首饰包装纸盒自动过胶输送机设计及应用

丁俊健，邱术芹，李庆达

（1.中山火炬职业技术学院，广东 中山528436；2.中山职业技术学院，广东 中山528400）

0 引言

随着市场竞争日趋激烈，产品包装己成为刺激消费、扩大销售、产品增值的有力武器，成为经济发展、科技进步和提高人们生活质量密切相关的重要因素，人们对各种产品的包装要求也越来越更高了。精装首饰盒是一种综合性的包装盒，需要通过裱糊包制、粘结配合制成包装盒。

精装包装盒根据选择材料的不同，分为纸盒、胶盒、木盒、铁盒等一系列产品，其中纸盒是绿色包装发展的必然趋势，因为纸包装盒可以回收再利用，对环境不会造成危害，而胶盒由于塑料不易分解，相对而言再利用率偏低，但塑料价格便宜，由塑料包制的首饰盒价格比较便宜且经久耐用。

目前业界存在如下问题：（1）精装首饰包装纸盒生产的环节几乎都为人工完成，鲜有机器参与生产环节；（2）人工用毛笔蘸胶涂抹在纸板上，不能保证涂胶的一致性；（3）涂胶效率取决于操作者的熟练程度，生产效益低下；（4）浪费了大量人力及物力。为了尽快消除这些弊端，急于寻求解决的办法，必须用自动化机械以解决问题。因此，设计开发精装首饰包装纸盒自动化生产线，能消除以上这些弊端，保证涂胶均匀、外盒书皮连接牢靠，无污染、无伤害、节省人力，提高效率，增长经济效益，具有十分重要的意义[1-2]。

1 首饰包装纸盒成型流程

首饰包装纸盒主要用于包装戒指、耳环、吊坠、项链等首饰，是用胶水将书皮（如图1中a所示，由咭纸、压纹纸和植毛布等压切而成）和裸盒（如图1中b所示）粘贴在一起，然后经过贴合、折边、挤压、压泡等过程制作而成。首饰包装纸盒可以设计成各种不同的款式，以提高包装产品的附加值。

图1 首饰包装纸盒组成示意图

因此精装首饰包装纸盒包加工包含如下生产环节：盒体压切、裸盒成型、书皮压切、书皮过胶、盒体书皮配合、贴边折边、压紧挤实、装配附件等工艺过程。

在以上工艺过程中，盒体压切、书皮压切是在纸皮模切机上完成的，裸盒成型是在角接机上完成的。本文设计的自动过胶输送机构用于完成书皮过胶、抓取裸盒、盒体书皮定位配合等过程，并将配合好的盒体书皮推送至另一自动化机构，以完成首饰包装纸盒的其余工艺过程（贴边折边、压紧挤实）。

2 首饰包装纸盒自动过胶输送机构设计

2.1 总体设计

自动过胶输送机构由四部分组成，书皮吸取及过胶部分、输送部分、裸盒吸取及定位部分、书皮裸盒推送部分。采用非标自动化领域常用设计软件Solidworks设计了本机的三维模型如图2所示[3]，图中零件1至零件5组成了书皮吸取及过胶部分，零件6至零件15组成了裸盒抓取及定位部分，步进电机21驱动输送带实现了书皮、裸盒等的输送，零件16至零件20、22、23组成了书皮裸盒推送部分。

图2 首饰包装纸盒自动过胶输送机构三维造型图

书皮吸取及过胶部分实现吸取单张书皮，并将书皮送至滚动的胶辊，完成书皮上表面抹胶。书皮经过胶辊后刚好输送至输送带上。当书皮输送至裸盒抓取及定位部分时，输送带静止，裸盒被吸起，并被推送至书皮正上方，然后裸盒被零件10裸盒上下气缸下压在书皮上，至此裸盒和书皮被粘接在一起。步进电机启动输送带，将粘接的裸盒和书皮送至书皮裸盒推送部分，手指气缸22抓取粘接的裸盒书皮，在盒体伸缩长气缸16的作用下，推送至另一自动化机构中。

2.2 长气缸推送及加固机构设计

在机构中零件13裸盒伸缩长气缸采用TN20-350，气缸行程为350 mm。零件16盒体伸缩长气缸采用TN20-550，气缸行程为550 mm。由于这两个气缸行程较长，工作时气缸轴伸出部分较长，为了防止这两个长气缸工作时气缸轴发生偏斜，设计了加固机构，用以连接长气缸活塞活动部分和滑块导轨。如图2所示，零件7、8、9用于连接零件13活塞伸出部分，零件17、18、19用于连接零件16活塞伸出部分。

