CN107984216A - 多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，生产线的主线包括电气系统控制柜以及装柜机构和移动机构、助力机械手，装柜机构包括拼柜装置和顶升移载装置，拼柜装置两两对称位于主线的两侧，拼柜装置的内侧设置有货叉设备；移动机构包括转序小车、轨道和自动工位台，装柜机构通过转序小车与移动机构上的轨道连接，轨道两侧依次设置有若干自动工位台。本发明的自动化生产线及作业方法，能够适应多种规格低压开关设备混线生产，不需更换或调整工装，节省生产换型时间降低设备成本，同时改变现有低压开关柜体装配工艺，能够为作业者提供舒适的作业方式，减少生产线工位台电机的使用数量，保证生产效率同时实现节能效益的最大化。

Description

多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法

技术领域

本发明涉及低压开关成套生产设备技术领域，特别是涉及一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法。

背景技术

随着“中国制造2025”强国战略的实施，制造业掀起了数字化智能工厂的建设热潮，其中生产线的升级改造是重中之重，尤其是低压开关设备的生产线随着质量要求的提高、工艺的改进和产品的多样化，已经超过原有生产线的设计范围和设计能力，则必须对其自动化生产线进行改造和升级，主要针对以下问题；

1.柜体的装配方式存在效率低和安全问题。柜体装配采用垂向装配方式，需要登高作业。作业过程作业者反复登高和调整扶梯位置，影响作业效率同时对作业者存在跌落的安全隐患。

2.多品种产品混线生产，换型作业方法准备时间长。柜体装配采用水平装配方式，需要多种的辅助支撑件来完成电柜柜体装配。所以生产线需要配置多个专用工装每次换型需要更换工装，或者采用组合工装每次换型需要调整工装。

3.生产线工序工位台电机利用率低。为了满足自动化输送的过程所以每个工位台配置一台电机，实际工位台电机只在转序时才会动作，其中90％时间工位台停止作业者作业时间。

4.体积或重量较大的零件装配工序劳动强度大，多种类型柜体门板或异形钣金件安装需要多人力协作，作业者体力消耗较大，虽然采用简单的吊装工具但是实际操作过程还是很繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够适应多种规格低压开关设备混线生产，不需更换或调整工装，节省生产换型时间降低设备成本，同时改变现有低压开关柜体装配工艺，能够为作业者提供舒适的作业方式，减少生产线工位台电机的使用数量，保证生产效率同时实现节能效益的最大化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：该自动化生产线的主线包括电气系统控制柜以及与所述电气系统控制柜电连接的装柜机构、移动机构和助力机械手；所述装柜机构包括拼柜装置和顶升移载装置，所述拼柜装置两两对称位于所述主线的两侧，且所述顶升移载装置设置于所述主线同侧的两个所述拼柜装置之间，所述拼柜装置的内侧设置有货叉设备；所述移动机构包括转序小车、轨道和自动工位台，所述装柜机构通过转序小车与所述移动机构上的轨道连接，所述轨道两侧依次设置有若干自动工位台；所述助力机械手用于放置在部分所述自动工位台一侧。

可选的，所述拼柜装置包括机架、第一立柱、升降台和可重构工装，所述机架两侧通过设置于第一直线导轨内的第一滑块固定有所述第一立柱，所述升降台固定在所述机架上，所述可重构工装依次与主轴法兰盘、蜗轮蜗杆回转支撑连接后固定在所述第一立柱上，所述蜗轮蜗杆回转支撑与电机连接。

可选的，所述拼柜装置还包括有安装在所述第一立柱上的操作平板，所述操作平板用于人机交互，所述机架底端安装有地脚。

可选的，所述可重构工装包括基座以及固定在所述基座上的第一电磁吸盘，定位销座固定于所述基座上的凹槽中，接近开关放置在基座孔内。

可选的，所述转序小车的第二直线导轨上通过第二滑块固定安装有机构支撑板，所述机构支撑板上固定设置有若干用于安装传动轴的带座轴承，所述机构支撑板上还固定设置有电机支座，所述电机支座上安装有依次连接的调速电磁制动电机、联轴器和T形齿轮箱，所述T形齿轮箱与所述传动轴转动连接；所述电机支座的一侧安装有电磁制动电机，所述电磁制动电机的输出端通过依次连接的齿轮、齿条对所述第二直线导轨进行驱动。

