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伺服机械手式码垛机设计
[2019-09-07]

码垛机是一种将整包容器按照预先设定的码垛垛型,整齐排列成型并自动堆码的设备,一般安装在膜包机、纸包机或者装箱机的后面,位于整条生产线的最末端。所以,码垛机的高速、稳定运行能够保证整条生产线的生产效率。
传统的龙门码垛机或者机器人码垛机都是在事先已转向的箱包进箱完成后,依靠推箱电机的前后运动将箱包排列成型。这种成型方式不仅不能完全保证转向的准确性,而且推箱电机的运行占用了每个码垛周期的很大一部分时间。正是由于这种局限性,导致了传统码垛机不管怎样更改机械结构都很难再有所突破,限制了码垛机产能的进一步提高。
本文以江苏新美星包装机械股份有限公司最新研发的高位单臂码垛机为背景,介绍了一种新型的伺服控制高速码垛系统。双通道进箱,每个通道上都安装有一个机械手用于转向、平移,控制更加精确、快速,大幅提高目前码垛机的产能,可以广泛应用在饮料、啤酒等包装行业。
一、结构原理
码垛机主要由进箱输送、主提升装置和垛输送等三部分组成。除垛输送部分外,其余均选用伺服电机,由伺服控制器驱动控制,并通过安装在电机尾部的编码器反馈实时值,构成了一个完整的闭环回路,能够实现精确稳定的控制。
双通道交替进箱,两个胶板链高速无间隙地向码垛机进口输送箱包,同时能够快速启停以保证进入机械手处的箱包产生一定的安全间隙,确保机械手的安全旋转。
在高位单臂码垛机中,箱包的转向由其对应通道上的两个机械手独自完成。在传感器感应到进箱后,PLC通过计算编码器的值,能够控制机械手准确地下降到抓取位置,并在与下方输送带同步运行的过程中完成夹箱、转向、平移等动作,将连续进入码垛机的箱包不断地移动到预先设定的位置,完成垛型排列。这种码垛方式与传统方式相比,能够在箱包高速运行的过程中完成垛型排列,不仅提高了转向速度,而且节省了原先的推箱时间。
整层输送1用于接收从两个机械手输送出来的箱包,其间断性的启停可以将X方向不同位置且具有Y方向间隙的箱包堆挤成最终的码垛垛型。由于间断性的启停,可以保证没有箱包进入整层输送1时电机停止运行,这样减少了在等待后续箱包时产生的不必要的摩擦力,避免了包型的倾斜。
在整层输送1上挤包成型后,通过释放挡箱气缸,将整层包型运送到整层输送2,等待推箱将其送入主提升装置的移载平台内。推箱动作的过程中,整层输送2与推箱的线速度完全一致,这样能够保证在推箱运行中保持垛型原先的完整性。
在包型进入移载平台后,通过卷帘电机与夹紧电机的同步控制将包型夹紧固定,并通过平台横移电机与升降电机的相互配合运动,最终将整层包型码垛在垛输送的垛板上,再由垛输送将整垛产品运送到叉车工作区域。
二、控制理念
1.机械手周期
机械手的主要功能是将进入码垛机的箱包在输送的同时进行同步转向。从原点开始动作到转向完成后回到原点,为一个动作周期。每一个周期包括下降、夹紧、前进、旋转、平移等动作。
考虑到机械手在空间内的旋转,必须保证旋转时的箱包与前后的箱包、通道1的箱包与通道2的箱包不发生碰撞,所以两个通道在交替进箱的同时必须保证前后之间(Y方向)留有安全间隙。
以缅甸某客户现场要求为例,箱包输送的速度为0.5m/s,每个机械手每次抓取3包。在箱包输送运行1.4m的行程内机械手完成一个动作周期,从理论上计算得到产(0.5x60/1.4)x3x2 约等于 包/分。
2.主提升装置
主提升装置将移载平台上的整层箱包从3米的高位运送到距地面0.5米的垛输送上的垛板上面。不仅要保证垛型美观,同时要提高生产效率。采用高位的码垛方式能够排除空间上的障碍,可以规划出移载平台的曲线运动,大大减少了主提升装置的往返时间。将单个码垛周期时间控制在3秒以内,保证每个周期都是主提升装置等待前面成型的箱包,有效地提高了整个设备的生产产能。
3.垛型编辑
垛型的编辑决定了码垛的方式及设备速度。为了让垛型编辑能够更简单方便,本设备采用图形化编辑的理念,设计了一种图形编辑方法,使得垛型编辑变的简单易懂。通过在HMI上旋转与实际尺寸等比例的框图来编辑垛型,可以自动生成垛型的坐标数据,并将数据动态地分配到对应的机械手上,保证了数据的准确性。
三、现场应用
设备已经在缅甸某客户工厂投入了生产,目前能够稳定运行在每分钟128包左右。选用伺服电机加以先进的控制理念,与传统码垛机相比,产能大幅提高,同时控制更加精确、设备运行更加稳定,得到了客户的一致好评。

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