手机外壳喷涂线自动上夹具系统的设计

林东旭

摘要

目前，类似手机、照相机等产品的塑料外壳要经过三涂三烤工艺来美化外壳，三涂三烤的完整生产线在市场上也广泛应用。这种喷涂生产线并不仅针对手机，也适合其他产品。由于喷涂的产品不固定，所以对于喷涂前的前处理工序，无法做出一个适合所有产品要求的自动化设备或装置，几乎都是采用人工来完成装配。

【关键词】手机壳 手机壳夹具 喷涂

由于中国手机的产量巨大，2015年1-10月止累计中国移动通信手持机（手机）产量1，398，317，876台。而一部手机需要三个外壳需要喷漆，因此手机外壳喷涂业务也很庞大。随着人工成本的增加，企业迫切需要一套专门针对手机外壳喷涂线上能进行手机外壳与夹具自动装配的装置。

手机外壳自动喷涂工艺流程大致为：1来料检验（检验素材是否合格）;2清洗夹具、产品（一般夹具使用二次洗货水，产品使用超声波洗货水清洗）;3.烘干并检验;4.除油（使用白电油除油）;5上夹具;6上挂具;7上线并除尘、除油;8.静电除尘并预热;9喷底漆;10.烘烤固化;11喷中漆（有些工艺只是两涂则无此步骤）;12烘烤固化;13喷面漆;14烘烤固化;15下件;16拆夹具;17.检查并包装;18入库。

为使手机外壳喷涂质量和效率提高，目前较成熟的做法是，人工將手机外壳装配到手机喷涂夹具上，然后再将这个喷涂夹具连同手机外壳一起送入喷涂线。将手机外壳装配到夹具上的过程也称为“上夹具”。由于手机型号更新率高，相应的夹具也不停更换，目前没有专门的自动化装置或设备来完成手机外壳上夹具的操作。本文针对手机外壳的喷涂前处理工序，设计一台专门针对手机外壳与夹具装配的自动装置。

本研究具有一定的开创性，可以填补手机外壳与夹具自动装配的空白，提高自动化装配水平及效率。

本课题的研究是设计一种工作装置，能够实现手机外壳与喷涂夹具的组合装配。

主要包含：夹具输送、装配到工作装置主机的设计，手机外壳零件的视觉识别、提取及放置定位，手机外壳零件与喷涂夹具的组合，喷涂夹具组合工位的四工位旋转装置，喷涂夹具组合体从工作装置上分离下架装置的设计。

1本项目的基本技术方案

工作装置分三大部分：机器人装夹部分、夹具控制部分和夹具装夹部分。

1.1机器人装夹部分

主要流程是，通过机器视觉识别输送带上的手机外壳，然后由机器人完成抓取手机外壳和上夹具两个动作。主要使用技术如下：

（1）机器视觉识别技术。识别在移动输送带上的手机外壳类型，并将信息进行预处理，获得手机外壳的类型、位置、角度信息。主要技术难点及要求：视觉匹配的设定、视觉信息的动态采集。

（2）同步跟踪技术。视觉识别系统将匹配成功的手机外壳位置、角度信息经过视觉控制器的现场总线传递给机器人的控制器，机器人控制器采用同步跟踪技术，计算出机器人实施抓取的位置及摆放旋转角度，并对机器人发出相应的动作指令。主要技术难点及要求：手机外壳、传送带、机器人三者之间运动位置的动态同步跟踪，确保机器人能在恰当的时间和恰当的位置对手机外壳实施抓取动作。

（3）机器人从输送带上实施对手机外壳的快速抓取，在空中通过旋转角度校正手机壳的位置角度，将其转移到夹具上方，完成一次“上夹具”动作。主要技术难点及要求：手机外壳轻薄易变形，机器人抓取手机外壳时，要求快速稳当;“上夹具”时，着力点及力度适当巧妙，满足柔性装配的要求。这里是整个系统的技术难点和重点。

1.2夹具控制部分

该部分由一个四工位旋转装置和夹具输送装置组成。

（1）夹具输送装置的作用。它的主要作用就是将四面型的四爪夹具输送到夹具上架工位。同时它还能存储一定数量的夹具，这样就不必安排一个工人一直守在输入口放入夹具。

可以节省人工。

（2）四工位旋转装置。该装置有四个工位，但工作中使用三个工位，留一个作为备用。三个工作工位是：夹具上架工位、手机外壳装夹上夹具工位、夹具下架工位，或简称上架工位、上夹具工位、下架工位。四工位旋转装置可以旋转，在夹具上架完成后，旋转到上夹具工位;上夹具任务完成后，再旋转到下架工位。本装置的难点是上夹具工位的设计。它需要完成装夹和旋转动作。其中装夹动作要与机器人配合，是难点和重点。

1.3夹具装夹部分

夹具装夹部分是本工作装置的最主要部分，在装配夹具工位，需要完成四个面的装配任务，由于手机外壳与夹具的刚度不足，且装配空间有限，因此是本设计的关键。

本项目的手机外壳及夹具体的图形如图

1、图2所示。

本组合装置主要包含以下几个部分：夹具体输送、装配到工作装置主机的装置，手机外壳零件的输送、放置定位装置，手机外壳零件与夹具体的组装装置，夹具组合体四工位旋转装置，夹具组合体从工作装置上分离下架的装置。

1.机座2.夹具体供料输送带3.夹具体取料定位装置4.手机壳供料装置5.手机壳取料定位装配装置6.夹具组合体下架装置7.夹具组合体装配转位支承装置8夹具组合体输出输送带

2各个功能装置

2.1夹具体供料输送带

输送带上配置有三个定位气缸，可以保证夹具体的定位要求，有序输送。

2.2夹具体取料定位装

夹具体供料输送带传送过来的夹具体，由夹具体取料定位装置上的四个气缸配合，把夹具体抓取至夹具组合体装配转位支承装置，与手机外壳进行四工位的组合装配。

2.3手机壳供料装置

手机壳放置在料槽里面，由气缸推送至手机壳取料位置，再由手机壳取料定位装配装置抓取至夹具组合体装配转位支承装置位置与夹具体进行装配。

2.4手机壳取料定位装配装置

抓取由手机壳供料装置输送过来的手机壳，输送至夹具组合体装配转位支承装置位置与夹具体进行四工位装配。

2.5夹具组合体下架装置

在夹具组合体装配转位支承装置位置进行夹具组合体四工位装配以后，由夹具组合体下架装置抓取，输送至夹具组合体输出输送带，完成夹具组合体装配任务。

2.6夹具组合体装配转位支承装置

此位置完成夹具体与手机壳的装配，由伺服电机进行转位以完成四个工位的装配。

2.7夹具组合体输出输送带

在夹具组合体四工位装配以后，由夹具组合体下架装置抓取至夹具组合体输出输送带，完成本道工序任务。

在设备设计过程中，需要解决以下问题：

（1）手机外壳及夹具体刚性不足，装夹时可靠性差，因此首先解决夹具体定位、夹紧及手机外壳的夹取问题。

（2）装夹中需要精准定位，否则可能造成装夹不成功，因此需要解决定位问题。

（3）装配方式、装配力的大小及方向需要调整好，否则不容易扣合。

（4）夹具体有4个装配面，因此需要解决夹具体的间歇运动及定位问题。

本项目的研究，解决了上述问题。填补了手机外壳与夹具装配的空白，提高自动化装配水平及效率。

参考文献

[1]叶增良，刘军辉.手机外壳喷涂治具注射模设计与模架的改进[J].模具制造，2017，17 （02）：34-38.