塑殼斷路器自動(dòng)裝配檢測(cè)線設(shè)計(jì)

1、職業(yè)教育機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)企業(yè)解決方案名 稱(chēng)：塑殼斷路器自動(dòng)裝配檢測(cè)線設(shè)計(jì)編 制 人：丁加軍郵 箱：dingjj電 話制時(shí)間：2014.5編制單位：南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院塑殼斷路器自動(dòng)裝配檢測(cè)線設(shè)計(jì) 正泰電器塑殼斷路器自動(dòng)化裝配檢測(cè)生產(chǎn)線 一、產(chǎn)品介紹 HSM1125、HSM1160系列塑殼斷路器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)斷路器)是國(guó)內(nèi)某大型開(kāi)關(guān)制造企業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新型斷路器之一，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、短路分?jǐn)嗄芰Ω叩忍攸c(diǎn)。其中HSM1一125系列產(chǎn)品外形尺寸為120mm*76 mm* 70mm，質(zhì)量為900g；HSM1160系列產(chǎn)品外形尺寸為120mm*90mm* 70mm，質(zhì)量

2、為1100g，圖1為上述系列產(chǎn)品的外形圖。圖1 HSMl125、HSMl160系列塑殼斷路器為了滿(mǎn)足產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的需要，該企業(yè)需要委托自動(dòng)化裝備制造商專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造該產(chǎn)品的自動(dòng)化檢測(cè)、裝配、校核生產(chǎn)線，要求在生產(chǎn)線上同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述兩種系列斷路器的瞬時(shí)檢驗(yàn)、延時(shí)調(diào)試、延時(shí)檢驗(yàn)三大類(lèi)型裝配檢測(cè)工序。二、節(jié)拍要求與設(shè)計(jì)該企業(yè)提出的生產(chǎn)能力為單班產(chǎn)量500件。根據(jù)該生產(chǎn)能力，考慮設(shè)備按90的實(shí)際利用率計(jì)算有效工作時(shí)間，每條生產(chǎn)線的節(jié)拍時(shí)間計(jì)算如下：每天有效工作時(shí)間8h* 09*3600sh25 920(s)節(jié)拍時(shí)間25 920/500=52(s件)根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線節(jié)拍時(shí)間的定義，計(jì)算結(jié)果表明在該生產(chǎn)線上

3、各專(zhuān)機(jī)的節(jié)拍時(shí)間必須都不能超過(guò)52s，為達(dá)到這一節(jié)拍要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了以下工作：在不影響產(chǎn)品制造的前提下根據(jù)用戶(hù)提出的工藝方案重新調(diào)整設(shè)計(jì)了生產(chǎn)工藝流程；對(duì)少數(shù)初步估計(jì)專(zhuān)機(jī)占用時(shí)間超過(guò)52s的工序進(jìn)行分解，將耗時(shí)長(zhǎng)的復(fù)雜工序分解為兩個(gè)或多個(gè)工序由多臺(tái)專(zhuān)機(jī)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)上述工作，最后確定生產(chǎn)線整體設(shè)計(jì)方案，工程完成后將整條生產(chǎn)線的節(jié)拍時(shí)間降低到45s件，滿(mǎn)足了企業(yè)提出的節(jié)拍要求。三、工藝流程最后確定的自動(dòng)化生產(chǎn)線詳細(xì)工藝流程為：條碼打印及貼標(biāo)一觸頭開(kāi)距超程檢測(cè)一脫扣力檢測(cè)一瞬時(shí)測(cè)試一觸頭及螺釘裝配一觸頭壓力檢測(cè)一條碼閱讀與產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)一單相延時(shí)調(diào)試一緩存冷卻降溫一單相延時(shí)調(diào)試一緩存冷卻降溫一單相延