2.3 吸嘴及导向机构设计

机构中存在书皮真空吸取和裸盒真空吸取。书皮真空吸取部分由图2中的零件3、4、5组成，书皮吸嘴3固定在书皮伸缩气缸4上面，书皮伸缩气缸采用TN10-30气缸，该气缸由双轴组成，工作行程30 mm，工作行程短，具有良好的稳定性和定位功能。裸盒真空吸取部分由零件10、14组成，裸盒吸嘴14安装在裸盒上下气缸10上面，裸盒上下气缸采用MAL20-50，该气缸为单轴气缸，工作时气缸轴易发生转动，为了保证裸盒吸取气缸定位准确，设计了零件11上下气缸导杆，上下气缸导杆穿过零件12上下气缸固定支架中的一个小孔，随MAL20-50气缸活塞一起运动，导杆和小孔即可防止MAL20-50气缸轴转动，从而确保裸盒吸嘴工作的可靠性。

3 自动过胶输送控制系统设计

3.1 控制系统I/O分配及接线

首饰包装纸盒自动过胶输送机构中共有7个气缸，2个吸嘴。每个气缸配备2个磁性开关，再加上机构的启动、停止、急停按钮，一共有17个开关输入量。每个气缸由一个三位五通电磁阀控制，2个吸嘴分别由一个二位三通电磁阀控制，因而有9个输出开关量控制，输送带步进电机需要方向和脉冲控制，一共有11个输出端口，表所示为控制系统I/O分配表。输入输出接线图如图3所示。

表1 控制系统I/O分配表

图3 控制系统P L C输入输出接线图

3.2 控制要求

结合图2所示，自动过胶输送机构工作流程如下：

（1）书皮吸取及过胶：零件5书皮上下气缸向下伸出吸住书皮，抬起。零件4书皮伸缩气缸伸出，将书皮送入零件1过胶辊中，书皮经过上下胶辊后，书皮表面被抹上一层胶水，书皮被被胶辊输送至输送带上。

（2）裸盒吸取及定位：书皮输送至中部时，输送带停止运转，零件10裸盒上下气缸向下伸出，吸取一个裸盒，抬起。零件13裸盒伸缩长气缸伸出，将吸取的裸盒送至输送带书皮正上方。零件10气缸伸出，裸盒和书皮被粘在一起，输送带运转。

（3）盒子抓取及推送：粘有裸盒的书皮输送至设备右端盒子抓取位置时，输送带停止运转。零件20盒体上下气缸伸出，零件22手指气缸收缩，抓取盒子，零件20收回，抬起盒子。零件16盒体伸缩长气缸伸出，将盒子推送至后续设备中。到位时零件22张开，放下盒子，零件16收缩，回到原始位置。

（4）自动过胶输送机构工作时，吸取输送前2个书皮时，步骤1、2是单独执行的，自吸取输送第3个书皮时，则步骤1、2、3是同时工作的。

3.3 控制系统程序的实现

分析自动过胶输送机构工作流程，可知机构工作时三个主要步骤为同时进行的，因此采用并行分支状态转移图的编程方法[4]，更适合于实现本控制系统的程序编写。

依照图4所示的控制系统状态转移图，在三菱PLC编程软件GX developer软件中，即可编写出SFC控制程序。

图4 自动过胶输送控制系统状态转移图

4 自动过胶输送机运行

根据设计图纸，经过零件加工、机构装配、电气布置、电气接线，控制程序编写，机构和电气联调等过程，所装配制造的首饰包装盒自动过胶输送机如图5所示。作为机器的主要零部件的盒体伸缩长气缸及裸盒伸缩长气缸，其进气口、出气口都采用带调节阀的接头，可以实时调节气缸的工作气压，加快或降低气缸活塞的伸出或收缩速度。经过实验比较，当气缸进气口调节阀开度处于中间位置的时候，伸缩气缸伸缩速度适中，能够平稳的输送裸盒。若调节阀开度加大，则因气缸活塞伸出速度较快，而对设备产生反冲力，造成机器较大的振动。若调节阀开度小于1/4时，则气缸工作压力太小，气缸活塞伸出或收缩速度太慢，而降低了机器的工作效率，因此调节阀的最佳开度处于1/4至1/2之间，酌情调节。

图5 自动过胶输送机实物图

通过调整主要气缸工作气压，步进电机旋转速度，本机每分钟能够完成5～10个首饰包装盒的输送。

5 结束语

本文设计了首饰包装纸盒自动过胶输送机，能够平稳的输送裸盒。但由于本机构为框架是结构，机构本身重量较轻，气缸尤其是长气缸工作时的伸缩速度不能设置的太快，否则气缸产生的冲击力导致整个设备产生振动。因而需要通过配重，增加设备的重量，提高设备工作时的稳定性，以及提高设备的工作速度和效率。