高速沖壓生產線后工序碼垛技術研究及應用

文／蔣鑫強，劉亞，張濤·格力電器（珠海）有限公司

隨著鈑金沖壓行業的發展，高速沖壓線的使用已日趨廣泛。由于節拍高且產品種類多、零件體積大等因素，后工序碼垛基本通過人工碼垛實現，制約了整體自動化水平的提升。同時員工勞動強度大、操作環境設備噪聲大，成了典型“四高”崗位。針對此種情況，項目組結合實際生產，從零件結構分析入手，率先對頂蓋類零件進行突破，解決了無法自動碼垛的難題。本文以空調器頂蓋為例，介紹了高速沖壓生產線后工序碼垛技術的研究及應用。

傳統方案的瓶頸

高速沖壓生產線特點

⑴大噸位的壓力機滿足多品種、大體積零件生產，零件覆蓋率高。

⑵高速的生產節拍，將沖壓效率提升至16 ～20次/分鐘。

自動化碼垛開展難點

⑴采用直坐標式機械手配合工裝定位臺的組合(圖1)，由于機械手結構及程序缺陷，隨零件碼垛高度變化后程序不能隨更、取料范圍及高度不能自適應多種頂蓋尺寸切換，節拍僅能滿足普通沖壓線，無法在20 次/分鐘的節拍下實現碼垛。

⑵采用機器人配合送料皮帶線以及工裝定位臺的組合(圖2)，由于原料油量過多而出現與吸盤滑動的問題，無法準確擺放，碼垛從15 層左右開始出現傾斜，對機器人碼垛有直接影響，若要滿足高速生產線的碼垛，需配置多臺機器人，在有限的空間難以開展。

項目方案研究與解析

方案總述

由于高速沖壓線節拍可達20 次/分鐘，常規機構無法實現快速碼垛，通過滑道以及自重疊放實現碼垛，再通過機器人自適應夾具一次取整料碼放到工裝箱，解決沖壓與碼垛節拍平衡問題，取代人工碼垛，通過定制工裝滿足多款頂蓋裝籠要求，實現工裝標準化及線體通用化。

難點突破

⑴機器人碼垛節拍與線體節拍一致不能降速問題。

解決方案：通過疊放集料裝置，采用多件疊放、一次抓取放料方式。

創新自動滑道疊加技術(圖3)，零件經過前端可調導向的輸送線抵達滑道位置，利用零件自重自動收集工件并堆疊，解決了快速節拍下無法直接碼垛的難題，成功將快節拍轉化為慢節拍作業。

⑵機器人碼垛需要多類尺寸規格零件通用，必須考慮夾具通用性問題。

解決方案：采用伺服夾緊，自適應零件外形尺寸，無需人工調整，實現機器人在線即時抓取。

創新多種工件碼垛方式可變技術，用伺服傳動，夾緊機構(圖4)步進到指定位置后，夾緊指定的產品，通過控制不同的程序來抓取不同的產品，生產時，根據用戶生產需求來設定程序，配合工裝形成對應跺型，從而實現自動切換。

工作原理和流程

碼垛方案設計及現場方案實施見圖5。

⑴高速生產線尾通過輸送線將零件輸出，輸送線自帶可調導向機構，適用多種類的零件輸送。

⑵零件沿導向機構輸送，并滑入對應的集料裝置，落到提升機托架上，每一次物料通過，提升機下降相應零件的設定高度。

⑶待托架集到一定數量(16 ～24 件)的零件后，推入工裝平臺上，移動平臺上氣缸工作，推送到機器人抓料位置。

⑷機器人接收到信號后，抓取工裝平臺上物料，放入空工裝托盤上。

⑸當單側工裝托盤上完成一垛料碼垛后，機器人開始另一側碼垛。

結束語

目前，行業后工序碼垛較為普遍，但是高速沖壓生產線后工序碼垛由于實施難度大，困難點多，始終難以突破。項目組通過自身不斷探索與試驗，逐步完成此套成熟機構。項目中獨到的節拍轉化技術以及垛型和抓取尺寸自適應技術集聚了各組員的智慧結晶，為客戶創造了良好的作業環境與工作體驗，推動了行業的智能制造進程，推廣性強，為行業樹立了標桿，對行業同仁具有借鑒意義。