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南 京 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书学 院（系）：机械工程学院专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：曾梁彬学 号：03303502设计(论文)题目：长玻纤增强反应注射成型生产线工艺试验系统设计起 迄 日 期:2007年 3 月 5 日 7月6日设计(论文)地点:南京理工大学指 导 教 师:孙宇专业负责人:发任务书日期: 2007年 3 月 5 日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：1、通过本课题的研究，锻炼学生的创新设计能力、外文阅读能力、自己查阅资料的能力与独立思考问题的能力和发现并解决问题的能力。2、针对该具体课题，希望学生能了解国内当前该领域的现状，在此基础上做出一些成果，使大学学到的知识得到综合应用，为进一步深造或走向工作岗位打下良好的基础。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：长玻纤增强反应注射生产线总体设计；机器人控制系统接口设计；制品生产工艺及试验研究、设计；影响制品质量因素分析；要求独立完成系统设计，工艺试验等，并提供齐全、正确、统一的技术文件和毕业设计说明书毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1、 毕业设计论文。要求书写规范、结构严谨、图表清晰，研究内容的表述要言简意赅，得出的结论要证据确凿。2、 机器人控制系统研究及具体编程实例。3、 生产线总体设计图。4、 系统集成，现场运行试验和调试。 4主要参考文献：1 袁伟，高密度结构反应注射成型聚氨酯材料的开发，化学推进剂与高分子材料，2005，10（8）：18212 赵菲等，RIRIM机在聚氨酯弹性体加工中的工艺探索，聚氨酯工业，2002，22（3）：24263 曹长兴等.反应注射成型设备混合系统的类型与性能，塑料科技，2004，21（5）：30344 John J. Craig. 机器人学导论.北京：机械工业出版社.20065 F. Yacoub, J.F. MacGregor.Analysis and optimization of a polyurethane reaction injection molding (RIM) process using multivariate projection methods. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems.2003,65:,1733毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2007年3月05日3月17日3月18日4月05日4月06日4月29日4月30日5月13日5月14日6月10日6月11日6月20日6月 26日7月6日熟悉毕业设计要求。查阅资料，完成外文资料翻译工作撰写开题报告及文献综述生产线总体设计机器人的控制系统方案设计系统集成及现场试验文档整理、撰写毕业设计说明书论文答辩所在专业审查意见：负责人： 2007年 月 日学院（系）意见：院（系）领导： 2007年 月 日 南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：曾梁彬学 号：03303502专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：长玻纤增强反应注射成型生产线工艺试验系统设计指 导 教 师:孙 宇 2007年4月6日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要：本文中概述了反应注射成型（RIM）的原理、特点、工艺过程和发展，介绍了工业中常用的聚氨酯反应注射成型（RIM-PU）的生产线设计方案，并对部分影响RIM制品质量的因素进行了简单阐述。