關(guān)于家用電器單工位自動折飛機(jī)盒裝置的研究與應(yīng)用

王漢文 葛 彬 白 偉 葉小波

（格力大松（宿遷）生活電器有限公司 宿遷 223800）

引言

隨著人民生活質(zhì)量水平的不斷提高，各類家用空調(diào)電器控制方式由普通遙控器控制，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€控器控制。但空調(diào)企業(yè)在批量生產(chǎn)線控器的過程中，需要大量人工去折疊線控器的包裝盒，在生產(chǎn)時工作枯燥、時間長，人力投入多，勞動強(qiáng)度大、操作繁瑣等因素，嚴(yán)重影響空調(diào)企業(yè)線控器紙盒折疊效率和折疊后的穩(wěn)定性。因此如何實現(xiàn)線控器飛機(jī)盒快速、穩(wěn)定折疊，成為了各空調(diào)企業(yè)的重點研究課題。本文正是在上述背景下和需求下，研究并設(shè)計出一種單工位自動折飛機(jī)盒的裝置，實現(xiàn)線控器飛機(jī)盒低人力投入，高效產(chǎn)出及產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

1 單工位自動折飛機(jī)盒裝置設(shè)計難點分析

1.1 飛機(jī)盒結(jié)構(gòu)分析

線控器包裝盒（飛機(jī)盒），由瓦楞紙制作，共計三層，厚度2 mm。在折疊時需要先將尾部及腰部兩個舌頭上翻90 °，再將尾部及腰部整個紙板上翻90 °折疊，此時尾部及腰部的舌頭與盒底紙板成垂直狀態(tài)，再將盒底舌頭向上翻折90 °，并將盒底外側(cè)舌頭向下翻折90 °，并將止退舌頭插入盒底開孔處。

線控器包裝盒（飛機(jī)盒）實物如圖1所示。

圖1 飛機(jī)盒展開圖和折疊圖

1.2 自動折疊裝置設(shè)計難點分析

1）供料難點，原有飛機(jī)盒來料為小包來料，每個飛機(jī)盒都是展開平鋪堆疊的方式。因為飛機(jī)盒厚度較小（1.5 mm厚），當(dāng)堆疊數(shù)量變多后，會出現(xiàn)沿著Z軸方向的旋轉(zhuǎn)及沿著X軸和Y軸方向的偏移，從而造成搬運(yùn)機(jī)構(gòu)在拿取物料時出現(xiàn)第一個產(chǎn)品可以穩(wěn)定拿取，隨著飛機(jī)盒數(shù)量減少，拿取高度下降，拿取位置越來越偏現(xiàn)象，即產(chǎn)品重復(fù)定位精度較差風(fēng)險。

2）折疊難點，傳統(tǒng)折疊方式為人工拿取單個飛機(jī)盒（見圖1（a）所示），再用雙手配合，通過6個步驟，將飛機(jī)盒逐步折疊完成（見圖1（b）所示），人工折疊過程存在動作繁瑣和枯燥，折疊效率較差。

3）控制程序設(shè)計難點，折疊機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)這三個機(jī)構(gòu)在進(jìn)行邏輯控制時，因為各機(jī)構(gòu)存在工作區(qū)間的交叉，存在機(jī)構(gòu)干涉，程序需要進(jìn)行規(guī)避，為了裝置能夠不停機(jī)供料，因此供料機(jī)構(gòu)采用一備一用方式，在程序設(shè)計時需要兩套程序進(jìn)行控制，這樣就將程序設(shè)計難度增加了一倍。

2 自動折疊裝置方案設(shè)計

2.1 自動折疊裝置硬件組成

單工位自動折疊飛機(jī)盒裝置硬件主要分為折疊機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)四個部分組成。該套裝置所有的邏輯控制來源于系統(tǒng)控制PLC裝置。

裝置硬件配置清單如表1，整體構(gòu)造如圖2所示。硬件配置清單如表1。

表1 硬件配置清單

圖2 整體構(gòu)造

2.2 主要硬件設(shè)計

2.2.1 折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計

針對線控器包裝盒（飛機(jī)盒）折疊的動作特殊性，專門設(shè)計一套折疊機(jī)構(gòu)，通過折疊機(jī)構(gòu)的相關(guān)部件動作，模仿人工折疊折盒動作，從而實現(xiàn)紙盒的自動折疊及排料。

折疊機(jī)構(gòu)見圖所示3。

圖3 折疊機(jī)構(gòu)

2.2.2 供料機(jī)構(gòu)設(shè)計

針對線控器包裝盒（飛機(jī)盒）來料的特殊性，專門開發(fā)專用的飛機(jī)盒供料機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)限制飛機(jī)盒沿著X、Y方向的竄動及沿著Z軸旋轉(zhuǎn)的竄動。且為了實現(xiàn)不停機(jī)補(bǔ)料，達(dá)到一供一備的效果，在折疊機(jī)構(gòu)兩側(cè)各設(shè)置一個供料機(jī)構(gòu)。

供料機(jī)構(gòu)見圖4所示。

圖4 供料機(jī)構(gòu)

2.2.3 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)設(shè)計

藍(lán)色可謂是“好人緣”的代言色，它比黑色靈活，又和黑色一樣百搭。天藍(lán)色有書卷氣；寶藍(lán)色自帶貴氣；藏藍(lán)色有一眼就可捕獲的優(yōu)質(zhì)感……每個熟女，都可以在藍(lán)色的清淡濃烈里，找到屬于自己的智慧首選。