可选的，所述自动工位台上固定有安装座，所述安装座上固定有L形齿轮箱，对接轴和链轮固定于所述L形齿轮箱的轴上，所述对接轴用于与所述传动轴进行对接。

可选的，所述助力机械手包括转动连接的连杆组件和第二立柱，气缸底座固定在所述第二立柱上，所述气缸的活塞杆与所述连杆组件的一端固定用于驱动所述连杆组件运动，所述连接组件的另一端固定安装有仿形机械工装和用于人机交互的操作扶手。

可选的，所述仿形机械工装包括滑动导杆和工装基座，所述滑动导杆的一端滑动设置于所述工装基座的基座孔内且底端连接有弹簧，所述基座孔通过封盖进行密封，所述滑动导杆的另一端安装有第二电磁吸盘。

本发明还提供一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的作业方法，包括上述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其具体作业方法如下：

过程1：完成开关设备柜体框架装配

将柜体顶梁和底梁分别放置到拼柜装置的电磁吸盘上；可重构工装水平旋转到操作面时开始装配柜体立柱和辅助支撑件，作业者站在柜体一个工位面随着可重构工装的旋转完成柜体四个面的柜体框架装配；完成柜体框架安装后升降台升起拖住柜体框架，可重构工装上的电磁吸盘解除对柜体框架的固定；货叉设备从拼柜装置收取所述柜体框架，然后将所述柜体框架水平姿态翻转至竖直姿态转序；顶升移载装置可以将所述柜体框架垂向移动转序，同时单个所述顶升移载装置对接两个货叉设备；转序小车接收所述顶升移载装置输送的所述柜体框架，在生产线体左右两侧各放置一台所述顶升移载装置用于与所述转序小车对接；

过程2：开关设备零部件和电气元件的安装、接线以及出厂检验

转序小车移动，将所述柜体框架转入下序自动工位台完成柜体辅助钣金件的装配；工序完成后所述转序小车接收开关柜体转入下序自动工位台；所述转序小车按照工序位置转序柜体，在生产线依次完成开关设备一次元器件、断路器、抽屉、二次元件、控制端子、门板等零部件的安装和控制回路、一次回路的接线，并进行出厂检验。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、可重构工装双伺服同步旋转拼柜设备的运用改变了低压开关设备传统“垂直”作业方式，实现“水平”旋转拼柜作业高效和安全的新方法。可以在不停机的情况下单个工装实现4大类低压开关设备共18个品种的生产能力。解决低压开关设备生产线“多品种、小批量”的问题和混线生产“易混淆，误操作”的问题；

2、转序小车和自动工位台动力共享输送系统实现了一对多的动力输送方式，自动工位台无需安装减速电机。将传动的动力能耗降低，实现节能效益的最大化；

3、助力机械手采用仿形机械工装，能够将多种类型门板或异形钣金件等较重的零件“快、准、稳”的装配到位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的俯视结构示意图；

