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异形易开盖刻线补涂的数控技术应用

2017-12-27 9页 doc 24KB 29阅读

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异形易开盖刻线补涂的数控技术应用异形易开盖刻线补涂的数控技术应用 包装与食品机械2011年第29卷第4期 异形易开盖刻线补涂的数控技术应用 金美华,陈厚忠,季正峰 (1.义乌市易开盖实业公司,浙江义乌322000;2.总装备部驻合肥地区军事代表室, 合肥230041) 摘要:回顾了传统异形易开盖的刻线补涂技术及补涂系统本身结构的局限性.针对 异形易开盖刻 线补涂工艺现有缺陷提出改进措施,介绍了新型数控异形易开盖刻线补涂技术的 应用原理.通过利用 高精度伺服系统的优异性能,使得数控化异形易开盖补涂装备的稳定性,操控性, 精确度,扩展性,性价 比...
异形易开盖刻线补涂的数控技术应用
异形易开盖刻线补涂的数控技术应用 包装与食品机械2011年第29卷第4期 异形易开盖刻线补涂的数控技术应用 金美华,陈厚忠,季正峰 (1.义乌市易开盖实业公司,浙江义乌322000;2.总装备部驻合肥地区军事代室, 合肥230041) 摘要:回顾了传统异形易开盖的刻线补涂技术及补涂系统本身结构的局限性.针对 异形易开盖刻 线补涂工艺现有缺陷提出改进措施,介绍了新型数控异形易开盖刻线补涂技术的 应用原理.通过利用 高精度伺服系统的优异性能,使得数控化异形易开盖补涂装备的稳定性,操控性, 精确度,扩展性,性价 比都有了大幅度的提高. 关键词:异形易开盖;刻线补涂;数控技术;伺服驱动 中图分类号:TS292文献标识码:A文章编号:1005—1295(2011)04—0060—04 doi:10.3969/j.issn.1005—1295.2011.04.017 CNCTechnologyApplicationonIrregularEasyOpenEndsScoreRepairing JINMei—hua,CHENHou.zhong,JIZheng.feng (1.YiwuEasyOpenEndIndustryCorp.,Yiwu322000,China;2.HefeiMilitary Delegates'OfficeofGeneralArmamentDepartmentofthePLA,Hefei230041,China) Abstract:ThisthesisreviewsthetraditionaltechnologyonirregularEOEscorerepairingandt helimita— tionofthestructureoftraditionalscorerepairingsystems.Inordertomakesomeimprovement ontheirregular EOEscorerepairing,itintroducestheprincipleofCNCtechnologyapplicationonirregularE OEscorerepai— ring.CNCscorerepairingsystemmakesuseofthehigh— precisionservosystemtomakeabigimprovementon thestability,controllability,precision,expansibilityandcostperformanceforEOEscorerep airing. Keywords:irregulareasyopenends;scorerepairing;CNCtechnology;servodriver 0引言 易开盖是食品罐头加工行业中金属罐头用 盖.