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(1.三明醫(yī)學科技職業(yè)學院 機械電子系，福建 三明 365000； 2.三明恒順印刷機械有限公司，福建 三明 365001)

引言

燈頭的標識印刷是節(jié)能燈產(chǎn)品生產(chǎn)的組成部分，激光打標、噴墨、絲網(wǎng)印、熱轉印、移印等方法在生產(chǎn)中均有得到應用，滿足了產(chǎn)品的要求。采用移印技術印刷的產(chǎn)品由于其色彩清晰、艷麗，有較強的立體感，油墨固化迅速等優(yōu)點得到更為廣泛的重視。目前，大多數(shù)采用移印方式的印刷均需借助夾具用手工操作，勞動強度大，工作效率低，質量得不到保證。為此提出了開發(fā)基于氣壓傳動和 PLC 控制的燈頭標識自動移印機，設備用PLC控制，借助氣壓傳動完成燈頭的分步給料、傳送、定位、轉位、卸料，結合控制移印機的印刷及各動作，實現(xiàn)了節(jié)能燈頭標識的全自動印刷。設備采用氣壓傳動，氣源易得，對環(huán)境無污染[1]；用PLC進行控制，編程簡單，動作容易實現(xiàn)，運行可靠。

1 總體方案

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

國內燈頭標識印刷最常見的方法有激光打標、噴墨、絲網(wǎng)印、熱轉印、移印等[2]。激光打標和噴墨方法的圖文變換速度快，但生產(chǎn)效率較低，圖文色彩較單一，因此常在印件數(shù)量較少的情況采用。在印件數(shù)量較多時，大多還是采用絲網(wǎng)印、熱轉印、移印等方法，因為其印刷速度快、效率高，更能滿足產(chǎn)能要求。

絲網(wǎng)印、熱轉印、移印是目前最常見的幾種印刷方法，但也有不同的特點和適用場合[3]。絲網(wǎng)印刷方法可印圖文面積更大，但對燈頭形狀有一定限制，更適合圓柱面或大弧面，另外印刷的圖文不能快速固化，需要對圖文油墨進行干燥；熱轉印方法圖文色彩艷麗，但轉印時需要熱源，對燈頭材料有一定耐熱要求，對燈頭形狀也有與絲網(wǎng)印刷方法相同的限制。相比較而言，采用移印方法印刷的產(chǎn)品越來越受到廠家的青睞，移印圖文能快速固化，各種凹凸曲面都能進行印刷，因此國內燈頭標識印刷更多采用移印方法[4]。

目前多數(shù)廠家不管采用什么方法都是用印刷單機，人工進行操作，個別用戶為提高印刷效率，設計配備一些能加快印刷速度的燈頭夾具或附屬裝置，市場還沒有出現(xiàn)針對燈頭的自動化印刷設備。因此，針對用戶的要求和移印技術的特性，在傳統(tǒng)移印機基礎上，進行燈頭標識印刷自動機的設計，既能保持原有移印機穩(wěn)定的印刷效果和質量，滿足市場的需求，又符合用戶機器適中的價格定位。

1.2 總體設計及工作原理

根據(jù)燈頭生產(chǎn)工藝狀況，燈頭標識印刷要求在產(chǎn)品完成裝配前進行，圖文印刷在燈頭大端外圓的兩處弧面，位置要求統(tǒng)一和固定，大端內腔有一個能進行位置定位的小凸臺，其外形如圖1所示。

原采用移印方法時，燈頭人工裝卸、定位，1，2兩處分別使用2臺移印機分別印刷，操作者勞動強度大，安裝定位誤差率高，生產(chǎn)效率低。

圖1 燈頭外形示意圖

研發(fā)的燈頭標識自動移印機的整體結構如圖2所示，它主要是由自動供料部分(振動式給料器、進料槽、阻料氣缸、限料氣缸)[5]；傳送部分(起升氣缸、接料傳送板、推送氣缸、落料槽和支持運動的導軌組件)；定位部分(定位氣缸、轉位氣缸、以及由齒輪齒條構成的轉位組件和由伺服電機驅動的定位組件)；移印機部分(上墨氣缸、水平氣缸、印刷氣缸、換位氣缸)；卸料部分(夾料氣缸、取料氣缸、卸料傳送帶)等組成[6]。