关键词：反应注射成型、质量因素一、反应注射成型（RIM）工艺概述反应注射成型(reaction injection molding，RIM)，是直接从低黏度的单体或齐聚物快速大批量制造复杂制件成品的一种工艺技术。这些单体或齐聚物在进入模腔的瞬间碰撞混合，在模腔中通过交联或想分离形成固体聚合物。制件成型的周期极短，通常几分钟，最快的如聚脲RIM成型周期不足1分钟。它同传统的热塑性树脂注射成型（TIM）完全不同，RIM是在模腔中进行聚合反应，不是借助冷却形成固体聚合物。它同其他反应成型工艺如单体浇注或热固注射成型不同，虽然这些工艺也用聚合反应形成制件形状，但他们是利用热的模壁活化反应，而RIM的单体温度和模壁温度相差不多，反应是借助单体之间的相互碰撞而活化。聚氨酯反应注射成型（RIM-PU）是工业生产中所广泛使用的一种反应注射成型工艺。它主要是由低黏度、高活性的异氰酸酯、聚醚多元醇等为反应原料。RIM-PU本身指无增强材料的工艺过程，而RRIM-PU（reinforced reaction injection molding）聚氨酯增强反应注射成型是在RIM-PU的基础上完善发展起来的。它是在RIM聚氨酯中加入增强剂，不仅保留了RIM 成型的优点, 而且可大幅度增加弯曲强度, 减少热膨胀系数。RRIM-PU所用的增强剂一般有玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维及不锈钢纤维等。用量最大的是玻璃纤维。玻纤RRIM-PU增强材料是在RIM-PU基础体系中添加玻璃纤维，以提高改善复合材料的刚性和热稳定性能，同时也可降低制品的成本。二、工艺过程概述反应注射成型用两种主液体, 使用不同的催化剂、发泡剂和改性剂, 可得到硬质或软质、密度不同的发泡体制品。反应注射设备一般都包括两组液料的供给系统和液料泵出、混合及注射系统。目前大多数RIM材料皆以聚氨酯树脂为基础, 还常加入填料和其它添加剂。其成型过程通常由成型物料准备、充模造型和固化定型三个阶段组成。首先将异氰酸酯和多元醇两种原料分别放入两只容器内, 精确控制桶内物料的温度, 两种原料分别通过各自的加热系统及定量泵进入混合注射器内混合, 材料混合后发生化学反应, 然后迅速、完全被注射入模具型腔内, 待固化后即可启模。反应注射成型工艺流程见下图。三、聚氨酯模塑发泡生产线设计根据制品特点和生产批量大小,相应的生产线配置也有所区别,一般按工艺要求分为转台式模塑发泡生产线和椭圆环形式模塑发泡生产线。3.1 转台式模塑发泡生产线右图为转台式模塑发泡生产线。从图中可以看出,该生产线主要由回转转台、模架、温控装置及开泡输送部分组成。转台回转速度根据生产节拍自动调节,模架根据制品不同,有气动式、液压式,分别采用气囊和液压锁模。该类生产线由于占地面积小,工艺布局简单,适合于大批量、同品种制品生产,如生产高回弹汽车坐垫、靠垫及头枕、方向盘、仪表盘、保险扛、摩托车坐垫等冷熟化工艺制品。3. 2 椭圆环形式模塑发泡生产线下图为椭圆环形式模塑发泡生产线。椭圆环形式模塑发泡生产线采用椭圆轨道布局,模架沿环形轨道连续运行,生产线采用电机传动,链条牵引模架移动,线速度根据生产节拍自动调节,采用机器人(Robat)带动混合头,自动识别模具号移动轨迹浇注。该类生产线结构复杂,控制先进,自动化程度高,多用于单硬度和多硬度汽车坐垫的批量生产。生产线根据需要可配置远程监控系统,进行生产现场实时监控,并将生产线当前运行状态按顺序记录,将相关工艺参数,如发泡料温度、压力、组分流量、原料用量等保存和输出。四、影响产品质量的因素在RIM的生产中，一些注塑过程工艺参数及原料的使用情况都会影响RIM制品的质量。4.1 过程工艺参数对RIM制品的力学性能的影响4.1.1 混合温度对聚氨酯弹性体性能的影响随着反应进一步进行,体系粘度会进一步增加,混合会变得更加困难,因此,混合前应该为体系提供良好混合的条件。温度会明显地影响体系组分的粘度。两组分的粘度均随着温度的升高而降低。只有在两组分的粘度较为接近时,混合效果才会好,由此得到的弹性体的性能较佳。但是考虑到如果温度过高,两组分反应速度过快,同样会影响混合效果。4.1.2 两组分质量比对聚氨酯弹性体性能的影响即使配方相同,如果A、B 组分的比例不同,得到的弹性体的性能也会有所不同。实验证明,相互混合的两个组分体积相差不是很大时,弹性体的性能最好。