文／鐘初鋮，資明庚，蔣鑫強(qiáng)·格力電器(珠海)有限公司

目前，沖壓加工在汽車行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)比較成熟，而在家電行業(yè)中多數(shù)還處于單機(jī)小噸位沖壓的生產(chǎn)模式。沖壓加工在家電行業(yè)中難以實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)模式，主要是因?yàn)榧译姰a(chǎn)品品類多、結(jié)構(gòu)形狀多樣、加工工序多所致。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中，工序間周轉(zhuǎn)頻繁導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。因此，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)結(jié)合現(xiàn)狀設(shè)計(jì)增效方案，研究空調(diào)底盤柔性化生產(chǎn)模式。

傳統(tǒng)底盤生產(chǎn)流程

傳統(tǒng)的底盤生產(chǎn)方式有兩種：一種是家用大批量的生產(chǎn)模式，另一種是商用小批量的生產(chǎn)模式。大批量的生產(chǎn)模式是借助機(jī)械手、工業(yè)機(jī)器人等將多臺(tái)沖床連成線，并使用專用的系列模具展開較高效率的生產(chǎn)，但該生產(chǎn)模式所需模具數(shù)量多、占用車間庫存面積大。而小批量的生產(chǎn)模式主要是為了滿足客戶的個(gè)性化需求進(jìn)行定制生產(chǎn)，這類產(chǎn)品往往重量大、體積大，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，并且生產(chǎn)效率偏低、成本較高。

以我司生產(chǎn)某型號(hào)商用空調(diào)底盤為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式中，生產(chǎn)一個(gè)商用空調(diào)底盤至少需要經(jīng)歷6道加工工序，即壓形、沖切、折彎、沖孔等流程才能最終使零件成形。生產(chǎn)過程采用多臺(tái)400t 壓力機(jī)單工序作業(yè)組成一條生產(chǎn)線，各工序之間需要人工將加工件運(yùn)至下一工序。

如圖1 所示，雖然傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式可以有效滿足現(xiàn)有的加工需求，但其生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、柔性化性能低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人員需求多、人員操作存在安全隱患、班次生產(chǎn)效率低，并且模具需要成套使用、模具切換時(shí)間成本高等問題都是現(xiàn)實(shí)存在的。因此，探索一種高度柔性化、利用機(jī)械代替人力的自動(dòng)化生產(chǎn)方式是企業(yè)亟需完成的任務(wù)。

圖1 傳統(tǒng)的人員密集型生產(chǎn)模式

空調(diào)底盤柔性化生產(chǎn)模式

要想突破傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式壁壘，需要綜合考慮沖壓工序、換模時(shí)間、換型周期、人員需求等因素，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上下料、沖壓工序合并、快速切換、減少模具數(shù)量是提升生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。以精益設(shè)計(jì)的思想為基礎(chǔ)，可利用我司現(xiàn)有設(shè)備組成自動(dòng)化生產(chǎn)線體，使用油壓機(jī)與一次成形模具的組合代替沖床多工序、多模具的生產(chǎn)方式，解決周轉(zhuǎn)多、效率低的問題；使用三軸機(jī)械手代替人工上料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上下料，解決勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。

線體方案設(shè)計(jì)

為拓展線體的適用性和加工零件種類的廣泛性，設(shè)計(jì)方案將一臺(tái)1500t 油壓機(jī)與一臺(tái)800t 油壓機(jī)通過三軸機(jī)械手等輔助設(shè)備聯(lián)動(dòng)組成一條大型油壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線，代替原有的多臺(tái)沖床、多道工序、多副模具的生產(chǎn)線，同時(shí)，該油壓機(jī)線體方案設(shè)計(jì)可滿足更大型號(hào)底盤的生產(chǎn)需求，線體可根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整單機(jī)作業(yè)和雙機(jī)作業(yè)兩種模式，極大拓展了線體的柔性化特點(diǎn)。

⑴單機(jī)生產(chǎn)模式。1500t 油壓機(jī)后方三軸機(jī)械手從上料小車上抓取物料，1500t 油壓機(jī)沖壓，前方三軸機(jī)械手將沖完的料從前側(cè)移出完成加工；800t 前方機(jī)械手上料，右側(cè)二軸機(jī)械手完成下料。

⑵雙機(jī)生產(chǎn)模式。生產(chǎn)物料放置在上料小車中，800t 油壓機(jī)前方三軸機(jī)械手將上料小車中的料放置到800t 油壓機(jī)上進(jìn)行沖壓，800t 油壓機(jī)右側(cè)二軸機(jī)械手將沖壓后的料放置在位于800t 油壓機(jī)和1500t油壓機(jī)中間的穿梭車中，傳送至1500t 油壓機(jī)進(jìn)行沖壓，1500t 油壓機(jī)上的三軸機(jī)械手抓料往前移動(dòng)，放置在線尾皮帶機(jī)，完成加工。線體設(shè)計(jì)布線如圖2所示。

