全自動(dòng)軟管注肩機(jī)上管裝置的設(shè)計(jì)

徐惠朝，肖紅升

(1.南通市通州區(qū)三槐機(jī)械制造有限公司，江蘇 南通 226300)

(2.南通職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226007)

(3.上海三槐科技有限公司，上海 201809)

鋁塑復(fù)合軟管、全塑軟管是當(dāng)今與人們生活密切相關(guān)的一種包裝材料，因其具有良好的隔絕性能和不易破裂、色彩鮮艷、外型美觀、清潔衛(wèi)生、使用方便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化工等行業(yè)產(chǎn)品的包裝[1-2]，因此，用于生產(chǎn)鋁塑復(fù)合軟管、全塑軟管的全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大。

全自動(dòng)軟管注肩機(jī)基于“熔融塑料壓鑄成型”原理，由伺服傳動(dòng)分度機(jī)構(gòu)、自動(dòng)上管裝置、定量吐塑機(jī)構(gòu)、肩部螺紋成型模具、冷卻系統(tǒng)、合模成型保壓機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、自動(dòng)卸管機(jī)構(gòu)、出管機(jī)構(gòu)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等組成，具有生產(chǎn)效率高、能耗低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，且具有故障自動(dòng)報(bào)警功能。自動(dòng)上管是軟管注肩生產(chǎn)流程中的第一道工序，自動(dòng)上管裝置是全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的核心機(jī)構(gòu)之一，該裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的自動(dòng)化程度以及后道工序是否能正常進(jìn)行。

1 軟管注肩機(jī)簡(jiǎn)介

目前,軟管注肩較多地使用滑板式液壓注塑機(jī)，該機(jī)由人工手動(dòng)將軟管插入芯棒，生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，增加了人工污染軟管的風(fēng)險(xiǎn)，不符合食品、制藥等行業(yè)的衛(wèi)生要求；工作過(guò)程中有澆冒口等，材料利用率低；軟管肩部有合?？p，影響美觀。

全自動(dòng)軟管注肩機(jī)是全新一代軟管注肩生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上管、定量吐塑、成形保壓、脫模、出管，正常情況下可由一人照看幾臺(tái)設(shè)備，節(jié)省了勞動(dòng)力，生產(chǎn)過(guò)程中軟管不與操作工接觸，符合衛(wèi)生要求；采用精確定量注射，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)回料；多工位循環(huán)作業(yè)，不需要專用冷卻時(shí)間，生產(chǎn)效率高，能耗低[3]。

全自動(dòng)軟管注肩機(jī)與滑板式液壓注塑機(jī)的性能對(duì)比見表1。由表可知，全自動(dòng)軟管注肩機(jī)較傳統(tǒng)的老式滑板液壓注塑機(jī)速度更快，注肩外形更美觀，更節(jié)省原材料，更省工節(jié)能。本文對(duì)全自動(dòng)軟管注肩機(jī)關(guān)鍵部件上管裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 兩種軟管注肩機(jī)的工作性能

2 全自動(dòng)軟管注肩機(jī)自動(dòng)上管裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

目前，市場(chǎng)上的軟管有圓形與橢圓形兩種，全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的上管裝置也分圓管上管和橢圓管上管兩種，其中橢圓管上管裝置既可用于橢圓管注肩時(shí)的上管，也可用于圓管注肩時(shí)的上管，而圓管上管裝置只適用于圓管注肩時(shí)的上管。

橢圓管注肩時(shí)，由于軟管截面橢圓存在長(zhǎng)軸和短軸之分，而軟管在注肩前外表面已經(jīng)印刷好圖案，注肩時(shí)必須要求軟管的正面與背面的圖案位于橢圓的長(zhǎng)軸面上，故橢圓管在注肩上管時(shí)必須要對(duì)正色標(biāo)，如圖1所示，以達(dá)到橢圓管注肩與軟管外表面印刷圖案的位置要求。此時(shí)必須使用橢圓管注肩自動(dòng)上管裝置。圓管注肩時(shí)，不需要對(duì)色標(biāo)，故可以使用圓管注肩自動(dòng)上管裝置，也可以使用橢圓管注肩自動(dòng)上管裝置。

圖1 橢圓軟管

2.1 橢圓管自動(dòng)上管裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1)橢圓管自動(dòng)上管裝置結(jié)構(gòu)。

橢圓管自動(dòng)上管裝置由真空分度定位機(jī)構(gòu)、進(jìn)管機(jī)構(gòu)、對(duì)色標(biāo)機(jī)構(gòu)及成型上管機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。

真空分度定位機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)待注肩軟管在進(jìn)管工位、對(duì)色標(biāo)工位、上管工位的定位；進(jìn)管機(jī)構(gòu)用于將待注肩的軟管送至工作槽內(nèi)；對(duì)色標(biāo)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將軟管先移出工作槽，在對(duì)定色標(biāo)后再將軟管移入工作槽內(nèi)；上管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將對(duì)好色標(biāo)的軟管推出真空分度輪、壓成橢圓并套在橢圓芯棒上。