4.1.3 成型压力对聚氨酯弹性体性能的影响注射压力也是影响弹性体性能的一个重要参数。成型压力增加,各项性能均有所增加,这是因为压力增加,弹性体的致密程度增加。但是增加的幅度不大。在实际应用中,一般采取的注射压力为4. 05. 0 MPa 。4.2 反应原料对RIM-PU工艺质量的影响4.2.1 催化剂 RIM-PU要求快速反应，常采用催化剂来加速体系反应速度。选用催化剂的时候，应注意催化剂对反应混合物在模腔中流动性、脱模时间和制品力学性能的影响。4.2.2 发泡剂发泡剂的用量和类型的选择同制品的性能要求相关。发泡剂用量过多，则会由于其扩散，导致RIM制件产生大的收缩。使用水作发泡剂时，RIM使用的传统多元醇活性下降，不易获得皮层密实的整皮泡沫，故多选用低不饱和度的多元醇或锡胺混合催化剂等。4.2.3 增强材料RIM用增强材料的目的是改善制品刚性，提高耐热性能，降低热膨胀系数和降低成本等。可用的增强材料类型很多。增强材料对RRIM材料性能有以下影响。(1) 密度：RRIM材料的密度随材料的用量增加而增加。(2) 硬度：RRIM材料的邵氏硬度同增强材料的用量无关或变化极少。(3) 拉伸强度：纤维类增强材料几乎不影响拉伸强度。(4) 断裂伸长率：纤维状增强材料的加入引起RRIM材料断裂伸长率的锐减；片状增强材料引起断裂伸长率下降程度更大，但导致抗冲击性能下降。(5) 撕裂强度：玻纤材料的加入使RRIM材料的抗撕裂性能略有改善。(6) 弯曲模量：增强材料的加入引起的变化难于简单描述，但总的倾向是增强材料的用量增加RRIM的弯曲模量增加。(7) 冲击强度：增强材料的用量增加RRIM材料的抗冲击性能下降。(8) 线膨胀系数：添加增强材料后RRIM材料的线膨胀系数随添加量的增加显著下降。(9) 收缩率：RRIM-PU材料脱模后收缩率因添加玻纤增强材料而下降。此外，模具、执行情况、环境、操作人员的实际水平都影响制品的质量。尤其是模具直接影响着制品的成品率，模具的精度高，浇口位置、气孔位置工艺参数更是关系重大。五、RIM的应用和发展5.1 发展史RIM技术是在制备聚氨酯硬质泡沫塑料工艺的基础上发展起来的。50年代用低压机使料液回转混合制备聚氨酯弹性体和聚氨酯泡沫塑料。1967年Bayer -Bauydur问世。1969年首次报导用高压碰撞混合生产聚氨酯泡沫塑料，出现第一台具有自清净和循环混合头的RIM设备。1974年美国大量采用RIM工艺生产大型聚氨酯制件。1979年用玻璃纤维增强的聚氨酯RIM生产汽车挡泥板和车体板。1980年玻璃纤维增强SRIM问世。1983年尼龙RIM开始小量生产。1984年聚脲RIM开发成功。80年代初先后报导了聚双环戊二烯RIM、丙烯酸酯RIM、环氧RIM、酚醛RIM和不饱和聚酯RIM等的开发工作。5.2 应用现状如今，聚氨酯已成为开发较成熟、应用范围最广泛的体系，约占全部RIM材料的90%，其应用领域具有代表性。主要用作汽车内外制件，翼子板（fascia）约占72%（1989年），其次是内饰件如方向盘、仪表板、臂靠*约13%），模塑窗用量约6%。建材、体育娱乐行业、机电工业也广泛使用聚氨酯RIM材料。1989年全世界耗用聚氨酯基RIM约131000t，其中美国约站42.75%，日本约19.82%，欧洲占17.6%；1992年美国用量为89000t，1993年为96000t，1994年为105000t。美国聚氨酯RIM在非运输部门的应用比例已达到36%以上。聚氨酯RIM弹性体用量远远多于聚氨酯浇铸弹性体，后者用量1993年31000t，约为RIM弹性体的32%。5.3 发展趋势聚氨酯RIM发展迅速，特别是在80年代初相继获得三次大的突破，使脱模时间从约60s缩短至约10s，成型周期从约320s降至约45s。虽然如此，今年来聚氨酯RIM面临着许多挑战，如改性热塑性聚烯烃、SMC等材料的强劲竞争；环境保护提出了越来越严格的要求，迫使聚氨酯RIM在进一步改进工业、提高材料性能、降低成本、减少污染等方面进行了大量的工作，初步取得一些进展。现正扩大应用这些成果并沿着这些方面继续进行工作。