六軸機器人在PET透明酒盒生產上的應用探索

李鵬濤

（四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644007）

隨著我國產業轉型升級進程的加快，自動化生產在各項制造業中得到了廣泛的應用，工業機器人作為自動化生產的重要設備，在現代化制造生產中發揮著越來越重要的作用，工業機器人能夠直接取代人工從事高強度重復性勞動工作，有效地提高生產效率、降低勞動強度和生產成本。近年來，隨著國內人工成本的逐漸攀升以及中國老齡化社會的提前到來，中國長三角、珠三角等地已出現了嚴重的用工荒情況，在這種情況下，工業機器人更大有可為。

1 工業機器人的應用優勢

1．1 提高產品質量

工業機器人采用自動化生產，僅需部分人員進行生產監護，在生產開始時，將生產設備的實際情況調整到最佳運行狀態，設備生產周期和工藝運行穩定，減少中間人員干預，避免人員流動性大、生產水平參差不齊等問題，保證產品質量穩定統一。

1．2 提高生產效率

工業機器人實行24小時固定周期不間斷工作，有效地避免了因人工操作問題導致的生產周期不穩定，長期重復性勞動導致的生產效率降低，人員吃飯、休息等導致的臨時停機等生產時間浪費，從而有效地提高了生產效率。

1．3 減少設備和模具維修

調整到最佳生產周期工作狀態后，設備和模具按照固定工藝路線生產，杜絕了外界干擾因素，避免了由于工人流動性大、培訓不到位、人工操作的不確定性等原因，操作工人在日常設備參數設定上存在盲目提速、不按工藝參數設置等違規操作現象，容易造成模具熱流道損壞、液壓油缸漏油、注塑螺桿扭斷等嚴重生產故障。

1．4 降低生產成本

在用工成本逐漸增高的今天，工業機器人直接取代了所有從事重復性勞動工作的工人，極大地降低了人工成本，因生產工藝穩定提高了產品質量能夠有效降低次品率帶來的生產消耗損失，生產效率的提高成比例地降低了單位產品生產成本和能源消耗。

1．5 降低職業安全風險

工業機器人替代人工能夠直接避免人員遭受設備安全生產風險，在高強度、機械性重復、職業病危害較為嚴重的生產工種中，生產員工因長期動作重復單一，極易引發肩周炎、腰椎炎等職業病，而工業機器人能夠有效避免相應問題，減少職業病危害等安全風險。

1．6 提升企業管理及外部形象

采用全自動化生產以后，用工人數大幅降低，能夠有效降低企業員工的管理難度，更有利于開展扁平化企業管理，提升員工的整體素質水平和業務技能。公司自動化生產水平的提高，產品質量和生產效率的提高，能夠有效提升公司的外部形象，增強公司的市場競爭力，起到示范性效果。

2 PET透明酒盒自動化生產方案

PET透明酒盒自動化生產系統包含酒盒夾具、脫模劑噴灑系統、下料機器人、下料輸送線、電氣控制系統、氣路控制系統等組成，機器人工作區域周圍加裝安全防護圍網，整體系統如圖1所示。

圖1 系統整體方案

2．1 酒盒夾具

夾具工作為抱取方式，連接板為高強度鋁合金，支撐框架為鋁型材，最大范圍地降低了夾具的重量并提高強度，夾具接觸面采用硅膠緩沖，夾取時憑借氣缸壓緊酒盒，抓取快速，調試簡單方便，并且可以實現不同尺寸的產品夾取，夾具上集成脫模劑噴灑系統及光電感應器如圖2所示。

2．2 脫模劑噴灑系統

夾取、噴脫模劑工裝設計在一套工裝上，脫模劑采用PU管道沿機器人手臂由底座布設到噴脫模劑工裝，脫模劑在模具內定點噴灑，脫模劑工裝噴出噴霧大小可調，噴出時間可調，脫模劑容器采用不銹鋼304不得泄漏，滿足了方便灌裝脫模劑等要求。

