自動化柜體組裝線設(shè)計與分析

李順榮

摘要：針對目前傳統(tǒng)的板式柜體純手工生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)管理的問題，根據(jù)板式柜體安裝工藝，建立柜體線新生產(chǎn)線的工藝布局，設(shè)計一套自動化的板式柜體組裝生產(chǎn)線，降低人工成本，縮小產(chǎn)品品質(zhì)波動;生產(chǎn)線包括自動化上下料、預(yù)制件自動化備料系統(tǒng)、自動壓裝系統(tǒng)化、自動化輸送系統(tǒng)等;根據(jù)生產(chǎn)線精益生產(chǎn)的原則，自主設(shè)計與研發(fā)首條柜體整裝自動化組裝生產(chǎn)線。保證產(chǎn)品加工之后的質(zhì)量符合要求。自動化柜體生產(chǎn)線的設(shè)計與建立，為后續(xù)板式家具自動化生產(chǎn)線的設(shè)計及應(yīng)用提供技術(shù)參考和可行性依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動化、柜體、品質(zhì)管理、節(jié)約人力

1 柜體組裝工藝流程與產(chǎn)線布置

1.1 工藝流程分析

柜體組裝基本工藝流程如下：板件等物料定位輸送→旁板組裝→抽屜組裝→拉擋上料→柜體拼裝→抽屜安裝→人工調(diào)試&清潔&貼碼等→包裝→打包→碼垛。整體的工藝流程可分為柜體組裝和柜體包裝兩大類，組裝分為旁板組裝、抽屜組裝、拉擋上料、柜體拼裝、抽屜安裝，其中抽屜安裝分為抽屜鎖及導(dǎo)軌的安裝;人工調(diào)試主要負責抽屜的調(diào)試，小配件的安裝;柜體表面的清潔，包裝分為粘貼產(chǎn)品標碼、套袋、放置紙托、自動打包、自動碼垛等。

1.2 產(chǎn)線布置

我司以降本增效、杜絕生產(chǎn)過程七大浪費的精益生產(chǎn)思想為指導(dǎo)，設(shè)計出首條柜體組裝柔性生產(chǎn)線，具備柔性強，成本低，適用性強的特點，柜體組裝線產(chǎn)線布置如圖1所示，產(chǎn)線分為以柜體裝配主線為中心，分為四條支線，即旁板裝配支線;背板、底板、拉擋板上料支線，抽屜裝配支線;包裝支線，部件上料安裝完成后，集合到柜體裝配主線，柜體通過自動化組裝后自動定位輸送至框體壓制工位完成壓制后，自動輸送至包裝碼垛工位完成柜體包裝。

2 主要工作單元

2.1 旁板裝配單元

旁板裝配單元包括伺服自動輸送工位、取料機械手、鎖槽安裝、四軸機器人導(dǎo)軌安裝、涂膠加工等工位。主要完成左旁板、右旁板上料，旁板上導(dǎo)軌、鎖槽的安裝及涂膠工藝。獲取訂單信息后，通過控制伺服自動輸送裝置控制左旁板、右旁板進料，當工件到達指定區(qū)域時，再通過機械手抓取并旋轉(zhuǎn)一定角度，放置在進料加工平臺，加工平臺利用伺服進料感應(yīng)裝置將工件推進至對應(yīng)加工工位;之后在加工工位自動完成左右旁板鎖槽、導(dǎo)軌的安裝以及涂膠等動作，最后便從該工位出料口自動輸送至下一個組裝工位。

2.2 背板&底板&拉檔板上料單元

背板&底板&拉檔板上料單元包括伺服自動輸送工位、取料機械手、開槽/噴膠/木肖安裝一體化加工工位，主要完成柜體背板&底板&拉檔板的開槽（底板）、噴膠、木肖安裝及上料;該上料系統(tǒng)排布四個輸送裝置，通過伺服輸送裝置控制不同板件的進料節(jié)拍、并自行調(diào)整工件基準靠面（方向），從而精準地把工件輸送至指定區(qū)域;當工件到達指定區(qū)域時，再通過機械手抓取并旋轉(zhuǎn)一定角度，放置在進料加工平臺，加工平臺利用伺服進料感應(yīng)裝置將工件推進至加工工位;之后在加工工位自動完成工件的開槽、噴膠、木肖安裝等動作，最后便從該工位出料口自動輸送至下一個組裝工位。