参考文献：1 反应注射成型法，产业资讯，20062 刘远中等，低密度纤维增强反应注射成型聚氨酯材料，聚氨酯工业，20023 姜志国等，PUU_RRIM制品中玻璃纤维的取向，中国塑料，20004 阎宝瑞，可编程控制器在反应注射成型机中的应用，自动化仪表，20035 吴壮利，RIM聚氨酯加工设备及其在汽车内饰件生产中的应用，聚氨酯工业，20066 王士才等，玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型，现代塑料加工应用，19977 李爱平等，低压灌注设备配比调节方法的改进研究，工程塑料应用，20058 曹长兴等，反应注射成型设备混合系统的类型与性能，塑料科技，20049 胡海青，热固性塑料注射成型（四）反应注射成型（RIM）与增强反映注射成型（RRIM），热固性树脂，200110 李俊贤，反应注射成型技术及材料，聚氨酯工业，199511 影响反应注射成型产品质量的因素，面向快速模具的反应注射成型计算机仿真与实验研究12 赵菲等，RIRIM机在聚氨酯弹性体加工中的工艺探索，聚氨酯工业，200213 申长雨等，反应注射成型技术，塑料成型加工讲座，200214 袁伟，高密度结构反应注射成型聚氨酯材料的开发，化学推进剂与高分子材料，200515 吴张永，汽车用塑料注塑新技术的进展，现代塑料加工应用，200216 Mapleston P. PUR Processing Goes an Natural with Fibers. Plastics Technology , 199917 吴舜英等，泡沫塑料成型，化学工业出版社，1999 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、需要研究和解决的问题：通过查阅文献以及对文献的学习和分析，对即将开展的工作中的主要需要解决的问题进行了汇总。1、了解反应注射成型的工艺，设计生产工艺试验方案，研究影响制品质量的因素2、长玻纤反应注射成型生产线的总体设计方案的拟订，画出生产线总体设计图；3、ABB机器人控制系统研究以及接口设计；二、拟采用的研究手段（途径）：针对课题中出现的以上几个问题，将在接下来的时间里通过以下途径来解决。1、查阅相关书籍资料，了解关于反应注射成型的基本原理。(1)了解反应注射成型的工艺过程 反应注射成型的工艺过程包括两个工位的操作：反应注射过程和发泡成型过程。反应注射过程包括：原材料的配制、双组分混合比例的计量、反应物的混合、注射。发泡成型过程包括：模架归位、闭模、发泡成型和定型、开模、制品脱模。(2)了解影响反应注射成型制品质量的主要因素影响反应注射成型制品质量和产量的主要因素有三方面：原材料、成型工艺和设备。原材料对工艺质量的影响因素主要有反应组分、混合比例、催化剂、发泡剂、增强材料；成型工艺中的主要工艺参数有压力（包括注射压力、贮料筒的背压、模腔压力）、温度（混合温度、模具温度）、注射时间和注射速度；设备为固定条件，故不做考虑。(3)制品质量衡量标准参考成熟的工艺分析，并结合实际应用，选定制品的一些主要实用性能作为衡量其工业质量的标准，如：力学性能、表面质量、工业产量等。(4)工艺试验设计根据上述对反应注射成型工艺的进一步了解，在仅某一因素改变的情况下进行试验，记录不同因素对反应注射成型制品质量的影响。将记录下的试验数据进行比较分析，并做出最终的工艺试验报告。2、 总体生产线系统布局设计根据实际情况，查阅有关工业物流方面书籍资料，设计总体的生产线系统布局。(1)系统组成根据长玻纤增强反应注射成型的需要，系统的基本构成包括以下三个单元：l 长玻纤增强反应注射成套设备（包括一套ABB机械手及附件；另有一套两年单班的零备件包）（主机单元）l 压力机及模具（模架单元）l 机械手直线移动轨道及小车部分（小车单元）(2)系统布局根据实际情况，系统采用直线型排列方式。小车单元：负责机械手直线移动的小车及轨道位于中间，压力机分两列布置在轨道的两侧。由沿导轨移动的小车搭载机械手及注射装置（混合头、玻纤输送、高压换热等）根据各模架单元的服务要求完成长玻纤增强树脂的注射。主机单元：长玻纤增强反应注射成套设备（不包括ABB机械手机混合头等注射设备）自成一体，可以根据车间的工作空间灵活设置。该成套设备与其他单元的连接仅仅是原料的通道、控制信号线及电源线等。模架单元：按照实际需要，安排十个工位，沿导轨长度方向的两侧各设计五个模架工位进行规划，模架单元先按照八个工位建设，剩余的两个工位目前用于小车单元的维护、保养以及玻纤输送装置的调整等。