冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)分析與應(yīng)用研究

鄭娟 李 英

（ 濱州職業(yè)學(xué)院，山東 濱州256603）

隨著消費(fèi)水平的提升，消費(fèi)者對(duì)冰箱外觀的關(guān)注度增加，傳統(tǒng)U 型折彎門殼不符合消費(fèi)者審美，全包邊門殼的冰箱更受消費(fèi)者歡迎。在全包邊門殼鈑金成型中，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝具有成本高、工序多、效率低等問(wèn)題。冰箱制造企業(yè)應(yīng)引進(jìn)數(shù)控機(jī)床、伺服電機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，降低成本、縮減工序、提高效率。

1 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)

在冰箱生產(chǎn)制造中，全包邊門殼是指采用四邊成型工藝，對(duì)拐角點(diǎn)進(jìn)行全包邊處理。和以往的U 形門殼鈑金成型相比，全包邊門殼在原材料、模具反彈量等方面存在差異，且全包邊門殼需在鋼板材料表層覆蓋PE 膜，要求生產(chǎn)時(shí)做好結(jié)構(gòu)表層保護(hù)工作。在應(yīng)用傳統(tǒng)門殼鈑金成型工藝進(jìn)行全包邊門殼生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)流程為料片沖切、料片四角折彎、翻邊、折U 包角，需同時(shí)運(yùn)行多個(gè)沖床設(shè)備、模具及液壓系統(tǒng)。每個(gè)工位需配置兩名生產(chǎn)工人，在不同型號(hào)的冰箱全包邊門殼換模時(shí)，需機(jī)械手、模具全部更換，花費(fèi)約1-2h，表現(xiàn)出工序多、成本高、效率低等問(wèn)題，可利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量[1]。細(xì)化來(lái)說(shuō)，冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)采用組合式生產(chǎn)模式，在上料后，對(duì)沖切、折彎、包角翻邊三道工序分別進(jìn)行組合處理，具體流程如圖1 所示。

圖1 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)流程示意圖

在上述生產(chǎn)流程中，組合沖切工序配置伺服電機(jī)，利用伺服電機(jī)控制夾鉗操作料片，遵循規(guī)范程序參數(shù)在料片的合適位置沖切，根據(jù)不同產(chǎn)品全包邊門殼的差異，還可在組合沖切工序中設(shè)置沖孔、翻孔操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)化；組合折彎工序包括兩側(cè)折彎、四角翻邊折彎、折U 彎三個(gè)步驟，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，由同個(gè)工位完成上述操作，實(shí)現(xiàn)料片規(guī)范化、有序化的折彎處理；組合包角翻邊工序包括四角包角、端部翻邊兩個(gè)步驟，由同個(gè)工位完成，基于自動(dòng)化程序，順利完成包角、翻邊，最后下料完成產(chǎn)品生產(chǎn)[2]。和傳統(tǒng)生產(chǎn)流程相比，組合式配置的模具更少，集成化水平更高。

2 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

在明確冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)原理流程后，冰箱制造企業(yè)應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)踐入手，結(jié)合全包邊門殼自動(dòng)化生產(chǎn)線，合理應(yīng)用冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)降本增效目的。

2.1 重點(diǎn)工序設(shè)計(jì)

在冰箱全包邊門殼鈑金成型中，上述重點(diǎn)工序的合理設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。細(xì)化來(lái)說(shuō)，各道重點(diǎn)工序設(shè)計(jì)思路與要點(diǎn)如下：

