玻璃模具等離子焊自動生產線用于完成玻璃模具的自動上料、自動預熱、自動轉運、自動下料等任務，實現玻璃模具等離子焊接過程的自動化。
本章針對玻璃模具的結構特點，對多品種、小批量玻璃模具的等離子焊自動生產線的系統組成進行了規劃，并對系統各部分的總體方案進行設計，主要包括自動上料系統、高效節能加熱爐、轉運機構、焊接下料機構以及整體控制系統等方案設計。
２．１玻璃模具
２.１.１型腔結構特點
玻璃模具種類繁多，可根據不同的應用要求選擇不同的形狀和尺寸，具有極廣的選擇范圍。本文主要是以類半圓形玻璃模具為研究對象，設計一套玻璃模具等離子焊接自動生產線，首先需要分析等離子焊接的目標對象的結構特征，即玻璃模具的型腔結構特征。玻璃瓶罐模具的內部型腔結構幾乎各不相同，成模的內型腔結構與用其成模所生產出的玻璃瓶罐的外形結構是完全相同的，而初模的內型腔結構具有多樣性、無規律性，但其內型腔結構大小一定小于對應成模的內型腔結構；而玻璃瓶罐模具的外部輪廓結構特征大致相同。玻璃模具Ｈ維圖示意圖如圖２－ｌ（ａ）所示，其主要外形尺寸如圖２－１（ｂ）所示。
２.１.２玻璃模具尺寸特征
由于玻璃瓶罐大小不一，其長度和寬度尺寸也具有多樣化。因此對應的巧璃模具也有不同的尺寸－本文所針對的玻璃模具主要尺寸系列如表２－１所示。
表２－１玻璃瓶罐模具的尺寸系列
由上可知玻璃模具的尺寸跨度較大、外形復雜，轉運和焊接難度都會很大，而對于本文所設計的生產線要完全適用于滿足具有Ｗ上尺寸的玻璃模具，可知該生產線的設計的存在一定的難度。
２．２功能需求分析
結合合作企業所提要求和相關行業標準，玻璃模具等離子焊接自動生產線系統應滿足Ｗ下功能需求和技術指標：
（１）設計用途；該生產線主要用于多品種、小批量的玻璃模具工件的自動上料、自動預熱、自動轉運、等離子焊接及自動下料。
（２）巧適用工件尺寸：適用于該生產線的玻璃模具尺寸如表２－１所示，設計時需要確保最大外形尺寸的玻璃模具可良好的適巧于生產線，避免大工件在焊接和預熱過程中發生卡頓現象。
（３）生產線生產效率：在確保模具預熱溫度的前提下，滿足等離子焊接效率約為１件／ｍｉｎ。
（４）巧接工藝要求：對玻璃模具合縫面和合縫線處進行等離子焊接后，使焊層厚度達到０．７-０．９ｍｍ，寬度達２．８-３．０ｍｍ，焊層的硬度達到２８０-３００ＨＢＷ。
（５）可靠性和安全性：生產線的機械結構和控制系統具有較髙的穩定性和可靠性：生產線具有檢測巧報功能，當生產線運行出現狀況時，檢測系統可及時檢測出異常情況并發出巧報信號。
２．３系統組成
玻璃模具等離子焊自動生產線由上料運送機構、上料氣缸推動裝置、液壓缸推動裝置、上料撥動裝置、轉運小車、送料小車、控制系統、傳感器等組成Ｉ按其功能可分為自動上料系統、外循環系統、商效節能加熱爐等，其中外循環系統主要包括上料機構、循環轉運機構、焊接下料機構．該生產線系統結構組成框圖如圖２－２所示。
