1、職業教育機電一體化專業教學資源庫企業解決方案名 稱：塑殼斷路器自動裝配檢測線設計編 制 人：丁加軍郵 箱：dingjj電 話制時間：2014.5編制單位：南京工業職業技術學院塑殼斷路器自動裝配檢測線設計 正泰電器塑殼斷路器自動化裝配檢測生產線 一、產品介紹 HSM1125、HSM1160系列塑殼斷路器(以下簡稱斷路器)是國內某大型開關制造企業設計開發的新型斷路器之一，具有結構緊湊、體積小、短路分斷能力高等特點。其中HSM1一125系列產品外形尺寸為120mm*76 mm* 70mm，質量為900g；HSM1160系列產品外形尺寸為120mm*90mm* 70mm，質量

2、為1100g，圖1為上述系列產品的外形圖。圖1 HSMl125、HSMl160系列塑殼斷路器為了滿足產品大規模生產的需要，該企業需要委托自動化裝備制造商專門設計制造該產品的自動化檢測、裝配、校核生產線，要求在生產線上同時實現上述兩種系列斷路器的瞬時檢驗、延時調試、延時檢驗三大類型裝配檢測工序。二、節拍要求與設計該企業提出的生產能力為單班產量500件。根據該生產能力，考慮設備按90的實際利用率計算有效工作時間，每條生產線的節拍時間計算如下：每天有效工作時間8h* 09*3600sh25 920(s)節拍時間25 920/500=52(s件)根據自動化生產線節拍時間的定義，計算結果表明在該生產線上

3、各專機的節拍時間必須都不能超過52s，為達到這一節拍要求，在設計過程中進行了以下工作：在不影響產品制造的前提下根據用戶提出的工藝方案重新調整設計了生產工藝流程；對少數初步估計專機占用時間超過52s的工序進行分解，將耗時長的復雜工序分解為兩個或多個工序由多臺專機進行。經過上述工作，最后確定生產線整體設計方案，工程完成后將整條生產線的節拍時間降低到45s件，滿足了企業提出的節拍要求。三、工藝流程最后確定的自動化生產線詳細工藝流程為：條碼打印及貼標一觸頭開距超程檢測一脫扣力檢測一瞬時測試一觸頭及螺釘裝配一觸頭壓力檢測一條碼閱讀與產品翻轉一單相延時調試一緩存冷卻降溫一單相延時調試一緩存冷卻降溫一單相延

4、時調試一緩存冷卻降溫一螺帽裝配一自動點漆一三相串聯延時校驗一可靠性檢測一耐壓測試。四、總體設計方案根據上述生產工藝流程，設計了以下總體設計方案工件自動輸送系統采用平行設置的三條皮帶輸送線，用于產品的自動輸送。其中兩條輸送線輸送方向相同，由各臺專機的機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，簡單的、占用時間較少的工序(如自動貼標、自動點漆等)則直接在同一條輸送線上進行。第三條輸送線專門用于不合格品的輸送，其輸送方向與另兩條輸送線相反，稱為不合格品卸料道。上述三條并行輸送線由多段串聯構成總長約25m的輸送系統，很好地解決了工件輸送與物流

5、規劃、合格品與不合格品分揀等關鍵技術，輸送線上兩側的定位擋板可以非常方便地更換，調整工件定位寬度，使整條自動化生產線能夠適應不同寬度尺寸的產品系列。圖2為制造完成后的皮帶輸送系統。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 皮帶輸送系統輸送系統與各專機的連接及控制各專機按最后確定的工藝流程依次在輸送線上方排布，調試完成后將各專機與輸送線之間的相對位置通過鋁型材連接固定。工件在通過輸送線進入每臺專機區域后先設置活動擋塊或固定擋塊，供各專機的取料機械手抓取工件。當抓取工件和卸下工件在同一條輸送線上進行時，該擋塊必須采用活動擋塊；當抓取工件和卸下工件分別在兩條輸送線上進行時，該擋

6、料機構就可以采用簡單的固定擋塊，在擋塊上同時設置檢測工件用的接近開關傳感器。各專機采用PLC控制系統控制專機的運行，采用MPI網完成生產線參數與專機狀態的監控、上下載，網絡監控系統主要通過MPI網絡將各專機電控系統的PLC、觸摸屏進行網絡連接。圖3 工件的分料、阻檔、上下料、輸送方法示意圖工件的姿態方向控制如果工件輸送進來時的姿態方向與工件在該專機上進行工序操作時的姿態方向不同，則必須在皮帶輸送線上或取料機械手上設計必要的翻轉換向機構，改變工件的姿態方向。但在生產線的總體設計時，必須全盤考慮各專機取料及卸料時工件的姿態方向，盡可能將工件在輸送時姿態方向一致的工序連續安排在一起，使整體生產線上工

7、件的換向次數及換向機構最少，以簡化生產線設計與制造，同時又能夠滿足各工序的操作需要。由于工件形狀為標準的矩形，所以工件在輸送線上始終以臥式、立式兩種姿態輸送。在整條生產線上設計采用了以下3種姿態換向機構：·擋桿在輸送皮帶上方設置固定擋桿，工件經過時因為重心位置發生改變自動由立式姿態翻轉為臥式姿態，如圖928所示。·氣缸翻轉機構一氣缸驅動定位夾具在工序操作前后繞回轉軸實現90º往復翻轉。·機械手手指翻轉機構一在氣動手指的夾塊上設計軸承回轉機構，通過在工件上選取適當的部位夾取工件，使工件在重力作用下實現180º自動翻轉。工件的暫停與分隔控制由于工件

