李鹏涛
摘要：文章基于六轴机械手的应用优势，通过夹具设计、脱模剂喷洒系统、下料机械手、电气控制系统等，介绍了六轴机械手在PET透明酒盒生产上的应用方案，针对PET透明酒盒深腔薄壁的产品特性以及在注塑生产中复杂的工艺需求做了具体分析，对比了传统直角横走式机械手的应用局限，为类似深腔薄壁注塑产品或其他需要高负载能力、高定位精度、多姿态动作加工的制造生产自动化改造提供了借鉴。
随着我国产业转型升级进程的加快，自动化生产在各项制造业中得到了广泛的应用，工业机械手作为自动化生产的重要设备，在现代化制造生产中发挥着越来越重要的作用，工业机械手能够直接取代人工从事高强度重复性劳动工作，有效地提高生产效率、降低劳动强度和生产成本。近年来，随着国内人工成本的逐渐攀升以及中国老龄化社会的提前到来，中国长三角、珠三角等地已出现了严重的用工荒情况，在这种情况下，工业机械手更大有可为。
1工业机械手的应用优势
1.1提高产品质量
工业机械手采用自动化生产，仅需部分人员进行生产监护，在生产开始时，将生产设备的实际情况调整到最佳运行状态，设备生产周期和工艺运行稳定，减少中间人员干预，避免人员流动性大、生产水平参差不齐等问题，保证产品质量稳定统一。
1.2提高生产效率
工业机械手实行24小时固定周期不间断工作，有效地避免了因人工操作问题导致的生产周期不稳定，长期重复性劳动导致的生产效率降低，人员吃饭、休息等导致的临时停机等生产时间浪费，从而有效地提高了生产效率。
1.3减少设备和模具维修
调整到最佳生产周期工作状态后，设备和模具按照固定工艺路线生产，杜绝了外界干扰因素，避免了由于工人流动性大、培训不到位、人工操作的不确定性等原因，操作工人在日常设备参数设定上存在盲目提速、不按工艺参数设置等违规操作现象，容易造成模具热流道损坏、液压油缸漏油、注塑螺杆扭断等严重生产故障。
1.4降低生产成本
在用工成本逐渐增高的今天，工业机械手直接取代了所有从事重复性劳动工作的工人，极大地降低了人工成本，因生产工艺稳定提高了产品质量能够有效降低次品率带来的生产消耗损失，生产效率的提高成比例地降低了单位产品生产成本和能源消耗。
1.5降低职业安全风险
工业机械手替代人工能够直接避免人员遭受设备安全生产风险，在高强度、机械性重复、职业病危害较为严重的生产工种中，生产员工因长期动作重复单一，极易引发肩周炎、腰椎炎等职业病，而工业机械手能够有效避免相应问题，减少职业病危害等安全风险。
1.6提升企业管理及外部形象
采用全自动化生产以后，用工人数大幅降低，能够有效降低企业员工的管理难度，更有利于开展扁平化企业管理，提升员工的整体素质水平和业务技能。公司自动化生产水平的提高，产品质量和生产效率的提高，能够有效提升公司的外部形象，增强公司的市场竞争力，起到示范性效果。
2PET透明酒盒自动化生产方案
PET透明酒盒自动化生产系统包含酒盒夹具、脱模剂喷洒系统、下料机械手、下料输送线、电气控制系统、气路控制系统等组成，机械手工作区域周围加装安全防护围网，整体系统如图1所示。
2.1酒盒夹具
夹具工作为抱取方式，连接板为高强度铝合金，支撑框架为铝型材，最大范围地降低了夹具的重量并提高强度，夹具接触面采用硅胶缓冲，夹取时凭借气缸压紧酒盒，抓取快速，调试简单方便，并且可以实现不同尺寸的产品夹取，夹具上集成脱模剂喷洒系统及光电感应器如图2所示。
2.2脱模剂喷洒系统
夹取、喷脱模剂工装设计在一套工装上，脱模剂采用PU管道沿机械手手臂由底座布设到喷脱模剂工装，脱模剂在模具内定点喷洒，脱模剂工装喷出喷雾大小可调，喷出时间可调，脱模剂容器采用不锈钢304不得泄漏，满足了方便灌装脱模剂等要求。
2.3下料机械手
本系统下料机械手选用FANUC M-20iA机械手，六自由度关节能够有效模拟人工在注塑机中取件的动作，机械手有效负载能力20Kg满足深腔薄壁PET透明盒体高脱模力的需求，即便是在模具胀模的情况下，六轴机械手也能够有效模拟人工多向拍打动作取下酒盒，机械手工作半径为1811mm适应500吨位以下注塑机的取料位工作半径，重复位置精度为0.05～0.06mm更能保证取料精度，不会因精度问题撞伤或擦花透明酒盒表面。
2.4电气控制系统
系统采用FANUC六轴机械手作为动作执行单元，同时，配合海天注塑机控制单元实现注塑和取料动作配合，使用六轴机械手与注塑机控制单元直接进行控制信号配合是为保证动作信号的直接准确，保证生产的安全进行，如图3所示。
PLC控制的优点在于拓展性强、系统稳定维护方便。
3技术难点
3.1PET透明酒盒薄壁深腔难取出
PET透明酒盒厚度仅1.3～2.0mm，长度宽度均为110mm，而深度达到260mm以上，脱模斜度仅0.5°，加上PET原料注塑后冷却收缩，酒盒注塑后所需托模顶出力极大，一般注塑机顶出以后仍需人工拍打顶出空腔段才能松动取出，如果注塑保压工艺控制不好导致注塑产品胀模，那需要更大的托模顶出力及取出技巧，才能取出产品，如图2PET透明酒盒所示。
3.2PET透明酒盒质量把控困难
透明酒盒采用PET原料注塑而成，盒体通身效果晶莹剔透，但受PET原料物理性能所限，注塑过程不稳定，极易出现气泡、白点、透明度不高等注塑质量问题，透明盒表面硬度不高极易被擦花，因此，注塑加工及后续取出过程需要特别注意过程控制。
3.3常规机械手无法满足PET透明酒盒取出
随着塑料加工行业在我国的长期发展，注塑成型设备的自动化程度也越来越高，现代化的注塑机常常配置有机械手，以提高生产效率降低生产成本。目前，在我国注塑行业中，比较常用的主要是横走式机械手，机械手可以完成从注塑机上方进入模具中抓取制品、喷洒脱模剂并将产品传送到下注塑机旁边的功能，在大部分注塑产品生产过程中，横走式机械手能够完全满足自动化生产，但在PET透明酒盒这种深腔薄壁注塑产品生产过程中，横走式机械手的垂直伸缩臂无法满足深腔产品高拔出力的需求，更无法满足PET原料注塑中偶尔出现的胀模取出力需求，也无法更加拟人化地进行产品拍打或者晃动模仿，在产品取出后，横走式机械手也无法完成多姿态的产品放置便于产品的后续加工，因此在这种情况下，六轴机械手以其更加灵活的工作方式和更大的负载更能适应不同的工作应用需求。
4结语
此方案的工业机械手-六轴机械手能够满足复杂工艺需求的PET透明酒盒的自动化生产需求，稍加改造可推广使用在类似深腔薄壁注塑产品或其他需要高负载能力、高定位精度、多姿态动作加工的制造生产中，极大地减少了人工成本、提高了生产效率、提高产品合格率，完成了许多传统横走机器手无法完成的工作，如果后期配上视觉等检测系统，那么在自动化智能生产中，将会有非常广阔的应用前景。
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