生料帶包裝殼的高速絲網(wǎng)印刷

文　林鐘興

生料帶包裝殼的高速絲網(wǎng)印刷

文林鐘興

緒論

人們在日常生活中經(jīng)常使用生料帶，它主要用于水暖安裝管件連接螺紋的密封。生料帶通常按一定長度纏繞在芯殼上，然后裝入一個包裝殼內(nèi)，包裝殼的圓周表面再印上有關(guān)的信息和圖案。對于包裝外殼標(biāo)識的印刷，目前多用移印機進行單機滾動印刷，移印機單機印刷效率低、操作時工人的勞動強度大，并且采用移印的方式其圖案墨層較薄、立體感不強。而如果采用絲網(wǎng)印刷的方式進行印刷，圖案墨層較厚，印刷圖案質(zhì)感豐富，立體感強。因此有許多生料帶生產(chǎn)廠家希望能開發(fā)采用絲網(wǎng)印刷方式的自動化印刷設(shè)備。

文中介紹了一種全自動生料帶包裝殼的高速絲網(wǎng)印刷機，它是在絲網(wǎng)印刷機基礎(chǔ)上開發(fā)的機電一體化設(shè)備，能夠完成生料帶包裝殼的全自動高速印刷。

總體設(shè)計方案

該機的總體要求是用人工將包裝殼倒入上料斗盤內(nèi)，機器運行時包裝殼能進行自動整理排序、自動進料、自動定位、自動印刷，并能進行熱風(fēng)自動烘干、自動卸料等，在不需要人工操作的情況下按照要求自動完成各項功能。

一、整機組成

根據(jù)總體方案要求，設(shè)計了生料帶包裝殼的高速絲網(wǎng)印刷機。機器由振動盤進料機構(gòu)、工位轉(zhuǎn)盤、印刷主機、烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、卸料機構(gòu)、輸送機構(gòu)6個部分組成（見圖1）。

圖1　生料帶包裝殼高速絲網(wǎng)印刷機1.振動盤進料機構(gòu)、2.工位轉(zhuǎn)盤、3.印刷主機、4.烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、5.卸料機構(gòu)、6.輸送機構(gòu)

1.振動盤進料機構(gòu)：由振動盤、推料機構(gòu)組成。印刷工件倒入振動盤內(nèi)，經(jīng)振動、篩選工件會按一致的方向自動進行排列，在振動力和重力作用下，逐個在傳送軌道中運動，到達推料位后，再由推料機構(gòu)壓入轉(zhuǎn)盤的夾具上。

2.工位轉(zhuǎn)盤：工位轉(zhuǎn)盤安裝在分割器的輸出軸上，伺服電機驅(qū)動凸輪分割器帶動轉(zhuǎn)盤作間歇旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)盤的每個工位均裝有夾具體、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及卸料架，轉(zhuǎn)盤每間歇旋轉(zhuǎn)一次，機器的各機構(gòu)在設(shè)計的各位置工作，先后完成設(shè)計的各項功能。

3.印刷主機：采用絲網(wǎng)印刷機作印刷主機，當(dāng)印刷工件與網(wǎng)版接觸的時候，通過網(wǎng)版與工件之間的摩擦力驅(qū)動夾具體旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)圓弧面的滾動印刷。

4.烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)：機器上設(shè)置熱風(fēng)烘干機構(gòu)，其位置固定在烘干位。同時烘干位置上有一個帶摩擦輪的電機，工作時可以通過摩擦帶動工件旋轉(zhuǎn)。

5.卸料機構(gòu)：卸料機構(gòu)由氣缸及頂盤組成，當(dāng)凸輪分割器驅(qū)動工位轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到卸料位置的時候，氣缸伸出，推動卸料架上撥叉將完成印刷、烘干后的工件推出夾具體。

