1  前言

隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，物流包裝行業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，原來(lái)需要幾個(gè)人十幾個(gè)人才能完成的任務(wù)，由于科技的注入，只需要一兩個(gè)人即可完成。裝封箱機(jī)，顧名思義即是把物品裝在箱子里并封好。本文所講的裝封箱機(jī)主要針對(duì)煙草行業(yè)，把成條的煙規(guī)則地自動(dòng)裝進(jìn)箱子里并封存好。該裝封箱機(jī)是在充分借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有同類(lèi)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上自主研發(fā)的新一代煙用條盒裝封箱設(shè)備，具有紙箱自動(dòng)供給系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)等，可簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)大、小箱互換。

2  裝封箱機(jī)工藝簡(jiǎn)介

裝封箱機(jī)在開(kāi)始端分條煙和煙箱兩路工藝，煙箱通過(guò) AGV 小車(chē)送到紙箱自動(dòng)供應(yīng)站，通過(guò)抓取提升等操作把紙箱放到煙箱匯合點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)兩軸插補(bǔ)把箱子打開(kāi)并用機(jī)械手把箱口撐開(kāi)等待條煙進(jìn)箱，另一路為條煙通過(guò)條煙輸送帶送到條煙堆疊處進(jìn)行堆疊，堆成 5 疊或 10 疊后通過(guò)推垛把條煙推進(jìn)箱子。最后通過(guò)煙箱主推把煙箱運(yùn)送出去，在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行封口貼標(biāo)等動(dòng)作，流程見(jiàn)如下工藝流程圖。

圖 1 工藝流程圖

在電氣控制方面，采用集中-分散控制的形式，邏輯關(guān)系的控制通過(guò) PLC 完成，驅(qū)動(dòng)定位等方面的程序通過(guò) Lenze 伺服控制器 9400HighLine 來(lái)完成，以減少了編程人員的工作量，提高控制精度和靈活性。

圖 2 電氣控制系統(tǒng)圖

3  Lenze 解決方案及特點(diǎn)

本方案采用 Lenze 驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，包括 9400HighLine 系列伺服控制器，8400StateLine

變頻器及 MCS 伺服減速電機(jī)。其中，9400HighLine 伺服控制器具有可視化自由編程，多種尋零模式及速度位置等模式切換等特點(diǎn)，可根據(jù)不同的工位及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)采用不同的功能模式。9400HighLine 還可實(shí)現(xiàn)各種驅(qū)動(dòng)控制方案，本方案根據(jù)應(yīng)用需要使用了

9400HighLine 定位、TP 窗口、Cam、TP 糾偏等功能。

堆疊機(jī)構(gòu)是將條煙輸入機(jī)構(gòu)送來(lái)的條煙，按五條一層、五層一垛的規(guī)律整理、碼垛，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上通過(guò)減速機(jī)由舉升、開(kāi)合、交接三個(gè)凸輪結(jié)構(gòu)組成， 其間接性工作制要求速度快、啟動(dòng)平滑、停止穩(wěn)定。本系統(tǒng)采用 9400HighLine 的 Cam 功能，由于此工位是朝一個(gè)方向運(yùn)行，時(shí)間久了會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差，故需要 TP 糾偏功能來(lái)消除累計(jì)誤差。

提升和水平搬運(yùn)使用 Limit 定位功能，上位機(jī)只需將控制器的位置值和啟動(dòng)命令發(fā)送給9400HighLine，9400HighLine 即可獨(dú)立運(yùn)行到指定位置，大大減少上位機(jī)的編程任務(wù)。

推煙機(jī)構(gòu)是將條煙推入紙箱，由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條滑車(chē)機(jī)構(gòu)完成推煙動(dòng)作。推煙板由上下兩部分組成。推煙時(shí)，上下兩部分工作面平齊；回程時(shí)，下半部分向后翻折。保證回程時(shí)不會(huì)占用條煙堆疊所需的空間，以提高機(jī)器效率。

開(kāi)箱動(dòng)作是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)作，它需要兩臺(tái)電機(jī)以插補(bǔ)的形式運(yùn)行四分之一圓弧，如果速度過(guò)慢則生產(chǎn)效率太低而喪失了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，若速度過(guò)快則會(huì)把箱子拉破。箱子的搬運(yùn)及開(kāi)箱示意圖如下 ，在開(kāi)箱過(guò)程中起點(diǎn)和終點(diǎn)均有一根軸在切線方向，這就導(dǎo)致了在正常速度下，切線方向上的那根軸的速度理論上將達(dá)到無(wú)窮大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本方案采用雙凸輪結(jié)構(gòu)，X 軸跟隨虛擬主軸運(yùn)行一個(gè)五階多項(xiàng)式，使其在開(kāi)始和結(jié)束過(guò)程均可慢速運(yùn)行，而在中間則快速運(yùn)行，這樣既保證了運(yùn)行時(shí)間又防止了過(guò)沖現(xiàn)象。Y 軸控制器跟隨 X 軸運(yùn)行插補(bǔ)，走四分之一圓弧插補(bǔ)。

圖 3 箱子搬運(yùn)及開(kāi)箱示意圖

4 Lenze 方案亮點(diǎn)

（1）獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制解決方案，基本上所有的驅(qū)動(dòng)控制算法及編程都可以在 9400HighLine 伺服控制器中實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)只需簡(jiǎn)單地給伺服控制器發(fā)送控制信息即可，大大減少了客戶(hù)的編程任務(wù)。

（2）靈活可視化的編程方式，伺服控制器的編程軟件 Lenze Engineering 采用 CFC 語(yǔ)言編程，編程直觀，操作方便，具有在線診斷及示波器等功能，在調(diào)試過(guò)程中能輕易的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）可選多種通信接口， 8400 系列變頻器支持 CAN，ProfiBus，EtherCAT， EtherNET 等多種通信協(xié)議，開(kāi)放性廣。

（4)8400 系列變頻器分為高中低三擋，基本上可覆蓋所有變頻器應(yīng)用?？筛鶕?jù)客戶(hù)的需要進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)，節(jié)約了客戶(hù)成本。

5  展望

該裝封箱是專(zhuān)為煙草企業(yè)而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用設(shè)備，系統(tǒng)速度為 8 箱/分鐘。在目前人工成本逐年走高的趨勢(shì)下，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平成為各個(gè)行業(yè)爭(zhēng)先實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，這意味著他們對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化依賴(lài)程度也將越來(lái)越高，而裝封箱機(jī)設(shè)備就是在這樣一個(gè)市場(chǎng)背景下應(yīng)運(yùn)而生。本文所述裝封箱機(jī)只需對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)稍作修改即可應(yīng)用到許多其它類(lèi)似領(lǐng)域，也就是說(shuō)，條形物品的裝箱應(yīng)用都會(huì)是此裝封箱機(jī)設(shè)備的潛在市場(chǎng)。