关于塔式冷风扇注塑镶件自动备料投放装置的研究与应用.pdf

技术创新/日用电器关于塔式冷风扇注塑镶件自动备料投放装置的研究与应用Research and Application of Automatic Material Preparation and PlacementDevice for Injection Molded Inserts of a Certain Household Appliance李毅葛彬*白伟叶小波（格力大松（宿迁）生活电器有限公司宿迁223800)摘要：为提升塔式冷风扇水箱带水尺镶件注塑效率，降低员工投放水尺镶件到模具时工作难度，本文在对注塑时水尺镶件投放动作步骤分析的基础上，设计出一种集中储备水尺镶件并利用机器人（或机械臂）自动投放水尺镶件的装置。通过设计集中储备水尺镶件装置，自动投放水尺镶件装置，PLC逻辑控制电路等，使该装置各部分紧密配合，继而实现注塑水尺镶件自动存储、投放功能1 。通过以上软硬件的设计，不仅大大降低了水箱生产的人力投入成本及劳动强度，同时对家电行业镶件注塑自动化推进具有较高的指导意义。关键词：水尺镶件；自动存储；自动投放；PLC逻辑控制Abstract:In order to improve the injection efficiency of household appliance water tank with water gauge inserts andreduce the difficulty of employees when placing water gauge inserts into the mold,this article analyzes the steps ofplacing water gauge inserts during injection molding,and designs a device for centralized storage of water gauge insertsand automatic placement of water gauge inserts using a robot(or robotic arm).By designing a centralized reserve watergauge insert device,automatic placement of water gauge inserts device,PLC logic control circuit,etc.,the various partsof the device are closely coordinated,thereby achieving the automatic storage and placement function of injection watergauge inserts.Through the design of the above software and hardware,not only has the labor input cost and intensity ofwater tank production been greatly reduced,but also has high guiding significance for the promotion of automation ofinjection molding for household appliances industry inserts.Key words:water gauge inserts;automatic storage;automatic placement;PLC logic control引言随着注塑工艺的不断提高，塔式冷风扇水箱外壳越来越多的采用水尺镶件注塑。但在水尺镶件注塑的过程中，需要人工手持水尺镶件，爬到注塑机内，将水尺镶件安装到注塑机内模具上，等待员工爬出注塑机后，再进行注塑。在生产时员工工作枯燥、时间长，人力投人多，劳动强度大、操作繁琐等因素，严重影响冷风扇水箱注塑成型的效率和质量的稳定性。因此如何实现水箱的快速、稳定注塑成型，成为了各家电企业的重点研究课题。本文正是在上述背景下和需求下，研究并设计出一种集中存储水尺镶件并有效投放水尺镶件的装置，实现水尺镶件注塑的低人力投入，高效产出及产出质量稳定可靠。1水尺镶件存储及供料装置设计难点分析1.1水尺镶件结构分析水尺镶件，由注塑机注塑完成，材质为透明PP塑料，2023年8 月/Aug.2023125技术创新/Technology and Innovation长1 9 9 mm，宽2 0 mm，厚1.5mm，内部为不规则凹型。因为产品外形原因，在存储时需要将水尺平铺在定位工装内，搬运投放时需要将水尺取出工装，并水平投放到模具内。水尺镶件实物如图1 所示。