半自动口罩耳带焊接机设计与实现.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()半自动口罩耳带焊接机设计与实现侯柏林(惠州城市职业学院,广东惠州 )摘要:针对传统C型口罩生产效率不高、品质波动较大的问题,设计了一种基于P L C控制的应用于C型口罩的耳带半自动焊接设备,主要对口罩耳带焊接机的机械结构、功能、控制系统进行了设计.通过现场多次调试优化,大大提高了口罩的生产效率、降低了生产成本.关键词:口罩;半自动焊接设备;设计中图分类号:TH 文献标识码:A 年度广东省普通高校特色创新类项目(GWT S C X )收稿日期:;修订日期:作者简介:侯柏林(),男,湖南株洲人,副教授,硕士,研究方向为智能化检测、自动化装备研发、数字化设计、数字孪生技术等.引言口罩能有效保护口腔、呼吸道等,能有效隔断传染病、流行性呼吸疾病等常见疾病,也是日常医用卫生防疫用品.随着新型冠状病毒肺炎的流行,医用防护用品的需求急剧上升,各厂家都在加紧生产.年以来,口罩需求的猛增使得口罩制造商急需开发一种安全、效率高、控制好的口罩耳带焊接机及控制系统.程争卿等发明了一种全自动折叠式的口罩机送料装置.曾俊福等设计了一套主动送料机构,解决了从动轮送料机构张力不足等问题.张伟等设计了一套新型口罩机,解决了布料输送过程中的折弯问题,实现了生产五层KN 口罩.王安敏等设计了两个口罩模在一个焊接工作台面上并实现两个焊接位轮替焊接,提高了焊接效率.本文设计了一种基于P L C控制的应用于C型口罩的口罩耳带半自动焊接设备,并对机械结构、功能、控制系统进行了设计.基于P L C的C型口罩耳带半自动焊接设备总体结构基于P L C控制的应用于C型口罩的耳带半自动焊接设备总体结构如图所示,主要由转盘平台机构、气动拉耳带机构、双轴气缸压紧机构、耳带夹取旋转送料机构、摩擦输送机构、张力滚轮及保持配重机构、手指气缸剪切耳带机构、压紧焊接机构、机架等组成.通过摩擦输送机构输送耳带线,利用张力滚轮及保持配重机构实现耳带松紧调节并保持平衡;利用手指气缸剪切耳带机构实现耳带长度裁剪;通过耳带夹取旋转送料机构实现旋转 并夹取耳带便于下一步工序双轴气缸压紧机构对口罩进行压紧,然后利用压紧焊接机构实现焊接;利用转盘平台机构可以实现精准定位,调整不同的角度便于焊接不同型号的口罩,.转盘平台机构;气动拉耳带机构;双轴气缸压紧机构;耳带夹取旋转送料机构;摩擦输送机构;张力滚轮及保持配重机构;手指气缸剪切耳带机构;压紧焊接机构;机架图 基于P L C的C型口罩耳带半自动焊接设备总体结构控制系统设计半自动口罩耳带焊接机工艺参数要求如表所示.选择三菱F X U MT/E S A型号P L C可满足控制系统的I/O点数及高速脉冲的输出需求;焊接温度监测和控制采用模拟量输入/输出模块;口罩主体的传送驱动采用小型伺服电机驱动;HM I触摸屏采用威纶通T P C K i;温度变送器选用赫斯曼一体化温度传感器HT H S M ,探头长度为 mm,精度为 .主要部件机械结构设计 摩擦输送机构摩擦输送机构主要由耳带放置架、铝滚轮、W减速电机、包胶轮、配重块、滚轮、小滚轮等组成,如图所示.表半自动口罩耳带焊接机参数参数数值输出频率(k H z)电压(V)电箱功率(W)检测方式光电检测外观尺寸(mm)超声波焊头行程(mm)压缩空气气压(MP a)耳熔时间(s)产能(p c s/m i n)摩擦输送机构主要功能是控制耳带自动上料并将耳带顺利送入耳带剪切装置处,由包胶轮和铝滚轮组成一对摩擦轮,由W减速电机提供动力;耳带的张力通过滚轮的自身重量及配重块进行维持,耳带往下拉时,滚轮可以往上升;由个小滚轮实现上下调节,保证耳带顺利到达耳带剪切机构并实现耳带调直及保证耳带的绷紧,实现耳带的备料.手指气缸剪切耳带机构手指气缸剪切耳带机构主要由Y型气动手指、耳带剪刀、夹头滑块、导轨、液压缓冲器、浮动接头、耳带气缸、座板等组成,如图所示.手指气缸剪切耳带机构本质上是一种耳带拉线裁剪装置,座板水平安装在图所示的机架上,导轨安装在座板上,耳带气缸固定在座板上;夹头滑块可以左右滑动将耳带拉出;Y型气动手指用于耳带剪断,耳带剪刀包括两个上下交叉的半剪刀,半剪刀的交叉处通过一铰轴铰接于两个左右正对的锁合块上;为防止气缸在运动过程中撞击到其他零部件,采用液压缓冲器实现设备冲击的缓冲;浮动接头的主要作用是使耳带气缸释放一定的自由度,防止耳带气缸在安装或者运行过程中被憋死.耳带放置架;铝滚轮;W减速电机;包胶轮;配重块;滚轮;小滚轮图摩擦输送机构 耳带夹取旋转送料机构耳带夹取旋转送料机构主要由升降气缸、耳带升降滑动装置、滑台气缸、双联齿条、耳带开闭气缸、耳带抓取夹等组成,如图所示.通过耳带抓取夹抓取耳带的两头,在双联齿条带动下通过齿轮齿条运动带动耳带抓取夹子旋转 并通过限位块进行角度限位,到位后,进行耳带一边两头的焊接;焊接结束后,旋转台旋转一定角度,重复以上动作进行耳带另外一边两头的焊接.Y型气动手指;耳带剪刀;夹头滑块;导轨;液压缓冲器;浮动接头;耳带气缸;座板图手指气缸剪切耳带机构升降气缸;耳带升降滑动装置;滑台气缸;双联齿条;耳带开闭气缸;耳带抓取夹图耳带夹取旋转送料机构 压紧焊接机构压紧焊接机构主要由超声波升降电机、超声波升降滑动装置、换能器安装板、超声波焊头等组成,如图所示.