丁俊健，邱術(shù)芹，李慶達(dá)

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山528436；2.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山528400）

0 引言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品包裝己成為刺激消費(fèi)、擴(kuò)大銷售、產(chǎn)品增值的有力武器，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和提高人們生活質(zhì)量密切相關(guān)的重要因素，人們對(duì)各種產(chǎn)品的包裝要求也越來(lái)越更高了。精裝首飾盒是一種綜合性的包裝盒，需要通過(guò)裱糊包制、粘結(jié)配合制成包裝盒。

精裝包裝盒根據(jù)選擇材料的不同，分為紙盒、膠盒、木盒、鐵盒等一系列產(chǎn)品，其中紙盒是綠色包裝發(fā)展的必然趨勢(shì)，因?yàn)榧埌b盒可以回收再利用，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成危害，而膠盒由于塑料不易分解，相對(duì)而言再利用率偏低，但塑料價(jià)格便宜，由塑料包制的首飾盒價(jià)格比較便宜且經(jīng)久耐用。

目前業(yè)界存在如下問(wèn)題：（1）精裝首飾包裝紙盒生產(chǎn)的環(huán)節(jié)幾乎都為人工完成，鮮有機(jī)器參與生產(chǎn)環(huán)節(jié)；（2）人工用毛筆蘸膠涂抹在紙板上，不能保證涂膠的一致性；（3）涂膠效率取決于操作者的熟練程度，生產(chǎn)效益低下；（4）浪費(fèi)了大量人力及物力。為了盡快消除這些弊端，急于尋求解決的辦法，必須用自動(dòng)化機(jī)械以解決問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)精裝首飾包裝紙盒自動(dòng)化生產(chǎn)線，能消除以上這些弊端，保證涂膠均勻、外盒書(shū)皮連接牢靠，無(wú)污染、無(wú)傷害、節(jié)省人力，提高效率，增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的意義[1-2]。

1 首飾包裝紙盒成型流程

首飾包裝紙盒主要用于包裝戒指、耳環(huán)、吊墜、項(xiàng)鏈等首飾，是用膠水將書(shū)皮（如圖1中a所示，由咭紙、壓紋紙和植毛布等壓切而成）和裸盒（如圖1中b所示）粘貼在一起，然后經(jīng)過(guò)貼合、折邊、擠壓、壓泡等過(guò)程制作而成。首飾包裝紙盒可以設(shè)計(jì)成各種不同的款式，以提高包裝產(chǎn)品的附加值。

圖1 首飾包裝紙盒組成示意圖

因此精裝首飾包裝紙盒包加工包含如下生產(chǎn)環(huán)節(jié)：盒體壓切、裸盒成型、書(shū)皮壓切、書(shū)皮過(guò)膠、盒體書(shū)皮配合、貼邊折邊、壓緊擠實(shí)、裝配附件等工藝過(guò)程。

在以上工藝過(guò)程中，盒體壓切、書(shū)皮壓切是在紙皮模切機(jī)上完成的，裸盒成型是在角接機(jī)上完成的。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)用于完成書(shū)皮過(guò)膠、抓取裸盒、盒體書(shū)皮定位配合等過(guò)程，并將配合好的盒體書(shū)皮推送至另一自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，以完成首飾包裝紙盒的其余工藝過(guò)程（貼邊折邊、壓緊擠實(shí)）。

2 首飾包裝紙盒自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)由四部分組成，書(shū)皮吸取及過(guò)膠部分、輸送部分、裸盒吸取及定位部分、書(shū)皮裸盒推送部分。采用非標(biāo)自動(dòng)化領(lǐng)域常用設(shè)計(jì)軟件Solidworks設(shè)計(jì)了本機(jī)的三維模型如圖2所示[3]，圖中零件1至零件5組成了書(shū)皮吸取及過(guò)膠部分，零件6至零件15組成了裸盒抓取及定位部分，步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)輸送帶實(shí)現(xiàn)了書(shū)皮、裸盒等的輸送，零件16至零件20、22、23組成了書(shū)皮裸盒推送部分。

