自动化柜体组装线设计与分析

李顺荣

摘要：针对目前传统的板式柜体纯手工生产和产品品质管理的问题，根据板式柜体安装工艺，建立柜体线新生产线的工艺布局，设计一套自动化的板式柜体组装生产线，降低人工成本，缩小产品品质波动;生产线包括自动化上下料、预制件自动化备料系统、自动压装系统化、自动化输送系统等;根据生产线精益生产的原则，自主设计与研发首条柜体整装自动化组装生产线。保证产品加工之后的质量符合要求。自动化柜体生产线的设计与建立，为后续板式家具自动化生产线的设计及应用提供技术参考和可行性依据。

关键词：自动化、柜体、品质管理、节约人力

1 柜体组装工艺流程与产线布置

1.1 工艺流程分析

柜体组装基本工艺流程如下：板件等物料定位输送→旁板组装→抽屉组装→拉挡上料→柜体拼装→抽屉安装→人工调试&清洁&贴码等→包装→打包→码垛。整体的工艺流程可分为柜体组装和柜体包装两大类，组装分为旁板组装、抽屉组装、拉挡上料、柜体拼装、抽屉安装，其中抽屉安装分为抽屉锁及导轨的安装;人工调试主要负责抽屉的调试，小配件的安装;柜体表面的清洁，包装分为粘贴产品标码、套袋、放置纸托、自动打包、自动码垛等。

1.2 产线布置

我司以降本增效、杜绝生产过程七大浪费的精益生产思想为指导，设计出首条柜体组装柔性生产线，具备柔性强，成本低，适用性强的特点，柜体组装线产线布置如图1所示，产线分为以柜体装配主线为中心，分为四条支线，即旁板装配支线;背板、底板、拉挡板上料支线，抽屉装配支线;包装支线，部件上料安装完成后，集合到柜体装配主线，柜体通过自动化组装后自动定位输送至框体压制工位完成压制后，自动输送至包装码垛工位完成柜体包装。

2 主要工作单元

2.1 旁板装配单元

旁板装配单元包括伺服自动输送工位、取料机械手、锁槽安装、四轴机器人导轨安装、涂胶加工等工位。主要完成左旁板、右旁板上料，旁板上导轨、锁槽的安装及涂胶工艺。获取订单信息后，通过控制伺服自动输送装置控制左旁板、右旁板进料，当工件到达指定区域时，再通过机械手抓取并旋转一定角度，放置在进料加工平台，加工平台利用伺服进料感应装置将工件推进至对应加工工位;之后在加工工位自动完成左右旁板锁槽、导轨的安装以及涂胶等动作，最后便从该工位出料口自动输送至下一个组装工位。

2.2 背板&底板&拉档板上料单元

背板&底板&拉档板上料单元包括伺服自动输送工位、取料机械手、开槽/喷胶/木肖安装一体化加工工位，主要完成柜体背板&底板&拉档板的开槽（底板）、喷胶、木肖安装及上料;该上料系統排布四个输送装置，通过伺服输送装置控制不同板件的进料节拍、并自行调整工件基准靠面（方向），从而精准地把工件输送至指定区域;当工件到达指定区域时，再通过机械手抓取并旋转一定角度，放置在进料加工平台，加工平台利用伺服进料感应装置将工件推进至加工工位;之后在加工工位自动完成工件的开槽、喷胶、木肖安装等动作，最后便从该工位出料口自动输送至下一个组装工位。

2.3 抽屉装配单元

抽屉装配单元可以完成柜体抽屉各个部位的组装与加工，并能自动运输到主线。由于抽屉组装涉及到的工艺与物料较多，为解决这一问题，抽屉装配单元上设计了多种自动化组装的设备，主要包括了自动上下料机器手臂、自动插木肖涂胶机构以及抽屉压装机构等。由于订单的不同，抽屉的规格、工艺也有着些许的差别，本装配单元可以识别不同的抽屉规格进行加工生产，整条线通过机器手臂进行抽屉板的上料—自动插木肖、上胶—自动进行导轨安装—抽屉压装—机械臂下料—人工装锁的顺序进行生产运转。自动化的设计，使得整个单元仅需两人便能完成常规抽屉的加工，员工的操作负荷量得到大量的降低。

2.4 柜体装配单元

柜体装配单元是各个支线的集合单元，在这个集合单元中将安装所需要的部件，旁板;底板;背板;拉挡板上料汇总，人工将框体进行组装，组装完成后传送到压装机，进行框体的紧固作业，压装机的使用提高了产品安装的效率，同时也有效的避免了人工安装时发生的安装不够牢固等问题，压装后减少柜体装配后尺寸的偏差，保证了后续抽屉的顺利安装，同时提升了产品的品质，压装完成后进行抽屉及导轨的安装，直线将抽屉装配好后，自动传送到柜体装配主线，又现场工人进行安装及调试，最后将安装好的柜子做好清洁。