2.1.1 組合沖切工序

在組合沖切工序中，不同工位間的料片運(yùn)輸由夾鉗機(jī)械手完成，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000 轉(zhuǎn)/分，直線速度可達(dá)3m/s，可高效完成料片的運(yùn)輸與定位，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行鉗口選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用銅質(zhì)夾料鉗口，可減少對(duì)鋼板表層的破壞，滿足全包邊門殼的鋼板表層保護(hù)要求。在料片準(zhǔn)確就位后，由夾鉗機(jī)械手控制料片完成組合沖切。根據(jù)冰箱產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，配置C 型模架與相應(yīng)模具，將其固定安裝于數(shù)控機(jī)床的長(zhǎng)度方向上，于寬度方向調(diào)節(jié)模架的側(cè)邊，保障沖切質(zhì)量?；谀＞甙惭b、更換需求，配置快換模平臺(tái)，按照PLC程序設(shè)定的組合沖切軌跡，自動(dòng)控制模具完成沖切，提高沖切效率。同時(shí)，冰箱制造企業(yè)可在組合沖切工序中配置廢料回收系統(tǒng)，將沖切產(chǎn)生的廢料統(tǒng)一回收，進(jìn)行廢物再利用，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，節(jié)約成本。

2.1.2 組合折彎工序

在組合折彎工序中，因生產(chǎn)步驟較多，設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于不同步驟間數(shù)控機(jī)床的有效銜接，確保產(chǎn)品精度滿足要求。就此，冰箱制造企業(yè)可按照如下流程實(shí)施組合折彎工序：料片就位→檢測(cè)相關(guān)信號(hào)后，下降皮帶→折彎模具伺服驅(qū)動(dòng)定位→上模下降壓料→下模頂升壓料→運(yùn)輸至下一道工序。細(xì)化來(lái)說(shuō)，夾鉗機(jī)械手將沖切完成的料片就位，通過(guò)上壓刀和下墊刀固定料片，操作折彎刀就位，實(shí)施90°折彎處理；再控制1 號(hào)定刀下降，完成兩側(cè)邊折彎；將兩端頭打角模具移動(dòng)至與料片同個(gè)平面的位置，向內(nèi)對(duì)中，實(shí)施四角翻邊操作；再將打角模具水平退出，提升至料片上方，將1 號(hào)折彎刀移動(dòng)至料片同個(gè)平面，內(nèi)向?qū)χ?，同時(shí)控制2 號(hào)定刀配合，對(duì)料片進(jìn)行折U 彎處理。完成后將刀具復(fù)位，進(jìn)行循環(huán)操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，模具配置如圖2 所示。

圖2 組合折彎工序模具應(yīng)用示意圖

在上述工序中，模具與刀具的移動(dòng)由雙伺服電機(jī)控制，可保障組合折彎操作的精度，并滿足不同參數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

2.1.3 組合包角翻邊工序

在組合包角翻邊工序中，冰箱制造企業(yè)可配置龍門式提升機(jī)構(gòu)，通過(guò)雙伺服電機(jī)與絲桿機(jī)構(gòu)控制提升機(jī)構(gòu)的前后移動(dòng)，通過(guò)伺服電機(jī)和齒輪齒條控制提升機(jī)構(gòu)的上下移動(dòng)以及包角模具的左右移動(dòng)，保障模具高效移動(dòng)，提高生產(chǎn)精度與效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，提升機(jī)構(gòu)將門殼運(yùn)輸至包角模具工作面，利用PLC控制系統(tǒng)程序，設(shè)定模具的運(yùn)行軌跡，通過(guò)其前后移動(dòng)及模壓設(shè)備動(dòng)作，完成包角翻邊，實(shí)現(xiàn)門殼鈑金成型；再將提升機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)，對(duì)成型門殼進(jìn)行下料操作，完成生產(chǎn)。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化生產(chǎn)中，氣缸、伺服電機(jī)、絲桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條等均屬于控制系統(tǒng)，重點(diǎn)工序中夾鉗機(jī)械手、模具與刀具的移動(dòng)均由控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。根據(jù)重點(diǎn)工序的流程要點(diǎn)，技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行合理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通常來(lái)說(shuō)，PLC技術(shù)為控制首選，技術(shù)人員可選擇西門子PLC 體系為控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模塊的通信選擇Profibus-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線模式，屬于集成式分布控制系統(tǒng)，具備診斷預(yù)警功能，在控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)異常后，可立即報(bào)警，提高自動(dòng)化生產(chǎn)的可靠性。在不同工序的PLC 程序設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員參照工序操作流程，合理分配數(shù)字I/O，如表1 所示，實(shí)現(xiàn)夾鉗機(jī)械手、模具與刀具的精準(zhǔn)控制，保障產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

