雷 芳 胡雄杰(湖北文理學(xué)院理工學(xué)院;襄陽(yáng)三零一五航空電氣公司 湖北 襄陽(yáng) 4405)

1 設(shè)計(jì)背景

包裝機(jī)械的應(yīng)用越來(lái)越普及，碼垛機(jī)、紙箱包裝機(jī)、裝盒機(jī)等包裝類(lèi)機(jī)械在各個(gè)行業(yè)都被大量的采用。隨著全世界對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，國(guó)內(nèi)積極推行以紙代木、以紙代塑的綠色包裝，并大量推廣使用紙包裝產(chǎn)品，未來(lái)包裝市場(chǎng)上使用紙箱包裝機(jī)的企業(yè)會(huì)越來(lái)越多，在市場(chǎng)條件下紙箱包裝機(jī)的投資回報(bào)率是最高的，因此紙箱包裝機(jī)有很好的應(yīng)用前景。

2 包裝機(jī)工作流程分析

2．1常規(guī)包裝流程分析。第一步:紙箱板給送機(jī)構(gòu)將紙箱板從倉(cāng)庫(kù)輸出至工作臺(tái);需要注意的是:箱軸線與工作臺(tái)Y軸軸線對(duì)齊;第二步:紙箱推送機(jī)構(gòu)將紙箱板推到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)區(qū)域，同時(shí)紙箱固定機(jī)構(gòu)升起，配合推送機(jī)構(gòu)一起完成紙箱的成型及固定工作，同時(shí)紙箱板給送機(jī)構(gòu)的刮板復(fù)位;第三步:折箱封箱機(jī)構(gòu)進(jìn)給，到達(dá)工作區(qū)域;第四步:折箱鉗進(jìn)給，將紙箱的“耳朵”折疊;第五步:封箱機(jī)構(gòu)進(jìn)給，用膠帶封住封口。封箱完成后，電磁撞針動(dòng)作，截?cái)嗄z帶;需要注意的是:折箱完成后，折箱鉗的位置在封箱機(jī)構(gòu)的前進(jìn)路線上，會(huì)造成機(jī)構(gòu)的碰撞。解決方法是兩機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，在封箱機(jī)構(gòu)進(jìn)給的時(shí)候，折箱機(jī)構(gòu)要同步的后退;第六步:物品填放機(jī)構(gòu)進(jìn)給，封箱機(jī)構(gòu)退回;第七步:物品填放機(jī)構(gòu)歸位;第八步:紙箱固定機(jī)構(gòu)擋板下降，紙箱推送機(jī)構(gòu)推板后退，解除紙箱的固定;第九步:旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，將未封口一側(cè)旋轉(zhuǎn)到封箱工位;第十步:折箱封箱機(jī)構(gòu)進(jìn)給，到達(dá)工作區(qū)域;第十一步:折箱鉗進(jìn)給，將紙箱的“耳朵”折疊;第十二步:封箱機(jī)構(gòu)進(jìn)給，用膠帶封住封口。封箱完成后，電磁鐵動(dòng)作，截?cái)嗄z帶;第十三步:封箱機(jī)構(gòu)復(fù)位;第十四步:紙箱固定機(jī)構(gòu)擋板下降，解除紙箱的固定，紙箱推送機(jī)構(gòu)推板前推，將包裝好的紙箱輸出;第十五步:紙箱推送機(jī)構(gòu)復(fù)位。到此，包裝機(jī)完成一次包裝任務(wù)。

2．2型號(hào)選擇功能流程分析。為了能夠包裝不同型號(hào)的紙箱，折箱及封箱機(jī)構(gòu)和物品填放機(jī)構(gòu)的位置不能固定，需要能根據(jù)不同紙箱的規(guī)格，進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)構(gòu)位置調(diào)整。所以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以沿XYZ三軸調(diào)整位置的平臺(tái)，將需要變換位置的機(jī)構(gòu)放在平臺(tái)上。該平臺(tái)就是紙箱規(guī)格調(diào)整機(jī)構(gòu)。經(jīng)研究分析，該機(jī)構(gòu)的執(zhí)行步驟如下:

