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一种开箱自动剪带机构

2022-05-24

机械工程与自动化 2022年2期
关键词:微动箱体气缸

张 磊

(江苏富港智能科技有限公司,江苏 徐州 221000)

0 引言

随着国家经济的发展和企业实力的增强,国内人员密集型企业为了提高生产效率和减少人工成本,逐渐开始布置自动化生产线,相对应的自动化设备应运产生。而在自动化包装线中,所有箱体类包装均需要在生产线上进行拆箱,过去是由人工进行拆解,而随着自动化技术的发展,人工拆箱显然已跟不上生产节拍,同时也存在着一定的安全隐患。为解决这个问题,设计了一种自动剪带机构,可以自动剪开箱体包装的束带,取代了人工操作,缩短了剪带的时间,剪带过程更快。该自动剪带机构的应用不仅提高了生产效率、满足了生产需要,也避免了人工在自动化生产线中操作的危险性。

1 自动剪带机构的设计

1.1 自动剪带设计的前提条件及原理

输送线体如图1所示,对于输送线体上的束带箱体,首先是利用定位机构对束带箱体进行定位,利用定位机构固定住所要准备剪带的束带箱体,然后再通过自动剪带机构进行剪带工作。

1-滚筒;2-定位机构;3-束带箱体

1.2 自动剪带机构的组成

自动剪带机构整体结构如图2所示,主要包括电磁阀4、位置传感器5、钩爪装置6、压紧装置7、剪切装置8和机座9等部分。其工作流程为:首先通过机构上的位置传感器来判断箱体束带的位置,待位置确定后,机器人将自动剪带机构缓缓移至束带位置,再利用钩爪装置中的钩爪勾住束带,通过移动自动剪带机构使束带触碰到钩爪装置中的微动开关(见图3),此时自动剪带机构停止向前移动,压紧装置中气缸动作推动压紧机构开始压紧带子,同时剪切装置开始工作将其束带剪断,剪带完成后,压紧装置暂不松开,把剪断后的束带提起移载至废带回收处。

4-电磁阀;5-位置传感器;6-钩爪装置;7-压紧装置;8-剪切装置;9-机座

10-钩爪;11-微动开关;12-缓冲机构

1.3 机构各装置功能说明

钩爪装置如图3所示,由钩爪10、微动开关11和缓冲机构12组成。钩爪装置的作用就是穿过并勾住束带,首先通过位置传感器5判断出束带的位置,然后由钩爪缓缓移至包装带下方并穿过带子,当束带触碰到微动开关时,即说明束带已到达剪切位置(注:两个钩爪的微动开关都有感应时方可停止移动,如果只有一只感应到,说明带子有倾斜,通过位置传感器进行角度补偿后再移至带子位置),在下降移载的过程中,由于缓冲机构中设有弹簧[1]具有一定的缓冲作用,可避免钩爪与箱体过快接触,从而避免箱体表面划伤,从而保护箱体。

压紧装置如图4所示,主要由压紧气缸13、导向杆14、压紧机构15、底座16和防滑垫17等组成。当微动开关11感应到带子到位后,压紧装置7开始启动,通过电磁阀4控制气缸动作,推动压紧机构15下降压紧带子。其中导向杆14对固定压紧机构起导向作用,防滑垫17是在压紧过程中起到增加摩擦和压紧作用,防止剪切过程中束带的移动。

13-压紧气缸;14-导向杆;15-压紧机构;16-底座;17-防滑垫

剪切装置如图5所示,包括剪切气缸18、刀具固定机构19、刀具20和压力传感器21等。剪切装置在压紧装置后动作,当压紧后信号会传到剪切装置,剪切气缸18动作推动刀具固定机构19,通过刀具20将带子切断,但如果首次带子未被切断,则剪切刀具20收回后,自动剪带机构会往上移动,而未被剪断的带子就会触碰到压力传感器21,其感应到包装袋仍处于紧绷状态,控制信号会反馈给自动剪带机构程序,则剪切装置会重复执行剪切动作,直至束带被剪断。

18-剪切气缸;19-刀具固定机构;20-刀具;21-压力传感器

1.4 机构中气动、电控元器件的选用

1.4.1 气动控制元件——电磁阀[2]

本自动剪带机构选用了两组电磁阀,一路为控制压紧装置7中压紧气缸13,另外一路为控制剪切装置8中剪切气缸18,两组分别为单独控制,彼此执行动作时不受影响。另外在控制压紧气缸13时,由于在剪带完成后需要将断带夹紧移载到废带回收处,因此气缸一直处于压紧状态,为防止中途断电断气的风险,选用了中封式电磁阀,当气路系统断电断气时,两端弹簧将电磁阀压到中间位置,由于无法通气,所以能够使工件保持原位不动,避免了断带掉入自动化设备的风险。

1.4.2 气动执行元件——气缸

由于机构空间受限,在满足出力要求的情况下(不同材质带子,其剪切力也不相同),压紧气缸13和剪切气缸18优先选用了薄型紧凑型系列气缸,节省了安装空间,并在气缸进气口和排气口装配了速度控制阀,其目的为在压紧和剪切的过程中可以控制气缸推动的速度,以便能达到最好的剪切效果并提高效率。

微动开关11用于钩爪装置6中,其工作原理是:机械力通过传动元件将力作用于动作簧片上,当动作簧片移动到临界点时产生瞬时动作,使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。微动开关11的特点是触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速,其动触点的动作速度与传动元件动作速度反应快。当带子移动触碰到微动开关时,微动开关11触点接通。根据束带的结构形式在此选用摆杆式的微动开关。

位置传感器5[3]主要用来判断束带的位置,其工作原理是:当目标物的位置发生变化时,传感器上的入光位置就会移动,通过检测入光位置来测定目标物的变位量,以此设定为带子的位置。所以,在剪带之前首先应判定出束带的位置,才能进行下一步的动作。

2 自动剪带机构控制系统设计

2.1 控制流程

剪带机构从功能上可分为:控制输送线体和控制剪带环节。当束带箱体进入剪带区域时,控制输送线体电机停止运转,气缸阻挡束带箱体并进行定位,定位完成后,开始剪带环节控制。

2.2 软件控制设计

该机构使用梯形图语言编程,其控制流程如图6所示。根据流程完成PLC梯形图程序设计,可实现束带箱体的自动控制,当多个束带箱体连续进入时,自动剪带机构可连续进行工作。

图6 自动剪带控制程序流程

3 结语

在该自动剪带机构设计过程中,通过对实际生产现场的考察、人员的操作流程以及存在的问题进行梳理分析,并与现场技术人员进行详细的交流,对其反复检讨和不断优化,最终完成了该机构的设计。

该自动剪带机构实现了剪带的自动化,替代了人工操作,不仅提高了产能,降低了生产成本,而且也满足了自动化生产的需求,在生产中发挥了重要的作用。

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