伺服步進式自動成袋機的設(shè)計應(yīng)用

吳國良

浙江桐鄉(xiāng)市朝暉過濾技術(shù)股份有限公司

伺服步進式自動成袋機的設(shè)計應(yīng)用

吳國良

浙江桐鄉(xiāng)市朝暉過濾技術(shù)股份有限公司

采用傳統(tǒng)機械式滾超機生產(chǎn)無紡布集塵過濾袋，工序多、效率低、尺寸偏差大，且不同規(guī)格的產(chǎn)品須配備一副特定的掛輪和打孔滾模，生產(chǎn)及運行成本較高。新研制的伺服步進式自動成袋機基本解決了上述集塵過濾袋生產(chǎn)過程中的一些問題。

集塵過濾袋；無紡布；伺服控制；步進式；光電跟蹤；成袋機

1 前言

在環(huán)保理念日益重視的今天，家用吸塵器配件無紡布集塵過濾袋的需求量逐年增加，有取代紙質(zhì)集塵過濾袋的趨勢。傳統(tǒng)無紡布集塵過濾袋的生產(chǎn)是將袋子的上下層無紡布料通過超聲波滾超封固兩邊，然后由機械牽引至定長尺寸經(jīng)甩刀切斷，再經(jīng)過超聲波熔焊機工序完成兩端的封口，再經(jīng)絲網(wǎng)印刷等工序印刷產(chǎn)品圖案。工序多、生產(chǎn)效率低、且尺寸精度差，定長尺寸偏差達±5mm。并且滾超工序必須為超聲波熔焊封口工序預(yù)留布袋加長量，增加了材料損耗，同時不同規(guī)格的產(chǎn)品都需定制一副傳動齒輪（掛輪）及打孔滾模，增加了不少成本。為解決上述生產(chǎn)過程中存在的弊端，筆者開發(fā)了伺服步進式自動成袋機，該設(shè)備集滾超封邊、切邊、打孔、橫超封口、切斷于一體，減少了工序，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約人工，并且取消了掛輪系統(tǒng)，無需為不同規(guī)格的產(chǎn)品配備一副打孔滾模和掛輪，簡化了系統(tǒng)降低了成本。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實踐和探索，并不斷進行優(yōu)化改進，現(xiàn)已成功應(yīng)用于批量生產(chǎn)中，原先無法制作的超長袋子現(xiàn)在亦可以通過本機完成。

2 結(jié)構(gòu)及工作原理

自動成袋機結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示，無紡布卷料2事先采用柔版印刷機印上產(chǎn)品圖案和色標，統(tǒng)一印刷可以提高色標的印刷精度，從而可以保證本機的控制精度，同時也解決了產(chǎn)品成袋后采用單獨手工絲網(wǎng)印刷效率低、工序多的問題。

光電傳感器3跟蹤卷料上的色標，根據(jù)安裝在連續(xù)牽引輥19上的編碼器信號，由PLC計算出打孔窗口距離A，并由伺服電機驅(qū)動打孔滾模4進行間歇性旋轉(zhuǎn)超孔。滾模6和7分別完成超聲波連續(xù)滾邊與切邊動作。牽引輥19由變頻電機驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)運行速度來實現(xiàn)不同的產(chǎn)品規(guī)格及工藝對線速度的要求。

圖1 伺服步進式自動成袋機原理圖

1-下層無紡布卷料；2-上層無紡布卷料；3-打孔光電傳感器；4-超聲打孔滾模；5-導(dǎo)向輥；6-超聲滾邊模；7-超聲切邊模；8-封口光電傳感器；9-超聲封口模及驅(qū)動氣缸；10-脫模機構(gòu)；11-袋長調(diào)節(jié)機構(gòu)；12-動切刀及往復(fù)機構(gòu)；13-張緊輥；14-定切刀；15-步進牽引輥；16-定長輥；17-封口超聲波換能器；18-浮動輥；19-連續(xù)牽引輥；20-切邊超聲波換能器；21-滾邊超聲波換能器；22-打孔超聲波換能器；A=打孔窗口距離；B=封口窗口距離

在這里打孔伺服電機必須嚴格控制兩個關(guān)鍵變量，一是啟動時刻，涉及到窗口距離A的計算，二是必須保證使打孔滾模與卷料牽引線速度完全同步。這兩點都是通過PLC計算編碼器傳來的位移及速度信號配合伺服驅(qū)動實現(xiàn)的。因此編碼器的安裝方式與結(jié)構(gòu)有著舉足輕重的關(guān)系，輕微的擾動都會干擾編碼器每轉(zhuǎn)數(shù)千脈沖的信號，在這里筆者專門設(shè)計了編碼器安裝座與牽引輥軸承座一體式結(jié)構(gòu)如圖2，并巧妙安排相關(guān)尺寸鏈，使軸承和編碼器的兩個安裝圓一次車加工成型，從而保證了同心度及垂直度。

