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    2023-06-28

    中小企业自动化之路 | 基于机器人的精密注塑成型

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    KUKA

     

    注塑成型后的塑料加工是注塑领域的主要挑战。Hauff家族企业利用了库卡机器人和其多功能生产单元，将洗碗机上层支架滚轮生产完全自动化，成功地迎接了挑战。

     

    普福尔茨海姆的注塑成型工艺：拥有强大的专有技术

    Jörg Vetter 每每开车进入德国南部普福尔茨海姆的工业园区时，都会举首仰望厂房的窗户。“每次看到它在工作，心里就觉得很高兴。”这个能让这位 Hermann Hauff GmbH & Co. KG 注塑车间技术部主管会心一笑的就是 Arburg Allrounder Cube 2900 注塑机。这台注塑机从2019年开始就在Hauff的工厂里生产洗碗机的洗碗篮滚轮。这些塑料元件包含两个相互连接的部件，一个是可自由活动的轮子，另一个则是固定安装的插孔。轻松装载和卸载洗碗机时不可或缺的滚轮便是在这台注塑机中注塑成型的。注塑成型和组装全在 Hauff 与注塑机制造商 Arburg 共同合作打造的全自动化流程中完成。

     

    适配于大型注塑机的独一无二的系统

    “我们的系统和大部分自动化流程是全世界少有的”，技术部主管 Jörg Vetter 说道，“因此，我们省下了四到五台注塑机的成本。这样一来，我们的员工也不必疲于处理单调的重复性生产任务。”Hauff家族企业每年使用该单元仅仅是为 BSH Hausgeräte GmbH 就能生产出约 6,000 万个零件，未来三年内产量还将增加到 7,500 万件。

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    Hauff家族企业是 Hermann Hauff 于 1966 年在普福尔茨海姆创立的，现在由两个女儿 Andrea Hauff 和 Carmen Hauff-Bischoff 接棒，生产优质的精密注塑零件和注塑的模具。Hauff 的客户领域包括“白色家电”、汽车工业和医疗。

     

    注塑成型产业中的隐形冠军

    “我们从别人不敢涉足的塑料加工开始。”Jörg Vetter 阐述着企业理念。身为公司 20 年资深员工的他对公司历史如数家珍：“冰激凌勺生产起来简单又便宜。但如果是注塑重量为 0.0004 到 400 克的高科技精密组件，就要靠质量取胜。这项工作并不是每家工厂都能胜任。”然而，位于普福尔茨海姆的 Hauff 家族企业之所以能够取胜，除了 Arburg 公司外，robomotion GmbH 公司也功不可没。

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    robomotion GmbH这家技术公司专门从事设计和构建非标定制的自动化解决方案，特别针对于塑料行业。因此，robomotion GmbH成为了Hauff公司制订自动化生产流程中最抢手和最重要的开发合作伙伴。

     

     “一件流”（one piece flow）的自主流程

    本次自动化生产流程的任务是重新设计洗碗机洗碗篮滚轮的生产和安装流程，使生产线能够在优化有限的生产空间利用率时，还能提高产量与效率。Arburg 通过集成 Foboha 的 Reverse Cube 使“一件流”自主流程得以实现。“我们必须停止手动操作，构建从注塑机到码垛的自主生产。这就是‘一件流’，即一个连续、不间断的自动化生产流程。”robomotion 总经理 Andreas Wolf 解释道。Arburg 与 Jörg Vetter 及其团队一起仔细研究了整个流程，从而开发出一个系统。这个系统集成了注塑机、 Foboha Cube、相关的机器人单元和所需的夹爪，并与 robomotion 协作集成了机器人码垛。

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    为注塑成型量身定制的机器

    “整套系统的开发耗时两年多，光软件就用了一年”，Jörg Vetter 说道，“在这一过程中，我们不断衡量和重新思考。”Foboha 专门针对 Hauff 的特殊要求设计了一个将两个组件的生产和安装相结合的工具“Cube”。从注塑机的名称“Reverse Cube 2900”就能看出端倪：这个钢制方块可绕着其中心轴反向旋转，因此在这一自动化生产流程中，注塑成型的零件凭借特殊的夹爪可在两个工作步骤内被完成组装，然后通过输送带送至包装单元和码垛单元。“这套系统是全世界独一无二的，只有我们才有。”Vetter 自豪地说道。

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    采用注塑成型机器人使塑料成型

    “为了能够在有限的空间内尽可能高效和可靠地运行，机械制造商 Arburg 和我们将流程交由库卡机器人‘掌控’。这使我们在设计上有了更多选择的余地。”Andreas Wolf 解释说。注塑机和六轴 KR QUANTEC PA  携手合作，实现最大的重复精度和连续稳定精度。在注塑循环的同时，机器人从方块下部取出滚轮，放入插孔内，然后取出塑料成品，将它们放在送往包装方向的输送带上。这样，每 9.5 秒就能生产 24 个高质量的洗碗篮滚轮。

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    KR QUANTEC PA 机器人进行塑料加工

    输送带将生产单元与 robomotion 的包装和码垛单元相连，高速码垛机器人 KR QUANTEC PA  就是在这个包装和码垛单元里工作的。“紧凑的码垛机器人用途广泛且动性强，干涉轮廓极小。”Andreas Wolf 说道。在 Hauff 的厂房里，机器人折叠装运纸箱，将纸箱放在输送带下方，装箱后封箱，并堆放在欧洲标准托盘上。工厂每天出货三个托盘，每个托盘有 45 箱子，共计 70,200 个塑料滚轮。

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    “这套系统完全独立运行，无需其他维护成本”，Andreas Wolf 说道，“我们规划了八小时的缓冲时间。时间一到，员工就必须将装好的托盘从系统取走。也就是说，注塑机可自行完成一整个班次的作业。”

     

    在规划时通过仿真软件避免错误

    为了确保库卡机器人在生产过程中能够顺利完成这个复杂的工作步骤，必须尽可能精确地对工作系统进行规划。因此，Arburg和robomotion将库卡机器人离线编程的智能规划软件KUKA.Sim整合到系统开发中。“正因为生产车间的空间非常有限，因此在系统及其功能正式启用前，必须先行试用。这样，我们在工程阶段就能进行周期时间分析，并将结果纳入布局和设计中。也就是虚拟空间的‘边干边学’”，Wolf 说道，“如果没有 KUKA.Sim，系统配置肯定会更加繁琐和昂贵，甚至错误百出。这对中小企业而言，是难以承受的成本损失。”

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    满怀热情地实现塑料加工自动化

    对 Cube 系统及其可行性的深入理解有助于技术部主管 Jörg Vetter 让 Hauff 员工对自动化生产心悦诚服。他说：“要让大家理解，新科技的目的不是与人为敌，而是服务人类，减轻人类的工作负担，让工作更加灵活。这还需要一点时间来证明。我们不断地精益求精，我正在和管理层以及技术合作伙伴共同思考如何提高单机的产量。如果想到值得一试的新方法，我们也会将其付诸行动。”

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