真空分度定位機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸及其軸承座，轉(zhuǎn)軸上依次安裝有旋轉(zhuǎn)接頭、轉(zhuǎn)軸同步帶、原點(diǎn)信號(hào)輪、真空分度輪，真空分度輪設(shè)有4個(gè)工作槽，沿真空分度輪周向設(shè)置有進(jìn)管工位、對(duì)色標(biāo)工位及上管工位。原點(diǎn)信號(hào)輪上設(shè)置槽型光電開關(guān)感應(yīng)點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)做如圖2(b)所示的順時(shí)針間歇旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)90°，槽型光電開關(guān)感應(yīng)信號(hào)控制伺服電機(jī)，使得真空分度輪每次停頓時(shí)4個(gè)工作槽分別與進(jìn)管工位、對(duì)色標(biāo)工位及上管工位相對(duì)應(yīng)；工作槽的槽底設(shè)有多個(gè)真空吸附孔，使真空分度輪旋轉(zhuǎn)時(shí)工作槽內(nèi)的軟管被吸附在槽內(nèi)保持固定，真空吸附孔通過(guò)轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)接頭與真空泵連接。

進(jìn)管機(jī)構(gòu)包括進(jìn)管氣缸和進(jìn)管輸送帶。進(jìn)管輸送帶將待注肩的軟管輸送過(guò)來(lái)，由進(jìn)管氣缸將軟管推送入真空分度輪的工作槽內(nèi)。

1—安裝底板；2—旋轉(zhuǎn)接頭；3—轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī) ；4—轉(zhuǎn)軸同步帶；5—轉(zhuǎn)軸軸承座；6—轉(zhuǎn)軸；7—原點(diǎn)信號(hào)輪；8—對(duì)標(biāo)同步帶；9—前頂錐頭；10—前縱移滑塊；11—對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)；12—前縱移氣缸；13—橫移氣缸；14—縱移座；15—后縱移氣缸；16—色標(biāo)傳感器；17—橫移滑塊；18—后縱移滑塊；19—后頂錐頭；20—成型壓輥；21—注肩機(jī)芯棒；22—真空吸附孔；23—真空分度輪；24—上管氣缸；25—進(jìn)管汽缸；26—上管爪；27—槽型光電開關(guān)；28—進(jìn)管輸送帶

對(duì)色標(biāo)機(jī)構(gòu)包括色標(biāo)傳感器及可做橫向和縱向移動(dòng)的滑移裝置。對(duì)色標(biāo)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)軟管移出、移入真空分度輪工作槽及對(duì)正軟管色標(biāo)，保證軟管上管方向。滑移裝置由橫移組件和縱移組件組成，橫移組件包括橫移滑塊和橫移氣缸，用于帶動(dòng)縱移組件在色標(biāo)感應(yīng)裝置及真空分度輪之間移動(dòng)；縱移組件包括前縱移滑塊和前縱移氣缸、后縱移滑塊和后縱移氣缸，前縱移滑塊和后縱移滑塊分別連接有前頂錐頭和后頂錐頭，工作時(shí)前、后頂錐頭將軟管頂住并使其移動(dòng)，其中前頂錐頭由對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)軟管旋轉(zhuǎn)；色標(biāo)傳感器控制對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)，軟管轉(zhuǎn)動(dòng)至合適位置時(shí)對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)停止，此時(shí)軟管即滿足上管要求。

成型上管機(jī)構(gòu)由橢圓成型壓輥和上管爪、上管氣缸組成。橢圓成型壓輥設(shè)置于與上管爪相對(duì)的真空分度輪的另一端，呈腰鼓形上、下對(duì)稱設(shè)置，用于將推出工作槽后的軟管壓成橢圓并套在橢圓芯棒上。

軟管由圓形變?yōu)闄E圓形后為了適應(yīng)其尺寸的變化，設(shè)計(jì)了一種橢圓管注肩自動(dòng)上管裝置的上管爪，如圖3所示。上管爪為成型上管機(jī)構(gòu)的核心部件，負(fù)責(zé)將對(duì)好色標(biāo)的軟管推出真空分度輪工作槽，該部件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到上管的成功率及上管質(zhì)量[4]。

1—上管爪座；2—六角螺栓；3—壓簧；4—芯軸；5—上管爪指

自動(dòng)上管裝置的上管爪由上管爪座、兩只對(duì)稱設(shè)置的上管爪指、壓簧等組成。上管爪座的頂部為圓柱形凸臺(tái)，對(duì)稱設(shè)置于圓柱凸臺(tái)兩側(cè)的上管爪指可繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)。自動(dòng)上管時(shí)，呈圓形的軟管在上管爪握持下由上管氣缸向前推進(jìn)，在臨近芯棒時(shí)，經(jīng)成型輪滾壓圓管呈橢圓狀，套入橢圓芯棒，上管爪指的張角隨軟管自適應(yīng)調(diào)整，整個(gè)過(guò)程中握住軟管不轉(zhuǎn)動(dòng)。