图2为本发明多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的立体结构示意图；

图3为本发明中拼柜装置的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图4的剖视图；

图6为拼柜装置的工作状态示意图；

图7为本发明中可重构工装的结构示意图；

图8为图7的剖视图；

图9为本发明中自动工位台与转序小车组成的动力共享输送系统的结构示意图；

图10为本发明中助力机械手的整体结构示意图；

图11为助力机械手中仿形机械工装的示意图；

图12为图11的剖视图；

其中，1拼柜装置；101机架；102地脚；103升降台；104第一立柱；105第一直线导轨；106第一滑块；107可重构工装；108电机；109蜗轮蜗杆回转支撑；110主轴法兰盘；111操作面板；112基座；113定位销座；114接近开关；115第一电磁吸盘；2货叉设备；3顶升移栽装置；4转序小车；401第二直线导轨；402第二滑块；403齿条；404齿轮；405电磁制动电机；406机构支撑板；407带座轴承；408传动轴；409电机支座；410调速电磁制动电机；411联轴器；412T形齿轮箱；5轨道；6自动工位台；601对接轴；602L形齿轮箱；603安装座；604链轮；7助力机械手；701第二立柱；702连杆组件；703气缸；704操作扶手；705仿形机械工装；706工装基座；707滑动导杆；708弹簧；709第二电磁吸盘；710封盖；8电气控制柜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够适应多种规格低压开关设备混线生产，不需更换或调整工装，节省生产换型时间降低设备成本，同时改变现有低压开关柜体装配工艺，能够为作业者提供舒适的作业方式，减少生产线工位台电机的使用数量，保证生产效率同时实现节能效益的最大化。

本发明提供的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，该自动化生产线的主线包括电气系统控制柜以及与电气系统控制柜电连接的装柜机构和移动机构、助力机械手；装柜机构包括拼柜装置和顶升移载装置，拼柜装置两两对称位于主线的两侧，且顶升移载装置设置于主线同侧的两个拼柜装置之间，拼柜装置的内侧设置有货叉设备；移动机构包括转序小车、轨道和自动工位台，装柜机构通过转序小车与移动机构上的轨道连接，轨道两侧依次设置有若干自动工位台。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-12，其中，图1为本发明多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的俯视结构示意图；图2为本发明多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的立体结构示意图；图3为本发明中拼柜装置的结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为图4的剖视图；图6为拼柜装置的工作状态示意图；图7为本发明中可重构工装的结构示意图；图8为图7的剖视图；图9为本发明中自动工位台与转序小车组成的动力共享输送系统的结构示意图；图10为本发明中助力机械手的整体结构示意图；图11为助力机械手中仿形机械工装的示意图；图12为图11的剖视图。

如图1-12所示，本发明提供一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，该自动化生产线的主线包括电气系统控制柜8以及与电气系统控制柜电连接的装柜机构和移动机构、助力机械手；装柜机构包括拼柜装置1和顶升移载装置3，拼柜装置1两两对称位于主线的两侧，且顶升移载装置3设置于主线同侧的两个拼柜装置1之间，拼柜装置1的内侧设置有货叉设备2；移动机构包括转序小车4、轨道5和自动工位台6，装柜机构通过转序小车4与移动机构上的轨道5连接，轨道5两侧依次设置有若干自动工位台6。

拼柜装置1两两对称位于主线体两侧。货叉设备2一一对应位于可重构拼柜装置1的内侧。顶升移载装置3位于同侧两个拼柜装置1之间。轨道5位于整线中间位置。转序小车4放置在轨道上。自动工位台6均匀布置于轨道5两侧。助力机械手7放置在部分自动工位台6一侧。电气系统控制柜8放置在线体端部。

如图3、4、5、6、7、8所示拼柜装置1包括机架101与地脚102相连接。第一立柱104与第一滑块106连接。升降台103固定于机架101上。第一直线导轨105固定于机架101上。第一滑块106与第一直线导轨105组成滑动副，可重构工装107与主轴法兰盘110连接。蜗轮蜗杆回转支撑109由伺服电机108驱动，同时蜗轮蜗杆回转支撑109固定于第一立柱104。主轴法兰盘110固定于蜗轮蜗杆回转支撑109；拼柜装置1还包括有安装在第一立柱104上的操作平板111，操作平板111用于人机交互。