易开盖产品工序虽然很多,但是一般都包括: 铁皮一基础盖成型一拉环组合成型一后处理工序 一 成像视觉检测一集盖包装?.易开盖有圆形 和非圆形两大类,异形易开盖是指非圆形易开盖, 如椭圆形,方形,马蹄形等. 易开盖是用于罐头封盖和开启之用,顾名思 义,在食用时应容易开启,故在加工盖子时盖面上 预刻有一条一定深度的刻痕,并铆有拉环,这样开 启时盖子能沿着刻痕完全拉开.出于罐头食用安 全的缘故,要求盖子在食品包装在罐内后到食品 食用完前不能有生锈,腐蚀,所以用来做易开盖的 马口铁材料一般都事先要进行涂覆工艺处理,即 在马口铁材料的表面涂上一层耐腐蚀的涂料,这 样盖子在包装食品过程中就不会生锈,腐蚀.但 是刻痕线的加工无疑要破坏了盖子上面的这层涂 膜,所以盖子必须在刻痕线之后进行补涂工艺处 理.为了能最大开口地把罐头打开,一般刻痕线 的轨迹与盖体外形轨迹类似,是盖体外形轨迹向 内的等距线,所以圆形的易开盖刻痕线是圆形的, 异形易开盖刻痕线的轨迹也是其该异形的相似 形 悬:金20姜11-0一黧:为工业装备的自动1匕删,通信地22000浙江义乌市丹溪 jL~711966号叉乌作者简介:金美华(1一),男,本科,工程师,研究方向为工业装备的 自动化控制,遗信地址:j22uuu浙江义马巾升决j'均 市易开盖实业公司,E—mail:jmh635@sohu.tom. 60 异形易开盖刻线补涂的数控技术应用——金美华,陈厚忠,季正峰 从传统的刻线补涂技术及工艺方法介绍人 手,其存在的局限性和不足;针对补涂工艺的 改进和装备优化,介绍了新型数控异形易开盖刻 线补涂技术的应用原理和良好的使用性能. 1传统的刻线补涂技术 用来刻线补涂的材料一般有酚醛树脂涂料, 环氧一酚醛树脂涂料,丙烯酸树脂涂料和铝膏等, 这些种类的涂料具有耐腐蚀性,良好的附着性,柔 韧性,无毒,无味,符合食品卫生安全要求,另外, 对于贮藏,输送涂料的容器,管道来说,也要求有 较高的耐腐蚀性,且易拆卸,易清洗. 用来刻线补涂的涂料由于其特性以及刻线的 截面形状等原因,所喷出来的涂料的截面形状一 般是扇形的而不是柱形的,即有方向性的,所以对 圆形易开盖来说刻线补涂工艺一般都是喷枪不转 动,盖子转动,这样喷出来的涂料补涂在盖面上看 上去是一圈较均匀的圆环,也较美观. 对于异形易开盖来说,由于其刻线的不规则 性,刻线补涂工艺相对较复杂,传统的异形易开盖 的刻线补涂工艺的完成主要有以下几种方法: 人工刷涂直接由工人在盖面上用手工将涂 料补涂在一圈刻线上.这种补涂方式工艺简单, 劳动强度大,工作效率低且不利于涂覆层的均匀 度,只适用于批量特别小,投入产出比不高或不常 用的盖型中. 纯机械方式用机械方式完成异形易开盖的 补涂必须有以下几个步骤:加盖分盖一送盖一 盖定位一盖上顶一盖转动(盖不转动)_+喷枪平 动(跟随)补涂一盖下降盖送走.除了加盖用 手工完成外,其余的每个步骤都要用传统的机械 设备自动实现,且每个步骤之间的动作要求相互 协调,相互配合,同步性好,不能有一个动作掉链, 也不能有一个动作超前.用纯机械方式完成异形 易开盖的补涂工艺,机器结构很复杂,动力传动在 立体空间纵横交错,有很多步骤要用偏心轮,凸轮 来完成,如间歇分盖,间歇送盖要用x轴向的偏 心轮来实现,盖上顶与盖下降要用Y轴向的升降 凸轮来实现,而完成喷枪平动(跟随)动作的是双 层的成型凸轮转动机构.