4、時(shí)調(diào)試一緩存冷卻降溫一螺帽裝配一自動(dòng)點(diǎn)漆一三相串聯(lián)延時(shí)校驗(yàn)一可靠性檢測(cè)一耐壓測(cè)試。四、總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)上述生產(chǎn)工藝流程，設(shè)計(jì)了以下總體設(shè)計(jì)方案工件自動(dòng)輸送系統(tǒng)采用平行設(shè)置的三條皮帶輸送線，用于產(chǎn)品的自動(dòng)輸送。其中兩條輸送線輸送方向相同，由各臺(tái)專(zhuān)機(jī)的機(jī)械手交替在這兩條輸送線上取料和卸料，取料的輸送線作為待裝配校檢件上料道，卸料的輸送線作為合格品下料道，簡(jiǎn)單的、占用時(shí)間較少的工序(如自動(dòng)貼標(biāo)、自動(dòng)點(diǎn)漆等)則直接在同一條輸送線上進(jìn)行。第三條輸送線專(zhuān)門(mén)用于不合格品的輸送，其輸送方向與另兩條輸送線相反，稱(chēng)為不合格品卸料道。上述三條并行輸送線由多段串聯(lián)構(gòu)成總長(zhǎng)約25m的輸送系統(tǒng)，很好地解決了工件輸送與物流

5、規(guī)劃、合格品與不合格品分揀等關(guān)鍵技術(shù)，輸送線上兩側(cè)的定位擋板可以非常方便地更換，調(diào)整工件定位寬度，使整條自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠適應(yīng)不同寬度尺寸的產(chǎn)品系列。圖2為制造完成后的皮帶輸送系統(tǒng)。圖3為工件在輸送線上的分料、阻擋、上下料及輸送方法示意圖。圖2 皮帶輸送系統(tǒng)輸送系統(tǒng)與各專(zhuān)機(jī)的連接及控制各專(zhuān)機(jī)按最后確定的工藝流程依次在輸送線上方排布，調(diào)試完成后將各專(zhuān)機(jī)與輸送線之間的相對(duì)位置通過(guò)鋁型材連接固定。工件在通過(guò)輸送線進(jìn)入每臺(tái)專(zhuān)機(jī)區(qū)域后先設(shè)置活動(dòng)擋塊或固定擋塊，供各專(zhuān)機(jī)的取料機(jī)械手抓取工件。當(dāng)抓取工件和卸下工件在同一條輸送線上進(jìn)行時(shí)，該擋塊必須采用活動(dòng)擋塊；當(dāng)抓取工件和卸下工件分別在兩條輸送線上進(jìn)行時(shí)，該擋

6、料機(jī)構(gòu)就可以采用簡(jiǎn)單的固定擋塊，在擋塊上同時(shí)設(shè)置檢測(cè)工件用的接近開(kāi)關(guān)傳感器。各專(zhuān)機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)控制專(zhuān)機(jī)的運(yùn)行，采用MPI網(wǎng)完成生產(chǎn)線參數(shù)與專(zhuān)機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控、上下載，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)將各專(zhuān)機(jī)電控系統(tǒng)的PLC、觸摸屏進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。圖3 工件的分料、阻檔、上下料、輸送方法示意圖工件的姿態(tài)方向控制如果工件輸送進(jìn)來(lái)時(shí)的姿態(tài)方向與工件在該專(zhuān)機(jī)上進(jìn)行工序操作時(shí)的姿態(tài)方向不同，則必須在皮帶輸送線上或取料機(jī)械手上設(shè)計(jì)必要的翻轉(zhuǎn)換向機(jī)構(gòu)，改變工件的姿態(tài)方向。但在生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須全盤(pán)考慮各專(zhuān)機(jī)取料及卸料時(shí)工件的姿態(tài)方向，盡可能將工件在輸送時(shí)姿態(tài)方向一致的工序連續(xù)安排在一起，使整體生產(chǎn)線上工

7、件的換向次數(shù)及換向機(jī)構(gòu)最少，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與制造，同時(shí)又能夠滿(mǎn)足各工序的操作需要。由于工件形狀為標(biāo)準(zhǔn)的矩形，所以工件在輸送線上始終以臥式、立式兩種姿態(tài)輸送。在整條生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)采用了以下3種姿態(tài)換向機(jī)構(gòu)：·擋桿在輸送皮帶上方設(shè)置固定擋桿，工件經(jīng)過(guò)時(shí)因?yàn)橹匦奈恢冒l(fā)生改變自動(dòng)由立式姿態(tài)翻轉(zhuǎn)為臥式姿態(tài)，如圖928所示。·氣缸翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一氣缸驅(qū)動(dòng)定位夾具在工序操作前后繞回轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)90º往復(fù)翻轉(zhuǎn)。·機(jī)械手手指翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一在氣動(dòng)手指的夾塊上設(shè)計(jì)軸承回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過(guò)在工件上選取適當(dāng)?shù)牟课粖A取工件，使工件在重力作用下實(shí)現(xiàn)180º自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。工件的暫停與分隔控制由于工件