1.2水尺镶件存储及搬运装置设计难点分析1）存储机构难点，水尺镶件来料为整框来料，因为水尺镶件的特殊外形及较大尺寸，在做定位时需要精确计算公差，并精准设计避让，在最小的区域面积内，多集成定位机构，实现集中供料功能。2）换位机构难点，为了确保注塑机能够实现连续不停机注塑，在存储机构下部需要设计出能够自动换位的机构，实现存储机构当前位置被取空后，能够自动换位避空，因为存储机构存储水尺较多，换位时容易出现累计误差，造成第一个及最后一个取料位置偏移较多，取不出来现象。3)取出机构难点，因为水尺镶件材料为透明PP塑料，且水尺长度较大，而厚度较薄，存在明显变形等问题。又因为水尺镶件上表面面积较小，在拿取时不方便定位，更不方便抓取和拿取，因此取出机构需要达到能可靠取出，并能有效矫正变形功能。换位机构要尽量轻便，且能够方便的安装于机器人（机械臂）手臂上，满足机器人抓取物料功能。4）控制程序设计难点，换位机构在进行逻辑控制时，因为与取出机构有工作区间的交叉，存在机构干涉问题，程序需要进行规避。为了装置能够不停机供料，因此供料机构采用循环供料方式，在程序设计时需要预留尾料数量提醒程序，这样就将程序设计难度增加了一倍。2水尺镶件存储及搬运装置方案设计2.1水尺镶件存储及搬运装置硬件组成水尺镶件存储及搬运装置硬件主要分为存储机构、换位机构、取出机构、控制系统四个部分组成。该套装置所有的逻辑控制来源于系统控制PLC装置。装置硬件配置清单如表1，整体构造如图2 所示。126日用电器/ElectricalAppliances2.2主要硬件设计2.2.1存储机构设计针对水尺镶件的材料及外形特殊性，专门设计一套存储机构，通过控制定位治具的公差，并通过定点避空处理，保证水尺镶件在存储机构内准确定位，并有效矫正变形，通过等距复制处理，确保在51 0 mm415mm区域内，存储4 0 片物料，根据注塑生产周期，确保1 h为加料周期。存储机构见图3 所示。2.2.2换位机构设计为了确保注塑机能够实现连续不停机注塑，在存储(a）主视图（b）右视图（c）后视图图1 水尺镶件表1 硬件配置清单硬件组成实现功能存储机构实现水尺镶件集中存储功能换位机构实现存储机构换位功能取出机构实现水尺镶件搬运和投放功能控制系统实现整个装置的全自动化生产功能控制系统图2 整体构造(c)剖视图数量1套1套1套1套一换位机构一取出机构存储机构技术创新/日用电器机构下部需要设计出能够自动换位的机构，实现存储机构当前位置被取空后，能够自动换位避空。换位机构见图4 所示。2.2.3取出机构设计针对水尺镶件材料及外形的特殊性，专门开发专用的水尺镶件搬运机构，可以实现从存储机构中稳定、高效的拿出水尺镶件，并能够安全、可靠、不变形的放到注塑机内部的模具中（取出机构搭载在标准机器人手臂上）。取出机构见图5所示。2.2.4控制系统设计针对换位机构的动作流程，专门设计一套水尺镶件存储及搬运的硬件电路，可以实现与搭载取出机构的机械手（机械臂）通讯，实现取出机构和存储机构不干涉，也能够实现尾料数量提醒功能。水尺镶件存储及搬运控制电路见图6 所示。械臂）升起。当机器人（机械臂）取完物料后，PLC系统接收到完成信号，此时PLC逻辑程序运行，将图4 横向换位机构中的定位气缸伸出，然后将图4 中定位机构中的气缸缩回，当定位机构中的定位气缸缩回时，图4横向换位机构中的爬行气缸伸出，将换位机构向左推行一个气缸距离，当图4 横向换位机构中的爬行气缸伸出时，将图4 中定位机构中的气缸伸出，确保换位机构不会回退，此时将图4 横向换位机构中的定位气缸缩回，再将图4 横向换位机构中的爬行气缸缩回，定位治具避空处3软件设计PLC逻辑控制电路集成在控制箱内部，控制箱外侧开有按钮孔，作为人机交互界面使用，按钮面板见图7所示。程序设计逻辑为，第一次使用时，PLC系统上电自检完成后，点亮三色灯黄灯，员工按下复位按钮三秒，图4 中定位机构中的气缸缩回，此时员工将换位机构推回右侧原点（有机械死挡），然后松开复位按钮，图4中定位机构中的气缸伸出，此时机构复位完成（机械回到原点，控制系统数据清零）。当员工将存储机构内部装满物料（水尺镶件），按下按钮面板上的启动按钮，此时表示上料完成，PLC系统向机器人（机械臂）发送可以取料信号，同时三色灯绿灯点亮，机器人（机械臂）可以下降取料。机器人（机械臂）下降到取料位置后，触发电磁阀（电磁阀为机械臂或机械手自带），对取出机构输出负压，图5取出机构中宝塔吸盘吸附水尺镶件，负压信号达到设定值时（负压表为机械臂或机器人自带），机器人（机(a)主视图图3 存储机构横向线轨一底板一纵向板十纵向线轨卡矫正夹头定位(a)主视图(b）横剖图(c）竖剖图定位板一定位机构纵向换位机构横向换位机构图4 换位机构吸取物料导向安装螺栓孔（机器人）宝塔吸盘（硅胶）(b)横刨图(c）纵刨图图5取出机构2023年8 月/Aug.2023127技术创新/Technology and InnovationGRN/VEL瑞子台（1.2.3)L2N2DC2AVBLKFom.开关电源22BLKMITSUBISHIBH-6-2P-2ABLKXXSAWGMITSUBISHINI.N21122KA2To.