玻璃模具等離子焊自動生產(chǎn)線用于完成玻璃模具的自動上料、自動預(yù)熱、自動轉(zhuǎn)運、自動下料等任務(wù)，實現(xiàn)玻璃模具等離子焊接過程的自動化。
本章針對玻璃模具的結(jié)構(gòu)特點，對多品種、小批量玻璃模具的等離子焊自動生產(chǎn)線的系統(tǒng)組成進行了規(guī)劃，并對系統(tǒng)各部分的總體方案進行設(shè)計，主要包括自動上料系統(tǒng)、高效節(jié)能加熱爐、轉(zhuǎn)運機構(gòu)、焊接下料機構(gòu)以及整體控制系統(tǒng)等方案設(shè)計。
２．１玻璃模具
２.１.１型腔結(jié)構(gòu)特點
玻璃模具種類繁多，可根據(jù)不同的應(yīng)用要求選擇不同的形狀和尺寸，具有極廣的選擇范圍。本文主要是以類半圓形玻璃模具為研究對象，設(shè)計一套玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線，首先需要分析等離子焊接的目標(biāo)對象的結(jié)構(gòu)特征，即玻璃模具的型腔結(jié)構(gòu)特征。玻璃瓶罐模具的內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)幾乎各不相同，成模的內(nèi)型腔結(jié)構(gòu)與用其成模所生產(chǎn)出的玻璃瓶罐的外形結(jié)構(gòu)是完全相同的，而初模的內(nèi)型腔結(jié)構(gòu)具有多樣性、無規(guī)律性，但其內(nèi)型腔結(jié)構(gòu)大小一定小于對應(yīng)成模的內(nèi)型腔結(jié)構(gòu)；而玻璃瓶罐模具的外部輪廓結(jié)構(gòu)特征大致相同。玻璃模具Ｈ維圖示意圖如圖２－ｌ（ａ）所示，其主要外形尺寸如圖２－１（ｂ）所示。
２.１.２玻璃模具尺寸特征
由于玻璃瓶罐大小不一，其長度和寬度尺寸也具有多樣化。因此對應(yīng)的巧璃模具也有不同的尺寸－本文所針對的玻璃模具主要尺寸系列如表２－１所示。
表２－１玻璃瓶罐模具的尺寸系列
由上可知玻璃模具的尺寸跨度較大、外形復(fù)雜，轉(zhuǎn)運和焊接難度都會很大，而對于本文所設(shè)計的生產(chǎn)線要完全適用于滿足具有Ｗ上尺寸的玻璃模具，可知該生產(chǎn)線的設(shè)計的存在一定的難度。
２．２功能需求分析
結(jié)合合作企業(yè)所提要求和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線系統(tǒng)應(yīng)滿足Ｗ下功能需求和技術(shù)指標(biāo)：
（１）設(shè)計用途；該生產(chǎn)線主要用于多品種、小批量的玻璃模具工件的自動上料、自動預(yù)熱、自動轉(zhuǎn)運、等離子焊接及自動下料。
（２）巧適用工件尺寸：適用于該生產(chǎn)線的玻璃模具尺寸如表２－１所示，設(shè)計時需要確保最大外形尺寸的玻璃模具可良好的適巧于生產(chǎn)線，避免大工件在焊接和預(yù)熱過程中發(fā)生卡頓現(xiàn)象。
（３）生產(chǎn)線生產(chǎn)效率：在確保模具預(yù)熱溫度的前提下，滿足等離子焊接效率約為１件／ｍｉｎ。
（４）巧接工藝要求：對玻璃模具合縫面和合縫線處進行等離子焊接后，使焊層厚度達到０．７-０．９ｍｍ，寬度達２．８-３．０ｍｍ，焊層的硬度達到２８０-３００ＨＢＷ。
（５）可靠性和安全性：生產(chǎn)線的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)具有較髙的穩(wěn)定性和可靠性：生產(chǎn)線具有檢測巧報功能，當(dāng)生產(chǎn)線運行出現(xiàn)狀況時，檢測系統(tǒng)可及時檢測出異常情況并發(fā)出巧報信號。
２．３系統(tǒng)組成
玻璃模具等離子焊自動生產(chǎn)線由上料運送機構(gòu)、上料氣缸推動裝置、液壓缸推動裝置、上料撥動裝置、轉(zhuǎn)運小車、送料小車、控制系統(tǒng)、傳感器等組成Ｉ按其功能可分為自動上料系統(tǒng)、外循環(huán)系統(tǒng)、商效節(jié)能加熱爐等，其中外循環(huán)系統(tǒng)主要包括上料機構(gòu)、循環(huán)轉(zhuǎn)運機構(gòu)、焊接下料機構(gòu)．該生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖如圖２－２所示。
玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線的工作過程為：將待預(yù)熱玻璃模具放置在上料運送裝置上，由輸送鏈條鏈板帶動工件以固定的姿態(tài)向上運行，可根據(jù)玻璃模具的大小切換不同的傳感器，以保證工件到位的準(zhǔn)確性；待傳感器檢測到到位信號，上料氣缸動作推動工件至轉(zhuǎn)運小車中的托盤上進行上料；托盤和工件隨轉(zhuǎn)運小車運動至進料爐口處，分選上料拔動氣缸動作，推動托盤和工件至進料爐口處，轉(zhuǎn)運小車運動至出料日處；爐口升起到位后，液圧缸動作推動托盤和工件向前運動，工件到達出料爐口處，爐口下降至指定位置后，側(cè)面氣缸推動工件和托盤至轉(zhuǎn)運小車上，爐底下料氣缸動作推動工件至送料小車上，同時托盤在轉(zhuǎn)運小車的帶動下回到初始位置進行重新上料，至此系統(tǒng)完成一次循環(huán)上料過程。預(yù)熱完成的工件通過送料小車運送至工作臺進行等離子招接；控制系統(tǒng)控制通過檢測外部信號控制整條生產(chǎn)線的氣缸、液壓缸、電機動作；爐內(nèi)溫度檢測系統(tǒng)中實時檢測爐內(nèi)溫度，在溫度達到要求時進行玻璃模具的出料動作。玻璃模具等離子焊自動生產(chǎn)線將周期性的對多品種、小批量的玻璃模具進行自動上料、自動預(yù)熱、自動轉(zhuǎn)運、自動送料、等離子焊接以及自動下料。
玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線的工作流程如圖２－３所示。
２．４系統(tǒng)總體方案設(shè)計
玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線的總體方案設(shè)計可分為玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線外循環(huán)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和高效節(jié)能加熱爐總體方案設(shè)計。其中玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線外循環(huán)系統(tǒng)總體方案設(shè)計包括：自動上料系統(tǒng)總體方案設(shè)計、循環(huán)轉(zhuǎn)運機構(gòu)總體方案設(shè)計、巧接下料機構(gòu)總體方案設(shè)計以及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。
（１）自動上料系統(tǒng)總體方案設(shè)計
自動上料系繞是玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線外循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要包括上料鏈板、上料鏈條、上料推動裝置、機架等零部件。其中上料鏈板和鏈條用于支撐并運送待預(yù)熱焊接的玻璃模具至指定上料區(qū)域；上料推動裝置用于將等待預(yù)熱的工件推送至轉(zhuǎn)運小車進行上料；機架則是安裝鏈條板、鏈條、電化、上料推動裝置等附件的基體。
由于玻璃模具外形復(fù)雜導(dǎo)致工件之間容易發(fā)生相互干涉的現(xiàn)象，且為保證供料速度能滿足系統(tǒng)的要求，上料時應(yīng)合理的布置工件相互之間的距離。針對玻璃模具類半圓形的外形Ｗ及多品種小批量特點，需設(shè)計通用性上料推動裝置。為解決工件在上料至轉(zhuǎn)運托盤中的準(zhǔn)確定位問題，在上料曰至轉(zhuǎn)運小車之間設(shè)計導(dǎo)向和過渡裝畳以保證工件能準(zhǔn)確上料至轉(zhuǎn)運小車上。另外，為滿足不同大小玻璃模具準(zhǔn)確上料的要求，應(yīng)設(shè)計接近開關(guān)和光電傳感器兩者相互切換裝置，確保模具能準(zhǔn)確停在指定位置。
（２）循環(huán)轉(zhuǎn)運機構(gòu)總體方案設(shè)計
循環(huán)轉(zhuǎn)運機構(gòu)可分為分選上料撥動裝置、轉(zhuǎn)運小車、側(cè)面推動裝置以及爐底下料推動裝置。為滿足多品種、小批量玻璃模具通用性上料Ｗ及預(yù)熱要求，特設(shè)計通用托盤來滿足不同大小的玻璃模具的轉(zhuǎn)運和預(yù)熱。為滿足工件的循環(huán)上料，特設(shè)計轉(zhuǎn)運小車配合轉(zhuǎn)運托盤進行循環(huán)工作。當(dāng)托盤隨轉(zhuǎn)運小車在電機和鏈條的帶動下運動至上料口，上料氣缸推動待預(yù)熱工件至轉(zhuǎn)運小車的托盤上。然后轉(zhuǎn)運小車隨托盤和工件運動至進料爐口處，托盤和工件一起進入爐內(nèi)，此時轉(zhuǎn)運小車運動至出料爐口處來轉(zhuǎn)接出料口托盤，在爐底下稱氣缸的作用下預(yù)熱后的工件和托盤分離，隨后轉(zhuǎn)運小車隨托盤運動至上料口進行重新上料。為提高預(yù)熱效率并節(jié)省空間特設(shè)計了雙箱體高效節(jié)能智能化加熱爐，此時要對轉(zhuǎn)運至小車上的工件進行分別上料，需設(shè)計分選上稱撥動裝置，從而使工件分別進入１、２爐箱內(nèi)進行預(yù)熱。此分選上料撥動裝置在爐底相對狹小的空間內(nèi)要準(zhǔn)確滿足上料要求，且不能與１、２號升降爐門干涉。此外由于爐口處溫度較髙，設(shè)計時應(yīng)盡量遠離爐門，避免溫度較高。當(dāng)工件達到預(yù)熱溫度，出料爐口下降，為完成出料動作，需設(shè)計側(cè)面推動裝置，推動工件和托盤至轉(zhuǎn)運小車上。爐底下料推動裝置用于分離預(yù)熱后的高溫工件和托盤，設(shè)計時需充分考慮空間和高溫等條件。