根据工艺需要，每个模架单元包括两个工位：反应注射工位和发泡成型工位，此外还包括压力机的布置。对于三个单元的布局安排，主要根据空间条件进行，对三单元进行控制接口和物料输送设备的连接。最终用CAD软件绘出平面布局图。3、ABB机器人的控制(1)ABB机器人控制系统的学习参阅ABB机器人的有关说明书和操作资料，掌握操作和编程技术。(2)工艺编程由于在反应注射过程中，不同尺寸的制件的注射过程所需的时间也不相同，为了保证在反应注射工位时注射到模具上的混合物在回到发泡成型工位闭模发泡成型之前不会产生发泡，应该尽可能缩短机器人注射的时间。这样就要求对机器人喷嘴的行程轨迹的安排进行优化。另外，对一些复杂制件的一些特殊位置的注射，是否要特别注意或进行特别注射，这些问题在实际操作中也需要进行确认。 针对这些工艺中的要求，必须对不同制件的注射过程设计不同的合适的行程轨迹并编程。时间安排： 3月5日3月18日 初步熟悉毕业设计内容及相关要求； 3月19日3月25日 完成外文翻译任务； 3月26日4月8日 完成文献综述和开题报告任务； 4月9日4月29日 实地参观并完成生产线总体设计方案，学习RIM工艺相关基 础内容； 4月30日5月13日 学习ABB机器人的控制与编程； 5月14日6月3日 完成工艺试验设计方案并做出分析报告； 6月4日6月17日 整理文件资料，撰写毕业设计说明，准备答辩。附件1：总体布局示意图附件2：机器人模块布局图毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)详细摘要作 者:曾梁彬学 号：03303502学院(系):机械工程学院专 业:机械工程及自动化题 目:长玻纤增强反应注射成型生产线工艺系统试验设计教授孙宇指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2007年 7 月长玻纤增强反应注射成型生产线工艺系统试验设计毕业设计作者 曾梁彬指 导 老 师 孙 宇摘要 论文以长玻纤增强反应注射成型（LFI）在汽车内饰件中的实际应用为背景，首先LFI工艺的一些基本状况，之后根据这项工艺的特点和企业的实际情况，讨论了LFI生产线的总体布局设计方案，以及系统的组成和各个单元的功能。接下来进一步开始切入在本次工程中的主要参与的内容机器人部分。先从工艺特点和总体布局设计方面提出具体要求，以此为标准完成对机器人型号的选择。选定了机器人型号之后，对机器人的操作方式进行了简单的阐述，之后重点介绍了机器人操作方式之一的编程操作，并进行了初步的轨迹优化设计。关键字 长玻纤增强反应注射成型 总体布局 机器人 轨迹优化1 引言随着汽车工业的迅速发展，注塑工艺已发展为汽车用塑料件生产的最重要的技术之一。在众多的注塑工艺产品中，聚氨酯（PU）发泡制品在汽车行业中的应用得到越来越广泛1。在市场不断扩大的形势下，聚氨酯RIM工艺的发展和更新也得到了极大的推动。一种在聚氨酯模塑成型中加入长纤维增强的加工工艺已由Krauss-Maffei公司开发成功, 称作LFI-PUR体系2。 反应注射成型（Reaction Injection Molding）简称RIM，是直接从低粘度的单体或齐聚物快速大批量制造复杂制件成品的一种工艺技术。这些单体或齐聚物在进入模腔前的瞬间碰撞混合，在模腔中通过交联或相分离形成固体聚合物3。LFI是增强在增强反应注射成型（RRIM）和结构反应注射成型（SRIM）的基础上发展而来的。它是在浇注时将长玻纤同物料一起被注射到模腔内达到添加增强材料的过程。它即能够改善RRIM的增强效果，又能够简化SRIM的工艺过程4,5。2 系统基本布局2.1 生产线布局方案在目前的实际生产应用中，通常采用的布局方式有两种：一种是环行旋转式发泡生产线；另一种是直线式发泡生产线。图2.1 环行旋转式发泡生产线示意图1,6从图2.1中我们可以看到，环行生产线中浇注设备的位置是固定的，通过旋转台来实现对不同工位的浇注。它的优点就在于，浇注设备的位置是不变的，因此省去了浇注设备的移动机构，简化了控制关系和总体组成。但是也存在致命的问题，即空间尺寸庞大。为了能够提供足够的浇注空间和避免人机混合操作的危险，每个模架单元均采用移动式模架并具有两个工位反应注射工位和发泡成型工位。