針對線控器包裝盒（飛機(jī)盒）供料機(jī)構(gòu)及折疊機(jī)構(gòu)的特殊性，專門開發(fā)專用的飛機(jī)盒搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)從左右兩個工料機(jī)構(gòu)穩(wěn)定高效的拿出飛機(jī)盒，并將飛機(jī)盒安全可靠的放到折疊機(jī)構(gòu)內(nèi)，且為了實現(xiàn)不停機(jī)補(bǔ)料，達(dá)到一供一備的效果。搬運(yùn)機(jī)構(gòu)在實際生產(chǎn)時，會根據(jù)控制程序?qū)崿F(xiàn)避讓折疊機(jī)構(gòu)及供料機(jī)構(gòu)。

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)見圖5所示。

圖5 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)

2.2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計

針對單工位自動折飛機(jī)盒裝置的動作流程，專門設(shè)計一套自動折飛機(jī)盒的硬件電路，可以實現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)穩(wěn)定高效運(yùn)行，從而實現(xiàn)該裝置的自動供料并自動折疊飛機(jī)盒。

自動折飛機(jī)盒控制電路見圖6所示。

圖6 自動折飛機(jī)盒控制電路

3 軟件設(shè)計

PLC邏輯控制電路集成在控制箱內(nèi)部，控制箱外側(cè)開有按鈕孔，作為人機(jī)交互界面使用，按鈕面板見圖7所示[2]。

圖7 按鈕面板

程序設(shè)計邏輯為，當(dāng)員工將兩側(cè)供料機(jī)構(gòu)內(nèi)部裝滿物料（飛機(jī)盒），按下按鈕面板上的拾取左倉和拾取右倉按鈕，此時表示上料完成，可以進(jìn)行下一步操作。

將手自動按鈕切換到自動模式，按下啟動按鈕，設(shè)備優(yōu)先拾取左側(cè)供料機(jī)構(gòu)中的物料投入自動折疊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)送料完成運(yùn)動到安全位置，此時計數(shù)數(shù)據(jù)增加一，并觸發(fā)折疊機(jī)構(gòu)開始工作，同時搬運(yùn)機(jī)構(gòu)繼續(xù)去拾取物料，當(dāng)折疊機(jī)構(gòu)完成物料折疊并將物料推出設(shè)備后，觸發(fā)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)向折疊機(jī)構(gòu)中投料，循環(huán)直到計數(shù)數(shù)據(jù)等于系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)后，程序跳轉(zhuǎn)控制搬運(yùn)機(jī)構(gòu)去拾取右側(cè)供料機(jī)構(gòu)中物料，直到右側(cè)計數(shù)數(shù)據(jù)等于系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)后，程序掃描左側(cè)供料按鈕是否有信號，有信號就繼續(xù)做左側(cè)供料機(jī)構(gòu)，沒有信號設(shè)備暫停等待拾取左倉和拾取右倉按鈕信號。

搬運(yùn)機(jī)構(gòu)在拾取物料時采用吸盤回彈觸發(fā)信號，及當(dāng)吸盤觸碰物料回彈時，傳感器信號觸發(fā)氣缸回縮，此時默認(rèn)產(chǎn)品被吸附，物料被拾取完成。

PLC邏輯運(yùn)算指令如圖8所示[3]。

圖8 PLC邏輯運(yùn)算指令

4 設(shè)計驗證及使用維護(hù)

4.1 設(shè)計驗證

根據(jù)上文設(shè)計原理，單工位自動折飛機(jī)盒裝置進(jìn)行制作、驗證。該工裝共開發(fā)3套，折疊效率由人工單個折疊的3 S/PCS降至9 S/PCS，但三套同時使用時，效率不變，單人、三套裝置即可滿足班組單日12 000 PCS生產(chǎn)需求。員工操作難度大大減少，勞動強(qiáng)度明顯減輕。裝置運(yùn)行可靠，各硬件匹配良好，產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，滿足設(shè)計要求。

4.2 日常使用維護(hù)

單工位自動折飛機(jī)盒裝置使用前必須接入壓縮空氣，氣壓調(diào)整在0.5 KPa左右。接入AC220V電源，手動放入飛機(jī)盒進(jìn)入折疊機(jī)構(gòu)中，在手動情況下按下啟動按鈕，測試單個運(yùn)行點檢，監(jiān)測無異常即可用于生產(chǎn)工作。使用完畢后，需將治具妥善保存不能磕碰避免損壞。

5 總結(jié)

單工位自動折飛機(jī)盒裝置實現(xiàn)了飛機(jī)盒自動上料，自動折疊，自動排料，及不停機(jī)即可補(bǔ)料功能，解放員工由原先的手動折疊飛機(jī)盒的工作，變成只需要10分鐘補(bǔ)充一次物料的工作，設(shè)備操作簡單，運(yùn)行可靠具有良好的推廣性。通過以上軟硬件的設(shè)計，不僅大大降低了折飛機(jī)盒的人力投入成本及勞動強(qiáng)度，同時對家電行業(yè)飛機(jī)盒折疊自動化推進(jìn)具有較高的指導(dǎo)意義。