偏心轮与升降凸轮根据 送盖步距与升降行程容易设计与加工,且对于不 同盖型,不同机型,只要送盖步距与升降行程设计 成一样,偏心轮与升降凸轮都可以通用,而完成喷 枪平动动作的双层成型凸轮,是根据盖型中刻线 的轨迹来设计的,不同的盖型成型凸轮就不一样, 对成型凸轮的加工精度要求也比较高,因为成 型凸轮加工稍有偏差,所走的轨迹就不一样, 喷枪所喷出的涂料就不一定补在刻线上,相应 的盖子的产品质量就达不到要求,调试和安装 起来非常麻烦,异形易开盖因其盖型的非标 性,一种盖型的产品需求量相对来说并不是很 大,而结构这么复杂,如果机器产量不高,生产 效率就很低,不同盖型共用一台的话,换盖型 时要更换盖型备件(成型凸轮),且更换盖型备 件特别麻烦,产品换型困难,并且随着使用时 间的推移,机械的磨损会影响到同步的精度, 后期维护费用很高,所以纯机械方式的异形易 开盖补涂机比较适用产量较大,不用换盖型的 异形易开盖产品的生产. 机械方式与数控技术的结合用机械方式与 数控技术的结合来完成异形易开盖补涂工艺的各 个步骤,即用机械方式完成加盖一分盖一送盖一 盖定位一出盖等动作,而用数控系统及伺服驱动 技术来替代完成原来复杂的齿轮和传动轴变换的 动力输送执行机构和凸轮传动过程,利用电子凸 轮取代传统的机械式凸轮,将各个执行单元更换 为伺服电机直接驱动机构,进行速度同步控制和 位置控制,实现三维轨迹自动补涂,即(x轴与Y 轴的联动合成)和喷枪(z轴)的上下运动. 目前,采用数控技术的控制方法在国内易开 盖行业的生产装备中很少应用.以下将详细介绍 这种异形易开盖刻线补涂工艺的数控技术. 2异形易开盖刻线补涂的数控技术应用 2.1设计 用机械方式与数控技术的结合来完成异形易 开盖的补涂工艺,机械方式只需完成加盖一分盖 一送盖一盖定位一出盖等动作,加盖仍用手工完 成,而分盖一送盖一盖定位一盖送走等一系列动 作只需一只偏心轮或一只间歇分度器即能完成, 机械设计变得非常简单,而完成轨迹补涂(包括x 轴与Y轴的动作合成,喷枪的上下升降运动等复 杂动作)都由数控系统来完成. 以异形盖T501为例,具体尺寸如图1所示, 其工艺要求如下: 61 包装与食品机械2011年第29卷第4期 图1T501椭圆盖尺寸 x轴为水平轴,通过伺服电机直接驱动滚珠 丝杆,带动喷枪左右运动,x轴运动区域长度为 100mm. Y轴为垂直轴,同样通过伺服电机直接驱动 滚珠丝杆,带动喷枪前后运动,Y轴运动区域长度 为300mm. z轴为上下升降轴,当定位完成后,z轴向下 移动到盖子刻痕上方附近,启动喷枪电磁阀,开始 进行注喷动作,当XY两轴轨迹联动完成后,结束 注喷动作,上升到原来零点位置,z轴伺服单动即 可,运动区域长度为100mm. A点作为伺服系统的工作原点,x,Y轴运行 轨迹为A—B—C—D—A—E—A,喷涂喷枪采用 电子枪,工作区间为A—B—C—D—A—E,喷涂 结束后,z轴回升,x,Y,z轴快速返回到工作原点 A,等待下一个盖子定位信号的启动触发,如此反 复循环. 工艺控制过程如图2所示: 62 图2补涂工艺控制过程 2.2数控系统的选用 数控系统选用台达的PUTNC—H6C,其主要 特点:开放式的系统架构,最大响应速度500KPPS 编码器反馈,能够满足快速定位的需求,除具有线 性插补等运动控制外,还能够进行画面显示,参数 设定,程序编辑,PLC逻辑控制等,可应用到各类 产业机械和自动化设备上J. 交流伺服驱动器则采用台达一A系列驱动器 ASD-AB,具有位置P—CURVE和速度S—CURVE平 滑功能,可以对运动命令进行平滑处理,使电机产 生连续的速度和加速度,可以很好地改善电机加 减速的特性,在机械结构的运转上也更加顺畅平 滑. 轴/Y轴滑台丝杆的螺距为5mm,X轴/Y 轴伺服编码器分辨率通过电子齿轮比功能设定为 100000ppu.X轴伺服和l,轴伺服要求具有两轴 插补功能,由于转速快,行程短(如T501椭圆盖 的轨迹线周长为300mm,其中长轴为130mm,短 轴为65ram),转动惯量较大,响应时间要求快,故 伺服传动机构采用联轴器直联,尽量调快伺服的 响应时间,调短整定时间.