（３）焊接下料機構(gòu)總體方案設(shè)計
焊接下料機構(gòu)是針對預(yù)熱后的高溫玻璃模具，完成模具工件的送料、等離子焊接、下料運輸以及集中緩慢冷卻處理。具體可分為送料小車、焊接前推動裝置、工作臺以及下料輸送裝置。爐底下料推動裝置推動完成預(yù)熱后的工件進行下料時，巧設(shè)計送料小車運送預(yù)熱后工件至各個工作臺進行等離子焊接，要求送料小車運行過程中速度適中、安全可靠、定位準(zhǔn)確。當(dāng)送料小車運動至指定工位時，焊接前推動裝置推動工件至工作臺進行等離子揮接。設(shè)計導(dǎo)向板以及過渡板以保證工件上料的平穩(wěn)性，同時為保證工作臺上料的安全性，特設(shè)計氣缸夾持機構(gòu)，保證工件在可控的情況下平穩(wěn)運行。根據(jù)玻璃模具復(fù)雜的外形特點以及模具進行等離子焊接位置的不確定化設(shè)計４個可旋轉(zhuǎn)式焊接工作臺。該工作臺包括焊接完成下料裝置和下料導(dǎo)軌等可對完成焊接后的工件進行下料。工件完成焊接后，需對工件進行集中保溫處理．設(shè)計下料輸送裝置，輸送工件至保溫箱內(nèi)。
（４）商效節(jié)能加熱爐總體方案設(shè)計
高效節(jié)能加熱爐是玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線的核也組成部分，其主要包括：液壓缸推動裝置、爐口升降機構(gòu)、雙箱爐體以及爐內(nèi)導(dǎo)軌等。該加熱爐特點是高效、節(jié)能且滿足品種、小批量的玻璃模具的預(yù)熱溫度為７５０℃左右高溫預(yù)熱要求。在不提高預(yù)熱溫度并節(jié)約成本的條件下，設(shè)計雙箱體高效節(jié)能加熱爐，極大的提高預(yù)熱效率?？筛鶕?jù)實際生產(chǎn)情況選擇１、２號爐單獨王作或者同時工作，滿足自動生產(chǎn)線的柔性化生產(chǎn)要求。設(shè)計液壓缸推動裝置，為托盤和工件在爐內(nèi)運動提供充足驅(qū)動力，但要充分保證液皮缸推動裝置的穩(wěn)定性。設(shè)計爐內(nèi)導(dǎo)軌配合托盤完成玻璃模具在爐內(nèi)的循環(huán)預(yù)熱過程。為減少爐門開關(guān)時造成熱量的損失，特設(shè)計爐體底部自動化升降爐口，用于自動化進出料。
（５）控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計
控制系統(tǒng)是玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線得以正常運行的保證。在對國內(nèi)外生產(chǎn)線采用的不同類型的控制系統(tǒng)進行深入研究的基礎(chǔ)上，確定該自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用ＰＬＣ作為整個系統(tǒng)的控制核也，以觸摸屏作為人機交互界面。為確保玻璃模具上料的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，需對上料輸送裝置、上稱推動裝置的控制進行設(shè)計；為確保系統(tǒng)周期性托盤循環(huán)上料，需對轉(zhuǎn)運機構(gòu)的運動控制進行設(shè)計；為確保商效節(jié)能加熱爐滿足多品種、小批量復(fù)雜外形的玻璃模具的自動化高溫預(yù)熱要求。需對加熱爐的控制進行設(shè)計：為確保預(yù)熱后的玻璃模具完成等離子焊接工作，需對焊接下料機構(gòu)的控制進行設(shè)計。此外，為確保本系統(tǒng)能夠安全可靠的運行，控制系統(tǒng)應(yīng)不斷監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，警示工作人員排除故障并恢復(fù)系統(tǒng)運行。
２．５本章小結(jié)
本章首先介紹了玻璃模具的結(jié)構(gòu)特點，并對其外形尺寸特點進行了詳細說明；然后針對其特點－對玻璃模具等離子焊接自動生產(chǎn)線的系統(tǒng)組成進行了規(guī)劃，將系統(tǒng)劃分為自動上料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運機構(gòu)、商效節(jié)能加熱爐、焊接下料機構(gòu)和控制系統(tǒng)等部分，并對系統(tǒng)各部分之間協(xié)調(diào)工作的過程進行了詳細闡述；最后對系統(tǒng)各部分的總體方案進行了設(shè)計，分析了自動上料系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運機構(gòu)、高效節(jié)能加熱爐、焊接下料機構(gòu)設(shè)計時的關(guān)鍵問題，明確了各部分的設(shè)計要求，細化了各部分所要完成的設(shè)計任務(wù)。