8、的質量較大，在機械手上采用氣動手指夾取工件時非常方便工件的定位，所以整條生產線上各專機的上下料機械手全部采用氣動手指夾取工件。由于工件的外形接近標準的矩形，所以當工件在輸送皮帶上排列在一起時相鄰的工件之間就沒有空間。為了方便機械手夾取工件，在每臺專機機械手的取料位置(工件暫停位置)必須設計個擋料機構：如果專機完成工序操作后仍然由原輸送皮帶向前輸送，該擋料機構就設計為活動擋塊；如果專機完成工序操作后改由另一條輸送皮帶向前輸送，該擋料機構就可以簡單地設計為固定擋塊；對于某些專機一次同時對三個工件進行工序操作，機械手一次同時抓取三個工件，則必須在工件暫停位置依次設置三個活動擋塊。 除設計擋料機構外，

9、在工件進入擋料位置之前，還必須設計分料機構，保證每次只放行一個工件。根據上述要求，最后在輸送線上采用19處固定擋塊、8處活動擋塊、11處分料機構，有關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品的整個生產流程中，部分零件的裝配工序如果采用自動化裝配方式將會使設備過于復雜，設備造價太高，因此上述少數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。考慮今后根據需要換為自動裝配時，只要將相應的自動化裝配單元安裝在預留位置即可。所以該生產線是以自動操作為主、人工操作為輔的半自動化生產線。(5)專機機械結構設計在總體方案設計完成后就直接進行各專機的詳細機械

10、結構設計。在總體方案設計中已經確定了各個專機的取料位置、取料時工件的姿態方向、專機工序操作的具體內容、操作完成后工件卸料的位置與姿態方向。設計人員分別根據上述條件進行各專機的詳細機械結構設計。與通常自動化專機結構設計的區別為：在自動化生產線上需要將各專機取料與卸料位置、工件姿態方向控制、對工件的傳感器檢測確認等工作通過輸送系統有機地組合成一個系統。各專機按具體工藝要求獨立地完成特定的工序操作，在專機的機械結構設計過程中，最典型的專機結構由輸送線上方的X-Y兩坐標上下料機械手、定位夾具、裝配(或檢測)執行機構、傳感檢測等部分組成，工件的輸送、暫存、檢測確認等功能則作為輸送系統的內容一起設計完成。

11、圖4為最后制造完成的該自動化生產線，除自動打標貼標機、氣動元件、直線導軌、直線軸承、滾珠絲杠、鋁型材及連接件、傳感器、PLC、觸摸屏等專用電氣部件可向專業公司定購外，其余結構均由公司技術人員自行設計、加工、裝配、調試完成。圖4 塑殼斷路器自動化裝配檢測生產線六、 自動機械優化設計在自動化生產線的設計過程中，工序設計及節拍設計直接影響到生產線的綜合性能與設計制造成本。實際上，影響自動化專機及生產線綜合性能的因素還不止這些，在自動機械的設計過程中，設計質量始終是影響項目成功與否的重要環節。對于目前國內大部分中小自動化裝備制造企業而言，由于在設計技術方面與國外先進的裝備制造企業存在較大的差距，設計環

12、節的設計質量對設計人員的經驗依賴性較大，難免在設計過程中出現各種缺陷甚至失誤，這些缺陷或失誤又往往在裝配調試階段才暴露出來，造成時間和經濟上的損失。目前比較成熟的經驗就是大幅提高設計的標準化，即盡可能采用已經經過實踐檢驗過的各種機構，使其逐步成為公司的標準化機構。全新設計的機構要經過充分的驗證后再采用，以此來減少設計缺陷與失誤。這種方法雖然不利于設計人員的創新，但可以有效地減少設計缺陷與失誤。1采用先進設計方法的優點隨著現代設計技術的快速發展，目前國外已經廣泛在各種產品(包括自動化裝備)的設計開發中采用先進的設計分析方法，這就是計算機輔助工程(CAE)，。通過在設計過程中進行大量的仿真分析，可

13、以實現以下目標：·在設計階段就及早發現設計方案上的缺陷甚至錯誤，避免在裝配調試階段才發現而進行事后彌補；·在設計階段就可以對不同的設計方案進行快速的分析對比，確定最佳設計方案；·對設計方案進行科學的優化，將過去的經驗設計提升為真正的創新設計，逐步形成企業的自主創新設計能力。2國外自動化裝備行業廣泛采用的先進設計方法以下是國外在自動化裝備行業廣泛采用的先進設計方法：(1)全面采用三維CAD設計軟件，避免或消除機構在空間尺寸方面的設計缺陷與失誤。(2)采用運動仿真分析軟件(例如美國MSC公司ADAMS軟件)對設計方案進行機構運動分析，可以完成以下工作：·生成

14、動畫·進行動態干涉檢查·對相關運動結果進行仿真輸出例如可以仿真機構的空間運動軌跡、力學特性(如位移、速度、加速度、力、力矩)、節拍時間等，因而可以對機器運動情況及工作效率進行全面的模擬仿真，同時相關輸出結果可以對元件及部件的選型提供科學的理論指導。(3)采用結構動力學仿真分析軟件對機構進行結構動力學分析，對重要結構的剛度、強度、振動特性等進行校驗、優化。(4)采用氣動仿真分析軟件，對氣動機構的運動過程進行模擬仿真。例如德國FESTO公司開發的優秀氣動設計軟件FLUIDSIM可以將PLC程序直接與氣動系統連接起來進行運動模擬，在計算機中的氣動系統中模擬運行PLC程序，檢驗其中可能的錯誤并及時修改程序，避免在裝配調試階段才發現程序