考虑每台压力机的平均宽度为3.2m，再加上工人的操作空间，环行布置十个工位，整体直径将超过20m，实际车间的宽度仅为14.5m，显然使用这种生产线布局方式不合理。排除了环行旋转式生产线布局方案之后，我们来分析直线式发泡生产线布局方案。参照图2.2，我们可以看到生产线中的十个工位分别排列在导轨的两侧，通过导轨小车的移动，将浇注设备移动到各个工位上。这样的好处很显然是排除了空间上的障碍，但是由于浇注设备的位置不是固定的，因此在系统组成和控制上都增加了难度。2.2 系统组成及功能系统由三个单元组成：主机单元、小车单元和模架单元。主机单元主要就是包括了Krauss-Maffei的一套LFI设备、机器人和控制系统。主要负责的是浇注主体过程的控制、机器人的控制，以及与小车单元的通信。模架单元主包括了压力机、移动模架和模具。主要是为浇注提供空间，为模具的安装、开合模动作、锁模、调节模温提供保障，以及与小车单元的通信。小车单元主要包括移动小车和导轨。主要用于将浇注机器人运送到指定的工位进行工作，此外，还担负着主机单元和模架单元之间的通信桥梁的工作。图2.2 直线式发泡生产线示意图浇注时由模架单元发出申请信号，小车移动到发出申请信号的工位后，小车向主机单元发出请求浇注信号，主机单元开始浇注；浇注完成后，主机单元通过小车向模架单元发出浇注完成信号，指示模架移动到发泡成型工位合模发泡。3 机器人选型机器人的选型主要从工作范围、运行速度和负载能力三个方面的要求进行。3.1 工作范围从图3.1中我们可以看出，A-A位置为导轨中轴线，即机器人基座位置。浇注时所需要达到的极限位置在尺寸最大的工作（1、2、9、10）的E-E位置，通过尺寸计算，A-A到E-E的距离为3020mm，对照各种型号机器人的工作范围的参数，可以看出只有IRB 6650-125/3.2的工作范围3.2m能够满足范围要求。表3.1 各系列机器人工作范围参数IRB24002400L2400/102400/16工作范围1810mm1550mm1550mmIRB44004400/454400/604400/L104400/L304450S工作范围1955mm1955mm2547mm2532mm2400mmIRB6400R6400R/2.5-1206400R/2.5-1506400R/2.5-2006400R/2.8-1506400R/2.8-2006400R/3.0-100工作范围2469mm2469mm2469mm2800mm2800mm2999mmIRB66006600-175/2.556600-225/2.556600-175/2.86650-200/2.756650-125/3.2工作范围2550mm2550mm2800mm2755mm3200mm图3.1 生产线布局图（局部）3.2 运行速度机器人速度方面的要求主要是由工艺的需要而提出的。在模架单元中存在两个工位，一个是反应注射工位，一个是发泡成型工位。浇注时在反应注射工位的时间不宜太长，如果时间过长，在移动模架还未回到发泡成型工位时就会开始发泡反应，这样会导致压力机合模压力不足，影响制件质量。因此，必须严格控制在浇注工位的时间。通常情况下为在1分钟之内。在下面轨迹优化章节，我们可以得出轨迹间距为60mm，IRB 6650-125/3.2机器人的直线移动最大速度为5000mm/s，这样计算在1分钟时间内能够浇注的面域为18m2，而实际浇注的模具尺寸不会超过3m2，因此也能满足浇注速度要求。3.3 负载能力机器人实际工作中的负载为RimStar E型混合头，混合头的重量为96Kg，其它的软管均在坦克链托架上，重量可以不计。而IRB 6650-125/3.2机器人的负载能力为125Kg，故也能满足要求。3.4 选型结论综合三方面的要求，选定IRB 6650-125/3.2机器人，完全可以满足工业生产要求。4 机器人操作ABB机器人的操作方式有两种：利用FlexPendant教导器进行微动操作和在PC上用RobotStudio进行编程操作。4.1 参数设定无论是在何种操作方式下，首先必须对一些操作前的必要参数进行设定。主要是对工具坐标系、工件坐标系和载荷进行设定。机器人存在4个坐标系，其中大地坐标系和基坐标系在机器人安装时就已经被设定完成；在具体加工时，工具和工件有所不同，因此工具坐标系和工件坐标系必须在操作前进行人为设定。