圖2 首飾包裝紙盒自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)三維造型圖

書(shū)皮吸取及過(guò)膠部分實(shí)現(xiàn)吸取單張書(shū)皮，并將書(shū)皮送至滾動(dòng)的膠輥，完成書(shū)皮上表面抹膠。書(shū)皮經(jīng)過(guò)膠輥后剛好輸送至輸送帶上。當(dāng)書(shū)皮輸送至裸盒抓取及定位部分時(shí)，輸送帶靜止，裸盒被吸起，并被推送至?xí)ふ戏?，然后裸盒被零?0裸盒上下氣缸下壓在書(shū)皮上，至此裸盒和書(shū)皮被粘接在一起。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)輸送帶，將粘接的裸盒和書(shū)皮送至?xí)ぢ愫型扑筒糠郑种笟飧?2抓取粘接的裸盒書(shū)皮，在盒體伸縮長(zhǎng)氣缸16的作用下，推送至另一自動(dòng)化機(jī)構(gòu)中。

2.2 長(zhǎng)氣缸推送及加固機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在機(jī)構(gòu)中零件13裸盒伸縮長(zhǎng)氣缸采用TN20-350，氣缸行程為350 mm。零件16盒體伸縮長(zhǎng)氣缸采用TN20-550，氣缸行程為550 mm。由于這兩個(gè)氣缸行程較長(zhǎng)，工作時(shí)氣缸軸伸出部分較長(zhǎng)，為了防止這兩個(gè)長(zhǎng)氣缸工作時(shí)氣缸軸發(fā)生偏斜，設(shè)計(jì)了加固機(jī)構(gòu)，用以連接長(zhǎng)氣缸活塞活動(dòng)部分和滑塊導(dǎo)軌。如圖2所示，零件7、8、9用于連接零件13活塞伸出部分，零件17、18、19用于連接零件16活塞伸出部分。

2.3 吸嘴及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)中存在書(shū)皮真空吸取和裸盒真空吸取。書(shū)皮真空吸取部分由圖2中的零件3、4、5組成，書(shū)皮吸嘴3固定在書(shū)皮伸縮氣缸4上面，書(shū)皮伸縮氣缸采用TN10-30氣缸，該氣缸由雙軸組成，工作行程30 mm，工作行程短，具有良好的穩(wěn)定性和定位功能。裸盒真空吸取部分由零件10、14組成，裸盒吸嘴14安裝在裸盒上下氣缸10上面，裸盒上下氣缸采用MAL20-50，該氣缸為單軸氣缸，工作時(shí)氣缸軸易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，為了保證裸盒吸取氣缸定位準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)了零件11上下氣缸導(dǎo)桿，上下氣缸導(dǎo)桿穿過(guò)零件12上下氣缸固定支架中的一個(gè)小孔，隨MAL20-50氣缸活塞一起運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿和小孔即可防止MAL20-50氣缸軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而確保裸盒吸嘴工作的可靠性。

3 自動(dòng)過(guò)膠輸送控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)I/O分配及接線

首飾包裝紙盒自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)中共有7個(gè)氣缸，2個(gè)吸嘴。每個(gè)氣缸配備2個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，再加上機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止、急停按鈕，一共有17個(gè)開(kāi)關(guān)輸入量。每個(gè)氣缸由一個(gè)三位五通電磁閥控制，2個(gè)吸嘴分別由一個(gè)二位三通電磁閥控制，因而有9個(gè)輸出開(kāi)關(guān)量控制，輸送帶步進(jìn)電機(jī)需要方向和脈沖控制，一共有11個(gè)輸出端口，表所示為控制系統(tǒng)I/O分配表。輸入輸出接線圖如圖3所示。

表1 控制系統(tǒng)I/O分配表

圖3 控制系統(tǒng)P L C輸入輸出接線圖

3.2 控制要求

結(jié)合圖2所示，自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)工作流程如下：

（1）書(shū)皮吸取及過(guò)膠：零件5書(shū)皮上下氣缸向下伸出吸住書(shū)皮，抬起。零件4書(shū)皮伸縮氣缸伸出，將書(shū)皮送入零件1過(guò)膠輥中，書(shū)皮經(jīng)過(guò)上下膠輥后，書(shū)皮表面被抹上一層膠水，書(shū)皮被被膠輥輸送至輸送帶上。

