空調(diào)底盤柔性化生產(chǎn)模式的研究與應(yīng)用

文／鐘初鋮，資明庚，蔣鑫強·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)相對比較成熟，而在家電行業(yè)中多數(shù)還處于單機小噸位沖壓的生產(chǎn)模式。沖壓加工在家電行業(yè)中難以實現(xiàn)高效的生產(chǎn)模式，主要是因為家電產(chǎn)品品類多、結(jié)構(gòu)形狀多樣、加工工序多所致。同時，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，本項目團(tuán)隊結(jié)合現(xiàn)狀設(shè)計增效方案，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)模式是借助機械手、工業(yè)機器人等將多臺沖床連成線，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，難以實現(xiàn)自動化生產(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400t 壓力機單工序作業(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、勞動強度大、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、模具切換時間成本高等問題都是現(xiàn)實存在的。因此，探索一種高度柔性化、利用機械代替人力的自動化生產(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、換模時間、換型周期、人員需求等因素，實現(xiàn)自動化上下料、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)計的思想為基礎(chǔ)，可利用我司現(xiàn)有設(shè)備組成自動化生產(chǎn)線體，使用油壓機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；使用三軸機械手代替人工上料，實現(xiàn)自動化上下料，解決勞動強度大的問題。

線體方案設(shè)計

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

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

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

圖2 油壓機自動化生產(chǎn)線體

利用自動送料機械手，通過送料機械手實現(xiàn)兩臺油壓機間的工件傳遞，拓展了線體對空調(diào)底盤生產(chǎn)的適用性和廣泛性。該方案設(shè)計的大型油壓機生產(chǎn)線可在單機模式與雙機模式間自由切換，在生產(chǎn)中利用率、靈活性高。

大噸位油壓機的使用

普通沖床是利用飛輪轉(zhuǎn)動帶動滑塊的上下運動，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，對加工零件成形比沖床更有優(yōu)勢。

油壓機噸位是沖床的數(shù)倍，在生產(chǎn)空調(diào)底盤時，壓力可控且具備頂桿機構(gòu)，使得整個加工過程板料始終保持被夾緊的狀態(tài)緩慢成形。油壓機還具備保壓功能，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)勢是可見的，未來油壓機將會逐步代替沖床，圖3 為我司現(xiàn)有800t 油壓機。

圖3 800t 油壓機單機

一次成形模具的設(shè)計

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，停線時間長，浪費大量的時間成本，且叉車在車間內(nèi)頻繁移動增加了車間的安全風(fēng)險。因此，將工序合并設(shè)計一次成形模具是解決這些問題的關(guān)鍵。在大噸位油壓機的加持下，一次成形模具設(shè)計有了可靠的設(shè)計依據(jù)，傳統(tǒng)沖床的噸位是很難實現(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)有某型號空調(diào)底盤模具。

圖4 某空調(diào)底盤一次成形模具

自動送料機械手

油壓機前后均配置一部三軸伺服機械手，如圖5所示，利用吸盤拾取板料，在伺服電機的驅(qū)動下實現(xiàn)快速平移和升降，從而達(dá)到自動上下料的目的。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下對人員需求量大，而現(xiàn)今社會勞動力成本不斷提高，利用機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)用三軸伺服機械手，極大地提升了生產(chǎn)的自動化程度，降低了人工的勞動強度。

圖5 三軸伺服機械手

柔性化生產(chǎn)驗證

如圖6 所示，該方案設(shè)計大型油壓機線體可生產(chǎn)多種家用電器底盤，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)試驗，目前已在線體上穩(wěn)定生產(chǎn)的零件有洗衣機底盤、洗衣機桶口、洗衣機桶底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，效率對比見表1。

表1 效率對比

圖6 大型油壓機聯(lián)機生產(chǎn)線

大型油壓機聯(lián)機線體打破了傳統(tǒng)沖床的多工序生產(chǎn)模式，降低了對生產(chǎn)人員的需求，實現(xiàn)了自動化上下料、單工序或雙工序成形的高效率生產(chǎn)模式，且使用1500t 油壓機可滿足更大型號的底盤零件生產(chǎn)需求，彌補了原有線體的生產(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。將兩臺油壓機搭載三軸伺服機械手并通過自動化穿梭車實現(xiàn)油壓機之間的工件傳遞，單機與聯(lián)機模式可自由切換，打破了大型洗衣機底盤、多聯(lián)機頂蓋等復(fù)雜零件多工序、人員密集的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。大型油壓機進(jìn)行聯(lián)機自動化生產(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)機自動化生產(chǎn)提供有力參考。