第一步:Y軸調(diào)整位置到指定紙箱規(guī)格;第二步:Z軸調(diào)整位置到指定紙箱規(guī)格;第三步:所有機(jī)構(gòu)位置檢查，返回初始位置，防止誤差發(fā)生;第四步:PLC寄存器中存入新紙箱規(guī)格的數(shù)據(jù)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3．1電機(jī)的選擇。采用57BYG250B步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)扭矩為1．2 N·m，工作電壓3．6V，工作電流3A。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，選擇的驅(qū)動(dòng)器為T(mén)B6600，該驅(qū)動(dòng)器輸出峰值電流4A，細(xì)分精度1－32細(xì)分，驅(qū)動(dòng)方式采用H橋雙極恒流驅(qū)動(dòng)，脈沖信號(hào)輸入端采用高速光耦隔離，完全符合需求。

3．2 IO分析。根據(jù)流程分析，基本確定了PLC輸入端和輸出端所對(duì)應(yīng)的功能。由于在PLC中，輸入端X是公用的一個(gè)COM口，而輸出端Y是以組的形式共用每組的COM口。所以，為了接線方便、整潔以及對(duì)不同功能電路進(jìn)行隔離，將功能按組分配，得到I/O表。

3．3 PLC的選型。根據(jù)I/O分配表，共需要輸入點(diǎn)19個(gè)，輸出點(diǎn)21個(gè)，考慮到未來(lái)程序拓展的問(wèn)題以及需要輸出高速脈沖的問(wèn)題，選擇三菱FX2N－80MT。

3．4輔助控制電路的設(shè)計(jì)。由于三菱FX－2N系列PLC只有Y0和Y1兩個(gè)端口可以輸出高速脈沖，為了能夠控制多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計(jì)了信號(hào)分流電路。該電路的工作原理，是將脈沖輸出并聯(lián)接入七臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)端，每個(gè)脈沖回路安裝電磁繼電器，通過(guò)控制繼電器的通斷，來(lái)控制脈沖信號(hào)的流向，達(dá)到控制多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的目的。

3．5程序的設(shè)計(jì)。

(1)主程序的設(shè)計(jì):主程序使用三菱GXworks2編寫(xiě)STL順控程序。

(2)急停程序的設(shè)計(jì):機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中難免出現(xiàn)緊急情況，故添加了緊急停車(chē)系統(tǒng)，如圖1。

M8040:ON時(shí)，關(guān)閉步進(jìn)繼電器;M8034:ON時(shí)，輸出禁止

(3)規(guī)格選擇程序的設(shè)計(jì):32位加減速脈沖輸出指令為:DPLSR D0 D2 D4 Y000;32位普通脈沖輸出指令為:DPLSY D10 D12 Y001。

D0、D10寄存器存儲(chǔ)脈沖頻率;D2、D12寄存器存儲(chǔ)脈沖個(gè)數(shù);D4寄存器存儲(chǔ)加減速時(shí)間。程序編寫(xiě)時(shí)，通過(guò)測(cè)試來(lái)采集兩種規(guī)格紙箱的包裝脈沖數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)寫(xiě)入程序中，在運(yùn)行過(guò)程中，使用DMOV指令將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的寄存器。

(4)復(fù)位程序的設(shè)計(jì):步進(jìn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器斷電的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)發(fā)生自由移動(dòng)，如果在啟動(dòng)裝置時(shí)不進(jìn)行復(fù)位操作，將產(chǎn)生動(dòng)作誤差。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套復(fù)位程序，在每個(gè)動(dòng)作行程設(shè)定一個(gè)零點(diǎn)位置，每次啟動(dòng)前，將進(jìn)行位置檢查和復(fù)位動(dòng)作。

4 結(jié)論

多規(guī)格紙箱自動(dòng)包裝機(jī)是是一臺(tái)可以包裝多種規(guī)格紙箱的自動(dòng)化機(jī)械。通過(guò)試驗(yàn)得出:該機(jī)械包裝一個(gè)紙箱需要40秒左右，在將來(lái)進(jìn)行技術(shù)改良后，還能達(dá)到更快的速度。該機(jī)械自動(dòng)化程度高，可以減少使用人力，同時(shí)，多規(guī)格化能夠減少企業(yè)對(duì)包裝機(jī)的需求量，達(dá)到一機(jī)多用的效果，達(dá)到節(jié)約成本的目的，具有一定的應(yīng)用前景。