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使用機械手臂輔助的塑膠射出成型機進行射出成型

射出成型的塑膠加工工藝的最高原則。Hauff 家族企業將洗碗機的洗碗籃滾輪生產完全自動化。關鍵在於 KUKA 機械手臂和多功能生產單元。


普福爾茨海姆的塑膠射出成型工藝,有強大的專有技術做後盾

Jörg Vetter 每每開車進入德國南部普福爾茨海姆的工業園區時,總會抬頭望向廠房的窗戶。「每次看到它在工作,心情就很雀躍。」,這個能讓這位 Hermann Hauff GmbH & Co. KG 塑膠射出工廠技術部主管會心一笑的就是 Arburg Allrounder Cube 2900 塑膠射出成型機。這台射出成形機自 2019 年開始在 Hauff 生產洗碗機中的洗碗籃滾輪。這些塑膠工件包含兩個連接的零件,一個是可自由活動的輪子,另一個則是固定安裝的插孔。對洗碗機輕鬆裝載和卸載不可或缺的滾輪是在這台射出成形機中注塑成型的。射出成型和組裝全在 Hauff 與射出成型機製造商 Arburg 共同合作打造的全自動化流程中完成。
KR QUANTEC PA 搭配塑膠射出成形機。

搭配大型塑膠成型機,獨一無二的系統

「我們的系統和所有相關流程是全世界獨一無二的」,技術部主管 Jörg Vetter 說道,「我們因此省下了四到五台射出成形機的成本,我們的員工也不必疲於處理單調的重複性生產任務。」Hauff 每年使用該單元,單單為 BSH Hausgeräte GmbH 就生產出約 6,000 萬個零件,未來三年內產量將增加到 7,500 萬件。這家家族企業是 Hermann Hauff 於 1966 年在普福爾茨海姆創立,現在由兩個女兒 Andrea Hauff 和 Carmen Hauff-Bischoff 接班,生產優質的精密的射出成形的零件和成型工藝的模具。Hauff 的客戶涵括「白色家電」的家電技術領域、汽車領域和醫療技術領域。
位於普福爾茨海姆的 Hauff 公司使用射出成形機生產塑膠零件

射出成型產業中自我要求最高的隱形冠軍

「我們從別人放棄的塑膠加工開始」,Jörg Vetter 闡述著企業理念。身為公司 20 年資深員工的他對公司歷史如數家珍:「冰淇淋勺生產起來簡單又便宜。但如果是重量為 0.0004 到 400 公克的高科技精密塑料組件,就要靠品質——並不是每家工廠都能勝任。」而位於普福爾茨海姆的 Hauff 之所以每天都能符合這項要求,其實 robomotion GmbH 公司也功不可沒。
以高品質標準和使用精準的模具進行塑膠加工
這家公司是設計和建構客製化自動化解決方案的專業技術開發公司,特別是塑膠產業。因此,機器人專家是 Hauff 公司制訂自動化生產流程最搶手和最重要的開發合作夥伴。

稱之為「一件流」(one piece flow)的自主流程

「我們的任務是重新設計洗碗機洗碗籃滾輪的生產和安裝流程,除了優化有限的生產空間利用率,同時還能提高產量和效率」,robomotion 公司的總經理 Andreas Wolf 解釋道。「這等於揮別手動作業以及建立從塑膠成型機到棧板的自動生產流程 - 亦即『一件流』(one piece flow),也就是無中斷的連續流程」。為了開發出一套整合射出成型機、模具、搭配的機械手臂單元、所需的夾爪,以及推棧機器手臂的系統,robomotion 公司與 Jörg Vetter 和其團隊一起仔細觀察了整個流程。
塑膠射出成型的精度和速度