6.輸送機構(gòu)：主要由電機及主、從動輥、皮帶組成，印刷完成的工件卸料后落在輸送機構(gòu)上，傳至預(yù)定的接收裝置。

二、工作原理

將印刷工件倒入振動盤料斗內(nèi)→振動盤將印刷工件有序排列送入進料軌道直至送料位→與凸輪分割器連接的工位轉(zhuǎn)盤做間歇運動→當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到進料位后停止轉(zhuǎn)動時，推料機構(gòu)將印刷工件壓入轉(zhuǎn)盤的夾具上→轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動，當(dāng)印刷工件轉(zhuǎn)至印刷位后停止時，印刷主機做刮墨、印刷→轉(zhuǎn)盤繼續(xù)間歇轉(zhuǎn)動，將印刷好的工件旋轉(zhuǎn)至烘干位后，烘干裝置對其進行烘干→轉(zhuǎn)盤繼續(xù)間歇轉(zhuǎn)動，將烘干過的工件轉(zhuǎn)動至下料位后，卸料機構(gòu)工作，將完成印刷和烘干后的工件從夾具內(nèi)推出至傳送帶內(nèi)→傳送帶將工件傳送至預(yù)定的接收裝置，完成一個自動印刷過程。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、振動盤進料機構(gòu)

機器首先要完成自動上料，生料帶包裝殼采用聚丙烯工程塑料件制作，體積不大，質(zhì)量較小，采用振動盤結(jié)合傳送軌道和推料機構(gòu)就可以完成自動上料，振動盤是一種自動組裝或自動加工機械的輔助送料設(shè)備。工作時可以通過振動將無序的工件自動進行有序的定向整齊排列、準(zhǔn)確地輸送到下道工序。

1.振動盤的結(jié)構(gòu)

振動盤由料斗、螺旋軌道、彈簧片、脈沖電磁鐵、減振膠墊、底座、外罩、篩選器、出料外軌道以及脈沖電磁鐵的電路控制部分組成（見圖2）。

圖2　振動盤結(jié)構(gòu)示意圖1.料斗、2.螺旋軌道、3.彈簧片、4.脈沖電磁鐵、5.減振膠墊、6.底座、7.外罩、8.篩選器、9.出料外軌道以及脈沖電磁鐵的電路控制部分組成

2.振動盤的工作原理

振動盤的料斗下面有個脈沖電磁鐵，工作時電磁鐵的斷、續(xù)離合可以使料斗作垂直方向運動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內(nèi)的工件由于受到這種振動而沿螺旋軌道上升。在上升的過程中經(jīng)過一系列軌道上篩選器的篩選或者姿態(tài)變化，工件能夠按照要求呈統(tǒng)一狀態(tài)自動經(jīng)螺旋軌道然后通過出料外軌道送至進料機構(gòu)的進料軌道。

3.進料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

進料機構(gòu)由進料軌道、進料軌道固定架、進料氣缸固定架、限位口、進料氣缸等組成（見圖3）。

圖3　進料機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1.進料軌道、2.進料軌道固定架、3.進料氣缸固定架、4.限位口、5.進料氣缸

4.進料機構(gòu)的工作原理

經(jīng)過振動盤定向整齊排列的待印工件送進進料軌道、工件在重力的作用下沿軌道滾落至限位口。當(dāng)工位轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到上料位時，工位轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，進料氣缸伸出將限位口的工件壓入工位轉(zhuǎn)盤的夾具體內(nèi)。

5.特點

機器采用振動盤完成自動上料，振動盤是比較成熟的輔助送料裝置，已經(jīng)在電子、五金、食品、醫(yī)療器械、玩具的制造等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，是解決工業(yè)自動化設(shè)備供料的重要設(shè)備之一，它可以根據(jù)上料產(chǎn)品的形狀、大小、質(zhì)量、效率、出料的方向等要求進行專業(yè)化的設(shè)計和制造來滿足送料要求。振動盤結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用維修方便；供料速度快、效率高，易調(diào)節(jié)；使用時工件不發(fā)生強烈的撞擊和摩擦；送料平穩(wěn)、件料損傷程度?。贿m合精加工件和薄壁件。

二、工位轉(zhuǎn)盤

工位轉(zhuǎn)盤采用伺服電機驅(qū)動凸輪分割器作間歇旋轉(zhuǎn)運動，分割器為8等分心軸型，分割器與工位轉(zhuǎn)盤相連接，轉(zhuǎn)盤上有8個工位，每個工位均安裝有夾具體，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至每個位，各個機構(gòu)完成各項功能。

1.工位轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)

工位轉(zhuǎn)盤由立架、工位轉(zhuǎn)盤、伺服電機、同步帶輪、凸輪分割器、摩擦旋轉(zhuǎn)輪、夾具體、卸料撥叉、卸料架等組成（見圖4）。

圖4　工位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1.立架、2.工位轉(zhuǎn)盤、3.伺服電機、4.同步帶輪、5.凸輪分割器、6.摩擦旋轉(zhuǎn)輪、7.夾具體、8.卸料撥叉、9.卸料架