圖2 油壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線體

利用自動(dòng)送料機(jī)械手，通過送料機(jī)械手實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)油壓機(jī)間的工件傳遞，拓展了線體對(duì)空調(diào)底盤生產(chǎn)的適用性和廣泛性。該方案設(shè)計(jì)的大型油壓機(jī)生產(chǎn)線可在單機(jī)模式與雙機(jī)模式間自由切換，在生產(chǎn)中利用率、靈活性高。

大噸位油壓機(jī)的使用

普通沖床是利用飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊的上下運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到?jīng)_壓的效果。這種沖壓是剛性的，具有很大的破壞性，對(duì)于空調(diào)底盤這類延伸較大的零件容易造成材料沖裂等情況。而油壓機(jī)是利用液壓油為介質(zhì)，通過靜壓力緩慢下壓達(dá)到材料成形的目的，對(duì)加工零件成形比沖床更有優(yōu)勢(shì)。

油壓機(jī)噸位是沖床的數(shù)倍，在生產(chǎn)空調(diào)底盤時(shí)，壓力可控且具備頂桿機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)加工過程板料始終保持被夾緊的狀態(tài)緩慢成形。油壓機(jī)還具備保壓功能，進(jìn)一步保證了材料成形的可靠度，極大降低了材料回彈的情況。雖然目前油壓機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍沒有沖床的生產(chǎn)節(jié)拍快，但其在零件成形的優(yōu)勢(shì)是可見的，未來油壓機(jī)將會(huì)逐步代替沖床，圖3 為我司現(xiàn)有800t 油壓機(jī)。

圖3 800t 油壓機(jī)單機(jī)

一次成形模具的設(shè)計(jì)

前面提到傳統(tǒng)模式生產(chǎn)空調(diào)底盤需要6 道沖壓工序，這也導(dǎo)致需要6 種模具。若生產(chǎn)中加工零件需要頻繁換型，一次換型需要將整套模具進(jìn)行更換，停線時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)大量的時(shí)間成本，且叉車在車間內(nèi)頻繁移動(dòng)增加了車間的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，將工序合并設(shè)計(jì)一次成形模具是解決這些問題的關(guān)鍵。在大噸位油壓機(jī)的加持下，一次成形模具設(shè)計(jì)有了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，傳統(tǒng)沖床的噸位是很難實(shí)現(xiàn)的。將傳統(tǒng)6 道工序的模具融合在一次成形模具結(jié)構(gòu)上，可實(shí)現(xiàn)只需沖壓一次就可以成形的目的，圖4 為我司現(xiàn)有某型號(hào)空調(diào)底盤模具。

圖4 某空調(diào)底盤一次成形模具

自動(dòng)送料機(jī)械手

油壓機(jī)前后均配置一部三軸伺服機(jī)械手，如圖5所示，利用吸盤拾取板料，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)快速平移和升降，從而達(dá)到自動(dòng)上下料的目的。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下對(duì)人員需求量大，而現(xiàn)今社會(huì)勞動(dòng)力成本不斷提高，利用機(jī)械代替人工是制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要手段。在空調(diào)底盤生產(chǎn)中應(yīng)用三軸伺服機(jī)械手，極大地提升了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖5 三軸伺服機(jī)械手

柔性化生產(chǎn)驗(yàn)證

如圖6 所示，該方案設(shè)計(jì)大型油壓機(jī)線體可生產(chǎn)多種家用電器底盤，經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)試驗(yàn)，目前已在線體上穩(wěn)定生產(chǎn)的零件有洗衣機(jī)底盤、洗衣機(jī)桶口、洗衣機(jī)桶底68R、2 匹空調(diào)底盤、680 空調(diào)底盤、335 空調(diào)底盤、900 空調(diào)底盤、50 空調(diào)底盤等。相較原有的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率大幅度提升，效率對(duì)比見表1。

表1 效率對(duì)比

圖6 大型油壓機(jī)聯(lián)機(jī)生產(chǎn)線

大型油壓機(jī)聯(lián)機(jī)線體打破了傳統(tǒng)沖床的多工序生產(chǎn)模式，降低了對(duì)生產(chǎn)人員的需求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化上下料、單工序或雙工序成形的高效率生產(chǎn)模式，且使用1500t 油壓機(jī)可滿足更大型號(hào)的底盤零件生產(chǎn)需求，彌補(bǔ)了原有線體的生產(chǎn)缺陷，圖7 所示為某大型空調(diào)底盤零件。

圖7 某空調(diào)底盤結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)束語

本文探討的空調(diào)底盤柔性化生產(chǎn)模式，相較于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，新增了自動(dòng)化上下料功能、快速換模能力，工序合并達(dá)到少人員、少工序、少換模、高效率的目的。將兩臺(tái)油壓機(jī)搭載三軸伺服機(jī)械手并通過自動(dòng)化穿梭車實(shí)現(xiàn)油壓機(jī)之間的工件傳遞，單機(jī)與聯(lián)機(jī)模式可自由切換，打破了大型洗衣機(jī)底盤、多聯(lián)機(jī)頂蓋等復(fù)雜零件多工序、人員密集的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。大型油壓機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)可以說是行業(yè)內(nèi)首次創(chuàng)新嘗試，可為行業(yè)大型設(shè)備聯(lián)機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)提供有力參考。