非标自动化设备的结构选择与安全

张广阔

摘要：伴随时代的不断进步，科学技术飞速发展，国家推行自动化技术研发的脚步也逐渐加快，非标自动化设备应运而生。非标自动化设备可以应用在很多自动化生产线上，提高生产效率，减少人工开支，进而为生产企业创造更多的经济效益。但同时，非标自动化设备的性能要求也十分严谨，结构更为复杂，因此工程师们既要为精简设计加快生产步伐，也要考虑到设备的可升级与改造性。文章就此阐述非标自动化设备为达到使用要求，应如何优化设计结构选择和加强安全保护。

关键词：非标自动化；机械设计；简易结构；安全保护；设计结构选择

引言

随着我国经济的不断发展，各行各业对社会的贡献不一而论。就一般的企业而言，自动化设备的应用进一步提高了企业的生产效率，而提高企业生产效率所带来的效应则是推动了我国社会的进步，自动化设备的重要性不言而喻。正是由于自动化设备给企业带来的诸多优势，自动化设备也在各企业的生产工作中得到了广泛的应用。

1非标自动化设备概述

非标自动化设备，顾名思义就是指根据客户需求定制的非标准类的自动化设备。同样属于自动化领域，功能是按企业用户工艺要求而量身设计、定制的自动化机械设备，其操作便捷、灵活性强，功能可按用户的要求而添加，升级、改造空间较大。目前其在工业、电子、医疗、卫生以及航空航天等领域的应用均较为广泛。近年来，伴随市场需求的不断提升，越来越多的企业因逐利而纷纷进入这一市场，非标自动化设备的生产如火如荼，用户需求的差异、工艺要求的区别、生产技术水平的参差不齐等都对非标自动化设备的性能产生直接的影响。因此，加强非标自动化设备的设计研究，优化其结构选择并不断提升其安全性能，对工业企业的健康、可持续发展具有十分重要的意义。

2现阶段非标自动化设备的设计

目前非标自动化设备的设计使用方法多是利用标准配件及专用设计的零件配合拼装，以达到来料半成品或单独元器件逐一自动组合，形成成品或者拆分筛选。标准配件的选择多种多样，如：影像系统；六轴、四轴关节机器人；各种形式的电缸；驱动部件多用为伺服电机、步进电机、调速电机；传动用的同步带、丝杠滑轨；气动配件等等。最常用的是气动配件的组合；非标的结构多种多样，但万变不离其宗，都须遵循机械基础原理进行力学的评估、工艺路线的考虑、组装调试的方便性和维修的简易性，但无论性能设计多好的自动化设备，保证操作人员的人身安全防护都是首要。在工艺精益求精的情况下，能达成同一结果的方案有多种，因此应选择性价比高的结构进行优先。以高效拔钉机为举例：产品为铝合金件，它的三个方向：无规律的左、下、右分别有8+4+8共20个牙孔未攻牙，客户将来料半成品尺寸已加工到位，需进行阳极表面处理，但处理的同时化学原料会将牙孔一同处理，尺寸就无法保障。这种状态下，客户工艺流程增加胶钉插于孔内，表面处理过后再将三个方向的胶钉拔出，原生产线员工将其拔出的工作量较大，产能不高，且拔出时不注意则胶钉断于孔内造成返工，每个产品20粒胶钉，每秒1粒拔出的时间共20秒，7名生产线员工专门进行拔钉。假如客户提出加大产量、提高速度的要求时，初步分析，因产品异形，客户允许一人操作取放，结构选择三种形式：（1）做一工装，将产品固定，仿人工动作使用七台标准六轴机器人，在第六轴处安装一夹子，编辑程序，分别从产品三个方向抽出20粒胶钉放于胶钉盒内，速度约1秒/粒，可达到相同人工速度；（2）使用三组X、Y、Z电缸进行三方向叠加，每组Z轴安装一夹子，编辑程序，分别同时从产品三个方向抽出20粒胶钉，因同步进行，时间缩短至8秒，三台设备可达到相同人工速度；（3）利用简易的结构传动知识，设计每粒胶钉位一组夹子，每组夹子为独立夹紧机构（内部为杠杆力臂），四组夹子的杠杆力臂由一个气缸传动，三个方向则：左边8粒，8个夹子加两个动力气缸，下边4粒空间窄，4个夹子加两个动力气缸，右边8粒，8个夹子加两个动力气缸完成夹持动作，加之三个方向一组合理力度的主推气缸分别推出，就顺利完成20粒胶钉/3秒时间同步一次拔出工作，以吹气将胶钉吹至导向管下滑至存料箱，一台设备大于7人工作速度，且只需更换夹子固定座，即可兼容相接近型号的产品。以上述三种方式设计非标结构方式，均可以达到使用效果，第1种（机器人），第2种（机械臂），然而第3种则采用单片机式PLC控制几个小气缸就完成所需任务，且运动幅度小，只需保护板即完成安全防护，由效率、成本、安全考虑，第3种结构，性价比较高，且效果理想。在竞争激烈的环境下，结构简易、效率高的非标自动化设备将成为市场主流。

