程愛華 郭天昊 韓衛(wèi)光

摘 要： 針對制鞋行業(yè)陶瓷型模具制作的要求，設(shè)計出高效、低勞動強度的陶瓷型鞋模制造生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線主要由清洗、涂膠、抽真空、灌膠等工序組成。將木模通過刮膩子、清洗、完成涂膠、抽真空、及灌石膏、脫模等工序最終形成石膏模，完成整個工藝流程。

關(guān)鍵詞： 陶瓷型鞋模 涂膠 抽真空 灌膠

目前國內(nèi)鞋類市場因受服裝時裝化、運動熱等外部環(huán)境因素的影響，產(chǎn)品變換周期越來越短，鞋底、鞋幫和各種尺碼鞋子配套制鞋模具都需要以最快的速度制造出來，保證新產(chǎn)品能盡快投入市場，參與競爭。但是與國外先進制鞋模具生產(chǎn)技術(shù)相比，我國制鞋模具制造工藝及方法十分落后，模具的制作大部分還是靠人工手工操作，不僅成本高，周期長，而且質(zhì)量差，很難滿足現(xiàn)階段市場的需求。

圖1 鞋模制造廠現(xiàn)狀

為了改變落后工藝，我們設(shè)計了陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線，降低了工人的勞動強度，減少了環(huán)境污染，提高了生產(chǎn)效率，大大降低了勞動力及材料成本，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。

1.陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線的總體設(shè)計

1.1生產(chǎn)線的工序安排

目前現(xiàn)有生產(chǎn)廠家制作鞋模的整體工藝流程是，通過機加工將木質(zhì)鞋楦制作出來，利用木質(zhì)鞋楦制作出石膏模，然后通過石膏模制作鋁制模具。本文所述的內(nèi)容主要是解決從木質(zhì)模具制作石膏模的階段的生產(chǎn)自動化問題。

提出陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線，就要改變過去的手工作坊式工作方法，以降低工人勞動強度和提高效率為前提進行工序安排。將由人員直接清洗、潑膠、灌石膏的工序改為機械自動化加工，其工序安排如圖2所示，工序之間的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)自動化的運輸。

圖2 陶瓷型鞋模的制作流程

1.2生產(chǎn)線的設(shè)計分析

生產(chǎn)線由多臺專用設(shè)備及輸送線組成，專用設(shè)備單元組成有：涂膠機、抽真空機、灌石膏機等。

針對操作人員和設(shè)備情況，可將各工序分配到不同的工位完成（見圖3），其中除第1、8、15、24工位需由人工操作外，其余工位的操作由專用機械設(shè)備自動完成。

圖3 工位分布

以前一個模具從前到后制作是由一個工人完成的，現(xiàn)在要求分工序自動化生產(chǎn)，過程中減少大量的操作人員。根據(jù)鞋模制作工藝及生產(chǎn)線流程要求，在設(shè)計過程中重點解決的問題如下：一是工位的合理布局，工序的運轉(zhuǎn)流暢；二是根據(jù)生產(chǎn)線的要求，對傳送線的主機設(shè)計要體現(xiàn)出自動化和工作可靠性；三是工序的設(shè)備，主機的設(shè)計；四是整條生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的設(shè)計。

整體布局上，為操作和管理方便，將上述工位布置成環(huán)形，即木模上線和產(chǎn)品下線在同一區(qū)域，并將相同或相近功能的設(shè)備就近或集中布置。人工操作工位，可考慮將8#和15#工位放在一起，由一個操作員操作。

2.生產(chǎn)線的主要設(shè)計

2.1生產(chǎn)線設(shè)備主機設(shè)計

涂膠機、抽真空機、灌石膏機主要結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖4 生產(chǎn)線主機設(shè)備圖

涂膠機主要完成的工序是膠水與凝固劑的定量配比，混合攪拌，稱量及涂抹，替代人工在此過程中的操作，在定量配比及定量涂抹上面比人工操作節(jié)約，降低成本，減少工序占地面積；抽真空機主要完成的是薄膠涂抹后續(xù)的抽真空工序；灌石膏機主要完成水與石膏粉的定量配比，混合攪拌，稱量及灌裝，替代人工在此過程中的操作，在定量配比及定量灌裝上面比人工操作節(jié)約，準確度高，降低粉塵對人體的傷害。

2.2生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)采用兩級分布式結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

每個工位根據(jù)工藝需要配一臺可編程控制器（PLC）或一臺工業(yè)控制計算機（IPC）：在僅需要簡單啟停操作的工位配PLC，PLC配有就地操作站，如第1、2、4、7、8、11、14、15、18、19、22、23、24號工位等；在需要進行多軸聯(lián)動控制的工位配IPC，IPC配有操作終端，如第3、5、6、9、10、12、13、16、17、20、21號工位等。每個工位的控制器還控制其后面接續(xù)的帶式輸送機，所有控制器均通過以太網(wǎng)與上位的服務(wù)器相連。管理層配有服務(wù)器和管理機：服務(wù)器主要用于存放工藝數(shù)據(jù)、對加工程序進行預(yù)處理、協(xié)調(diào)工位間的操作等；管理計算機主要用于現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和維護、生產(chǎn)管理等。

圖5

2.3識別系統(tǒng)設(shè)計

由于每個木模的形狀和大小均不同，在涂膠或灌石膏時不可能由一個固定的動作順序完成勻料和定量操作，而在生產(chǎn)過程中存在人工干預(yù)，很難對某一工件進行精確跟蹤，因此需要工位設(shè)備在現(xiàn)場對加工的工件進行辨識，確定加工路徑。

采用電子標簽需要在每個木模上嵌入一個芯片，在相應(yīng)的工位設(shè)讀取器，讀出鞋模代碼，工控機再通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)進行加工，其優(yōu)點是便于管理、一次性投入小、受環(huán)境影響小。

電子標簽采用的射頻識別（RFID：radio frequency identification）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。

2.6運輸生產(chǎn)線的設(shè)計

為提高模具運輸?shù)臏蚀_性，運輸線采用輸送帶運輸。由于鞋模在各工序間轉(zhuǎn)換，采用桁架機械手機構(gòu)的設(shè)計，能夠解決生產(chǎn)過程中的工位轉(zhuǎn)換要求，確保位置擺放準確。

輸送機控制流程如圖6所示。

工位輸送機

工位間輸送機

圖6 輸送機控制圖

3.結(jié)語

陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線是一種自主研發(fā)的全新設(shè)計，它充分考慮了生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的自動化，減少了人工操作，提高了鞋模加工的穩(wěn)定性，為鞋模的制作質(zhì)量提供了保證。該生產(chǎn)線的主要優(yōu)點是：降低了勞動力成本，降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，減少了對環(huán)境的污染。

陶瓷型鞋模制作生產(chǎn)線是解決鞋模制作的生產(chǎn)需要，它為生產(chǎn)廠家解決了人員緊缺、難招及產(chǎn)品質(zhì)量難保證的問題，一定會在實際應(yīng)用中得到普及和推廣。

參考文獻：

[1]王炎主編.噴涂設(shè)備.機械工業(yè)出版社，1997.

本文為面向機床及自動化生產(chǎn)線的機器人關(guān)鍵部件研發(fā)的研究成果之一，項目編號為CE20130037。