塑壳断路器自动装配检测线设计

1、职业教育机电一体化专业教学资源库企业解决方案名 称：塑壳断路器自动装配检测线设计编 制 人：丁加军邮 箱：dingjj电 话制时间：2014.5编制单位：南京工业职业技术学院塑壳断路器自动装配检测线设计 正泰电器塑壳断路器自动化装配检测生产线 一、产品介绍 HSM1125、HSM1160系列塑壳断路器(以下简称断路器)是国内某大型开关制造企业设计开发的新型断路器之一，具有结构紧凑、体积小、短路分断能力高等特点。其中HSM1一125系列产品外形尺寸为120mm*76 mm* 70mm，质量为900g；HSM1160系列产品外形尺寸为120mm*90mm* 70mm，质量

2、为1100g，图1为上述系列产品的外形图。图1 HSMl125、HSMl160系列塑壳断路器为了满足产品大规模生产的需要，该企业需要委托自动化装备制造商专门设计制造该产品的自动化检测、装配、校核生产线，要求在生产线上同时实现上述两种系列断路器的瞬时检验、延时调试、延时检验三大类型装配检测工序。二、节拍要求与设计该企业提出的生产能力为单班产量500件。根据该生产能力，考虑设备按90的实际利用率计算有效工作时间，每条生产线的节拍时间计算如下：每天有效工作时间8h* 09*3600sh25 920(s)节拍时间25 920/500=52(s件)根据自动化生产线节拍时间的定义，计算结果表明在该生产线上

3、各专机的节拍时间必须都不能超过52s，为达到这一节拍要求，在设计过程中进行了以下工作：在不影响产品制造的前提下根据用户提出的工艺方案重新调整设计了生产工艺流程；对少数初步估计专机占用时间超过52s的工序进行分解，将耗时长的复杂工序分解为两个或多个工序由多台专机进行。经过上述工作，最后确定生产线整体设计方案，工程完成后将整条生产线的节拍时间降低到45s件，满足了企业提出的节拍要求。三、工艺流程最后确定的自动化生产线详细工艺流程为：条码打印及贴标一触头开距超程检测一脱扣力检测一瞬时测试一触头及螺钉装配一触头压力检测一条码阅读与产品翻转一单相延时调试一缓存冷却降温一单相延时调试一缓存冷却降温一单相延

4、时调试一缓存冷却降温一螺帽装配一自动点漆一三相串联延时校验一可靠性检测一耐压测试。四、总体设计方案根据上述生产工艺流程，设计了以下总体设计方案工件自动输送系统采用平行设置的三条皮带输送线，用于产品的自动输送。其中两条输送线输送方向相同，由各台专机的机械手交替在这两条输送线上取料和卸料，取料的输送线作为待装配校检件上料道，卸料的输送线作为合格品下料道，简单的、占用时间较少的工序(如自动贴标、自动点漆等)则直接在同一条输送线上进行。第三条输送线专门用于不合格品的输送，其输送方向与另两条输送线相反，称为不合格品卸料道。上述三条并行输送线由多段串联构成总长约25m的输送系统，很好地解决了工件输送与物流

5、规划、合格品与不合格品分拣等关键技术，输送线上两侧的定位挡板可以非常方便地更换，调整工件定位宽度，使整条自动化生产线能够适应不同宽度尺寸的产品系列。图2为制造完成后的皮带输送系统。图3为工件在输送线上的分料、阻挡、上下料及输送方法示意图。图2 皮带输送系统输送系统与各专机的连接及控制各专机按最后确定的工艺流程依次在输送线上方排布，调试完成后将各专机与输送线之间的相对位置通过铝型材连接固定。工件在通过输送线进入每台专机区域后先设置活动挡块或固定挡块，供各专机的取料机械手抓取工件。当抓取工件和卸下工件在同一条输送线上进行时，该挡块必须采用活动挡块；当抓取工件和卸下工件分别在两条输送线上进行时，该挡

6、料机构就可以采用简单的固定挡块，在挡块上同时设置检测工件用的接近开关传感器。各专机采用PLC控制系统控制专机的运行，采用MPI网完成生产线参数与专机状态的监控、上下载，网络监控系统主要通过MPI网络将各专机电控系统的PLC、触摸屏进行网络连接。图3 工件的分料、阻档、上下料、输送方法示意图工件的姿态方向控制如果工件输送进来时的姿态方向与工件在该专机上进行工序操作时的姿态方向不同，则必须在皮带输送线上或取料机械手上设计必要的翻转换向机构，改变工件的姿态方向。但在生产线的总体设计时，必须全盘考虑各专机取料及卸料时工件的姿态方向，尽可能将工件在输送时姿态方向一致的工序连续安排在一起，使整体生产线上工

7、件的换向次数及换向机构最少，以简化生产线设计与制造，同时又能够满足各工序的操作需要。由于工件形状为标准的矩形，所以工件在输送线上始终以卧式、立式两种姿态输送。在整条生产线上设计采用了以下3种姿态换向机构：·挡杆在输送皮带上方设置固定挡杆，工件经过时因为重心位置发生改变自动由立式姿态翻转为卧式姿态，如图928所示。·气缸翻转机构一气缸驱动定位夹具在工序操作前后绕回转轴实现90º往复翻转。·机械手手指翻转机构一在气动手指的夹块上设计轴承回转机构，通过在工件上选取适当的部位夹取工件，使工件在重力作用下实现180º自动翻转。工件的暂停与分隔控制由于工件