2.3 抽屜裝配單元

抽屜裝配單元可以完成柜體抽屜各個部位的組裝與加工，并能自動運輸?shù)街骶€。由于抽屜組裝涉及到的工藝與物料較多，為解決這一問題，抽屜裝配單元上設(shè)計了多種自動化組裝的設(shè)備，主要包括了自動上下料機器手臂、自動插木肖涂膠機構(gòu)以及抽屜壓裝機構(gòu)等。由于訂單的不同，抽屜的規(guī)格、工藝也有著些許的差別，本裝配單元可以識別不同的抽屜規(guī)格進行加工生產(chǎn)，整條線通過機器手臂進行抽屜板的上料—自動插木肖、上膠—自動進行導(dǎo)軌安裝—抽屜壓裝—機械臂下料—人工裝鎖的順序進行生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。自動化的設(shè)計，使得整個單元僅需兩人便能完成常規(guī)抽屜的加工，員工的操作負荷量得到大量的降低。

2.4 柜體裝配單元

柜體裝配單元是各個支線的集合單元，在這個集合單元中將安裝所需要的部件，旁板;底板;背板;拉擋板上料匯總，人工將框體進行組裝，組裝完成后傳送到壓裝機，進行框體的緊固作業(yè)，壓裝機的使用提高了產(chǎn)品安裝的效率，同時也有效的避免了人工安裝時發(fā)生的安裝不夠牢固等問題，壓裝后減少柜體裝配后尺寸的偏差，保證了后續(xù)抽屜的順利安裝，同時提升了產(chǎn)品的品質(zhì)，壓裝完成后進行抽屜及導(dǎo)軌的安裝，直線將抽屜裝配好后，自動傳送到柜體裝配主線，又現(xiàn)場工人進行安裝及調(diào)試，最后將安裝好的柜子做好清潔。

2.5 包裝&碼垛單元

包裝與碼垛單元，不僅有更高的效率，更多的功能、且易于維護，通過系統(tǒng)進行精準的操作和運動控制，在工作范圍內(nèi)可以實現(xiàn)指定位置的抓取和堆放，高可靠性。機器人的手臂安裝在一個固定的機座上面，能在兩個方向上個旋轉(zhuǎn)180°。所有的軸都是經(jīng)過伺服馬達和齒輪進行轉(zhuǎn)動。伺服系統(tǒng)的底噪音和低維護費實現(xiàn)了動作高重復(fù)精度。手爪被安裝在法蘭中心，它通過吸盤抓取并碼垛 ，機器人自動抓取垛倉里的垛板到一個指定位置，箱子被整列的抓取并放置到垛板上，后通過傳送帶傳送至包裝機器人處，機器人通過使用保鮮膜進行旋轉(zhuǎn)包裝，包裝完成后自動裁切保險膜完成碼垛包裝。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 預(yù)制件自動化備料技術(shù)

3.1.1 木肖自動化安裝技術(shù)

木肖的自動化安裝由“自動植隼機”設(shè)備來實現(xiàn)。通過自主研發(fā)木肖自動化安裝的技術(shù)，木肖的安裝無需人工進行，僅需對相應(yīng)的自動化安裝植隼機進行設(shè)置，機器可以自動上膠，自動木肖的打入，既省時省力，又在加工的質(zhì)量上達到了最優(yōu)的效果，實現(xiàn)了垂直、水平面注膠植榫一體化（如圖2、3）。

3.1.2 預(yù)埋件自動化安裝技術(shù)

柜體板件中旁板作為主要的組成部件，包含了整個柜體80%以上的連接件孔位，是柜體組裝效率提升的難點。為解決此問題，采用精確定位的控制技術(shù)。利用視覺識別實現(xiàn)板件自動定位，實現(xiàn)物料精確定位輸送。通過加工位置的預(yù)設(shè)，設(shè)備在檢測到板件后，自動將板件信息傳送至控制系統(tǒng)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)庫內(nèi)加工信息對比，選定加工程序后開始自動加工，完成側(cè)面預(yù)埋件和正面預(yù)埋件的加工，同時根據(jù)工位設(shè)定，自動實現(xiàn)上下料管理，完成導(dǎo)軌自動化安裝，完成旁板備料工位的自動化安裝（如圖4）。

3.2 抽屜自動化組裝技術(shù)

