基于氣壓傳動(dòng)的燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)的研發(fā)

，，

(1.三明醫(yī)學(xué)科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)械電子系，福建 三明 365000； 2.三明恒順印刷機(jī)械有限公司，福建 三明 365001)

引言

燈頭的標(biāo)識(shí)印刷是節(jié)能燈產(chǎn)品生產(chǎn)的組成部分，激光打標(biāo)、噴墨、絲網(wǎng)印、熱轉(zhuǎn)印、移印等方法在生產(chǎn)中均有得到應(yīng)用，滿足了產(chǎn)品的要求。采用移印技術(shù)印刷的產(chǎn)品由于其色彩清晰、艷麗，有較強(qiáng)的立體感，油墨固化迅速等優(yōu)點(diǎn)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(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，質(zhì)量得不到保證。為此提出了開發(fā)基于氣壓傳動(dòng)和 PLC 控制的燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)，設(shè)備用PLC控制，借助氣壓傳動(dòng)完成燈頭的分步給料、傳送、定位、轉(zhuǎn)位、卸料，結(jié)合控制移印機(jī)的印刷及各動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能燈頭標(biāo)識(shí)的全自動(dòng)印刷。設(shè)備采用氣壓傳動(dòng)，氣源易得，對(duì)環(huán)境無污染[1]；用PLC進(jìn)行控制，編程簡單，動(dòng)作容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行可靠。

1 總體方案

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

國內(nèi)燈頭標(biāo)識(shí)印刷最常見的方法有激光打標(biāo)、噴墨、絲網(wǎng)印、熱轉(zhuǎn)印、移印等[2]。激光打標(biāo)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(shí)，大多還是采用絲網(wǎng)印、熱轉(zhuǎn)印、移印等方法，因?yàn)槠溆∷⑺俣瓤?、效率高，更能滿足產(chǎn)能要求。

絲網(wǎng)印、熱轉(zhuǎn)印、移印是目前最常見的幾種印刷方法，但也有不同的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合[3]。絲網(wǎng)印刷方法可印圖文面積更大，但對(duì)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(duì)圖文油墨進(jìn)行干燥；熱轉(zhuǎn)印方法圖文色彩艷麗，但轉(zhuǎn)印時(shí)需要熱源，對(duì)燈頭材料有一定耐熱要求，對(duì)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(jìn)行印刷，因此國內(nèi)燈頭標(biāo)識(shí)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(jī)，人工進(jìn)行操作，個(gè)別用戶為提高印刷效率，設(shè)計(jì)配備一些能加快印刷速度的燈頭夾具或附屬裝置，市場(chǎng)還沒有出現(xiàn)針對(duì)燈頭的自動(dòng)化印刷設(shè)備。因此，針對(duì)用戶的要求和移印技術(shù)的特性，在傳統(tǒng)移印機(jī)基礎(chǔ)上，進(jìn)行燈頭標(biāo)識(shí)印刷自動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，既能保持原有移印機(jī)穩(wěn)定的印刷效果和質(zhì)量，滿足市場(chǎng)的需求，又符合用戶機(jī)器適中的價(jià)格定位。

1.2 總體設(shè)計(jì)及工作原理

根據(jù)燈頭生產(chǎn)工藝狀況，燈頭標(biāo)識(shí)印刷要求在產(chǎn)品完成裝配前進(jìn)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(nèi)腔有一個(gè)能進(jìn)行位置定位的小凸臺(tái)，其外形如圖1所示。

原采用移印方法時(shí)，燈頭人工裝卸、定位，1，2兩處分別使用2臺(tái)移印機(jī)分別印刷，操作者勞動(dòng)強(qiáng)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(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要是由自動(dòng)供料部分(振動(dòng)式給料器、進(jìn)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(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌組件)；定位部分(定位氣缸、轉(zhuǎn)位氣缸、以及由齒輪齒條構(gòu)成的轉(zhuǎn)位組件和由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定位組件)；移印機(jī)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(dòng)供料部分將燈頭輸送至槽口，并保證燈頭逐個(gè)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(duì)燈頭進(jìn)行頂緊、定位，并進(jìn)行兩個(gè)印刷位置的轉(zhuǎn)換；移印機(jī)部分對(duì)燈頭兩個(gè)不同位置進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換印刷；卸料部分將印刷后的燈頭從落料槽取出，放到運(yùn)行的卸料傳送帶。

各氣缸執(zhí)行如下動(dòng)作，完成相應(yīng)功能：

(1) 燈頭由振動(dòng)式給料器按固定姿態(tài)沿進(jìn)料槽連續(xù)輸送至槽口，阻料氣缸執(zhí)行動(dòng)作1(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))阻止燈頭前行；

(2) 限料氣缸執(zhí)行動(dòng)作2(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))限制后一個(gè)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(jié)構(gòu)

(3) 起升氣缸執(zhí)行動(dòng)作3(垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng))使燈頭表面底于進(jìn)料槽口，推送氣缸執(zhí)行動(dòng)作4(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))將燈頭送至印刷位置；