开关电源2ANGTO.MTSBSH PCAWGEX3U-32专To.公牛瘦座2NF5ABLKXXMD二2AMGPS150AC220V-DC24VFX3U-3224VVKDC2VTAWGOVCOMKA1CTo.第子排TB(45.6.7.8)DOVTo.鄂子排TB(9.10.11.12.13)213From.子排TB(9.1.1.213)16Y1O1213Y1415Y16M17标记处数分区便改文件号签名年月日阶段标记重量比例设计标准化校核工艺丰管设训审核批准并将PLC内部计数器加一，至换位机构整体向左爬行一个气缸行程距离，并带动存储机构爬行一个气缸行程距离。当换位机构向左爬行了1 9 次时，图4 换位机构中纵向换位机构伸出，将换位机构整体向上移动一个纵向换位气缸行程距离，并将PLC内部计数器加一，此时计数器数据为2 0。当机器人或机械臂再次将物料拿取并向PLC发送拿取完成信号时，图4 横向换位机构中的爬行气缸伸出，然后将图4 横向换位机构中定位气缸伸出，再将图4 中定位机构中的气缸缩回，最后将图4 横向换位机构中的爬行气缸缩回，此时换位机构及存储机构整体向右爬行一个换位气缸行程距离，此时图4 中定位机构中的气缸伸出，再将将图4 横向换位机构中定位气缸缩回，最后将图4 横向换位机构中的爬行气缸缩回，并将PLC内部计数器加一。当换位机构向左爬行了3 5次时，此时PLC系统触发尾料报警，此时点亮三色灯红灯并实现1 s闪烁，当员工将物料补充完毕时，按下复位按钮，系统恢复正常。标记处数分区便改文件号签名年月日阶段标记重量比例11设计校核丰管设计张第张版本标准化工艺审核替代批准图6 水尺镶件存储及搬运控制启动当换位机构向左爬行了3 9 次时，图4 换位机构中纵向换位机构缩回，将换位机构整体向下移动一个纵向换位气缸行程距离，并将PLC内部计数器清零，此时循环重新开始。PLC逻辑运算指令如图8 所示。4设计验证及使用维护4.1设计验证根据上文设计原理，水尺镶件存储及搬运装置进行制作、验证。该工装共开发3 套，和人工投料生产相比，效率提高50%，单人、三套装置即可满足班组单日3000PCS生产需求。员工操作难度大大减少，劳动强度明显减轻。装置运行可靠，各硬件匹配良好，产品产出质量稳定、可靠，满足设计要求。1:1共张第张长版本停止图7 按钮面板替代复位128日用电器/ElectricalAppliances技术创新/日用电器TO136上PLCONM时自动记忆M10HM1180K38换位计数TO0K20换位计数N20(M40227取料完成定位记忆动作(Y000换位气缸PLCON时换位预出动作换位顶出气缸M40HH换位气动作K20(T40换位气缸动作业换位顶出气缸动作(Y001(M41定位气缸换位气a换位顶出动作气缸动作M41HH换位项出气缸动作T41换位璜出换文气做气虹动作编回M42HH定位气缸T43换文气湖换位发出气缸动作M43H.H定位气缸顶出记忆T44换位锁出气缸动作4.2日常使用维护水尺镶件存储及搬运装置使用前必须接人压缩空气，气压调整在0.5KPa左右。接入AC220V电源，第一次上电使用需要回原点，然后就可以正常生产工作。使用完毕后，需将治具妥善保存不能磕碰避免损坏。5总结水尺镶件存储及搬运装置实现了集中存储水尺镶件并有效投放水尺镶件的装置，实现水尺镶件注塑的低人力投人，高效产出及产出质量稳定可靠，不停机即可补料功能，解放员工由原先需要人工手持水尺镶件，爬到注塑机内，将水尺镶件安装到注塑机内模具上，等待员工爬出注塑机后，再进行注塑生产，变成只需要3 0 min补充一次物料的工作，设备操作简单，运行可靠具有良定位气缸气缸动作M21K10（T 4 1换位顶出气虹动作(M42定位气K10（T 4 2定位气缸动作K30(T43换文气缸(M43定位气缸顶出记忆（T 4 4K10换位顶出气缸动作CINCCO换位计数图8 PLC逻辑运算指令好的推广性。通过以上软硬件的设计，不仅大大降低了水箱生产的人力投人成本及劳动强度，同时对家电行业镶件注塑自动化推进具有较高的指导意义。参考文献：1赵伟，张剑辉，一种测试PLC逻辑功能的方法J.仪器仪表用户，2017(4)2商丹丹.西门子PLC控制网络的配置策略与应用J.科技展望，2016,26(15):83-85.3王文静。PLC控制系统在自动化生产过程中的设计要点J.数字技术与应用,2 0 1(9):1 7.作者简介：李毅（1 9 8 4.3-），男，本科，机电专业，中级职称，主要从事家用电器制造管理及技术研究工作。通讯作者：葛彬（1 9 8 8），男，本科，电气工程及其自动化专业，工程师，主要从事家用电器非标自动化开发工作。定位气缸M42定位气缸M22换位气缸M40换位气缸动作M30工位切换气缸动作Y001M11定位气缸取料完成启动记忆记忆M10启动记忆M10启动记忆(Y002换位气缸(Y003工位切换气缸M10(Y004换位完成(Y005自动状态(Y006停止状态2023年8 月/Aug.2023129