2.工位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的工作原理

工位轉(zhuǎn)盤通過伺服電機、同步帶輪驅(qū)動凸輪分割器使其作間歇旋轉(zhuǎn)運動，凸輪分割器輸出軸上安裝工位轉(zhuǎn)盤，每個工位均安裝有夾具體、卸料撥叉、旋轉(zhuǎn)輪、卸料架。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到進料位時，進料機構(gòu)將工件壓入到夾具體上；旋轉(zhuǎn)到印刷位時，印刷主機對工件進行滾動印刷；旋轉(zhuǎn)到烘干位時，熱風(fēng)槍對準(zhǔn)印刷表面，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使工件在風(fēng)口下旋轉(zhuǎn)，使工件表面的印刷圖案固化；旋轉(zhuǎn)到下料位時，下料機構(gòu)推動卸料架運動，卸料架上的卸料撥叉將工件推離夾具體，工件落入輸送機構(gòu)的皮帶上，被送到指定位置上。

3.特點

工位轉(zhuǎn)盤是通過凸輪分割器進行間歇旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)分度，凸輪分割器是一種實現(xiàn)間歇運動的高精度回轉(zhuǎn)裝置。它具有分度精度高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、傳遞扭矩大、定位時能自鎖、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪音低、高速性能好、壽命長等顯著特點，它已廣泛應(yīng)用于制藥、食品包裝、煙草、灌裝、電子、加工中心自動換刀裝置等需要把連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為步進動作的各種自動化機械上。最近幾年在表面印刷設(shè)備中也得到了廣泛的應(yīng)用，推動了表面印刷設(shè)備向自動化方向的發(fā)展。

三、印刷主機

機器采用小平面絲網(wǎng)印刷機作為印刷主機，主要是針對印刷工件長而窄，要求墨層厚，有凹凸感的印刷要求而定。絲網(wǎng)印刷墨層的厚薄可以通過選擇絲網(wǎng)版的網(wǎng)目來控制。當(dāng)印刷工件與網(wǎng)版接觸的時候，網(wǎng)版通過摩擦力驅(qū)動夾具體旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)圓弧面的滾動印刷。

1.印刷主機的結(jié)構(gòu)

印刷主機由印刷頭、刮刀氣缸、印頭升降氣缸、升降手輪、升降殼體、網(wǎng)框固定條、水平氣缸、網(wǎng)框鎖緊架、回墨刀、刮刀、絲網(wǎng)版以及電、氣控制部分組成（見圖5）。

圖5　印刷主機結(jié)構(gòu)示意圖1.印刷頭、2.刮刀氣缸、3.印頭升降氣缸、4.升降手輪、5.升降殼體、6.網(wǎng)框固定條、7.水平氣缸、8.網(wǎng)框鎖緊架、9.回墨刀、10.刮刀、11.絲網(wǎng)版

2.印刷主機的工作原理

絲網(wǎng)印刷的基本原理是利用絲網(wǎng)版圖文部分網(wǎng)孔透油墨，非圖文部分網(wǎng)孔不透墨的基本原理進行印刷。印刷時在絲網(wǎng)版里倒入油墨，用刮刀在絲網(wǎng)版上的油墨部位施加一定壓力，同時絲網(wǎng)版移動。油墨在移動中被刮刀從圖文部分的網(wǎng)孔中擠壓到工件表面上。

機器的絲網(wǎng)版固定在網(wǎng)框鎖緊架上，將印刷油墨加入到絲網(wǎng)版里。工作時，絲網(wǎng)版的絲網(wǎng)與工件表面按觸，網(wǎng)框固定條在水平氣缸作用下帶動絲網(wǎng)版往復(fù)運動。絲網(wǎng)版往右運動時刮刀下落將油墨通過絲網(wǎng)印到工件的表面；絲網(wǎng)版往左運動時刮刀抬起，回墨刀又將油墨涂到網(wǎng)版上為下一次的印刷作準(zhǔn)備。

絲網(wǎng)版與工件之間保持一定的間隙，印刷時刮刀下壓，使絲網(wǎng)與工件接觸，可以將油墨擠壓到工件表面；而回墨時由于絲網(wǎng)自身的張力的作用，使絲網(wǎng)與工件呈脫離狀態(tài)，避免蹭臟工件。