抽屜組裝設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，通過該設(shè)備實現(xiàn)了抽屜的自動化組裝，提高了工作效率，且加工完成的抽屜品質(zhì)佳。屜組裝設(shè)備包括工作臺面，工作臺面優(yōu)選結(jié)構(gòu)為呈傾斜角度設(shè)置，工作臺面上固定設(shè)置抽屜定位機構(gòu)，抽屜定位機構(gòu)的相鄰兩側(cè)配合設(shè)置抽屜擋接機構(gòu)，抽屜擋接機構(gòu)與抽屜定位機構(gòu)之間構(gòu)成抽屜擋接位，抽屜定位機構(gòu)不設(shè)置抽屜擋接機構(gòu)的兩側(cè)配合設(shè)置抽屜壓緊機構(gòu)。抽屜擋接機構(gòu)包括擋板，抽屜壓緊機構(gòu)包括氣缸，抽屜定位機構(gòu)前側(cè)設(shè)置抽面插槽，方便抽屜的抽面落入，起到穩(wěn)定抽屜的效果（如圖5）。

3.3導(dǎo)軌自動化安裝技術(shù)

抽屜導(dǎo)軌組裝設(shè)備，包括工作臺面、導(dǎo)軌存儲倉、螺絲振動盤、自動鎖螺絲機構(gòu)及導(dǎo)軌抓取定位機構(gòu)，通過抓取機構(gòu)將導(dǎo)軌抓取并移動到對應(yīng)位置，從而將通過自動鎖螺絲機構(gòu)將導(dǎo)軌固定在柜體的側(cè)板上，從而實現(xiàn)了導(dǎo)軌自動安裝（如圖6）。

3.4 柜體自動壓裝技術(shù)

將人工組裝好的柜體框架傳送至壓裝設(shè)備，調(diào)節(jié)設(shè)備使機器于水平和垂直方向?qū)ぜ┘訅毫?，施壓裝置可獨立調(diào)節(jié)。由一個垂直壓板及三個夾臂于操作側(cè)基準線處對工件進行集中施壓。此種方式可使工件定位于機器外緣，便于自由進出，依據(jù)框架的尺寸在上料過程中可以檢測到框架的長度和高度，并自動定位上壓裝置和側(cè)壓裝置，壓裝完成后設(shè)備內(nèi)部傳輸由輸送帶完成（如圖7）。

4.5打孔植榫技術(shù)

傳統(tǒng)板式家具通過木肖+膠水的方式實現(xiàn)板件與板件之間的連接。常規(guī)加工方式是機加工區(qū)的工人根據(jù)通過排孔機給板件打孔，打孔完畢的板件流轉(zhuǎn)到整裝區(qū)。整裝區(qū)的工人接收板件后在孔內(nèi)注入膠水同時手工敲入木肖。這樣的加工方式加工周期長，需要多個崗位的人員協(xié)同完成。引入打孔植榫一體機后，板件在打孔植榫一體機上開孔注膠植榫同步完成，提高了生產(chǎn)效率（如圖8）。

4 成本效益分析

按照我司目前產(chǎn)線柜體組裝加工方法，從備料、旁板組裝（鎖槽、導(dǎo)軌組裝、涂膠）、抽屜組裝、柜體拼接、柜體調(diào)試、抽屜插入等工序都是由人工完成的。需要操作工人約20人，每小時產(chǎn)量40-50套。通過自主研發(fā)設(shè)計自動化柜體組裝生產(chǎn)線后，人員配置可由原來的20人減少為10人，每小時產(chǎn)量120-150套，平均每套柜子組裝加工時間可縮短50-65s。按照目前人均工資20元/h計算，每天工作10個小時（含加班），每月工作28天，一年可節(jié)約200萬元，前期設(shè)備費用預(yù)計增加500萬，3年內(nèi)即可收回投資成本。

5 結(jié)語

柜體結(jié)構(gòu)是家具產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)，結(jié)合自動化控制技術(shù)而開發(fā)的智能化生產(chǎn)線，集成了工業(yè)機器人、自動識別技術(shù)、自動定位安裝技術(shù)和自動定位送料技術(shù)，實現(xiàn)了柜體組裝自動化，提高柜體組裝效率是提升整裝化產(chǎn)品生產(chǎn)智能化的主要途徑，為進一步研究全自動的智能化生產(chǎn)工廠提供了參考。

參考文獻

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