其中，自動供料部分將燈頭輸送至槽口，并保證燈頭逐個落入傳送板的卡槽中；傳送部分將燈頭送至印刷位置，并且同步將印刷后落入落料槽的燈頭送到取料位；定位部分對燈頭進行頂緊、定位，并進行兩個印刷位置的轉換；移印機部分對燈頭兩個不同位置進行二次轉換印刷；卸料部分將印刷后的燈頭從落料槽取出，放到運行的卸料傳送帶。

各氣缸執(zhí)行如下動作，完成相應功能：

(1) 燈頭由振動式給料器按固定姿態(tài)沿進料槽連續(xù)輸送至槽口，阻料氣缸執(zhí)行動作1(水平往復運動)阻止燈頭前行；

(2) 限料氣缸執(zhí)行動作2(水平往復運動)限制后一個燈頭前行，阻料氣缸則回位，燈頭落入接料傳送板的卡槽中；

圖2 總體結構

(3) 起升氣缸執(zhí)行動作3(垂直往復運動)使燈頭表面底于進料槽口，推送氣缸執(zhí)行動作4(水平往復運動)將燈頭送至印刷位置；

(4) 定位氣缸執(zhí)行動作5(水平往復運動)對燈頭頂緊，隨后定位組件由伺服電機帶動旋轉[7]，當組件上的定位塊與燈頭上的定位小凸臺嚙合時繼續(xù)旋轉，將燈頭轉到設定的第一印刷位置；

(5) 印刷氣缸執(zhí)行動作6(垂直往復運動)，完成燈頭的第一次印刷。接著換位氣缸執(zhí)行動作7(水平往復運動)使圖2的印刷膠頭移至燈頭上方；

(6) 轉位氣缸執(zhí)行動作8(水平往復運動)通過轉位組件使燈頭與定位塊一同擺轉，將燈頭定位于第二印刷位置，印刷氣缸再一次執(zhí)行動作6(垂直往復運動)完成燈頭的第二個圖文印刷；

(7) 結束印刷后，水平氣缸執(zhí)行動作9(水平往復運動)將印刷膠頭移至沾墨位，同時上墨氣缸執(zhí)行動作10(水平往復運動)完成印刷鋼板圖文上墨和刮墨，以準備下一循環(huán)的沾墨；

(8) 在執(zhí)行動作9和動作10的過程中，定位氣缸與定位組件退出對燈頭的頂緊，燈頭落入與接料傳送板相連接的落料槽的定位口；

(9) 下一個燈頭傳送時，落料槽定位口上的燈頭被同步移送至卸料位，取料氣缸執(zhí)行動作11(垂直往復運動)，將夾緊氣缸送至最低位置，夾緊氣缸執(zhí)行動作11(開合運動)將燈頭夾緊[8]；

(10) 取料氣缸回復至最高點位置，此時落料槽隨接料傳送板退回，取料氣缸又一次下降至最低點位置，夾緊氣缸退出對燈頭夾緊，燈頭落到運行的卸料傳送帶上，被傳送帶送至規(guī)定位置，直此完成了燈頭標識的自動印刷。

2 氣壓傳動系統(tǒng)設計

2.1 氣路設計

設備的氣動系統(tǒng)如圖3所示，圖中1為分水濾氣器、減壓閥和油霧器組合的三聯(lián)件，它為系統(tǒng)提供清潔干凈、潤滑質量高和壓力穩(wěn)定的氣源；2為阻料氣缸、3為限料氣缸，其作用是讓連續(xù)傳送的燈頭能分步落入接料傳送板的卡槽；4為起升氣缸，其主要是完成燈頭由進料槽到接料傳送板卡槽的轉接；5為推送氣缸，其主要作用是將燈頭送至印刷位；6為定位氣缸，其主要作用是將燈頭定位夾緊、維持印刷時的支撐；7為轉位氣缸，其作用是借助齒輪齒條機構完成燈頭兩個印刷位置的轉換；8為取料氣缸，9為夾緊氣缸，其主要作用是相互配合將印刷完成后落入落料槽的燈頭夾緊取出，并放入卸料傳送帶；10為印刷膠頭的換位氣缸，其主要作用是將一次沾墨后的兩個印刷圖文分別移動到燈頭的對應印刷位；11為印刷氣缸，其主要作用完成燈頭的二次印刷和膠頭印刷圖文的沾墨；12為水平氣缸，其主要作用是完成印刷膠頭在印刷位和沾墨位的轉換；13為上墨氣缸，其主要作用完成印刷圖文的上墨和刮墨，為印刷提供保障。

