大型空調鈑金沖壓零件成形碼垛智能機器人生產線

文/張濤，曹芳青·格力電器（石家莊）有限公司

本文將對沖壓成形碼垛智能機器人生產線整體設計方案進行詳細闡述，并對智能機器人生產線優勢進行介紹。

空調行業沖壓技術發展概述

目前空調行業沖壓生產方式主要經歷了如下發展歷程。

原始沖壓生產方式為每臺沖床單獨作業，且每臺沖床至少需要一名員工上料、下料，生產效率低，同時存在一定的安全隱患。

隨著自動化技術的發展，機器人逐漸應用到沖壓生產過程中。對于關鍵重點工序，沖床周邊配備一臺機器人，用于自動上、下料，實現了機器人與沖床聯同作業，但整體效率仍舊沒有得到有效地提高。

為了解決多工序沖壓零件生產效率低下、周轉時間長的問題。通過機械手實現多臺沖床同步作業，大大提高了沖壓生產效率，但是線體兼容性較差。引進的一條機械手線體投入達到幾十萬元，卻只能應用在部分鈑金沖壓零件當中，給生產帶來了非常大的制約。

沖壓成形碼垛智能機器人線體總體設計方案

隨著沖壓技術不斷發展，多臺機器人與沖床連線生產模式應運而生。機器人實現多臺沖床之間鈑金件的抓取、運輸、碼垛，從而實現大型零件沖壓成形、碼垛一個流無人化生產模式。

線體組成

應用于空調鈑金車間的大型沖壓成形碼垛智能機器人生產線主要由一臺片料站、7臺六軸機器人、一臺翻轉站、5臺沖床、多種碼垛工裝組成。生產現場布局圖如圖1所示。

其生產流程為：片料站送料→1號機器人抓料、放料→1號沖床沖壓→2號機器人抓料、放料→2號沖床沖壓→3號機器人抓料、放料→翻轉站翻轉→4號機器人抓料、放料→3號沖床沖壓→5號機器人抓料、放料→4號沖床沖壓→6號機器人抓料、放料→7號機器人抓料、碼垛。線體布局圖如圖2所示。

2.介詞 (表示某情況自過去某時間點或某個事件以來一直持續到現在)自…以后，從…以來。通常作為完成時態的時間狀語。

圖1 生產現場布局圖

圖2 線體布局圖

片料站設置B、C兩個料臺，當B料臺在送料時，C料臺處于等待狀態，由操作員將片料放置在C料臺。B料臺送料完成后，進入等待狀態，C料臺進行送料，周而復始，往復進行，從而保證不間斷式生產。同時片料站送料部位安裝雙片料檢測裝置，若出現雙片料的情況，機器人將放下片料，再次抓取；若再次抓取仍舊為雙片料，則系統自動報警，有效的設備質量二道防火墻，保證了沖壓零件整體質量合格率。

整條自動化線體由7臺IRB 6700機器人進行連接，該機器人有效負載150kg，工作范圍高達3.2m，與大型沖壓設備配合，快速精準實現鈑金件搬運、碼垛，使用范圍廣，推廣性強。

沖壓成形碼垛智能機器人生產線由4臺雙點250t沖床與1臺雙點200t組成，為臺灣金豐沖壓設備，采用三菱PLC控制器、配合PAC10電子凸輪機進行控制，操作簡單、電氣設計精密，安全保護機構措施完善。舉牙、球座、曲軸等關鍵核心部件選取高強度材質，金屬工藝處理標準較高，設備整體精度高，穩定性好，可滿足不同型號空調鈑金件的沖壓工序。圖3所示為雙點250t沖床。

智能人機界面設計

系統控制方面：采用現場總線和以太網控制系統，保證系統運行的穩定可靠。通過對沖床PLC內上死點、下死點、啟動、停止等信號與機器人控制系統進行連接。CClink現場總線把工業機器人的系統與控制系統聯鎖對接，從而實現信息的交互。將沖床、機器人各信號匯總至總控PLC進行數據處理，完成由單臺設備至連線生產的有效控制。

操作方面：采用維綸觸摸屏實現人機交互操作，通過以太網TCP-IP協議將人機界面與總控PLC連線進行數據傳輸，實現智能機器人生產線一鍵控制。人機界面可以實時顯示智能機器人生產線整體運行情況（圖4）。