玻璃模具等離子焊接自動生產線的工作過程為：將待預熱玻璃模具放置在上料運送裝置上，由輸送鏈條鏈板帶動工件以固定的姿態向上運行，可根據玻璃模具的大小切換不同的傳感器，以保證工件到位的準確性；待傳感器檢測到到位信號，上料氣缸動作推動工件至轉運小車中的托盤上進行上料；托盤和工件隨轉運小車運動至進料爐口處，分選上料拔動氣缸動作，推動托盤和工件至進料爐口處，轉運小車運動至出料日處；爐口升起到位后，液圧缸動作推動托盤和工件向前運動，工件到達出料爐口處，爐口下降至指定位置后，側面氣缸推動工件和托盤至轉運小車上，爐底下料氣缸動作推動工件至送料小車上，同時托盤在轉運小車的帶動下回到初始位置進行重新上料，至此系統完成一次循環上料過程。預熱完成的工件通過送料小車運送至工作臺進行等離子招接；控制系統控制通過檢測外部信號控制整條生產線的氣缸、液壓缸、電機動作；爐內溫度檢測系統中實時檢測爐內溫度，在溫度達到要求時進行玻璃模具的出料動作。玻璃模具等離子焊自動生產線將周期性的對多品種、小批量的玻璃模具進行自動上料、自動預熱、自動轉運、自動送料、等離子焊接以及自動下料。
玻璃模具等離子焊接自動生產線的工作流程如圖２－３所示。
２．４系統總體方案設計
玻璃模具等離子焊接自動生產線的總體方案設計可分為玻璃模具等離子焊接自動生產線外循環系統總體方案設計和高效節能加熱爐總體方案設計。其中玻璃模具等離子焊接自動生產線外循環系統總體方案設計包括：自動上料系統總體方案設計、循環轉運機構總體方案設計、巧接下料機構總體方案設計以及控制系統總體方案設計。
（１）自動上料系統總體方案設計
自動上料系繞是玻璃模具等離子焊接自動生產線外循環系統的基礎，主要包括上料鏈板、上料鏈條、上料推動裝置、機架等零部件。其中上料鏈板和鏈條用于支撐并運送待預熱焊接的玻璃模具至指定上料區域；上料推動裝置用于將等待預熱的工件推送至轉運小車進行上料；機架則是安裝鏈條板、鏈條、電化、上料推動裝置等附件的基體。
由于玻璃模具外形復雜導致工件之間容易發生相互干涉的現象，且為保證供料速度能滿足系統的要求，上料時應合理的布置工件相互之間的距離。針對玻璃模具類半圓形的外形Ｗ及多品種小批量特點，需設計通用性上料推動裝置。為解決工件在上料至轉運托盤中的準確定位問題，在上料曰至轉運小車之間設計導向和過渡裝畳以保證工件能準確上料至轉運小車上。另外，為滿足不同大小玻璃模具準確上料的要求，應設計接近開關和光電傳感器兩者相互切換裝置，確保模具能準確停在指定位置。
（２）循環轉運機構總體方案設計
循環轉運機構可分為分選上料撥動裝置、轉運小車、側面推動裝置以及爐底下料推動裝置。為滿足多品種、小批量玻璃模具通用性上料Ｗ及預熱要求，特設計通用托盤來滿足不同大小的玻璃模具的轉運和預熱。為滿足工件的循環上料，特設計轉運小車配合轉運托盤進行循環工作。當托盤隨轉運小車在電機和鏈條的帶動下運動至上料口，上料氣缸推動待預熱工件至轉運小車的托盤上。然后轉運小車隨托盤和工件運動至進料爐口處，托盤和工件一起進入爐內，此時轉運小車運動至出料爐口處來轉接出料口托盤，在爐底下稱氣缸的作用下預熱后的工件和托盤分離，隨后轉運小車隨托盤運動至上料口進行重新上料。為提高預熱效率并節省空間特設計了雙箱體高效節能智能化加熱爐，此時要對轉運至小車上的工件進行分別上料，需設計分選上稱撥動裝置，從而使工件分別進入１、２爐箱內進行預熱。此分選上料撥動裝置在爐底相對狹小的空間內要準確滿足上料要求，且不能與１、２號升降爐門干涉。此外由于爐口處溫度較髙，設計時應盡量遠離爐門，避免溫度較高。當工件達到預熱溫度，出料爐口下降，為完成出料動作，需設計側面推動裝置，推動工件和托盤至轉運小車上。爐底下料推動裝置用于分離預熱后的高溫工件和托盤，設計時需充分考慮空間和高溫等條件。