1.氣動三聯(lián)件 2.阻料氣缸 3.限料氣缸 4.起升氣缸 5.推送氣缸 6.定位氣缸 7.轉位氣缸 8.取料氣缸 9.夾緊氣缸 10.換位氣缸 11.印刷氣缸 12.水平氣缸 13.上墨氣缸 14.二位五通電磁換向閥 15.調速閥圖3 氣動控制回路

氣動系統(tǒng)由二位五通電磁換向閥實現(xiàn)氣缸的方向控制，而各氣缸的運動順序則由PLC控制[9]。各個氣缸的進氣和排氣回路連接有調速閥，容易實現(xiàn)氣缸運動速度的調節(jié)[10]。

2.2 工作程序

燈頭標識自動移印機設計了手動和自動模式：手動模式主要用于設備的調整和試機，工作時選擇控制面板的功能開關，PLC接收開關按鈕信號，通過電磁閥控制相應的氣缸運動完成相關動作；選擇自動模式時，設備則由傳感器提供信號，PLC執(zhí)行自動程序，通過電磁閥控制相應的氣缸按自動程序運動，其動作順序如圖4所示。

3 PLC 自動控制系統(tǒng)設計

3.1 PLC的型號

PLC是面向工業(yè)控制領域的專用設備，應用廣泛，根據(jù)PLC的特點及燈頭傳送控制和印刷動作的要求，本控制系統(tǒng)需要輸入點數(shù)為16個，輸出點數(shù)為12個。由于輸入輸出點數(shù)較少，選用性價比較高的PLC，配置如表1所示[11]。

圖4 系統(tǒng)工作程序

表1 PLC選型

3.2 I/0地址的分配

根據(jù)燈頭標識自動移印機控制系統(tǒng)的要求，PLC的輸入、輸出的地址如表2所示。

3.3 控制電路設計

根據(jù)控制要求，該燈頭標識自動移印機控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖5所示。

4 樣機驗證

基于氣壓傳動的燈頭標識自動移印機在福建省三明恒順印刷機械有限公司研制成功，并已在浙江陽光集團股份有限公司投入使用，與人工操作的移印單機印刷相比可得到結果如表3所示。

由此可以得出所研發(fā)的設備具有如下特點：

(1) 由每小時印刷1000件提高到1200件，提高了工作效率；

(2) 由3～4人操作改為1人操作，節(jié)省了勞動力，提高了經(jīng)濟效率，降低了生產(chǎn)成本；

(3) 克服了原有設備中定位困難、印刷位置不準確的問題，提高了產(chǎn)品合格率；

表2 PLC的輸入、輸出點分配表

圖5 控制系統(tǒng)的硬件框圖

表3 人工操作和現(xiàn)燈頭標識自動移印機對比

(4) 設備運行可靠，自動化水平明顯提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好[12]；

(5) 易于擴展，可進行二次開發(fā)，容易與節(jié)能燈生產(chǎn)線配套。

經(jīng)過廠家的連續(xù)使用證明，燈頭標識自動移印機穩(wěn)定性好、生產(chǎn)效率高、使用成本低。

5 結論

基于氣壓傳動的燈頭標識自動移印機，采用振動式給料器進行自動供料；應用氣壓傳動的各機構完成燈頭的傳送、定位、轉位及卸料；運用PLC的自動控制系統(tǒng)保障各機構和移印機之間動作的協(xié)調。燈頭標識自動移印機設計具有針對性，其結構緊湊、自動化程度高、經(jīng)濟實用，對于同類自動化設備的設計與改進具有借鑒和參考價值。