高端装备制造
光学元件多腔模压自动化生产设备的研发
2023-05-06
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参与人此前团队自主研发了高精密模压成型单腔机器,将与现团队在此基础上进行多腔模压自动化生产设备的研发(图 1),需要集合机械、控制、机械臂、工艺及软件开发等的工程技术才能成功,机械方面包括 6 个腔的主机设计,需要研究适合 6 个腔同时运作的传动结构,并确保真空密封的研究,考虑到模芯的装卸问题,由于传统设计都是以螺丝 把模架固定,而安装一套模具需要 8 根螺丝,6 套模具同时更换每次便需换 48 根螺丝,更换一次便需装卸 96 根螺旋。 因此在设计上会研究一种模具定位装置,最终能实现快速定位并减少螺丝安装数量至 50% 以及模具的装拆效率提高 30%;控制方面主要攻关 6 个腔的主机与机械臂之间的协调动作,并研究最优化的控制动作来进行软件编程;工艺优化主要对设备加热和降温的温度、时间、压力进行优化研究,研究最终能开发出一台稳定和高效率的全自动化生产设备,能生产不同尺寸和非球面形状的光学镜片, 该设备能达到预期每天 2400 片(20*120=2400)的产能,把产品的质量提升至 99.5% 良品率并把每片镜片的生产时间减至最少,开发的操作界面能让使用者容易操作,达到最佳的使用效率。


控制流程的优化,机械臂和工艺过程的配合优化多腔真空密封性(设计,密封圈,接头,管道规格设计与加工), 多腔体维修保养设计,多设备电源控制系统设计与优化,吸盘自动化取镜片方法优化(角度,位置,吸力)。要优化多腔模压自动化生产设备,要攻关以下的技术难题:

1)控制流程的优化 . 由于最多 6 个腔同步工作 , 控制流程要避免每个腔的生产时间出现延长或停顿。故流程的优化对产能有一定的影响,而且十分重要。

2)要克服机械臂需要拾取玻璃珠材料和成品镜片的技术难题。由于璃珠材料最小只有 2 mm, 而成品镜片是非球面 形状。要从模芯内稳定取放材料或镜片有一定难度 . 故此,机械臂上夹具的设计要克服多种尺寸和形状的困难,亦需设 计超过一种的取和放的机械夹具设计,方可成功。

3)此外,为了确保 6 个腔真空度的密封性 , 设计上包括适当密封设计,各种真空接头和管道的规格及加工质量,还有专业的安装技术,这些因素皆影响腔内的真空密封度。 

4)为了维修保养会影响设备停顿的时间和产能,设备的布局设计上要克服人和机工作位置互不干扰的问题。

5)多腔设备的电源控制系统设计需要优化,以减少用电量。由于每个腔需要两组电源分别在上和下模加热。6 个腔需 12 组电源,这样耗电量和成本会相当高。技术上我们可会使用 6 组电源来供应 12 组加热硅片,我们必需控制每个腔之间的生产时间,利用每个腔不同的加热时段来达至共享电源。

6)优化刀具生成路径保证硬脆材料的加工质量、定位难题:模具及模芯设计,通过公差配合保证同心度、平行度,并实现快速装调;模芯安装与模具安装,上下模具导柱定位。通过设计保证同心度与平行度。列出关键公差作为解决方案。

7)另我们会考虑各种技术上的难题后,设计和制成解决方案流程图,给工程人员在应对各种技术难题上,作出有效率的应对。