定义工具坐标系，主要使用的是4点TCP（工具中心位置）法。就是让工具以四种不同的姿态接触一个已设定好的点，这个远离机器人时效果会比较好。这样就能让机器人自动记录出这个TCP的坐标位置。然后定义坐标轴的方向，在保持工具姿态不变的情况下，将机器人沿所要定义的轴的方向进行微动，定义出轴方向。如图4.1。 图4.1 定义工具坐标系（左）和工件坐标系（右）定义工件坐标系的方式为3点法，主要是定义一个工位操作平面。先选定1个点X1，记录下之后分别让机器人手臂沿直线走到在需要定义的X轴上的一点X2和Y轴上的一点Y1，通过这三点的定位机器人自动记录后确定出坐标系。如图4.1。定义载荷参数时（如载荷重量、重心坐标、扭矩和转动惯量等），可以使用两种方法：一种是手动输入数据，这种方式必须要求预先测定出载荷。然而在实际中有些时候不方便直接测出载荷，这时可以使用一个载荷测定服务LoadIdentify来进行自动测定。4.2 FlexPendant微动操作使用FlexPendant进行微动操作时，首先需要在机械单元列表中选择操作的机械单元。在单一机器人且无附加轴时，可以不用设定；其次再选择运动模式。运动模式包括两种：线性移动和逐轴移动，线形模式就是保持工具空间姿态不变进行移动，而逐轴移动是控制单一的轴进行的旋转。这种方式的操作定位不直观，很难预测TCP的运动，所以通常不使用。通常使用FlexPendant上的操纵杆进行线性微动。4.3 RobotStudio编程由于在FlexPendant上有些特定的功能无法实现，这就需要利用编程软件RobotStudio进行编程控制。在学习了机器人编程语言RAPID之后，针对一个具体设定的零件进行浇注指令的分析。 图4.3 浇注零件模型上图为设定的编程浇注模型，包括孔、凹槽和翘边三个浇注特征。浇注时针对这三个特征进行特殊的处理。在孔上浇注时必须用一个输出信号来控制混合头的浇注开关；在凹槽处浇注时可以提高机器人的移动速度来减少单位面积的浇注量；在翘边处浇注时，需将混合头的姿态转变后在进行浇注。以下为程序。CONST robtarget p1 :=-30.00,30.00,0.00; 定义p1点（左上角点）CONST robtarget p2 :=50.00,-30.00,3.00; 定义p2点（右下角点）PERS wobjdata wobj1 :=TRUE,; 选择当前工件坐标系，具体数据测定PERS tooldata tool1 :=TRUE,; 选择当前工具坐标系，具体数据测定PROC main()MovL p1,v200,fine,tool1;MovL Offs(p1,0,-3,0),v100,fine,tool1;Set do1; 输出浇注信号MovL Offs(p1,80,-3,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,-9,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,0,-9,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,0,-15,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,-15,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,0,-15,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,0,-21,0),v100,fine,tool1;Reset do1; 输出停止浇注信号MovL Offs(p1,-20,-21,0),v100,z3,tool1;Set do1; 输出浇注信号MovL Offs(p1,-20,-27,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,15,-27,0),v100,fine,tool1;Reset do1; 输出停止浇注信号MovL Offs(p1,45,-27,0),v200,fine,tool1;Set do1; 输出浇注信号MovL