可重构工装107主要包括第一电磁吸盘115固定于基座112，定位销座113固定于基座112凹槽，接近开关114放置在基座孔内。

如图9自动工位台与转序小车组成的动力共享输送系统，第二直线导轨401固定于转序小车4上。第二滑块402与机构支撑板406连接。电磁制动电机405、带座轴承407、电机支座409固定于机构支撑板406。调速电磁制动电机410和T形齿轮箱412固定于电机支座409。传动轴408分别与带座轴承407、联轴器411、T形齿轮箱412连接组成转动副。调速电磁制动电机410与联轴器411连接，同时联轴器411与T形齿轮箱412连接。齿条403固定于转序小车上4。齿轮404固定于电磁制动电机405。齿轮404与齿条403配合传动。安装座603固定于自动工位台6。L形齿轮箱602固定于安装座603。对接轴601和链轮604固定于L形齿轮箱602的轴上。

动力共享输送系统运行过程包括调速电磁制动电机410输出的动力可以通过联轴器411和T形齿轮箱412一比一的传输至传动轴408，主体部分通过电磁制动电机405、齿轮404和齿条403形成左右水平运动，达到与传导部分对接的目的。传导部分提供动力传输，传动轴408缓慢旋转同时向左侧或右侧缓慢移动，与对接轴601啮合后，带动L形齿轮箱602和链轮604转动给自动工位台6传递动力。

如图10、11、12助力机械手，连杆组件702与第二立柱701连接形成转动副。操作扶手704与连杆组件702连接。气缸703与第二立柱701连接同时气缸703与连杆组件702连接。仿形机械工装705与连杆组件702连接。

仿形机械工装705中滑动导杆707与工装基座706连接形成滑动副。弹簧708放置于工装基座706内部。第二电磁吸盘709固定于滑动导杆707。封盖710固定于工装基座706。当抓取异形零件时，如凹凸面滑动导杆707带动第二电磁吸盘709能够与凹凸面完整贴合，安全可靠。

本发明还提供一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的作业方法，包括上述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其具体作业方法如下：

过程1：完成开关设备柜体框架装配

将柜体顶梁和底梁分别放置到拼柜装置1的第一电磁吸盘115上；可重构工装107水平旋转到操作面时开始装配柜体立柱和辅助支撑件，作业者站在柜体一个工位面随着可重构工装107的旋转完成柜体四个面的柜体框架装配；完成柜体框架安装后升降台103升起拖住柜体框架，可重构工装107上的第一电磁吸盘115解除对柜体框架的固定；货叉设备2将柜体框架从拼柜装置1收取柜体框架，然后将柜体框架水平姿态翻转至竖直姿态转序；顶升移载装置3可以将柜体框架垂向移动转序，同时单个顶升移载装置3对接两个货叉设备2；转序小车4接收顶升移载装置3输送的柜体框架，顶升移载装置3在生产线体左右两侧各放置一台能够与转序小车4对接。

过程2：开关设备零部件和电气元件的安装、接线以及出厂检验

转序小车4移动将柜体框架转入下序自动工位台6完成柜体辅助钣金件的装配；工序完成后转序小车4接收开关柜体转入下序自动工位台6；转序小车4按照工序位置转序柜体，在生产线依次完成开关设备一次元器件、断路器、抽屉、二次元件、控制端子、门板等零部件的安装和控制回路、一次回路的接线，并进行出厂检验。

需要说明的是，本发明中的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法，其中各个部件的数量以及设置位置并不局限于上述实施例中的设置，在实际生产使用中可以根据具体的使用要求或者针对具体的柜体可以进行适应性的调整，也均在本发明的保护范围内；另外，只要与本发明中多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及作业方法的基本原理相同，仅是简单的置换或者某单个部件的增删与替换，也均在本发明的保护范围内。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：该自动化生产线的主线包括电气系统控制柜以及与所述电气系统控制柜电连接的装柜机构、移动机构和助力机械手；所述装柜机构包括拼柜装置和顶升移载装置，所述拼柜装置两两对称位于所述主线的两侧，且所述顶升移载装置设置于所述主线同侧的两个所述拼柜装置之间，所述拼柜装置的内侧设置有货叉设备；所述移动机构包括转序小车、轨道和自动工位台，所述装柜机构通过转序小车与所述移动机构上的轨道连接，所述轨道两侧依次设置有若干自动工位台；所述助力机械手用于放置在部分所述自动工位台一侧。

