基于Inventor的紗錠類工件的自動下料工藝改造

蔣 強(qiáng)

（江蘇省宜興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 宜興 214206）

0 引言

玻璃纖維是一種具有優(yōu)良性能的非金屬材料，具有較好的絕緣性、抗腐蝕性、耐熱性且機(jī)械強(qiáng)度高，通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料。與傳統(tǒng)的材料比較，復(fù)合材料在耐腐蝕性、耐磨性、韌性及耐溫性等方面具有明顯的優(yōu)勢，且重量輕，因此在汽車、航空航天、建筑、電子電氣等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及生產(chǎn)成本的提高，現(xiàn)多以絡(luò)成紗錠形式進(jìn)行運(yùn)輸，玻纖的原有設(shè)備已經(jīng)不能夠滿足要求。本文運(yùn)用Inventor軟件，對企業(yè)原有玻纖紗錠下料進(jìn)行了自動化改造，降低了勞動強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率。

1 玻纖紗錠類工件特征

本文所述高強(qiáng)度玻璃纖維主要包括連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料用直接紗、無堿玻璃纖維合股無捻粗紗、高性能復(fù)合纖維、擠出注塑用熱塑性無捻粗紗、無堿玻璃纖維膨體紗等。為便于運(yùn)輸，目前玻纖紗錠都采用絡(luò)紗機(jī)繞成紗碇狀，其外觀形狀為圓柱形，如圖1所示。玻纖紗錠尺寸由絡(luò)紗機(jī)決定，常見的尺寸為Φ400×500，一般重量在25kg左右。

圖1 紗錠外觀尺寸

2 原紗錠工件下料工藝

以絡(luò)紗紗錠最常見尺寸為例，絡(luò)紗機(jī)繞成一卷尺寸為Φ400×500的紗錠，重量為25kg，且絡(luò)紗機(jī)絡(luò)滿一個紗錠需用時15min。企業(yè)為了提高工作效率，一般一個工人同時管理6臺或8臺絡(luò)紗機(jī)，絡(luò)紗機(jī)對稱布置，如圖2所示。

圖2 絡(luò)紗機(jī)布置圖

當(dāng)一臺絡(luò)紗機(jī)絡(luò)滿紗后，絡(luò)紗機(jī)自動停止，由工人手工割斷紗頭，套上保護(hù)用的塑料袋，并從絡(luò)紗機(jī)上手動搬下來，擱置在小車上，完成一個絡(luò)紗紗錠的任務(wù)。當(dāng)?shù)诙_絡(luò)紗機(jī)絡(luò)滿紗后，重復(fù)上述工作。當(dāng)小車上堆好6個紗錠，工人推動小車至運(yùn)輸帶旁，再將這些紗錠放在運(yùn)輸帶上，另外還需要工人把套在紗錠外的塑料袋封口。以工人每天工作8h，同時開動6臺絡(luò)紗機(jī)計算，這樣工人每天大概需要搬運(yùn)180個紗錠左右，即工人除了需要完成絡(luò)紗機(jī)放紗及絡(luò)紗之前手工繞紗外，每天還需要搬運(yùn)大概5t貨物。從事該工種的工人一般是女工，勞動強(qiáng)度很大，因此迫切需要對現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行改造，即把紗錠自動從絡(luò)紗機(jī)上取下，并且自動送往運(yùn)輸帶上。

3 改造方案

本文鑒于原生產(chǎn)工藝及目前先進(jìn)的制造工藝，并且考慮生產(chǎn)過程的安全性，設(shè)計了絡(luò)紗紗錠自動卸料小車。

3.1 工藝過程

本文所進(jìn)行的生產(chǎn)線工藝改造是基于Inventor進(jìn)行的，使企業(yè)能夠了解機(jī)器在真實情況下的運(yùn)行狀態(tài)（用戶根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置好約束、載荷、點軌跡進(jìn)行動態(tài)仿真），從而節(jié)省在構(gòu)建樣機(jī)上所花費(fèi)的成本，提高設(shè)計效率及設(shè)計的可靠性。

根據(jù)設(shè)計要求最終制定的工藝過程為：絡(luò)紗機(jī)絡(luò)滿紗錠后由操作工人割斷紗頭→套上塑料袋→按下按鈕呼叫卸料小車→操作工人離開絡(luò)紗機(jī)→卸料小車到達(dá)絡(luò)紗機(jī)前→小車伸出臂取紗錠→紗錠豎起使塑料袋底在下→旋轉(zhuǎn)紗錠→將紗錠往前推出，人工塑封袋口→稱重→小車行走到絡(luò)紗成品板鏈輸送線旁自動將紗錠推出到板鏈上。其工藝條件為：總節(jié)拍上應(yīng)滿足8臺絡(luò)紗機(jī)的卸料工作，每臺絡(luò)紗機(jī)每20mim 生產(chǎn)一個絡(luò)紗紗錠，紗錠重25kg；接運(yùn)成品紗錠的板鏈速度為5m／min，小車在操作過程中不能損傷紗錠。