為塑膠成型量身打造的機器

「整套系統的開發耗時兩年多,光軟體就磨了一年」,Jörg Vetter 說道。「過程中我們不斷衡量和重新思考。」Arburg 機台製造商利用這個「Cube 方塊」的概念設計了一套集結生產和組裝兩組件的工具。從射出成形機的名稱「Reverse Cube 2900」就能看出端倪:這個鋼製方塊可繞著其中軸反向旋轉,因此在這裡塑膠成型的零件藉由特殊的夾爪可在兩個工作步驟內完成組裝,然後透過輸送帶送至包裝單元和堆棧單元。「這套系統是全世界獨一無二的,只有我們才有」,Vetter 自豪地說道。
從生產到包裝:機械手臂快速完成工作

使用射出成型機器人使塑膠成型

「為能在狹小的空間內達到最高效率和最大運行安全性,我們將流程交到 KUKA 機械手臂的『手裡』,這讓我們擁有很多設計選項」,Andreas Wolf 解釋說。射出成形機和六軸 KR QUANTEC 攜手合作,實現最大的重複精度和連續精度。在射出成形循環的同時,機械手臂從方塊下部取出滾輪,插入插孔內,然後取出塑膠成品,將它們置於送往包裝方向的輸送帶上。這樣就能每 9.5 秒生產 24 個高品質的洗碗籃滾輪。
洗碗機的洗碗籃滾輪在 KR QUANTEC PA 的協助之下完成生產

使用 KR QUANTEC PA 進行塑膠加工

輸送帶連接生產單元以及包裝和堆棧單元,即 KR QUANTEC PA,它是市場上其中最快速的一款堆棧機械手臂。「修長的堆棧機械手臂用途廣泛且動性強,干擾輪廓極小」,Andreas Wolf 說道。在 Hauff 的廠房裡,機械手臂折疊裝運紙箱,將紙箱放在輸送帶下方,裝箱後封箱,並堆放在歐規棧板上。工廠每天出貨三個棧板,每個棧板有 45 箱子,共計 70,200 個塑膠滾輪。
從塑膠射出成型到機械手臂推棧
「這套系統完全獨立運行,無需其他維護成本」,Andreas Wolf 說道。「我們規劃了八小時的緩衝時間。時間一到,員工就必須將裝好的棧板從系統取走。這表示:塑膠成型機可自行完成一整個班次的作業。」

在規劃時透過仿真避免錯誤

為使產程在進行時,這個複雜的生產步驟得以順利進行,盡可能精準的規劃不可少,因此 Andreas Wolf 利用 KUKA.Sim 將 KUKA 機器人離線程式設計的智慧型規劃軟體整合到系統開發中。「正因為生產現場的空間非常有限,因此在系統及其功能正式啟用前,必須先行試用。如此我們在工程階段就能進行週期時間分析,並將結果納入佈局和設計中。那就是虛擬空間的『做中學』」,Wolf 說道。「如果沒有 KUKA.Sim,系統配置肯定會更加繁瑣和昂貴,甚至錯誤百出。這恰恰對中小企業而言,是難以承受的損失。」
透過 KUKA.Sim 將 KUKA 機械手臂和全新塑膠成型機無縫整合到系統中

滿懷熱情實現塑膠加工自動化

對 Cube 系統及其可能性的深入理解有助於 Jörg Vetter 讓 Hauff 員工對自動化心悅誠服。這位技術部主管說:「要讓大家理解,新科技的目的不是與人為敵,而是來服務人類,減輕人類的工作負擔,讓工作更有變化,這還需要一點時間來證明」。特別是在這個專業人力越來越缺乏的時代,這是一項重要因素。「我們不斷地精益求精,我的想法已經超前邁出了好幾步,我打算和管理階層以及技術合作夥伴共同思考如何提高單一機台的產量。如果想到值得一試的新方法,我們也會將想法付諸行動。」

這款機械手臂速度極快,縮短了生產週期時間,同時提升了生產品質,工作節奏絲毫不受影響。

Andreas Wolf,robomotion GmbH 總經理

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