空调换热器智能自动化穿管技术研究与应用
                   赖丽娟   （珠海GREE电器股份有限企业 珠海 519070）
    摘要：通过研发空调用翅片换热器自动穿管装置，突破长U 管自动取料技术、长U 管自动抓取送料技术、长U 关键尺寸修整技术、长U 强制牵引技术、分组分步导入技术、翅片自动整理及翅片自动上下料技术，进而取代人工穿管，降低劳动强度、提高生产效率、提升产品质量，解决空调用两器实现不落地一个流生产模式中穿管自动化技术。
    关键词：自动穿管；自动抓取送料；智能牵引自动导正
    引言
    空调换热器作为空调的核心部件之一，在空调工作过程中起着至关重要的作用。但是在国内，换热器的生产方式比较落后，其中翅片穿管过程完全依靠人工操作，劳动强度大，生产效率低，且容易损坏翅片，存在质量隐患。本文就空调用翅片实现智能化、自动化、无人化穿管技术进行研究和先容。
    1· 翅片自动穿管技术方案
    通过对原有生产工艺进行技术分析，研制卧式自动导引式穿管设备，实现热交换器的自动穿管。机械手自动从储料机构内抓取铜管，放置在穿管工位并通过料夹定位，同时翅片通过移栽机自动输送至穿管工位并通过定位销定位，导引杆自动穿进翅片孔，并穿入定位好的铜管内孔，实现导引杆与铜管内孔的微过盈配合。导引杆牵引铜管分组分步穿管翅片，完成换热器部件的自动穿管。
    该自动化设备具有多个自动化装置，部分核心技术为国内首创：导引杆属细长型零件，采用特殊工艺加工而成，悬臂状态下的弯曲度≤ 0.5mm%，增强了设备的刚性；导引杆采用带力矩反馈的伺服电机驱动，当受力超过额定力矩时，设备自动停机报警，防止损坏翅片；并通过高精度线性模组导向，其运动精度控制在0.02mm内，保证设备的稳定性及产品的合格率；铜管自动抓料机构采取高精度伺服驱动，定位准确可靠，同时可抓取15 根铜管，最大限度提升生产效率。
    该方案实现全长U 机下料后至翅片穿管前后工序全过程的自动化、不落地生产，无中间搬运浪费、等待浪费，使生产节拍由原来人工的100 秒/ 件，提升到40 秒/ 件，整线生产效率提高2 倍，产品合格率达到99.9%。
    2 ·关键技术分析及应用
    实现换热器部件自动化生产，重点突破铜管自动上料、翅片自动定位，铜管自动导引等关键技术，完全取代人工操作，达到产品质量要求。
    2.1 长U 管自动取料技术
    铜管自动上料装置的铜管储料装置设计为防U形状，并安装在长U 弯管机下料位，长U 管切断后，自动落入接料夹内，再自动送料至长U 料盒内部。
    长U 管自动取料由自动接料、物料周转、物料存储及料盒自动输送构成，完成长U 从弯管机下料到自动穿管机储料位的自动输送功能。自动接料部分的料盒采用柔性材料（如尼龙、优离胶等），防止长U 表面被刮花，根据长U 弯管机相邻长U 间的间距设计为同样等间距槽状结构，槽宽比长U 管直径稍大，以长U 管切断退料时能顺利退入接料部分；物料自动转移机构可完成X 轴和Z 轴方向动作，两个方向动作均由气缸驱动，其中升降时间及频率与长U 弯管机生产节拍相匹配；长U 料盒按长U 外观形状设计，长度可根据长U 管不同长度尺寸调节，以便于存储不同规格长U 管。
    2.2 长U 管自动抓取送料技术
    自动上料机械手自动从储料装置内抓取铜管，并放置在穿管工位，整个物流过程无需人工操作，完全实现了铜管上料自动化。主要结构原理[1] 如下：长U 管自动抓取送料由行程自动控制（Z 轴）、自动抓取、及自动输送（X 轴）构成。行程自动控制部分由PLC 控制伺服马达动作，实现Z 轴方向的位移。在X轴负方向位置（其中一侧料盒正上方）取料时，自动抓取部分每次Z 轴动作行程增加一个铜管的直径；由于投料位置固定，在原点位置投料时，自动抓取部分每次Z轴动作行程设定为某一特定的值。自动输送部分为实现自动抓取机构X 轴方向的位移。该部分采用伺服马达作为动力源，采用丝杆传动为传动机构工作，可精确控制其移动位置。若X 方向一侧（假设为负方向）料盒内物料全部抓取完毕，此时，安装在固定架上的感应开关将信号输入PLC，PLC 输出指示信号控制马达动作，在放料动作结束后，自动抓取机构向X 正方向移动，直至预设定位置（另一侧料盒正上方），在PLC 控制下重复自动抓取、自动输送、自动投料等动作。