3.2 設(shè)計方案

本方案采用軌道小車取件并運(yùn)送紗錠，小車可對應(yīng)8臺絡(luò)紗設(shè)備。自動下料裝置的關(guān)鍵之處是如何準(zhǔn)確安全地將紗錠從絡(luò)紗機(jī)上取下來。

由上文可知，紗錠工件呈圓柱套筒型，當(dāng)絡(luò)紗機(jī)絡(luò)滿紗后，紗錠是套在絡(luò)紗機(jī)軸上的，軸上套了摩擦系數(shù)較小的塑料板，這樣可以方便地從軸上取下紗錠。由于紗錠會對紗錠造成損傷，在直徑方向加過大的力容易造成摩擦力過大，相反不利于紗錠從軸上取出；而加載的力過小又會造成摩擦力過小，紗錠不能從軸上取出，因此，綜合考慮各種因素，取件時采用紗錠下方用托板和上方用撥叉壓板的聯(lián)合方式將工件從絡(luò)紗機(jī)上取出。紗錠下料夾具如圖3所示。

圖3 紗錠下料夾具

根據(jù)上述分析，最終確定的紗錠自動下料過程如圖4所示。

具體工藝過程如下：

（1）工人待絡(luò)紗機(jī)完成一卷玻纖紗錠后，套上塑料袋，然后按下取件按鈕（每臺設(shè)備上均有取件、取消任務(wù)、暫停／繼續(xù)、緊急停止按鈕）。

圖4 紗錠自動下料過程

（2）軌道小車如果處于空閑狀態(tài)，將運(yùn)行到此臺設(shè)備處取件。小車運(yùn)行至指定位置后將進(jìn)行機(jī)械鎖止，以防止取件時移位，同時有外力推動下保證小車在原位置不動。當(dāng)確認(rèn)可以安全取件后，小車將取件ARM 由原位翻轉(zhuǎn)至需要取件的一側(cè)，然后ARM 伸出執(zhí)行取件。取件采用托板和撥叉壓板的聯(lián)合方式將卷繞好的工件（玻纖紗錠）掛到小車上。若小車前繼任務(wù)尚未完成，待完成前繼任務(wù)后響應(yīng)本次取件要求。

（3）小車取好工件后將收回ARM，ARM 回到原位后托板將翻轉(zhuǎn)90°，將工件豎直放置到小車托盤處。同時小車上的顯示器顯示該玻纖紗錠的重量，當(dāng)紗錠的重量范圍不在某指定范圍內(nèi)時發(fā)出警報聲，以提醒工人該紗錠重量不滿足要求。當(dāng)工件豎直放置在小車托盤處時，小車鎖住不動，等待工人將繞線頭子做好后按下小車上的送件按鈕，小車松開機(jī)械鎖止裝置，開始往傳送帶處移動。在送件的途中，小車將取件ARM翻轉(zhuǎn)至原位，等待下一次取件。當(dāng)小車運(yùn)行到傳送帶前時，其托盤后方推桿將工件推向傳送帶，完成本次送件任務(wù)。

（4）小車取件、送件途中檢測到有障礙物或是人員阻隔時將暫停運(yùn)行并發(fā)出警報聲，直至障礙解除。

（5）如果有多個取件任務(wù)同時需要小車處理，小車將按照位置順序依次完成任務(wù)，若是長時間未有后繼任務(wù)安排，小車將自行移動至原位置（軌道遠(yuǎn)離傳送帶側(cè)）等待。

當(dāng)制定好具體方案后，利用Inventor軟件進(jìn)行了三維可視化動態(tài)設(shè)計，其實際三維效果圖如圖5所示。最后根據(jù)設(shè)計完成的機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計出所需求的電器模塊，最終根據(jù)設(shè)計要求試制出樣機(jī)。

圖5 紗錠自動下料小車效果圖

4 總結(jié)

本設(shè)計是在Inventor的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對整個設(shè)計采用了三位可視化動態(tài)仿真。本套系統(tǒng)可服務(wù)8臺絡(luò)紗機(jī)工位，能夠完成如下功能：①自動到位；②自動取件；③自動運(yùn)送；④自動卸件；⑤自動稱重。經(jīng)實踐證明，此次改造大大降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，降低了操作工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為更多類似紗錠類工件進(jìn)行生產(chǎn)線改造一定的借鑒作用。

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