效模擬人工多向拍打動(dòng)作取下酒盒，機(jī)器人工作半徑為1811mm適應(yīng)500噸位以下注塑機(jī)的取料位工作半徑，重復(fù)位置精度為0.05～0.06mm更能保證取料精度，不會(huì)因精度問(wèn)題撞傷或擦花透明酒盒表面。

2．4 電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用FANUC六軸機(jī)器人作為動(dòng)作執(zhí)行單元，同時(shí)，配合海天注塑機(jī)控制單元實(shí)現(xiàn)注塑和取料動(dòng)作配合，使用六軸機(jī)器人與注塑機(jī)控制單元直接進(jìn)行控制信號(hào)配合是為保證動(dòng)作信號(hào)的直接準(zhǔn)確，保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 自動(dòng)化控制流程

2．5 氣路控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用FANUC六軸機(jī)器人控制器作為控制單元，配合西門(mén)子PLC在機(jī)器人取盒體過(guò)程控制氣缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)抱取盒體動(dòng)作，取出過(guò)程控制脫模劑氣路通斷實(shí)現(xiàn)模腔內(nèi)脫模劑的噴灑，保證注塑工藝的穩(wěn)定。FANUC六軸機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中的一線品牌，可以滿足絕大部分工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，配合PLC控制的優(yōu)點(diǎn)在于拓展性強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定維護(hù)方便。

3 技術(shù)難點(diǎn)

3．1 PET透明酒盒薄壁深腔難取出

PET透明酒盒厚度僅1.3～2.0mm，長(zhǎng)度寬度均為110mm，而深度達(dá)到260mm以上，脫模斜度僅0.5°，加上PET原料注塑后冷卻收縮，酒盒注塑后所需托模頂出力極大，一般注塑機(jī)頂出以后仍需人工拍打頂出空腔段才能松動(dòng)取出，如果注塑保壓工藝控制不好導(dǎo)致注塑產(chǎn)品脹模，那需要更大的托模頂出力及取出技巧，才能取出產(chǎn)品，如圖2PET透明酒盒所示。

3．2 PET透明酒盒質(zhì)量把控困難

透明酒盒采用PET原料注塑而成，盒體通身效果晶瑩剔透，但受PET原料物理性能所限，注塑過(guò)程不穩(wěn)定，極易出現(xiàn)氣泡、白點(diǎn)、透明度不高等注塑質(zhì)量問(wèn)題，透明盒表面硬度不高極易被擦花，因此，注塑加工及后續(xù)取出過(guò)程需要特別注意過(guò)程控制。

3．3 常規(guī)機(jī)械手無(wú)法滿足PET透明酒盒取出

隨著塑料加工行業(yè)在我國(guó)的長(zhǎng)期發(fā)展，注塑成型設(shè)備的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，現(xiàn)代化的注塑機(jī)常常配置有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。目前，在我國(guó)注塑行業(yè)中，比較常用的主要是橫走式機(jī)械手，機(jī)械手可以完成從注塑機(jī)上方進(jìn)入模具中抓取制品、噴灑脫模劑并將產(chǎn)品傳送到下注塑機(jī)旁邊的功能，在大部分注塑產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，橫走式機(jī)械手能夠完全滿足自動(dòng)化生產(chǎn)，但在PET透明酒盒這種深腔薄壁注塑產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，橫走式機(jī)械手的垂直伸縮臂無(wú)法滿足深腔產(chǎn)品高拔出力的需求，更無(wú)法滿足PET原料注塑中偶爾出現(xiàn)的脹模取出力需求，也無(wú)法更加擬人化地進(jìn)行產(chǎn)品拍打或者晃動(dòng)模仿，在產(chǎn)品取出后，橫走式機(jī)械手也無(wú)法完成多姿態(tài)的產(chǎn)品放置便于產(chǎn)品的后續(xù)加工，因此在這種情況下，六軸機(jī)器人以其更加靈活的工作方式和更大的負(fù)載更能適應(yīng)不同的工作應(yīng)用需求。

4 結(jié)語(yǔ)

此方案的六軸機(jī)器人能夠滿足復(fù)雜工藝需求的PET透明酒盒的自動(dòng)化生產(chǎn)需求，稍加改造可推廣使用在類似深腔薄壁注塑產(chǎn)品或其他需要高負(fù)載能力、高定位精度、多姿態(tài)動(dòng)作加工的制造生產(chǎn)中，極大地減少了人工成本、提高了生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品合格率，完成了許多傳統(tǒng)橫走機(jī)器手無(wú)法完成的工作，如果后期配上視覺(jué)等檢測(cè)系統(tǒng)，那么在自動(dòng)化智能生產(chǎn)中，將會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用前景。