3非标自动化设备的安全性

在注塑、电子、组装等行业，设计的非标自动化设备工作原理和产品各有不同，但生产使用过程中若出现工伤，将会给企业带来一定的损失。若设备性能优异，但无安全保护的情况下，人员误触造成伤害，势必停机整顿。所以在非标自动化设备完成设计后，均需考虑增加安全防护，如安全门、光幕、双手安全开关、急停应急按钮等，一旦操作人员产生误触，设备应无法启动或紧急停止，第一时间保护人员安全。

4非标自动化设备的管控

机械设计是一项精密性和专业性很强的工作，工作人员必须具有强烈的责任心，充分考虑到多方面的影响因素，不断优化和改进机械设计、结构及加工工艺，才能更好地保障机械设计加工零件的质量。设备设计完成后进行细微改良是必不可少的，但设计时需要考虑周到全面，结构传动越少，出现返修的几率也会相对降低。面对国家扶持的方向，在保证质量的前提下，逐步将简易结构利用多组拼装，将形成非标全自动化设备，以节约的理念为基础，选择最适合的结构达成高能效的新式产品。节约了机构用料就等于节能，比如：一台机器人所用的电功耗远远大于一个小小电磁阀的功耗，所以在环保意识深入人心的社会，对于非标自动化设备设计来说，在满足使用条件、保证质量提前下，运用节能和绿色设计为基础理念，利用简易结构设计技术，可以减少后期维护，实现资源利用的最大化和设备功能的便捷性。传统的机械产品设计模式已经不能满足人们的需求，非标订制的机械设计理念也随之提出。非标自动化设备设计结合了力学、材料、加工工艺、电气、美学等多门学科，设备分类较多，均是以特定物件、材料进行加工、组装、排列、拆分等为主。其可以根据客户特定要求制定具体的方案，在设计中不断更新改善设备结构，更容易适应新时代自动化高新项目的发展。

结语

现代设计的特点是面向用户提高所需工序的加工、组装效率和安全保护而设计，不仅要实现产品的基本功能，更应体现人性化和安全保护的设计理念。通过高效拔钉机的设计制造，可以充份体现设计者水平及设计方案能直接影响非标自动化设备的后期维护，设计中的防护设置也直接影响使用人员的安全。所以企业想要在激烈环境中寻求可持续发展及提升国内非标自动化设备设计在市场上的竞争力，应紧跟潮流的步伐，提升设计人员的设计水平，从研发技术、结构选择、工艺管理、安全保护系数等多方面着手，并以简洁的结构来设计更高效、安全的非标自动化设备。

参考文献：

[1]李小燕，刘霞，陈德根，冯婧，李真真.浅谈东莞制造产业中非标准自动化设备的应用与发展[J].农村经济与科技，2016，27（24）：291.

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