橢圓管自動(dòng)上管裝置的上管爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，解決了軟管由圓形變成橢圓形后軟管尺寸變化帶來(lái)的上管難的問題，滿足了全自動(dòng)軟管注肩機(jī)橢圓軟管的上管要求[5]。

2)橢圓管自動(dòng)上管裝置工作原理。

在進(jìn)行橢圓管注肩時(shí)，轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)真空分度輪旋轉(zhuǎn)，設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的原點(diǎn)信號(hào)輪隨轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)槽型光電開關(guān)獲得原點(diǎn)信號(hào)輪發(fā)出的原點(diǎn)信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)停止，此時(shí)真空分度輪上其中的一個(gè)工作槽停在進(jìn)管工位，待注肩的軟管通過(guò)進(jìn)管輸送帶輸送過(guò)來(lái)，由進(jìn)管氣缸將軟管推送進(jìn)與進(jìn)管工位相對(duì)的真空分度輪工作槽內(nèi)，然后真空泵通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭連接轉(zhuǎn)軸，將真空分度輪內(nèi)抽真空，真空分度輪工作槽內(nèi)的真空吸附孔產(chǎn)生吸附力將軟管牢牢吸附在工作槽底部；接著轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)帶動(dòng)真空分度輪旋轉(zhuǎn)90°后停止，真空分度輪上的另一個(gè)工作槽停在進(jìn)管工位上下一支軟管，此時(shí)第一支軟管轉(zhuǎn)到了對(duì)色標(biāo)工位，前縱移氣缸和后縱移氣缸同時(shí)工作，帶動(dòng)前縱移滑塊和后縱移滑塊收攏，前縱移滑塊上的前頂錐頭和后縱移滑塊上的后頂錐頭分別頂進(jìn)軟管內(nèi)，然后橫移氣缸帶動(dòng)橫移滑塊離開真空分度輪，使得軟管離開真空分度輪的工作槽底部；對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)工作，帶動(dòng)前頂錐頭頂著軟管旋轉(zhuǎn)，當(dāng)色標(biāo)傳感器檢測(cè)到軟管上的色標(biāo)時(shí)，對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)停止；接著橫移氣缸復(fù)位，軟管被重新送回真空分度輪的工作槽內(nèi)，并再次被真空吸附孔吸住；前頂錐頭和后頂錐頭退出軟管，轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)再次帶動(dòng)真空分度輪旋轉(zhuǎn)90°，使該工作槽對(duì)應(yīng)上管工位；上管氣缸開始工作，上管爪推動(dòng)軟管離開工作槽，并由成型壓輥將軟管壓成橢圓，套到全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的橢圓芯棒上，至此完成自動(dòng)上管作業(yè)。

2.2 圓管自動(dòng)上管裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

如只進(jìn)行圓管注肩，可使用圓管自動(dòng)上管裝置，如圖4所示。

1—進(jìn)管輸送帶；2—上管氣缸；3—上管軸；4—上管座；5—注肩機(jī)圓芯棒；6—進(jìn)管汽缸

圓管注肩自動(dòng)上管裝置由進(jìn)管輸送帶、上管氣缸、上管軸、進(jìn)管氣缸組成。其工作原理是：進(jìn)管輸送帶將待注肩的軟管輸送過(guò)來(lái)，由進(jìn)管氣缸將軟管推送至上管座，上管軸安裝在上管氣缸的活塞桿上，上管氣缸帶動(dòng)上管軸動(dòng)作，上管軸推動(dòng)軟管套在全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的圓芯棒上，完成上管。

3 全自動(dòng)軟管注肩機(jī)自動(dòng)上管裝置使用效果

本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)軟管注肩機(jī)自動(dòng)上管裝置實(shí)物如圖5所示。自動(dòng)上管裝置的使用，實(shí)現(xiàn)了在全自動(dòng)軟管注肩機(jī)上橢圓軟管和圓軟管的自動(dòng)上管，提升了全自動(dòng)軟管注肩機(jī)的自動(dòng)化水平，避免了人工操作的效率低下和可能產(chǎn)生的軟管污染，節(jié)省了人力成本，大大提高了軟管注肩的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)效率。

在進(jìn)行圓管注肩上管時(shí)，只需要拆掉橢圓成型壓輥，停止橫移氣缸、前縱移氣缸、后縱移氣缸、對(duì)標(biāo)伺服電機(jī)的工作，自動(dòng)上管裝置即可實(shí)現(xiàn)圓管的自動(dòng)上管。

圖5 橢圓管注肩自動(dòng)上管裝置

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)軟管注肩機(jī)自動(dòng)上管裝置既適用于橢圓形軟管也適用于圓形軟管注肩時(shí)的自動(dòng)上管，通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用及維護(hù)成本低。在更換橢圓管注肩自動(dòng)上管裝置的真空分度輪后，可以滿足不同規(guī)格(管徑和管體長(zhǎng)度)軟管注肩時(shí)的自動(dòng)上管要求。全自動(dòng)軟管注肩機(jī)自動(dòng)上管裝置已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)，專利號(hào)為ZL201410222751.8[5]，上管爪也正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。