(4) 定位氣缸執(zhí)行動(dòng)作5(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))對(duì)燈頭頂緊，隨后定位組件由伺服電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)[7]，當(dāng)組件上的定位塊與燈頭上的定位小凸臺(tái)嚙合時(shí)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，將燈頭轉(zhuǎn)到設(shè)定的第一印刷位置；

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

(6) 轉(zhuǎn)位氣缸執(zhí)行動(dòng)作8(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))通過轉(zhuǎn)位組件使燈頭與定位塊一同擺轉(zhuǎn)，將燈頭定位于第二印刷位置，印刷氣缸再一次執(zhí)行動(dòng)作6(垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng))完成燈頭的第二個(gè)圖文印刷；

(7) 結(jié)束印刷后，水平氣缸執(zhí)行動(dòng)作9(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))將印刷膠頭移至沾墨位，同時(shí)上墨氣缸執(zhí)行動(dòng)作10(水平往復(fù)運(yùn)動(dòng))完成印刷鋼板圖文上墨和刮墨，以準(zhǔn)備下一循環(huán)的沾墨；

(8) 在執(zhí)行動(dòng)作9和動(dòng)作10的過程中，定位氣缸與定位組件退出對(duì)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(gè)燈頭傳送時(shí)，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(dòng)作11(垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng))，將夾緊氣缸送至最低位置，夾緊氣缸執(zhí)行動(dòng)作11(開合運(yùn)動(dòng))將燈頭夾緊[8]；

(10) 取料氣缸回復(fù)至最高點(diǎn)位置，此時(shí)落料槽隨接料傳送板退回，取料氣缸又一次下降至最低點(diǎn)位置，夾緊氣缸退出對(duì)燈頭夾緊，燈頭落到運(yùn)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(biāo)識(shí)的自動(dòng)印刷。

2 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 氣路設(shè)計(jì)

設(shè)備的氣動(dòng)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(zhì)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(jìn)料槽到接料傳送板卡槽的轉(zhuǎn)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(shí)的支撐；7為轉(zhuǎn)位氣缸，其作用是借助齒輪齒條機(jī)構(gòu)完成燈頭兩個(gè)印刷位置的轉(zhuǎn)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(gè)印刷圖文分別移動(dòng)到燈頭的對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)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(dòng)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(zhuǎn)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(diào)速閥圖3 氣動(dòng)控制回路

氣動(dòng)系統(tǒng)由二位五通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)氣缸的方向控制，而各氣缸的運(yùn)動(dòng)順序則由PLC控制[9]。各個(gè)氣缸的進(jìn)氣和排氣回路連接有調(diào)速閥，容易實(shí)現(xiàn)氣缸運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)[10]。

2.2 工作程序

燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)設(shè)計(jì)了手動(dòng)和自動(dòng)模式：手動(dòng)模式主要用于設(shè)備的調(diào)整和試機(jī)，工作時(shí)選擇控制面板的功能開關(guān)，PLC接收開關(guān)按鈕信號(hào)，通過電磁閥控制相應(yīng)的氣缸運(yùn)動(dòng)完成相關(guān)動(dòng)作；選擇自動(dòng)模式時(shí)，設(shè)備則由傳感器提供信號(hào)，PLC執(zhí)行自動(dòng)程序，通過電磁閥控制相應(yīng)的氣缸按自動(dòng)程序運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)作順序如圖4所示。

3 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC的型號(hào)

PLC是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，應(yīng)用廣泛，根據(jù)PLC的特點(diǎn)及燈頭傳送控制和印刷動(dòng)作的要求，本控制系統(tǒng)需要輸入點(diǎn)數(shù)為16個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為12個(gè)。由于輸入輸出點(diǎn)數(shù)較少，選用性價(jià)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(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)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(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，該燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖5所示。

4 樣機(jī)驗(yàn)證

基于氣壓傳動(dòng)的燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)在福建省三明恒順印刷機(jī)械有限公司研制成功，并已在浙江陽光集團(tuán)股份有限公司投入使用，與人工操作的移印單機(jī)印刷相比可得到結(jié)果如表3所示。

由此可以得出所研發(fā)的設(shè)備具有如下特點(diǎn)：

(1) 由每小時(shí)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(dòng)力，提高了經(jīng)濟(jì)效率，降低了生產(chǎn)成本；

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

表2 PLC的輸入、輸出點(diǎn)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(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)對(duì)比

(4) 設(shè)備運(yùn)行可靠，自動(dòng)化水平明顯提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好[12]；

(5) 易于擴(kuò)展，可進(jìn)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(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)穩(wěn)定性好、生產(chǎn)效率高、使用成本低。

5 結(jié)論

基于氣壓傳動(dòng)的燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)，采用振動(dòng)式給料器進(jìn)行自動(dòng)供料；應(yīng)用氣壓傳動(dòng)的各機(jī)構(gòu)完成燈頭的傳送、定位、轉(zhuǎn)位及卸料；運(yùn)用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)保障各機(jī)構(gòu)和移印機(jī)之間動(dòng)作的協(xié)調(diào)。燈頭標(biāo)識(shí)自動(dòng)移印機(jī)設(shè)計(jì)具有針對(duì)性，其結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對(duì)于同類自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)與改進(jìn)具有借鑒和參考價(jià)值。