為了保證傳動精度，伺服減速機采用回程間隙≤10ArcminD的伺服專用行星針輪減速機，其余傳動全部采用圓錐齒輪和圓柱齒輪傳動替代原滾超機采用的鏈條傳動，避免鏈條抖動帶來的影響，大幅提高了傳動精度。對于調(diào)整不同規(guī)格產(chǎn)品的調(diào)節(jié)機構(gòu)，全部采用直線導(dǎo)軌+滾珠絲杠實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，使本機的產(chǎn)品規(guī)格適應(yīng)性增強，調(diào)整便捷精準。

步進牽引輥15由伺服電機驅(qū)動作步進式牽引，光電傳感器8跟蹤色標信號，并根據(jù)伺服電機編碼器計算走過的窗口距離B發(fā)出停止信號，此時氣缸9下壓，進行超聲波橫向封口，同時由袋長調(diào)節(jié)機構(gòu)11和定長輥16確定袋長，并由切刀12和14完成切斷動作。

圖2

張緊輥13將切斷的集塵過濾袋送出。此時系統(tǒng)再次發(fā)出牽引信號，循環(huán)上述步驟。

步進牽引與前部連續(xù)牽引之間的線速度由浮動輥18進行協(xié)調(diào)，通過位置傳感器控制步進牽引的線速度，使浮動輥的上下移動范圍自動鎖定在合適的區(qū)段內(nèi)。由于步進牽引需要較大的扭矩，且要求準確啟動與定位停止，因此選擇合理的減速比可最大限度發(fā)揮伺服電機的扭矩，這樣就可選用較小的電機功率，降低制造成本。關(guān)于這一點筆者有專門的文章論述。

3 主要技術(shù)參數(shù)

1）最大加工袋寬500mm；

2）最大加工袋長1300mm；

3）最大生產(chǎn)線速度7.5m/min；

4）打孔伺服驅(qū)動功率0.4KW；

5）步進牽引（伺服控制）驅(qū)動功率1KW；

6）連續(xù)牽引（變頻控制）驅(qū)動功率2.2KW；

7）產(chǎn)品最大尺寸偏差±2mm。

4 使用效果

1）超聲波打孔、滾邊、切邊并同時橫向封口切斷在一臺機上全部完成，省去了單獨超聲封口人工剪邊工序，節(jié)約人力、物力；

2）原滾超機機械定長尺寸誤差大，為保證后道超聲波封口工序，每個袋子在滾超甩斷時必須預(yù)留加長量20mm以上，封口后再通過人工剪邊切除。采用本機生產(chǎn)不需預(yù)留長度，節(jié)約無紡布原材料5%～10%；

3）原滾超機是采用滾模周長等于袋長的機械傳動鎖定線速度的原理，每更換一個規(guī)格袋長的產(chǎn)品須制作一個特定直徑的滾模。由于本機采用光電跟蹤色標，通過伺服電機間歇驅(qū)動控制打孔，因此可采用統(tǒng)一回轉(zhuǎn)直徑超聲波滾模，大幅減少了滾模數(shù)量，節(jié)省了一筆可觀的模具費用；

4）原滾超機須每個規(guī)格袋長制作一副齒輪（掛輪），而本機采用伺服電機步進驅(qū)動控制袋長與切斷，省去了機械傳動甩刀定長所必須的掛輪系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)運行及調(diào)試成本；

5）由于受結(jié)構(gòu)尺寸的限制，原滾超機掛輪速比是有限制的，并且直徑過大的打孔滾模也無法加工，因此無法生產(chǎn)袋長800mm以上的產(chǎn)品。而本機不受此限制，由于是步進間歇驅(qū)動控制，袋長達1300mm的產(chǎn)品均可生產(chǎn)。根據(jù)公司現(xiàn)在的定單趨勢，袋長范圍800～1000mm的產(chǎn)品越來越多，因此本機提高了對產(chǎn)品規(guī)格的適應(yīng)性；

6）采用伺服控制，產(chǎn)品的尺寸精度得到大幅提高，原機械式滾超機最大尺寸偏差達±5mm,本機最大尺寸偏差±2mm，提高了產(chǎn)品在市場的競爭力；

7）由于采用光電色標跟蹤定位，鎖定每個袋子的圖案相對袋子的位置比較容易。因此就可改變印刷工藝，將原先單個布袋絲網(wǎng)印刷改變?yōu)闊o紡布面層卷料事先上柔版印刷機連續(xù)印刷，印刷產(chǎn)品圖案的同時在卷料的邊緣印刷色標，簡化工藝，提高效率，降低成本。