采取适当的措施优化机械手

作者:威猛巴顿菲尔 Joe Varone先生 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2011-07-12
随着加工商对塑料加工自动化的需求越来越迫切,机械手和其他自动化设备的使用已成为发展趋势。

随着加工商对塑料加工自动化的需求越来越迫切,机械手和其他自动化设备的使用已成为发展趋势。通过使用机械手可显著节约劳动力成本及循环时间,但如果不及时采用先进的控制系统,这些机械手会很快过时,进而影响到产能。那么,如何对现有的机械手进行优化?注塑成型商又需要关注什么呢?

塑料加工的自动化既可以解决劳动力成本日益提高的困扰,又能够提高生产过程的可靠性,减少人为因素的影响。随着生产的进一步发展,越来越多的加工厂商迫切需要通过自动化的产品及设备,来帮助他们提高生产效率,并对塑料加工的自动化程度提出了新的需求。

作为塑料加工自动化的代表,机械手在塑料加工的过程中始终扮演着重要的角色。它能模仿人手和臂的某些动作功能,可按固定程序抓取、搬运物件或操作工具,代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,并能够在有害的环境下操作,保护人身安全,因而在机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门得到了广泛应用。

但是,千万不要以为有机械手在工厂中运转,就能够使自己在日益激烈的竞争中遥遥领先。因为昨天良好的性能表现,在今天可能就会黯然失色。实际上,注塑生产车间里的许多机械手只是“走过场”,并没有让注塑成型商在节约成本和提高利润方面具有竞争优势。

大多数的注塑成型商都知道,机械手可代替人工进行二次作业、拆分部件、装箱和检查等工作,从而为其节约劳动力成本。但重要的前提是,要能跟上现代最新的自动化技术。要知道,供应商们正不断地应用新的控制装置及编程软件工具,这些工具可简化控制,提高性能和稳定性,并改善沟通及减少维护。

视察注塑生产车间时,随便扫视一下就能看到,车间的机械手正在进行“抓放”作业,即脱模和放置配件。虽然这让人感觉良好,但训练有素的行家一眼就能看出:在模具上等待的机械手正在浪费循环时间。实际上,可以利用这段时间让机械手来进行修坯、装箱、检查或部件装配等工作,从而创造更多价值。

另外,行家还会发现,机械手并没有“鞠躬尽瘁”(加入必要的动作来缩短工作路径),或只是被当作可控连锁装置在使用。也就是说,机械手的效能仅限于控制注塑生产顺序,比如喷嘴的移动、开/关模指令,或是为下游设备提供连接作用等。随着生产的扩大和要求的提高,机械手的这些局限性可能会日益突显:一方面,因为操作机械手的技术人员未经过专门培训,不能对机械手进行优化,将循环时间提升到新的水平;另一方面,可能是机械手自身的“控制限制”决定了其只能被用于简单的抓取,而不能胜任其他更多操作。

就在几年前,注塑成型商还在吹嘘自己的机械手可以得到很好的保养,且能持续使用12、14或16年,甚至更长时间。但由于自动化技术的日新月异,一台超过7~10年使用期的机械手,会因缺乏对潜在成本效益的优化,而让注塑成型商失去竞争力(如图1所示)。尽管这些老的机械手还处于会计循环期,并能进行“有偿劳动”,但如果想寻求性能及产出的最大化,就需要对其进行更换。

图1 机械手可节约劳动力成本及循环时间,但如果不及时采用先进的控制系统,这些机械手会很快过时,进而影响到产能。图为威猛巴顿菲尔推出的新型机械手控制器

相比传统的机械手,新一代的机械手运转更快,而且通过改善稳定性和沟通能力(信息和网络),还能够有效减少停歇时间。简化的用户图表及界面,不仅可进行3维运动,而且能够确保机械手更好地与操作者沟通,从而显著缩短循环时间,节约能耗。在某些情况下,该机械手还可优化3维工作路径,实现技术上的新突破。

控制器的3个等级

目前,最常用的控制器可以分为3个等级:带小型液晶(LCD)显示屏的单一字母数字化无图控制器;带有全彩色触摸屏、图像化用户界面(GUI)和图标驱动的“存储式”控制器,它主要用于“教学”或某些受控的专有编程,但没有全面开放的计算机数控化自定义编程控制;这种控制器不仅拥有全彩式触摸屏、图像化用户界面(GUI)和图标工具,还拥有全开放式界面和“真实的”计算机数控系统,而且具有线对线式使用者功能,能够适时“帮助”操作说明。

如果所有上述功能均运转良好,且注塑成型商不必再去寻找供应商安装新的程序或改变程序,就说明该控制器已达到了最高水准。在这种情况下,若以后需要增加新的设备,供应商随时可进行灵活调整,并能够无限制地自定义修改,而不会产生额外的成本费用。

接下来,我们就注塑机的新旧自动控制器技术(基本功能对比先进功能)进行对比检验。

出模时间优化

对出模时间进行优化的目的是,减少机械手“在模具中”的抓取时间,加快机器循环,从而为注塑成型商提供更多节约成本和增加产量的机会。要知道,哪怕是减少1s的出模时间,对模具设备来说,所增加的产量也是惊人的。

举例来说,一副拥有8腔,循环周期为15s的模具,如果能够节约1s的出模时间,那么,一年下来,该模具所增加的产量将高达约100万件(按330个工作日计算)。再将这种改善的效能分摊到几个设备上,则所产生的额外产量足以抵得上另一台注塑机的产量。那么,您目前所使用的机械手及装备属于下列“良好、较好和最好”范围中的哪一个级别呢?