8、的質(zhì)量較大，在機(jī)械手上采用氣動(dòng)手指夾取工件時(shí)非常方便工件的定位，所以整條生產(chǎn)線上各專(zhuān)機(jī)的上下料機(jī)械手全部采用氣動(dòng)手指夾取工件。由于工件的外形接近標(biāo)準(zhǔn)的矩形，所以當(dāng)工件在輸送皮帶上排列在一起時(shí)相鄰的工件之間就沒(méi)有空間。為了方便機(jī)械手夾取工件，在每臺(tái)專(zhuān)機(jī)機(jī)械手的取料位置(工件暫停位置)必須設(shè)計(jì)個(gè)擋料機(jī)構(gòu)：如果專(zhuān)機(jī)完成工序操作后仍然由原輸送皮帶向前輸送，該擋料機(jī)構(gòu)就設(shè)計(jì)為活動(dòng)擋塊；如果專(zhuān)機(jī)完成工序操作后改由另一條輸送皮帶向前輸送，該擋料機(jī)構(gòu)就可以簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)為固定擋塊；對(duì)于某些專(zhuān)機(jī)一次同時(shí)對(duì)三個(gè)工件進(jìn)行工序操作，機(jī)械手一次同時(shí)抓取三個(gè)工件，則必須在工件暫停位置依次設(shè)置三個(gè)活動(dòng)擋塊。 除設(shè)計(jì)擋料機(jī)構(gòu)外，

9、在工件進(jìn)入擋料位置之前，還必須設(shè)計(jì)分料機(jī)構(gòu)，保證每次只放行一個(gè)工件。根據(jù)上述要求，最后在輸送線上采用19處固定擋塊、8處活動(dòng)擋塊、11處分料機(jī)構(gòu)，有關(guān)工件在輸送線上的分料、阻擋、上下料及輸送方法如圖24所示。部分人工操作工序的處理在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程中，部分零件的裝配工序如果采用自動(dòng)化裝配方式將會(huì)使設(shè)備過(guò)于復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)太高，因此上述少數(shù)工序的裝配采用人工操作，在輸送線上留出人工操作的空間。考慮今后根據(jù)需要換為自動(dòng)裝配時(shí)，只要將相應(yīng)的自動(dòng)化裝配單元安裝在預(yù)留位置即可。所以該生產(chǎn)線是以自動(dòng)操作為主、人工操作為輔的半自動(dòng)化生產(chǎn)線。(5)專(zhuān)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在總體方案設(shè)計(jì)完成后就直接進(jìn)行各專(zhuān)機(jī)的詳細(xì)機(jī)械

10、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在總體方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了各個(gè)專(zhuān)機(jī)的取料位置、取料時(shí)工件的姿態(tài)方向、專(zhuān)機(jī)工序操作的具體內(nèi)容、操作完成后工件卸料的位置與姿態(tài)方向。設(shè)計(jì)人員分別根據(jù)上述條件進(jìn)行各專(zhuān)機(jī)的詳細(xì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。與通常自動(dòng)化專(zhuān)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的區(qū)別為：在自動(dòng)化生產(chǎn)線上需要將各專(zhuān)機(jī)取料與卸料位置、工件姿態(tài)方向控制、對(duì)工件的傳感器檢測(cè)確認(rèn)等工作通過(guò)輸送系統(tǒng)有機(jī)地組合成一個(gè)系統(tǒng)。各專(zhuān)機(jī)按具體工藝要求獨(dú)立地完成特定的工序操作，在專(zhuān)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，最典型的專(zhuān)機(jī)結(jié)構(gòu)由輸送線上方的X-Y兩坐標(biāo)上下料機(jī)械手、定位夾具、裝配(或檢測(cè))執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感檢測(cè)等部分組成，工件的輸送、暫存、檢測(cè)確認(rèn)等功能則作為輸送系統(tǒng)的內(nèi)容一起設(shè)計(jì)完成。