Offs(p1,80,-27,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,-33,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,45,-33,0),v100,fine,tool1;Reset do1; 输出停止浇注信号MovL Offs(p1,15,-33,0),v200,fine,tool1;Set do1; 输出浇注信号MovL Offs(p1,-20,-33,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,-20,39,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,39,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,45,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,60,45,0),v100,fine,tool1;MovL Offs(p1,0,45,0),v200,fine,too1;MovL Offs(p1,-20,45,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,-20,51,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,0,51,0),v100,fine,tool1;MovL Offs(p1,60,51,0),v200,fine,tool1;MovL Offs(p1,80,51,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,57,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,-20,57,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,-20,60,0),v100,z3,tool1;MovL Offs(p1,80,60,0),v200,z3,tool1;MovJ p2,v100,fine,tool1; 调整混合头姿态，适应翘边浇注MovL Offs(p2,-100,0,0),v50,fine,tool1;MovL Offs(p2,-100,0,6),v50,fine,tool1;MovL Offs(p2,0,0,6),v50,fine,tool1;Reset do1输出停止浇注信号RETURN 返回Stop 停止 ENDPROC5 轨迹间距优化轨迹间距的优化，主要有两方面的要求。一是反应浇注时间的控制；另一方面是玻纤分布的均匀性。首先是混合头浇注的模型建立。混合头的喷口外有个直径56mm的短圆环，在浇注时，物料主要覆盖在其正对的直径56mm的范围内，在此范围之外还有一些溅射覆盖，因此，在整体来看，浇注物料在中心的覆盖密度最大，沿径向减少。这样的分布特点与正态分布类似，因此用正态分布的模型来模拟径向分布密度。假设第一条轨迹的玻纤分布函数为f(x)，当做第二条轨迹函数g(x)时，实际上就是一个偏移函数:fx=12e-x222 (5.1)gx=12e-（x-u)222 (5.2)两者之间的关系如图5.1。为保证玻纤覆盖均匀，就是保证r(x)=f(x)+g(x)在整个区域内函数值近似相等。从数学处理角度来分析，就是让函数波动最小，就是去求当间距u为何值时r(x)的均方差最小。图5.1 两条轨迹之间的叠加关系 通过计算来确定轨迹间距u和叠加函数r(x)的均方差之间的关系，发现在u=61时最小。 图5.2 Matlab模拟的u=61（左）与u=57（右）时的叠加情况图5.2是用Matlab模拟的当u=61和u=57两种情况下的函数叠加效果，可以看出在u=57时的叠加效果较好。图5.3 Matlab模拟的u=61时的三次轨迹叠加情况但是在实际当中，存在第三次的轨迹叠加。图5.3中模拟出在u=61时的三次轨迹叠加的情况，从中可以看出，此时的玻纤分布比较均匀。因此，在此的优化结果为间距在57-61mm范围内。6 结论 a) 生产线