2.根据权利要求1所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述拼柜装置包括机架、第一立柱、升降台和可重构工装，所述机架两侧通过设置于第一直线导轨内的第一滑块固定有所述第一立柱，所述升降台固定在所述机架上，所述可重构工装依次与主轴法兰盘、蜗轮蜗杆回转支撑连接后固定在所述第一立柱上，所述蜗轮蜗杆回转支撑与电机连接。

3.根据权利要求2所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述拼柜装置还包括有安装在所述第一立柱上的操作平板，所述操作平板用于人机交互，所述机架底端安装有地脚。

4.根据权利要求2所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述可重构工装包括基座以及固定在所述基座上的第一电磁吸盘，定位销座固定于所述基座上的凹槽中，接近开关放置在基座孔内。

5.根据权利要求1所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述转序小车的第二直线导轨上通过第二滑块固定安装有机构支撑板，所述机构支撑板上固定设置有若干用于安装传动轴的带座轴承，所述机构支撑板上还固定设置有电机支座，所述电机支座上安装有依次连接的调速电磁制动电机、联轴器和T形齿轮箱，所述T形齿轮箱与所述传动轴转动连接；所述电机支座的一侧安装有电磁制动电机，所述电磁制动电机的输出端通过依次连接的齿轮、齿条对所述第二直线导轨进行驱动。

6.根据权利要求5所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述自动工位台上固定有安装座，所述安装座上固定有L形齿轮箱，对接轴和链轮固定于所述L形齿轮箱的轴上，所述对接轴用于与所述传动轴进行对接。

7.根据权利要求1所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述助力机械手包括转动连接的连杆组件和第二立柱，气缸底座固定在所述第二立柱上，所述气缸的活塞杆与所述连杆组件的一端固定用于驱动所述连杆组件运动，所述连接组件的另一端固定安装有仿形机械工装和用于人机交互的操作扶手。

8.根据权利要求7所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：所述仿形机械工装包括滑动导杆和工装基座，所述滑动导杆的一端滑动设置于所述工装基座的基座孔内且底端连接有弹簧，所述基座孔通过封盖进行密封，所述滑动导杆的另一端安装有第二电磁吸盘。

9.一种多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线的作业方法，包括权利要求1-8中任一项所述的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线，其特征在于：包括以下过程：

过程1：完成开关设备柜体框架装配

将柜体顶梁和底梁分别放置到拼柜装置的电磁吸盘上；可重构工装水平旋转到操作面时开始装配柜体立柱和辅助支撑件，作业者站在柜体一个工位面随着可重构工装的旋转完成柜体四个面的柜体框架装配；完成柜体框架安装后升降台升起拖住柜体框架，可重构工装上的电磁吸盘解除对柜体框架的固定；货叉设备从拼柜装置收取所述柜体框架，然后将所述柜体框架水平姿态翻转至竖直姿态转序；顶升移载装置可以将所述柜体框架垂向移动转序，同时单个所述顶升移载装置对接两个货叉设备；转序小车接收所述顶升移载装置输送的所述柜体框架，在生产线体左右两侧各放置一台所述顶升移载装置用于与所述转序小车对接；

过程2：开关设备零部件和电气元件的安装、接线以及出厂检验

转序小车移动，将所述柜体框架转入下序自动工位台完成柜体辅助钣金件的装配；工序完成后所述转序小车接收开关柜体转入下序自动工位台；所述转序小车按照工序位置转序柜体，在生产线依次完成开关设备一次元器件、断路器、抽屉、二次元件、控制端子、门板等零部件的安装和控制回路、一次回路的接线，并进行出厂检验。