2.5 包装&码垛单元

包装与码垛单元，不仅有更高的效率，更多的功能、且易于维护，通过系统进行精准的操作和运动控制，在工作范围内可以实现指定位置的抓取和堆放，高可靠性。机器人的手臂安装在一个固定的机座上面，能在两个方向上个旋转180°。所有的轴都是经过伺服马达和齿轮进行转动。伺服系统的底噪音和低维护费实现了动作高重复精度。手爪被安装在法兰中心，它通过吸盘抓取并码垛 ，机器人自动抓取垛仓里的垛板到一个指定位置，箱子被整列的抓取并放置到垛板上，后通过传送带传送至包装机器人处，机器人通过使用保鲜膜进行旋转包装，包装完成后自动裁切保险膜完成码垛包装。

3 关键技术

3.1 预制件自动化备料技术

3.1.1 木肖自动化安装技术

木肖的自动化安装由“自动植隼机”设备来实现。通过自主研发木肖自动化安装的技术，木肖的安装无需人工进行，仅需对相应的自动化安装植隼机进行设置，机器可以自动上胶，自动木肖的打入，既省时省力，又在加工的质量上达到了最优的效果，实现了垂直、水平面注胶植榫一体化（如图2、3）。

3.1.2 预埋件自动化安装技术

柜体板件中旁板作为主要的组成部件，包含了整个柜体80%以上的连接件孔位，是柜体组装效率提升的难点。为解决此问题，采用精确定位的控制技术。利用视觉识别实现板件自动定位，实现物料精确定位输送。通过加工位置的预设，设备在检测到板件后，自动将板件信息传送至控制系统内，通过数据库内加工信息对比，选定加工程序后开始自动加工，完成侧面预埋件和正面预埋件的加工，同时根据工位设定，自动实现上下料管理，完成导轨自动化安装，完成旁板备料工位的自动化安装（如图4）。

3.2 抽屉自动化组装技术

抽屉组装设备，结构简单，设计合理，通过该设备实现了抽屉的自动化组装，提高了工作效率，且加工完成的抽屉品质佳。屉组装设备包括工作台面，工作台面优选结构为呈倾斜角度设置，工作台面上固定设置抽屉定位机构，抽屉定位机构的相邻两侧配合设置抽屉挡接机构，抽屉挡接机构与抽屉定位机构之间构成抽屉挡接位，抽屉定位机构不设置抽屉挡接机构的两侧配合设置抽屉压紧机构。抽屉挡接机构包括挡板，抽屉压紧机构包括气缸，抽屉定位机构前侧设置抽面插槽，方便抽屉的抽面落入，起到稳定抽屉的效果（如图5）。

3.3导轨自动化安装技术

抽屉导轨组装设备，包括工作台面、导轨存储仓、螺丝振动盘、自动锁螺丝机构及导轨抓取定位机构，通过抓取机构将导轨抓取并移动到对应位置，从而将通过自动锁螺丝机构将导轨固定在柜体的侧板上，从而实现了导轨自动安装（如图6）。

3.4 柜体自动压装技术

将人工组装好的柜体框架传送至压装设备，调节设备使机器于水平和垂直方向对工件施加压力，施压装置可独立调节。由一个垂直压板及三个夹臂于操作侧基准线处对工件进行集中施压。此种方式可使工件定位于机器外缘，便于自由进出，依据框架的尺寸在上料过程中可以检测到框架的长度和高度，并自动定位上压装置和侧压装置，压装完成后设备内部传输由输送带完成（如图7）。

4.5打孔植榫技术

传统板式家具通过木肖+胶水的方式实现板件与板件之间的连接。常规加工方式是机加工区的工人根据通过排孔机给板件打孔，打孔完毕的板件流转到整装区。整装区的工人接收板件后在孔内注入胶水同时手工敲入木肖。这样的加工方式加工周期长，需要多个岗位的人员协同完成。引入打孔植榫一体机后，板件在打孔植榫一体机上开孔注胶植榫同步完成，提高了生产效率（如图8）。

4 成本效益分析

按照我司目前产線柜体组装加工方法，从备料、旁板组装（锁槽、导轨组装、涂胶）、抽屉组装、柜体拼接、柜体调试、抽屉插入等工序都是由人工完成的。需要操作工人约20人，每小时产量40-50套。通过自主研发设计自动化柜体组装生产线后，人员配置可由原来的20人减少为10人，每小时产量120-150套，平均每套柜子组装加工时间可缩短50-65s。按照目前人均工资20元/h计算，每天工作10个小时（含加班），每月工作28天，一年可节约200万元，前期设备费用预计增加500万，3年内即可收回投资成本。

5 结语

柜体结构是家具产品的主要结构，结合自动化控制技术而开发的智能化生产线，集成了工业机器人、自动识别技术、自动定位安装技术和自动定位送料技术，实现了柜体组装自动化，提高柜体组装效率是提升整装化产品生产智能化的主要途径，为进一步研究全自动的智能化生产工厂提供了参考。

参考文献

[1]李重根，袁纳新.家具工业自动化问题的探讨[J].木材工业，2000（2）：24-26.

[2]蔡燚，毛宇轩.板式家具自动化包装线的设计[J].林业机械与木工设备，2020（1）：36-42.

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