（2）裸盒吸取及定位：書(shū)皮輸送至中部時(shí)，輸送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，零件10裸盒上下氣缸向下伸出，吸取一個(gè)裸盒，抬起。零件13裸盒伸縮長(zhǎng)氣缸伸出，將吸取的裸盒送至輸送帶書(shū)皮正上方。零件10氣缸伸出，裸盒和書(shū)皮被粘在一起，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）盒子抓取及推送：粘有裸盒的書(shū)皮輸送至設(shè)備右端盒子抓取位置時(shí)，輸送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)。零件20盒體上下氣缸伸出，零件22手指氣缸收縮，抓取盒子，零件20收回，抬起盒子。零件16盒體伸縮長(zhǎng)氣缸伸出，將盒子推送至后續(xù)設(shè)備中。到位時(shí)零件22張開(kāi)，放下盒子，零件16收縮，回到原始位置。

（4）自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)工作時(shí)，吸取輸送前2個(gè)書(shū)皮時(shí)，步驟1、2是單獨(dú)執(zhí)行的，自吸取輸送第3個(gè)書(shū)皮時(shí)，則步驟1、2、3是同時(shí)工作的。

3.3 控制系統(tǒng)程序的實(shí)現(xiàn)

分析自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)構(gòu)工作流程，可知機(jī)構(gòu)工作時(shí)三個(gè)主要步驟為同時(shí)進(jìn)行的，因此采用并行分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程方法[4]，更適合于實(shí)現(xiàn)本控制系統(tǒng)的程序編寫(xiě)。

依照?qǐng)D4所示的控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，在三菱PLC編程軟件GX developer軟件中，即可編寫(xiě)出SFC控制程序。

圖4 自動(dòng)過(guò)膠輸送控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

4 自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)運(yùn)行

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，經(jīng)過(guò)零件加工、機(jī)構(gòu)裝配、電氣布置、電氣接線，控制程序編寫(xiě)，機(jī)構(gòu)和電氣聯(lián)調(diào)等過(guò)程，所裝配制造的首飾包裝盒自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)如圖5所示。作為機(jī)器的主要零部件的盒體伸縮長(zhǎng)氣缸及裸盒伸縮長(zhǎng)氣缸，其進(jìn)氣口、出氣口都采用帶調(diào)節(jié)閥的接頭，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氣缸的工作氣壓，加快或降低氣缸活塞的伸出或收縮速度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，當(dāng)氣缸進(jìn)氣口調(diào)節(jié)閥開(kāi)度處于中間位置的時(shí)候，伸縮氣缸伸縮速度適中，能夠平穩(wěn)的輸送裸盒。若調(diào)節(jié)閥開(kāi)度加大，則因氣缸活塞伸出速度較快，而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生反沖力，造成機(jī)器較大的振動(dòng)。若調(diào)節(jié)閥開(kāi)度小于1/4時(shí)，則氣缸工作壓力太小，氣缸活塞伸出或收縮速度太慢，而降低了機(jī)器的工作效率，因此調(diào)節(jié)閥的最佳開(kāi)度處于1/4至1/2之間，酌情調(diào)節(jié)。

圖5 自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)實(shí)物圖

通過(guò)調(diào)整主要?dú)飧坠ぷ鳉鈮海竭M(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，本機(jī)每分鐘能夠完成5～10個(gè)首飾包裝盒的輸送。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了首飾包裝紙盒自動(dòng)過(guò)膠輸送機(jī)，能夠平穩(wěn)的輸送裸盒。但由于本機(jī)構(gòu)為框架是結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)本身重量較輕，氣缸尤其是長(zhǎng)氣缸工作時(shí)的伸縮速度不能設(shè)置的太快，否則氣缸產(chǎn)生的沖擊力導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)。因而需要通過(guò)配重，增加設(shè)備的重量，提高設(shè)備工作時(shí)的穩(wěn)定性，以及提高設(shè)備的工作速度和效率。