    自动抓取机构由气缸、矩形连接板、齿轮、齿条、转动轴及压板构成。气缸通过螺栓固定在压板上，其活塞杆通过螺纹形式与矩形连接板连接，连接板上均匀分布固定若干个齿条，转动轴一侧与齿轮内孔过盈连接，另一侧距端面约2~3mm 位置车台阶，台阶宽度至少要大于铜管直径。通过齿条和齿轮啮合传动将气缸的直线运动转换为转动轴的90°旋转，压板下表面若干个矩形槽，用于定位长U 铜管。每个矩形槽的中心位置开一个通孔，转动轴穿过压板的通孔并通过齿轮固定座固定，其中上述转动轴车台阶一端位于压板下表面，与压板配合实现长U 的抓取和投放。
    2.3 长U 管关键尺寸修整技术
    长U 管关键尺寸修整技术用于矫正长U 铜管的P 值，驱动气缸分为上驱动气缸和下驱动气缸，通过螺栓固定在固定板上。上矫正板与下矫正板通过螺栓连接，修整长U 轴向尺寸至少为50mm，轴向孔位直径略大于铜管外径。与长U 管接触部分采用硬质尼龙，外形为矩形状，中间铣为矩形槽，防止刮伤铜管的表面，减少穿管时的阻力。
    自动抓取送料机构到位时，下驱动气缸动作驱动下矫正板到位托住长U 管，上驱动气缸动作驱动上矫正板动作，上下矫正板将长U 管夹持住，此时自动抓取机构松开长U 铜管，完成长U 管自动投放动作。
    2.4 翅片自动上下料及翅片整理技术
    翅片自动上下料部分用于完成待穿管翅片自动上料和已穿管翅片自动下料，主要机构包括翅片托盘、水平输送机构（X 轴）和竖直升降机构（Y 轴），其中共设计翅片托盘三套，水平输送机构四套，竖直升降机构两套，上述机构共同配合动作完成翅片的自动上下料功能。
    翅片自动整理机构包括升降气缸、气缸固定板、笔形气缸、实行机械手及相关附件。气缸固定板通过螺栓固定在设备机架上，升降气缸与笔形气缸通过螺栓与相应气缸固定板连接固定，分别实现实行机械手的Y 轴和Z 轴动作，完成翅片自动收拢整理工作。上述翅片自动上料机构完成翅片的自动上料后，升降气缸下降，驱动实行机械手向Z 轴负方向运动，接着笔形气缸向翅片放置方向动作，驱动实行机械手与翅片接触，实现翅片的自动收拢和整理，完成翅片穿管后恢复原位[2]。
    2.5 长U 管自动导引技术
    长U 强制牵引、分组分步导入技术是完成翅片自动穿管动作的关键部分，是该实用新型的核心技术。该装置主要包括伺服马达、丝杠组件、联轴器、引导杆、引导杆固定座、推动机构、修整机构及防护装置等构成。上述零部件共分三组，每组两套，标识为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5 和Y6，分组、分步实现翅片的自动穿管功能。伺服马达通过螺栓固定在机架上，伺服马达轴与丝杠通过联轴器连接，在Y1、Y2、Y3 位，引导杆通过螺栓固定在固定座上，可快速切换，引导杆固定座通过螺栓固定在丝杠螺帽上，可随伺服马达旋转实现引导杆Y轴方向的动作；推动机构用于在穿管时推动长U 管折弯U 形状位置，断面铣槽，槽宽尺寸需大于铜管外径。推动机构安装在Y4、Y5 和 Y6 位，通过螺栓连接固定相应丝杠螺帽上。在丝杠与丝杠帽接触的位置通过防护装置防护，以保证操编辑的安全。导引杆端部设计为凸缘状，在自动穿管完成前，导引杆穿过翅片孔，穿入长U 铜管内孔。修整机构在气缸驱动下对长U 铜管施加压力，与引导杆端部配合作用以减小自动穿管时的阻力，同时实现长U 管的强制牵引。上述六个穿管位，Y1 与Y4 对应，Y2 与Y5 对应，Y3 与Y6 对应，自动动作时，在PLC的输出信号控制下，对应模组可同步动作，实现引导杆的强制牵引和推动机构的动力驱动，Y1 与Y4、Y3与Y6 同步动作一段距离，Y2 与Y5 再同步动作至相同距离后停止，驱动长U 管Y 向动作，如此循环直至完成翅片的自动穿管。
    3· 技术专利情况
    上述铜管自动上料技术、翅片自动定位技术、铜管自动导引技术等已分别申请了发明专利（专利号：201110459997.3） 和实用新型专利（ 专利号：201120574421.7）。
    4· 结论
    经实践论证，空调用翅片换热器自动穿管技术成功应用后，可实现两器一个流不落地、无人化、全自动化生产，生产效率大大提高，在穿管的稳定性、质量可靠性、自动化方面具备较大的优势。设备适用性强，具有可观的经济效益及较广泛的推广前景，填补了国内空调行业内翅片自动穿管技术的空白。
参考文献
[1]濮良贵，纪名刚主编. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
[2]李绍炎主编. 自动机与自动线[M]. 北京：清华大学出版社，2007.