（３）焊接下料機構總體方案設計
焊接下料機構是針對預熱后的高溫玻璃模具，完成模具工件的送料、等離子焊接、下料運輸以及集中緩慢冷卻處理。具體可分為送料小車、焊接前推動裝置、工作臺以及下料輸送裝置。爐底下料推動裝置推動完成預熱后的工件進行下料時，巧設計送料小車運送預熱后工件至各個工作臺進行等離子焊接，要求送料小車運行過程中速度適中、安全可靠、定位準確。當送料小車運動至指定工位時，焊接前推動裝置推動工件至工作臺進行等離子揮接。設計導向板以及過渡板以保證工件上料的平穩性，同時為保證工作臺上料的安全性，特設計氣缸夾持機構，保證工件在可控的情況下平穩運行。根據玻璃模具復雜的外形特點以及模具進行等離子焊接位置的不確定化設計４個可旋轉式焊接工作臺。該工作臺包括焊接完成下料裝置和下料導軌等可對完成焊接后的工件進行下料。工件完成焊接后，需對工件進行集中保溫處理．設計下料輸送裝置，輸送工件至保溫箱內。
（４）商效節能加熱爐總體方案設計
高效節能加熱爐是玻璃模具等離子焊接自動生產線的核也組成部分，其主要包括：液壓缸推動裝置、爐口升降機構、雙箱爐體以及爐內導軌等。該加熱爐特點是高效、節能且滿足品種、小批量的玻璃模具的預熱溫度為７５０℃左右高溫預熱要求。在不提高預熱溫度并節約成本的條件下，設計雙箱體高效節能加熱爐，極大的提高預熱效率。可根據實際生產情況選擇１、２號爐單獨王作或者同時工作，滿足自動生產線的柔性化生產要求。設計液壓缸推動裝置，為托盤和工件在爐內運動提供充足驅動力，但要充分保證液皮缸推動裝置的穩定性。設計爐內導軌配合托盤完成玻璃模具在爐內的循環預熱過程。為減少爐門開關時造成熱量的損失，特設計爐體底部自動化升降爐口，用于自動化進出料。
（５）控制系統總體方案設計
控制系統是玻璃模具等離子焊接自動生產線得以正常運行的保證。在對國內外生產線采用的不同類型的控制系統進行深入研究的基礎上，確定該自動生產線控制系統采用ＰＬＣ作為整個系統的控制核也，以觸摸屏作為人機交互界面。為確保玻璃模具上料的穩定性和準確性，需對上料輸送裝置、上稱推動裝置的控制進行設計；為確保系統周期性托盤循環上料，需對轉運機構的運動控制進行設計；為確保商效節能加熱爐滿足多品種、小批量復雜外形的玻璃模具的自動化高溫預熱要求。需對加熱爐的控制進行設計：為確保預熱后的玻璃模具完成等離子焊接工作，需對焊接下料機構的控制進行設計。此外，為確保本系統能夠安全可靠的運行，控制系統應不斷監測系統的運行狀態。當系統發生故障時，警示工作人員排除故障并恢復系統運行。
２．５本章小結
本章首先介紹了玻璃模具的結構特點，并對其外形尺寸特點進行了詳細說明；然后針對其特點－對玻璃模具等離子焊接自動生產線的系統組成進行了規劃，將系統劃分為自動上料系統、轉運機構、商效節能加熱爐、焊接下料機構和控制系統等部分，并對系統各部分之間協調工作的過程進行了詳細闡述；最后對系統各部分的總體方案進行了設計，分析了自動上料系統、控制系統、轉運機構、高效節能加熱爐、焊接下料機構設計時的關鍵問題，明確了各部分的設計要求，細化了各部分所要完成的設計任務。