系統狀態顯示：包括當前報警狀態、安全保護狀態、機器人電源、機器人狀態、機器人原點，雙料報警等。

整線控制：可控制機器人電源、對機器人復位、啟動機器人、選擇單次模式、整線結束等。

圖5詳細顯示了各個機器人與各臺沖床的狀態，沖床的沖壓條件和上下料與定位狀態。

圖6所示為產品頁面及報警指示頁面。每臺沖床PLC執行狀態實時顯示，同時可自主選擇生產產品，自動匹配對應程序及機器人點位，實現零件一鍵切換。同時設備故障時，人機界面將當前故障點集中在畫面中并顯示出來，方便操作人員及時處理維修，提高工作效率。

圖3 雙點250t沖床

圖4 運行頁面

圖5 狀態頁面

大吸力通用性夾具設計

沖壓成形碼垛智能機器人生產線主要用于生產空調外機及內機大型鈑金件，由于鈑金件外形尺寸差別非常大，如I系列柜機（圖7）左側板整體尺寸為1299mm×172mm，普通32空調面板（圖8）外形尺寸約為710mm×434mm，為了保證機器人生產線整體通用性，需要設計通用性快速切換式夾具，以此滿足多款零件的生產。

圖6 產品頁面及報警指示頁面

圖7 I系列側板零件

圖8 32面板零件

將高強度鑄鋁材質的鋁管和吸盤組成安裝模塊，每個模塊可以實現多重組合安裝方式，大大提高了智能機器人生產線的兼容性，保證了夾具的通用性（圖9），有效避免了傳統方式下每款生產零件均要制作對應夾具的弊端。同時每個模塊均可以在夾具支架上進行快速拆卸安裝，每款零件夾具切換時間保證在10min以內，提高生產效率。

圖9 通用性夾具

自動碼垛式工裝設計

傳統人工碼垛的生產方式已經無法滿足智能機器人生產線需求，但是對于外形尺寸差距較大的空調鈑金件而言，每款零件均需要與其對應的工裝車，用于沖壓完成后鈑金件的碼垛，對智能機器人生產線而言，這是一個較大的難題。

借助皮帶線作為輔助定位裝置，并根據鈑金件外形特征，制作對應的工裝車（圖10），方便機器人進行自動碼垛。如針對I系列柜機側板鈑金件，整體呈細長型分布，傳統碼垛方式非常容易造成零件傾倒，且每車僅能碼垛100件。設計格柵式工裝車，通過工裝車對鈑金件進行定位，每車可碼垛250件，同時有效防止零件傾倒劃傷的質量隱患。

沖壓成形碼垛機器人線體項目優勢

大型沖壓成形碼垛機器人線體為空調鈑金沖壓行業帶來了新的突破，徹底擺脫了傳統機械手自動化線體的束縛，機器人線體無論是在產品兼容性、生產安全性還是在生產效率等方面均有比較大的優勢，正在逐步成為沖壓行業的主導生產模式。

圖10 碼垛工裝車

兼容性高

沖壓成形碼垛機器人線體充分發揮了機器人的兼容性，六軸機器人作業范圍廣、自由度高，可適用于外形差距較大的各種鈑金件沖壓。同時在六軸機器人手臂末端增加直線七軸，比六軸機器人擁有更快的傳輸速度，降低了對沖壓模具的要求，這正在成為一種新型的沖壓線體連接方式。

安全性強

機器人線體的應用，實現了空調鈑金沖壓零件的無人化、自動化生產，相比傳統人工沖壓的生產方式，具有更高的安全性。操作員工無需直接接觸沖床或機器人設備，只需要在主控臺遠程操控即可，解決了沖壓行業安全保障性低的難題。

效率高

沖壓成形碼垛機器人線體的應用，相比傳統單工序沖壓生產模式，人均生產效率大大提高。機器人線體投入前，單班10人才能完成的沖壓生產計劃，在機器人線體投入后，單班1人即可完成，人均生產效率是原來的9倍。

結束語

大型沖壓成形碼垛智能機器人生產線填補了空調鈑金沖壓零件快速生產的空白，該技術大大提高了生產效率，保證了線體的多重兼容性，還保持了機器人柔性生產特性，為廣大空調生產企業提供了一種新型的生產方式。