8、的质量较大，在机械手上采用气动手指夹取工件时非常方便工件的定位，所以整条生产线上各专机的上下料机械手全部采用气动手指夹取工件。由于工件的外形接近标准的矩形，所以当工件在输送皮带上排列在一起时相邻的工件之间就没有空间。为了方便机械手夹取工件，在每台专机机械手的取料位置(工件暂停位置)必须设计个挡料机构：如果专机完成工序操作后仍然由原输送皮带向前输送，该挡料机构就设计为活动挡块；如果专机完成工序操作后改由另一条输送皮带向前输送，该挡料机构就可以简单地设计为固定挡块；对于某些专机一次同时对三个工件进行工序操作，机械手一次同时抓取三个工件，则必须在工件暂停位置依次设置三个活动挡块。 除设计挡料机构外，

9、在工件进入挡料位置之前，还必须设计分料机构，保证每次只放行一个工件。根据上述要求，最后在输送线上采用19处固定挡块、8处活动挡块、11处分料机构，有关工件在输送线上的分料、阻挡、上下料及输送方法如图24所示。部分人工操作工序的处理在产品的整个生产流程中，部分零件的装配工序如果采用自动化装配方式将会使设备过于复杂，设备造价太高，因此上述少数工序的装配采用人工操作，在输送线上留出人工操作的空间。考虑今后根据需要换为自动装配时，只要将相应的自动化装配单元安装在预留位置即可。所以该生产线是以自动操作为主、人工操作为辅的半自动化生产线。(5)专机机械结构设计在总体方案设计完成后就直接进行各专机的详细机械

10、结构设计。在总体方案设计中已经确定了各个专机的取料位置、取料时工件的姿态方向、专机工序操作的具体内容、操作完成后工件卸料的位置与姿态方向。设计人员分别根据上述条件进行各专机的详细机械结构设计。与通常自动化专机结构设计的区别为：在自动化生产线上需要将各专机取料与卸料位置、工件姿态方向控制、对工件的传感器检测确认等工作通过输送系统有机地组合成一个系统。各专机按具体工艺要求独立地完成特定的工序操作，在专机的机械结构设计过程中，最典型的专机结构由输送线上方的X-Y两坐标上下料机械手、定位夹具、装配(或检测)执行机构、传感检测等部分组成，工件的输送、暂存、检测确认等功能则作为输送系统的内容一起设计完成。

11、图4为最后制造完成的该自动化生产线，除自动打标贴标机、气动元件、直线导轨、直线轴承、滚珠丝杠、铝型材及连接件、传感器、PLC、触摸屏等专用电气部件可向专业公司定购外，其余结构均由公司技术人员自行设计、加工、装配、调试完成。图4 塑壳断路器自动化装配检测生产线六、 自动机械优化设计在自动化生产线的设计过程中，工序设计及节拍设计直接影响到生产线的综合性能与设计制造成本。实际上，影响自动化专机及生产线综合性能的因素还不止这些，在自动机械的设计过程中，设计质量始终是影响项目成功与否的重要环节。对于目前国内大部分中小自动化装备制造企业而言，由于在设计技术方面与国外先进的装备制造企业存在较大的差距，设计环

12、节的设计质量对设计人员的经验依赖性较大，难免在设计过程中出现各种缺陷甚至失误，这些缺陷或失误又往往在装配调试阶段才暴露出来，造成时间和经济上的损失。目前比较成熟的经验就是大幅提高设计的标准化，即尽可能采用已经经过实践检验过的各种机构，使其逐步成为公司的标准化机构。全新设计的机构要经过充分的验证后再采用，以此来减少设计缺陷与失误。这种方法虽然不利于设计人员的创新，但可以有效地减少设计缺陷与失误。1采用先进设计方法的优点随着现代设计技术的快速发展，目前国外已经广泛在各种产品(包括自动化装备)的设计开发中采用先进的设计分析方法，这就是计算机辅助工程(CAE)，。通过在设计过程中进行大量的仿真分析，可

13、以实现以下目标：·在设计阶段就及早发现设计方案上的缺陷甚至错误，避免在装配调试阶段才发现而进行事后弥补；·在设计阶段就可以对不同的设计方案进行快速的分析对比，确定最佳设计方案；·对设计方案进行科学的优化，将过去的经验设计提升为真正的创新设计，逐步形成企业的自主创新设计能力。2国外自动化装备行业广泛采用的先进设计方法以下是国外在自动化装备行业广泛采用的先进设计方法：(1)全面采用三维CAD设计软件，避免或消除机构在空间尺寸方面的设计缺陷与失误。(2)采用运动仿真分析软件(例如美国MSC公司ADAMS软件)对设计方案进行机构运动分析，可以完成以下工作：·生成

14、动画·进行动态干涉检查·对相关运动结果进行仿真输出例如可以仿真机构的空间运动轨迹、力学特性(如位移、速度、加速度、力、力矩)、节拍时间等，因而可以对机器运动情况及工作效率进行全面的模拟仿真，同时相关输出结果可以对元件及部件的选型提供科学的理论指导。(3)采用结构动力学仿真分析软件对机构进行结构动力学分析，对重要结构的刚度、强度、振动特性等进行校验、优化。(4)采用气动仿真分析软件，对气动机构的运动过程进行模拟仿真。例如德国FESTO公司开发的优秀气动设计软件FLUIDSIM可以将PLC程序直接与气动系统连接起来进行运动模拟，在计算机中的气动系统中模拟运行PLC程序，检验其中可能的错误并及时修改程序，避免在装配调试阶段才发现程序