一種開箱自動剪帶機構

張 磊

(江蘇富港智能科技有限公司，江蘇 徐州 221000)

0 引言

隨著國家經濟的發展和企業實力的增強，國內人員密集型企業為了提高生產效率和減少人工成本，逐漸開始布置自動化生產線，相對應的自動化設備應運產生。而在自動化包裝線中，所有箱體類包裝均需要在生產線上進行拆箱，過去是由人工進行拆解，而隨著自動化技術的發展，人工拆箱顯然已跟不上生產節拍，同時也存在著一定的安全隱患。為解決這個問題，設計了一種自動剪帶機構，可以自動剪開箱體包裝的束帶，取代了人工操作，縮短了剪帶的時間，剪帶過程更快。該自動剪帶機構的應用不僅提高了生產效率、滿足了生產需要，也避免了人工在自動化生產線中操作的危險性。

1 自動剪帶機構的設計

1.1 自動剪帶設計的前提條件及原理

輸送線體如圖1所示，對于輸送線體上的束帶箱體，首先是利用定位機構對束帶箱體進行定位，利用定位機構固定住所要準備剪帶的束帶箱體，然后再通過自動剪帶機構進行剪帶工作。

1-滾筒；2-定位機構；3-束帶箱體

1.2 自動剪帶機構的組成

自動剪帶機構整體結構如圖2所示，主要包括電磁閥4、位置傳感器5、鉤爪裝置6、壓緊裝置7、剪切裝置8和機座9等部分。其工作流程為：首先通過機構上的位置傳感器來判斷箱體束帶的位置，待位置確定后，機器人將自動剪帶機構緩緩移至束帶位置，再利用鉤爪裝置中的鉤爪勾住束帶，通過移動自動剪帶機構使束帶觸碰到鉤爪裝置中的微動開關(見圖3)，此時自動剪帶機構停止向前移動，壓緊裝置中氣缸動作推動壓緊機構開始壓緊帶子，同時剪切裝置開始工作將其束帶剪斷，剪帶完成后，壓緊裝置暫不松開，把剪斷后的束帶提起移載至廢帶回收處。

4-電磁閥;5-位置傳感器;6-鉤爪裝置;7-壓緊裝置;8-剪切裝置;9-機座

10-鉤爪;11-微動開關;12-緩沖機構

1.3 機構各裝置功能說明

鉤爪裝置如圖3所示，由鉤爪10、微動開關11和緩沖機構12組成。鉤爪裝置的作用就是穿過并勾住束帶，首先通過位置傳感器5判斷出束帶的位置，然后由鉤爪緩緩移至包裝帶下方并穿過帶子，當束帶觸碰到微動開關時，即說明束帶已到達剪切位置(注:兩個鉤爪的微動開關都有感應時方可停止移動，如果只有一只感應到，說明帶子有傾斜，通過位置傳感器進行角度補償后再移至帶子位置)，在下降移載的過程中，由于緩沖機構中設有彈簧[1]具有一定的緩沖作用，可避免鉤爪與箱體過快接觸，從而避免箱體表面劃傷，從而保護箱體。

壓緊裝置如圖4所示，主要由壓緊氣缸13、導向桿14、壓緊機構15、底座16和防滑墊17等組成。當微動開關11感應到帶子到位后，壓緊裝置7開始啟動，通過電磁閥4控制氣缸動作，推動壓緊機構15下降壓緊帶子。其中導向桿14對固定壓緊機構起導向作用，防滑墊17是在壓緊過程中起到增加摩擦和壓緊作用，防止剪切過程中束帶的移動。

13-壓緊氣缸;14-導向桿;15-壓緊機構;16-底座;17-防滑墊

剪切裝置如圖5所示，包括剪切氣缸18、刀具固定機構19、刀具20和壓力傳感器21等。剪切裝置在壓緊裝置后動作，當壓緊后信號會傳到剪切裝置，剪切氣缸18動作推動刀具固定機構19，通過刀具20將帶子切斷，但如果首次帶子未被切斷，則剪切刀具20收回后，自動剪帶機構會往上移動，而未被剪斷的帶子就會觸碰到壓力傳感器21，其感應到包裝袋仍處于緊繃狀態，控制信號會反饋給自動剪帶機構程序，則剪切裝置會重復執行剪切動作，直至束帶被剪斷。

18-剪切氣缸;19-刀具固定機構;20-刀具;21-壓力傳感器

1.4 機構中氣動、電控元器件的選用

1.4.1 氣動控制元件——電磁閥[2]

本自動剪帶機構選用了兩組電磁閥，一路為控制壓緊裝置7中壓緊氣缸13，另外一路為控制剪切裝置8中剪切氣缸18，兩組分別為單獨控制，彼此執行動作時不受影響。另外在控制壓緊氣缸13時，由于在剪帶完成后需要將斷帶夾緊移載到廢帶回收處，因此氣缸一直處于壓緊狀態，為防止中途斷電斷氣的風險，選用了中封式電磁閥，當氣路系統斷電斷氣時，兩端彈簧將電磁閥壓到中間位置，由于無法通氣，所以能夠使工件保持原位不動，避免了斷帶掉入自動化設備的風險。

1.4.2 氣動執行元件——氣缸

由于機構空間受限，在滿足出力要求的情況下(不同材質帶子，其剪切力也不相同)，壓緊氣缸13和剪切氣缸18優先選用了薄型緊湊型系列氣缸，節省了安裝空間，并在氣缸進氣口和排氣口裝配了速度控制閥，其目的為在壓緊和剪切的過程中可以控制氣缸推動的速度，以便能達到最好的剪切效果并提高效率。

微動開關11用于鉤爪裝置6中，其工作原理是：機械力通過傳動元件將力作用于動作簧片上，當動作簧片移動到臨界點時產生瞬時動作，使動作簧片末端的動觸點與定觸點快速接通或斷開。微動開關11的特點是觸點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速，其動觸點的動作速度與傳動元件動作速度反應快。當帶子移動觸碰到微動開關時，微動開關11觸點接通。根據束帶的結構形式在此選用擺桿式的微動開關。

位置傳感器5[3]主要用來判斷束帶的位置，其工作原理是：當目標物的位置發生變化時，傳感器上的入光位置就會移動，通過檢測入光位置來測定目標物的變位量，以此設定為帶子的位置。所以，在剪帶之前首先應判定出束帶的位置，才能進行下一步的動作。

2 自動剪帶機構控制系統設計

2.1 控制流程

剪帶機構從功能上可分為：控制輸送線體和控制剪帶環節。當束帶箱體進入剪帶區域時，控制輸送線體電機停止運轉，氣缸阻擋束帶箱體并進行定位，定位完成后，開始剪帶環節控制。

2.2 軟件控制設計

該機構使用梯形圖語言編程，其控制流程如圖6所示。根據流程完成PLC梯形圖程序設計，可實現束帶箱體的自動控制，當多個束帶箱體連續進入時，自動剪帶機構可連續進行工作。

圖6 自動剪帶控制程序流程

3 結語

在該自動剪帶機構設計過程中，通過對實際生產現場的考察、人員的操作流程以及存在的問題進行梳理分析，并與現場技術人員進行詳細的交流，對其反復檢討和不斷優化，最終完成了該機構的設計。

該自動剪帶機構實現了剪帶的自動化，替代了人工操作，不僅提高了產能，降低了生產成本，而且也滿足了自動化生產的需求，在生產中發揮了重要的作用。