3.特點

機器采用平面絲網(wǎng)印刷機，絲網(wǎng)印刷屬于孔版印刷，它與平印、凸印、凹印一起被稱為四大印刷方法，我國應(yīng)用絲網(wǎng)印刷最廣泛的是電子工業(yè)、陶瓷貼花工業(yè)、紡織印染行業(yè)。近年來，包裝裝潢、廣告、招貼標(biāo)牌等也大量采用絲網(wǎng)印刷。它不受承印物大小和形狀的限制，能在超小型、超高精度的物品上進行印刷，并且還可以在曲面或球面上印刷，它墨層厚、覆蓋力，印刷的圖文立體感強，其印刷效果是其他印刷方式無可比擬的。

四、烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

絲網(wǎng)印刷所使用的油墨是一種具有流動性的膏狀物體，油墨從絲網(wǎng)漏印到工件表面，只是油墨點的轉(zhuǎn)移，而油墨在工件表面形成固體印跡，就必須經(jīng)過干燥來實現(xiàn)。干燥通常有兩種方式，一種為自然干燥，另一種為強制性干燥。自然干燥適用于單機印刷，它干燥時間長、效率低，占用空間大，而自動化設(shè)備通常采用強制性干燥。我們設(shè)計熱風(fēng)的干燥方法將工件表面的油墨固化，以提高和加快印刷的效率。

1.烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由機構(gòu)固定支架、風(fēng)槍固定架、旋轉(zhuǎn)摩擦輪、旋轉(zhuǎn)電機、三軸氣缸、風(fēng)槍等組成（見圖6）。

圖6　烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1.機構(gòu)固定支架、2.風(fēng)槍固定架、3.旋轉(zhuǎn)摩擦輪、4.旋轉(zhuǎn)電機、5.三軸氣缸、6.風(fēng)槍

2.烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作原理

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)摩擦輪在旋轉(zhuǎn)電機的帶動下始終旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機安裝在三軸氣缸上，而三軸氣缸固定在機構(gòu)固定支架上。風(fēng)槍始終有熱風(fēng)朝工件方向吹出，當(dāng)完成印刷后的工件在工位盤的帶動下旋轉(zhuǎn)到烘干位時，三軸氣缸伸出，旋轉(zhuǎn)電機上的摩擦輪帶動工位盤上的夾具摩擦輪旋轉(zhuǎn)，而夾具摩擦輪帶動夾具上的工件在熱風(fēng)槍的熱風(fēng)下旋轉(zhuǎn)，工件在熱風(fēng)下以一定速度旋轉(zhuǎn)，可以使印刷油墨的干固快速、均勻、牢固。

3.特點

機器采用強制熱風(fēng)干燥方法，熱風(fēng)干燥又稱“瞬間干燥”，是現(xiàn)代干燥方法之一，工作時用熱風(fēng)槍口對準(zhǔn)印刷后的工件，當(dāng)工件運行至烘干位時，熱風(fēng)吹至工件的印刷表面，同時工件旋轉(zhuǎn)，這樣可以使烘干表面受熱均勻。設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，干燥的效率高，時間短，效果好，完全可以滿足設(shè)備的整體要求。

五、卸料機構(gòu)

卸料是機器的最后一道工序，由于將工件固定在轉(zhuǎn)盤的夾具上時，設(shè)計已經(jīng)充分考慮到了工件的固定、旋轉(zhuǎn)和剝離，因此卸料機構(gòu)僅需完成比較簡單的動作。

1.卸料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

卸料機構(gòu)本身很簡單，由固定座、卸料氣缸組成。加上工位轉(zhuǎn)盤上的卸料架、夾具體、卸料撥叉、摩擦旋轉(zhuǎn)輪等組成一個完整的卸料機構(gòu)（見圖7）。

圖7　烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖卸料機構(gòu)：1.固定座、2.卸料氣缸；工位轉(zhuǎn)盤：3.卸料架、4.夾具體、5.卸料撥叉、6.摩擦旋轉(zhuǎn)輪

2.卸料機構(gòu)的工作原理

當(dāng)圖案印刷、油墨固化完成后的工件在工位盤的帶動下旋轉(zhuǎn)到下料位時，卸料氣缸伸出使工位轉(zhuǎn)盤上的卸料架運動、卸料架帶動卸料撥叉將夾具體上的工件推出，工件落入輸送機構(gòu)的皮帶上，工件被送到指定位置。