2.3 自動(dòng)化生產(chǎn)要點(diǎn)

在全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化生產(chǎn)中，冰箱制造企業(yè)不僅要注重各項(xiàng)工序的自動(dòng)化，還需保障上料、下料的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中的全滲透，從整體提高生產(chǎn)效率。細(xì)化來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員可通過(guò)上料機(jī)械手與下料機(jī)器人的配置，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)。

在上料機(jī)械手中，上料機(jī)械系統(tǒng)包括堆料小車、吸盤架、夾鉗輸送機(jī)等設(shè)備，可將料片統(tǒng)一運(yùn)輸至組合沖切工位。其中，吸盤架負(fù)責(zé)吸附料片，采用真空吸附方式保障料片的穩(wěn)定運(yùn)輸，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)控制吸盤架，使其在穩(wěn)定高速狀態(tài)下運(yùn)輸料片。同時(shí)，冰箱制造企業(yè)可在上料機(jī)械系統(tǒng)中設(shè)置分張裝置，可高速分離吸盤與料片，加快料片運(yùn)輸速度。為避免上料過(guò)程中出現(xiàn)重料現(xiàn)象，在上料機(jī)械系統(tǒng)中安裝電子式雙張檢測(cè)結(jié)果，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)輸兩張料片的情況，規(guī)避生產(chǎn)問(wèn)題，保障后續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)工序有序?qū)嵤?/p>

在下料機(jī)器人中，冰箱制造企業(yè)應(yīng)配置碼垛機(jī)器人，自動(dòng)完成下料與產(chǎn)品碼垛操作，顯著提升生產(chǎn)效率。在碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員可選擇板刷結(jié)構(gòu)作為托料系統(tǒng)，結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)能，在碼垛區(qū)域配置若干堆料臺(tái)車，用于存放成型全包邊門殼產(chǎn)品，統(tǒng)一運(yùn)輸至倉(cāng)庫(kù)。

在機(jī)器人應(yīng)用中，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為關(guān)鍵，主控單元PLC 和控制臺(tái)觸摸屏間通過(guò)以太網(wǎng)通信，主控單元PLC 和機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床間通過(guò)總線通信。配置的上料、下料機(jī)器人應(yīng)為六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人，方可滿足高效生產(chǎn)需求。以下料機(jī)械手為例，其控制程序如下：自動(dòng)復(fù)位→接收折U 完成信號(hào)→機(jī)械手取料→取料返回→機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)→機(jī)械手放料→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)接料→轉(zhuǎn)臺(tái)傳送出料→機(jī)械手、轉(zhuǎn)臺(tái)復(fù)位，以此實(shí)現(xiàn)料片運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化。

2.4 生產(chǎn)效益分析

在上述自動(dòng)化技術(shù)支持下，冰箱制造企業(yè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率約20s/件。如企業(yè)資金允許，加大生產(chǎn)成本投入，可將組合折彎工序中的折U 彎拆分，單獨(dú)設(shè)立一道工位，可將生產(chǎn)效率提升至15s/件。同時(shí)，在冰箱制造企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)支持下，可將全包邊門殼與非全包邊門殼進(jìn)行兼容生產(chǎn)，只需將組合折彎工序中的PLC 程序內(nèi)的刀具間隙參數(shù)調(diào)整，即可處理不同厚度的鋼板，實(shí)現(xiàn)非全包邊門殼的生產(chǎn)。

3 結(jié)論

綜上所述，在冰箱全包邊門殼鈑金成型自動(dòng)化技術(shù)中，可組合完成沖切、折彎、包角翻邊工序。冰箱制造企業(yè)應(yīng)合理設(shè)計(jì)重點(diǎn)工序與控制系統(tǒng)，利用數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手等設(shè)備替代人工操作，由控制系統(tǒng)操控設(shè)備，提高各工序智能化水平，并通過(guò)機(jī)械手和機(jī)器人完成上料、下料操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)化建設(shè)。