為實現空氣調節器外罩類零件的點焊自動化，改變傳統單工位點焊工藝生產效率低下，提高產品外觀效果，保證零件質量的一致性，項目組設計了一條基于工業機器人的多工位柔性自動點焊線體。線體在外罩類零件的前后底板、殼體和防護網工序間實現自動上下料和自動焊接。本文將介紹線體的總體方案、控制方案及相關的設計創新點。

外罩零件生產背景

空氣調節器制造行業作為傳統的人員密集型行業，其涉及到大量的鈑金零件加工生產，以窗機外罩為例，目前均靠人工進行外罩殼體、前后底板和防護網4 個組件的取放，手動將外罩殼體、前后底板和防護網依次進行焊接。

由于生產過程需多人進行協作，經多次搬運與翻轉，生產效率低且零件一致性差。點焊時火花四濺，作業環境較為惡劣。工人進行機械化的反復操作，動作浪費多，勞動強度高，諸多浪費與低效等導致生產成本過高。基于此背景，結合工業機器人的應用，項目組規劃設計了一條集上下料與點焊加工生產于一體的多工位自動化點焊線體，如圖1 所示，對傳統生產模式進行革新。

圖1 自動化線體設計圖

自動化生產方案設計

隨著我國制造業的不斷轉型升級，傳統的人員密集型崗位在日趨先進的自動化技術下被逐步替代。而工業機器人作為制造業主要的自動化設備之一，已在鈑金零件生產過程中得到廣泛應用。

項目組針對窗機外罩組件的加工流程，為完成自動化線體各功能的實現，依靠觀察記錄大量人工作業，分析關鍵動作作為基礎數據，展開各工序的分解與逐個工位設計，見表1。

表1 各個工序的分解和逐個工位設計

自動化作業關鍵工步

第一個工步為上料、焊接動作。上料需將零件擺放在固定工裝內，通過上料機器人示教，實現零件的抓取上料；而工業機器人點焊則是在機械手末端安裝好點焊工具，通過PLC 對點焊工具及工業機器人動作信號進行交互控制，由于涉及到12 個點位的焊接，為提高工作效率，采用兩臺工業機器人配合作業，通過對工業機器人進行TCP 設定，完成固定點位的示教動作，特別注意避開動作干擾時空，最終實現相應點位的點焊動作，如圖2 所示。

圖2 工業機器人點焊分布圖

工業機器人主要由控制系統、機械手和手持操作編程器三部分組成，其配置的6 個轉動軸，通過控制系統對伺服電機精確控制，實現沿X、Y、Z 軸向以及分別圍繞X、Y、Z 軸向轉動的6 個自由度的空間運動。同時用于焊接的6 軸工業機器人精度較高，6 軸法蘭。中心點的重復定位精度可控制在±0.08mm 以內。工業機器人運動速度快，最快移動可達3m/s，通過示教編程可完成復雜路徑，并實現多臺機器人同時、高效、靈活、精準地完成各項作業，滿足了各位置分布的點焊作業以及效率的提升，如圖3 所示。

圖3 防護網雙工位多點焊結構

第二個工步為定位與輸送。定位是利用紅外感應器，感應到零件的位置后，通過發出PLC 動作信號，驅動電磁閥氣缸的動作進行零件的推動固定，同時在氣缸動作時發出PLC輸入信號控制變頻器對滾筒線進行斷電，從而實現輸送與定位動作信號交互。滾筒線則是通過自主設計，由零件裝配組裝而成，其主要難點在于運輸距離的設計、線體高度的評定，結合生產實際情況經多次試驗與調整后，滿足最佳輸送動作。項目組通過仿真軟件，基于軟件的高度仿真測算，系統非常精準地模擬了該機器人工作站的真實運行需求，從而保證了該項目的快速落地投產，減少了不必要的結構更改、過程優化帶來的實際成本增加。

項目投產效益

項目組對防護網工頻焊接專機的三條火線獨立配備小變壓器，降低線路負荷，減少對電網的沖擊，實現多點同步焊接，開發出低成本的雙工位多點焊工頻焊機取代行業普遍使用的單點中頻焊機，生產效率提高150%，線體全流程圖如圖4 所示。

圖4 線體全流程圖

采用圓錐上電極和平頭下電極相結合的方式，消除防護網與外罩殼體形狀和厚度不一致導致的焊接融核偏移影響焊接質量的問題。上下電極皆采用活動式快換結構，定位模板通用化適用多款外罩防護網，最大限度提高焊接專機線體的通用性，實現柔性生產。

采用中置型電動驅動焊鉗替代氣動焊鉗，在電極被磨損或表面氧化后，定期實現自動研磨，通過控制加壓來實現研磨自動補償。

采用分平面焊接替代原來單機“Z”或“U”形焊接路線，每臺機器人焊接單邊的6 個焊點，減少移動距離，均衡各崗位生產節拍。

設計一種新型加工運輸線專利，多個運輸工位沿預定運輸方向依次設置，運輸工位包括主體架，相鄰兩個運輸工位的主體架之間可拆卸拼接。

經過對外罩點焊線體的優化，在保證產品質量的同時，降低了工人的勞動強度，提高了生產效率，點焊節拍約25 秒/件，實現外罩組件生產減員8 人。

結束語

在窗機產量每年呈遞增形勢的背景下，自動化點焊及配套技術的應用越發重要。基于前期項目開發的技術沉淀，針對鈑金件的組件點焊可逐步推廣應用，實現成熟技術效益的進一步發揮，為傳統制造業進步貢獻力量。