3.特點

卸料機構(gòu)靠氣缸伸出頂料，彈簧的作用力使卸料撥叉回位等待下一次的頂料，所設(shè)計的機構(gòu)簡單，巧妙。因此卸料機構(gòu)工作時僅需完成比較簡單的動作就能完成下料，整個機構(gòu)簡單、實用，工作穩(wěn)定、可靠。

六、輸送機構(gòu)

輸送機構(gòu)是一種皮帶式輸送機，用電機驅(qū)動并以連續(xù)方式運輸物料的機械。帶式輸送機廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中的自動流水線。

1.輸送機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

輸送機構(gòu)由支板、電機固定板、頂緊螺桿、支撐板、主動輥、傳送電機、被動輥、調(diào)節(jié)螺桿、調(diào)節(jié)軸、傳送皮帶、支撐柱、鏈輪等組成（見圖8）。

圖8　輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1.支板、2.電機固定板、3.頂緊螺桿、4.支撐板、5.主動輥、6.傳送電機、7.被動輥、8.調(diào)節(jié)螺桿、9.調(diào)節(jié)軸、10.傳送皮帶、11.支撐柱、12.鏈輪

2.輸送機構(gòu)的工作原理

輸送機構(gòu)的左右兩塊支板靠支撐柱、主動輥、調(diào)節(jié)軸固定，傳送皮帶靠主動輥和被動輥拉緊。工作時傳送電機通過鏈輪、鏈條帶動主動輥旋轉(zhuǎn)，從而帶動傳送皮帶運動，即可以進行印刷后落在傳送皮帶上的生料帶芯殼的輸送。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整調(diào)節(jié)軸以達到拉緊傳送皮帶，旋轉(zhuǎn)頂緊螺桿也可以調(diào)整主動輥以達到拉緊傳送皮帶之目的。生料帶芯殼的輸送速度可以通過調(diào)節(jié)傳送電機的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)。

3.特點

皮帶輸送也是成熟的運料裝置，在電子、機械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業(yè)已廣泛應(yīng)用，主要用于物件的組裝、檢測、調(diào)試、包裝及運輸?shù)?。由于機器輸送機構(gòu)需要輸送的質(zhì)量和數(shù)量不大所以我們設(shè)計的輸送機構(gòu)比較輕巧，總體結(jié)構(gòu)比較合理、機構(gòu)簡單實用、工作穩(wěn)定可靠、維修也比較方便。

七、氣動控制氣路設(shè)計

機器進料機構(gòu)中的進料氣缸、卸料機構(gòu)中的卸料氣缸、烘干及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的三軸氣缸以及表面印刷機的各個氣缸動作全部采用氣動控制（見圖9）。由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)手動滑閥和空氣過濾調(diào)壓閥后分別到達各機構(gòu)對應(yīng)的控制電磁閥的進氣口。電磁閥工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可使壓縮空氣由電磁閥的兩個不同排氣口排出，各電磁閥的兩個排氣口通過單向節(jié)流閥分別與各氣缸前后二個進氣口連接，各氣缸運動速度可分別由各氣路中的單向節(jié)流閥調(diào)定。

表面印刷機的刮墨和回墨動作是相匹配的，當(dāng)機器刮墨時回墨刀抬起，而當(dāng)機器進行回墨時刮墨刀抬起。因此它們共用一個電磁閥，刮墨氣缸前進氣口與回墨氣缸后進氣口并聯(lián)，刮墨氣缸后進氣口與回墨氣缸前進氣口并聯(lián)，即可實現(xiàn)印刷機刮墨和回墨的動作要求。

各氣缸的工作狀態(tài)的變換由電控部分的PLC根據(jù)設(shè)定的工作程序發(fā)出信號控制不同的電磁閥的動作，從而最終實現(xiàn)整臺機器的協(xié)調(diào)運動。

圖9　氣動控制氣路示意圖

小結(jié)

生料帶包裝殼高速絲網(wǎng)印刷機適合于一定規(guī)格的包裝殼的專用全自動印刷，印刷速度大大高于單機印刷。且機器自動化程度高，印刷時不需要進行手工操作，僅需將要印刷的包裝殼一次性倒入料盤，設(shè)備即可自動完成印刷，減輕了操作工人的勞動強度，也大大降低了印刷成本。同時由于采用絲網(wǎng)印刷的方式，使包裝殼的印刷圖案墨層厚、質(zhì)感豐富、立體感強，印刷效果顯著優(yōu)于移印。

（作者單位 三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院）