1. 良好

模具的开模压板间距达到最小,且速率缓冲垫得到了优化,能够将机械手操纵臂在模具中的停留时间降低至最少。同时,喷嘴的射程及速率得到优化,能够尽量减少机械手手臂端从喷嘴中抓取部件的时间。依据喷嘴的冲程,机械手的前后冲程均可调至最短。

2.较好

除了上述特点外,为了尽量缩短抓取时间,对端臂工具进行了设计。也就是说,使用了合适的真空吸盘及活塞(让活塞行程最小)或是夹钳,这一点对于循环周期小于20~30s的设备特别重要。需要注意的是,真空类的端臂工具通常比夹具类具有更快的脱模速度, 且更便宜、更轻,因此,建议尽量采用这种方式。

另外,在进出模区域时采用J形(半径)移动方式,而不是直角的“L”形,以节省时间。主臂安装在模具方向,在确保安全间隙的情况下,保持最小间距,以便于在进出模具区域时,使脱模冲程达到最小。

3.最好

除了具有“较好”级别的所有功能和特点外,还应拥有“快速起动”软件工具(如图2所示)。它可在“开模完成”信号发出前,让机械手的主臂下移,这样可提前在加速曲线中就位,尽量减少抓取时间。从值峰速度来看,机械手的移动并不快,但从整个抓取时间的长期时间段来看,速度会更快些。一套良好的设备可轻而易举地减少10%~15%的循环时间。通常,在技术领先的机械手供应商那里,能够找到这种垂掉式的脱模控制器,同时还有视频剪辑演示怎样操作。

图2 “快速启动”软件可让机械手在模具完全展开前就开始移运,从而有效节省循环时间

加压集成的位置控制器可与机械手适配,从而使机械手在全模开启信号发出前就可进入开模区。在注塑机告之机械手自己的所在位置后,机械手就可安全地进入“前期准备”阶段,进而节省循环时间。退出该区域也可进行类似操作。总体下来,这样做可节省5%~10%的循环时间。但是,这一过程需要注塑机与机械手控制系统,以及注塑机与机械手之间进行很好的整合。通常,这种技术在伺服电动注塑机或是能够整合这些功能的供应商那里得到了很好的运用。举例来说,有些公司可同时提供这种机械手和注塑机。

用户界面及编程

进行用户界面及编程操作的目的在于,为注塑生产商提供更多的权限,同时相应地提高机械手的容量、灵活性及性能。在这一范围里,您的机械手又将属于以下的哪一个级别呢?

1. 良好

图形用户界面利用图形优势,可轻松实现与使用者的沟通与控制导航。触摸屏的使用减少了不必要的滚动时间,而且由于允许屏幕“软”键操作,为教学/编程提供了极大的灵活性。

对于简单的抓取设备来说,图标驱动控制是不错的选择。但如果把它当成主要或是唯一的用户界面,其控制的灵活度会受到限制。过度地依赖图标进行教学或常规编程,控制设备会产生一种常见的所谓“图标过度”的负面结果。

2.较好

双控制平台的使用,使得机械手控制系统不仅能够为用户提供图形图标驱动控制,也为更高的应用设备提供了数控操作模式。另外,编辑功能(如图3所示)为编程和排序提供了简单的操作方法,允许用户优化循环,以及在抓取功能之外进行自定义编程。对速度、位置及时间进行简单的调整,是每个冲程及移动操作的最低要求。

图3 简单而迅速的程序是现代注塑成型商的一个基本要求

3.最好

“真正”完整的全开放式计算机数据是实现控制的最高标准,这也是灵活的可编程机械手与准专用设备的区别。这里所说的是指定程序(线路编码)。

序列或平行控制的实现,意味着用户不仅能完全控制顺序、位置、速率、时间及输入/输出,还能够对包括模具序列以及下游设备联锁、编码器反馈、弯曲移运及3维运动等进行控制。

此外,这种先进的订制注塑机还需配备一种专用的“线性代码”计算机数据工具(如图4所示),以保证充分的灵活性,从而确保能与最具增值潜力的设备相适配。相比之下,其他注塑机因缺乏机械手方面的专业配置,或是使用“老的”存储式机械手控制系统,将无法使用这些先进设备。如果您需要去寻找供应商改变程序的话,那么说明所使用的控制器可能还没有达到这种水平。

图4 事实上,全开放式计算机数控设备充分利用了机械手的所有灵活性,可提供按指定程序的(简单的线路编码)编程

机械手的机械设计也很重要

毋容置疑,在不久的将来,机械手的大部分先进技术将会融合到控制器中,但是,机械方面的不同及变化也同等重要。比如说,在更换机械手的时候,用户可能会优先考虑带有Z轴横梁设计的款式,因为这种设计可以不受部件长度的限制(如图5所示)。

图5 除了控制器,机械手的机械设计也很重要。比如说,基于对处理较长部件的更大灵活度的考虑,机械手应当采用Z轴后端式,而不是Z轴前端式的设计

最后,由于优化机械手可能会涉及到更换的问题,您可能会选择一家能提供拥有更多功能的端臂工具供应商。在机械手的使用寿命之内,您会对其进行多次组装和使用,因此,找到一个可靠的增值供应商可在这方面为您提供帮助,因为它不仅仅只卖出机械手,还会在将来为机械手的终生使用提供相应的设备和技术支持,让注塑成型商受益良多。

 

作者简介

Joe Varone先生是康涅迪格州托林顿市威猛巴顿菲尔公司的东南地区销售经理。自1991年以机械手及自动化系统生产者的身分涉足该领域后,他先后担任了现场维修及技术销售等职位,并于2006年加入威猛集团。Joe Varone先生的联系方式为:电话为(860) 496-9603;网站为www.wittmann-group.com。

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