将伺服系统所具有的 高精度,稳定性,响应性和对负载变化自适应能力 充分发挥出来,优化了驱动系统的联动特性,使整 套驱动系统发挥出理想的机械性能. 基本配置图如图3所示: 图3数控系统基本配置 控制器内存有512K存储空间,基本G代码 编程,配合标准的CNC键盘或CAD/CAM,经 USB或计算机RS232C接口输入即可,因为是数 控系统,当运行轨迹改变时,只需事先把不同盖型 及其运行参数的控制程序存储在控制系统内,在 LED屏的面板上设置盖型选择开关(如图4),点 选后控制系统即会调用相应的控制程序,按选用 的程序进行生产即可,机器盖型的更换非常方便, 机器的生产效率大大提高. 异形易开盖刻线补涂的数控技术应用——金美华,陈厚忠,季正峰 图4LED屏的面板 数控方式由于控制精度很高,加速平稳,响应 快,通过该种机台补涂出来的盖子轨迹美观漂亮,涂 膜均匀,重复精度高,由于设备减少了众多的传动机 构,噪音很小,产品换型方便,由于HC6具有驱动6 个伺服轴的能力,还可以把机器设计成一拖二的方 式,控制两通道不同异形盖型的生产,这种柔性控制 的方式,不但提高了设备的生产效率,而且投资不 大,是一种高性价比的多轴伺服同步控制方案. 数控系统可以参照生产的实际需求和各人的 爱好选用不同的配置,如工控机,HMI+PLC+运 动控制模块等等.制造装备的数控化是专项设备 制造的发展方向. 2.3数控系统技术应用的特点和优势(见表1) 表1对两种T艺的主要技术参数及优缺点比较 比较项目传统刻线补涂方法数控刻线补涂方法 装需驾工誓:短c安装简单,周期高,复杂,安装难度高) (续表1) 腽耆高(动力传输,机低(仅分盖及盖子H罘户 械配合有较大噪声)传输的声音,较低) 3结束语 通过数控系统的应用,在机械结构上,摒弃了 传统的机械凸轮连接,取而代之的是高精度的伺 服系统,通过精密丝杆分别控制水平x轴和垂直 Y轴的位置,速度的同步联动,完成原来机构凸轮 的复杂传动,这种控制系统稳定性好,操作容易, 换型方便,运动精度高,机械磨损小,维护使用简 单,可扩展性好,数控系统已从原来简单的零部件 加工逐步应用到自动化的生产制造设备中. 参考文献 [1]陈厚忠,朱小中.易开盖成品高速视觉检验机器的开 发[J].包装与食品机械,2011,29(1):32,34. [2]中国罐头工业协会科技工作委员会,马口铁食品三 片罐工艺技术[M].北京:中国轻工业出版社,2008: 118—130. [3]亿圆实业股份有限公司,HUSTHC6数控器[z].接 线手册,2010. [4]亿圆实业股份有限公司,HUSTHC6数控器[z].操 作手册,2010. (上接第66页) 斗下面的直筒端(底端焊有一圈钢筋,可以有效 防止包装袋下滑),拨动手拨杆开关,夹袋机构的 两侧气缸同时动作,将包装袋牢牢的夹紧,包装袋 与秤斗形成一个秤斗整体进行称量. 2设计特点分析 双齿辊给料称量机构主动辊,从动辊上的齿 形按相互错开的方式排列,主动辊,从动辊相对转 动由一排排小齿将物料自上而下拨动流下来,较 好地适应了南方潮湿地区肥料粘度大,流动性差 的情况,通过两侧摆门的开闭和主动辊,从动辊转 速的变化来实现粗,精,细三级给料,保证了动态 计量的速度和精度. 参考文献 [1]蔡碧蕾,叶凯.振动式真空整形机的设计[J].包装与 食品机械,2010,28(5):24—26. [2]吴锦圃.饲料粉碎设备的改进,研发和应用状况 [J].粮食与饲料工业,201l,(2):45—48. [3]张有良,常晓煜,张国安,等.枕形包立式包装机制袋 系统的设计研讨[J].包装与食品机械,2010,28(5): 2O一23. 63
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