首先,夹耳带机构夹紧耳带后在电机推动下沿着导轨伸出,耳带达到合适的长度后,Y型气动手指完成伸缩动作并剪切;然后,通过耳带抓取装置抓紧耳带并旋转 到达焊接位置进行焊接.焊接过程中气缸爪子防止走位超程问题、液压缓冲器防止碰撞,利用限位传感器实现剪切特定长度的耳带.转盘平台机构转盘平台机构主要由电机、减速机、步进电机固定板、感应器固定块、联轴器、光电开关、转盘轴、光电感应开关、转盘、转盘轴套、接近开关支架、出料感应片 等组成,如图所示.电机启动后,通过减速机、联轴器带动转盘旋转一定机 械 工 程 与 自 动 化 年第期角度,通过光电感应开关感应有无工件,从而实现自动焊接.另外,可以通过调节一定角度实现不同口罩类型的焊接,提升了其不同型号的适应性.超声波升降电机;超声波升降滑动装置;换能器安装板;超声波焊头图压紧焊接机构电机;减速机;步进电机固定板;感应器固定块;联轴器;光电开关;转盘轴;光电感应开关;转盘;转盘轴套;接近开关支架;出料感应片图转盘平台机构 双轴气缸压紧机构双轴气缸压紧机构主要由下压固定板、支撑立板、气缸、下压安装板、旋转轴、压板、定位块国内成人款等组成,如图所示.通过压板以及气缸的上下运动实现口罩的压紧及精准定位;通过更换不同的定位块形状可以实现不同口罩类型的压紧和焊接,焊接效率大大提高.验证性试验对样机生产能力进行了验证性试验,试验结果如下:()无需停机卸料,提高了生产效率,焊接效率是人工手动焊接的数倍,设计效率最高为 P C S/m i n.()采用半自动口罩耳带焊接机不仅减轻工人的劳动强度,缩短了焊接时间,而且能够确保焊缝质量、工作性能稳定,得到了客户的一致好评.固定板;支撑立板;气缸;下压安装板;旋转轴;压板;定位块国内成人款图压口罩机构参考文献:郭兰芳,吴丽红,曾凤,等基于P L C的C型口罩(又称折叠口罩)生产线控制系统设计J工业仪表与自动化装置,():,许冠一种新型C型口罩(又称折叠口罩)全自动化生产线的设计与实现J机电工程技术,():程争卿,陈伟宏,曾俊福,等一种全自动折叠口罩机:中国,C N BP 曾俊福,陈伟宏,程争卿,等一种全自动折叠口罩机:中国,C N BP 张 伟,李 行 范,王 刚,等口 罩 本 体 制 造 机:中 国,C N BP 王安敏,赵龙,尚绪超一种新型锥形口罩耳带焊接工作台的设计J机械设计与制造,():赖厚安全自动折叠型口罩机关键部件的分析与设计J包装与食品机械,():王丽莉,宋彬全自动C型口罩(又称折叠口罩)机控制系统的设计J装备制造技术,():D e s i g na n d I m p l e m e n t a t i o no f S e m i A u t o m a t i cM a s kE a r b a n dW e l d i n gM a c h i n eH O UB o l i n(C i t yC o l l e g eo fH u i z h o u,H u i z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga t t h ep r o b l e m s o f l o wp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dg r e a t q u a l i t y f l u c t u a t i o no f t r a d i t i o n a l t y p eCm a s k,ak i n do f s e m i a u t o m a t i cw e l d i n ge q u i p m e n tf o rm a s ke a r b a n db a s e do nP L Cc o n t r o l i sd e s i g n e d,w h i c hi sm a i n l yd e s i g n e df r o mt h em e c h a n i c a lm e c h a n i s m,f u n c t i o na n dc o n t r o l s y s t e mo f t h em a s ke a r b a n dw e l d i n gm a c h i n e T h r o u g ho n s i t ed e b u g g i n ga n do p t i m i z a t i o n f o rm a n yt i m e s,t h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo f t h em a s ki sg r e a t l y i m p r o v e da n dt h ep r o d u c t i o nc o s t i sr e d u c e d K e y w o r d s:m a s k;s e m i a u t o m a t i cw e l d i n ge q u i p m e n t;d e s i g n 年第期侯柏林:半自动口罩耳带焊接机设计与实现