11、圖4為最后制造完成的該自動(dòng)化生產(chǎn)線，除自動(dòng)打標(biāo)貼標(biāo)機(jī)、氣動(dòng)元件、直線導(dǎo)軌、直線軸承、滾珠絲杠、鋁型材及連接件、傳感器、PLC、觸摸屏等專(zhuān)用電氣部件可向?qū)I(yè)公司定購(gòu)?fù)?，其余結(jié)構(gòu)均由公司技術(shù)人員自行設(shè)計(jì)、加工、裝配、調(diào)試完成。圖4 塑殼斷路器自動(dòng)化裝配檢測(cè)生產(chǎn)線六、 自動(dòng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)過(guò)程中，工序設(shè)計(jì)及節(jié)拍設(shè)計(jì)直接影響到生產(chǎn)線的綜合性能與設(shè)計(jì)制造成本。實(shí)際上，影響自動(dòng)化專(zhuān)機(jī)及生產(chǎn)線綜合性能的因素還不止這些，在自動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)質(zhì)量始終是影響項(xiàng)目成功與否的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)大部分中小自動(dòng)化裝備制造企業(yè)而言，由于在設(shè)計(jì)技術(shù)方面與國(guó)外先進(jìn)的裝備制造企業(yè)存在較大的差距，設(shè)計(jì)環(huán)

12、節(jié)的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性較大，難免在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)各種缺陷甚至失誤，這些缺陷或失誤又往往在裝配調(diào)試階段才暴露出來(lái)，造成時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上的損失。目前比較成熟的經(jīng)驗(yàn)就是大幅提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，即盡可能采用已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)過(guò)的各種機(jī)構(gòu)，使其逐步成為公司的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。全新設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要經(jīng)過(guò)充分的驗(yàn)證后再采用，以此來(lái)減少設(shè)計(jì)缺陷與失誤。這種方法雖然不利于設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新，但可以有效地減少設(shè)計(jì)缺陷與失誤。1采用先進(jìn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，目前國(guó)外已經(jīng)廣泛在各種產(chǎn)品(包括自動(dòng)化裝備)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析方法，這就是計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)，。通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行大量的仿真分析，可

13、以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：·在設(shè)計(jì)階段就及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案上的缺陷甚至錯(cuò)誤，避免在裝配調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)而進(jìn)行事后彌補(bǔ)；·在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行快速的分析對(duì)比，確定最佳設(shè)計(jì)方案；·對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化，將過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)提升為真正的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，逐步形成企業(yè)的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。2國(guó)外自動(dòng)化裝備行業(yè)廣泛采用的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法以下是國(guó)外在自動(dòng)化裝備行業(yè)廣泛采用的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法：(1)全面采用三維CAD設(shè)計(jì)軟件，避免或消除機(jī)構(gòu)在空間尺寸方面的設(shè)計(jì)缺陷與失誤。(2)采用運(yùn)動(dòng)仿真分析軟件(例如美國(guó)MSC公司ADAMS軟件)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，可以完成以下工作：·生成

14、動(dòng)畫(huà)·進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查·對(duì)相關(guān)運(yùn)動(dòng)結(jié)果進(jìn)行仿真輸出例如可以仿真機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡、力學(xué)特性(如位移、速度、加速度、力、力矩)、節(jié)拍時(shí)間等，因而可以對(duì)機(jī)器運(yùn)動(dòng)情況及工作效率進(jìn)行全面的模擬仿真，同時(shí)相關(guān)輸出結(jié)果可以對(duì)元件及部件的選型提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。(3)采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)重要結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、振動(dòng)特性等進(jìn)行校驗(yàn)、優(yōu)化。(4)采用氣動(dòng)仿真分析軟件，對(duì)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬仿真。例如德國(guó)FESTO公司開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀氣動(dòng)設(shè)計(jì)軟件FLUIDSIM可以將PLC程序直接與氣動(dòng)系統(tǒng)連接起來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，在計(jì)算機(jī)中的氣動(dòng)系統(tǒng)中模擬運(yùn)行PLC程序，檢驗(yàn)其中可能的錯(cuò)誤并及時(shí)修改程序，避免在裝配調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)程序