圖2 酒盒夾具

2．3 下料機器人

本系統下料機器人選用FANUC M-20iA機器人，六自由度關節能夠有效模擬人工在注塑機中取件的動作，機器人有效負載能力20Kg滿足深腔薄壁PET透明盒體高脫模力的需求，即便是在模具脹模的情況下，六軸機器人也能夠有效模擬人工多向拍打動作取下酒盒，機器人工作半徑為1811mm適應500噸位以下注塑機的取料位工作半徑，重復位置精度為0.05～0.06mm更能保證取料精度，不會因精度問題撞傷或擦花透明酒盒表面。

2．4 電氣控制系統

系統采用FANUC六軸機器人作為動作執行單元，同時，配合海天注塑機控制單元實現注塑和取料動作配合，使用六軸機器人與注塑機控制單元直接進行控制信號配合是為保證動作信號的直接準確，保證生產的安全進行，如圖3所示。

圖3 自動化控制流程

2．5 氣路控制系統

系統采用FANUC六軸機器人控制器作為控制單元，配合西門子PLC在機器人取盒體過程控制氣缸動作實現抱取盒體動作，取出過程控制脫模劑氣路通斷實現模腔內脫模劑的噴灑，保證注塑工藝的穩定。FANUC六軸機器人作為工業機器人中的一線品牌，可以滿足絕大部分工業應用場景，配合PLC控制的優點在于拓展性強、系統穩定維護方便。

3 技術難點

3．1 PET透明酒盒薄壁深腔難取出

PET透明酒盒厚度僅1.3～2.0mm，長度寬度均為110mm，而深度達到260mm以上，脫模斜度僅0.5°，加上PET原料注塑后冷卻收縮，酒盒注塑后所需托模頂出力極大，一般注塑機頂出以后仍需人工拍打頂出空腔段才能松動取出，如果注塑保壓工藝控制不好導致注塑產品脹模，那需要更大的托模頂出力及取出技巧，才能取出產品，如圖2PET透明酒盒所示。

3．2 PET透明酒盒質量把控困難

透明酒盒采用PET原料注塑而成，盒體通身效果晶瑩剔透，但受PET原料物理性能所限，注塑過程不穩定，極易出現氣泡、白點、透明度不高等注塑質量問題，透明盒表面硬度不高極易被擦花，因此，注塑加工及后續取出過程需要特別注意過程控制。

3．3 常規機械手無法滿足PET透明酒盒取出

隨著塑料加工行業在我國的長期發展，注塑成型設備的自動化程度也越來越高，現代化的注塑機常常配置有機械手，以提高生產效率降低生產成本。目前，在我國注塑行業中，比較常用的主要是橫走式機械手，機械手可以完成從注塑機上方進入模具中抓取制品、噴灑脫模劑并將產品傳送到下注塑機旁邊的功能，在大部分注塑產品生產過程中，橫走式機械手能夠完全滿足自動化生產，但在PET透明酒盒這種深腔薄壁注塑產品生產過程中，橫走式機械手的垂直伸縮臂無法滿足深腔產品高拔出力的需求，更無法滿足PET原料注塑中偶爾出現的脹模取出力需求，也無法更加擬人化地進行產品拍打或者晃動模仿，在產品取出后，橫走式機械手也無法完成多姿態的產品放置便于產品的后續加工，因此在這種情況下，六軸機器人以其更加靈活的工作方式和更大的負載更能適應不同的工作應用需求。

4 結語

此方案的六軸機器人能夠滿足復雜工藝需求的PET透明酒盒的自動化生產需求，稍加改造可推廣使用在類似深腔薄壁注塑產品或其他需要高負載能力、高定位精度、多姿態動作加工的制造生產中，極大地減少了人工成本、提高了生產效率、提高產品合格率，完成了許多傳統橫走機器手無法完成的工作，如果后期配上視覺等檢測系統，那么在自動化智能生產中，將會有非常廣闊的應用前景。