生料帶包裝殼的高速絲網印刷

文　林鐘興

生料帶包裝殼的高速絲網印刷

文林鐘興

緒論

人們在日常生活中經常使用生料帶，它主要用于水暖安裝管件連接螺紋的密封。生料帶通常按一定長度纏繞在芯殼上，然后裝入一個包裝殼內，包裝殼的圓周表面再印上有關的信息和圖案。對于包裝外殼標識的印刷，目前多用移印機進行單機滾動印刷，移印機單機印刷效率低、操作時工人的勞動強度大，并且采用移印的方式其圖案墨層較薄、立體感不強。而如果采用絲網印刷的方式進行印刷，圖案墨層較厚，印刷圖案質感豐富，立體感強。因此有許多生料帶生產廠家希望能開發采用絲網印刷方式的自動化印刷設備。

文中介紹了一種全自動生料帶包裝殼的高速絲網印刷機，它是在絲網印刷機基礎上開發的機電一體化設備，能夠完成生料帶包裝殼的全自動高速印刷。

總體設計方案

該機的總體要求是用人工將包裝殼倒入上料斗盤內，機器運行時包裝殼能進行自動整理排序、自動進料、自動定位、自動印刷，并能進行熱風自動烘干、自動卸料等，在不需要人工操作的情況下按照要求自動完成各項功能。

一、整機組成

根據總體方案要求，設計了生料帶包裝殼的高速絲網印刷機。機器由振動盤進料機構、工位轉盤、印刷主機、烘干及旋轉機構、卸料機構、輸送機構6個部分組成（見圖1）。

圖1　生料帶包裝殼高速絲網印刷機1.振動盤進料機構、2.工位轉盤、3.印刷主機、4.烘干及旋轉機構、5.卸料機構、6.輸送機構

1.振動盤進料機構：由振動盤、推料機構組成。印刷工件倒入振動盤內，經振動、篩選工件會按一致的方向自動進行排列，在振動力和重力作用下，逐個在傳送軌道中運動，到達推料位后，再由推料機構壓入轉盤的夾具上。

2.工位轉盤：工位轉盤安裝在分割器的輸出軸上，伺服電機驅動凸輪分割器帶動轉盤作間歇旋轉運動，轉盤的每個工位均裝有夾具體、旋轉機構及卸料架，轉盤每間歇旋轉一次，機器的各機構在設計的各位置工作，先后完成設計的各項功能。

3.印刷主機：采用絲網印刷機作印刷主機，當印刷工件與網版接觸的時候，通過網版與工件之間的摩擦力驅動夾具體旋轉，從而實現圓弧面的滾動印刷。

4.烘干及旋轉機構：機器上設置熱風烘干機構，其位置固定在烘干位。同時烘干位置上有一個帶摩擦輪的電機，工作時可以通過摩擦帶動工件旋轉。

5.卸料機構：卸料機構由氣缸及頂盤組成，當凸輪分割器驅動工位轉盤旋轉到卸料位置的時候，氣缸伸出，推動卸料架上撥叉將完成印刷、烘干后的工件推出夾具體。

6.輸送機構：主要由電機及主、從動輥、皮帶組成，印刷完成的工件卸料后落在輸送機構上，傳至預定的接收裝置。

二、工作原理

將印刷工件倒入振動盤料斗內→振動盤將印刷工件有序排列送入進料軌道直至送料位→與凸輪分割器連接的工位轉盤做間歇運動→當轉盤轉到進料位后停止轉動時，推料機構將印刷工件壓入轉盤的夾具上→轉盤間歇轉動，當印刷工件轉至印刷位后停止時，印刷主機做刮墨、印刷→轉盤繼續間歇轉動，將印刷好的工件旋轉至烘干位后，烘干裝置對其進行烘干→轉盤繼續間歇轉動，將烘干過的工件轉動至下料位后，卸料機構工作，將完成印刷和烘干后的工件從夾具內推出至傳送帶內→傳送帶將工件傳送至預定的接收裝置，完成一個自動印刷過程。

結構設計

一、振動盤進料機構

機器首先要完成自動上料，生料帶包裝殼采用聚丙烯工程塑料件制作，體積不大，質量較小，采用振動盤結合傳送軌道和推料機構就可以完成自動上料，振動盤是一種自動組裝或自動加工機械的輔助送料設備。工作時可以通過振動將無序的工件自動進行有序的定向整齊排列、準確地輸送到下道工序。

1.振動盤的結構

振動盤由料斗、螺旋軌道、彈簧片、脈沖電磁鐵、減振膠墊、底座、外罩、篩選器、出料外軌道以及脈沖電磁鐵的電路控制部分組成（見圖2）。

圖2　振動盤結構示意圖1.料斗、2.螺旋軌道、3.彈簧片、4.脈沖電磁鐵、5.減振膠墊、6.底座、7.外罩、8.篩選器、9.出料外軌道以及脈沖電磁鐵的電路控制部分組成

2.振動盤的工作原理

振動盤的料斗下面有個脈沖電磁鐵，工作時電磁鐵的斷、續離合可以使料斗作垂直方向運動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內的工件由于受到這種振動而沿螺旋軌道上升。在上升的過程中經過一系列軌道上篩選器的篩選或者姿態變化，工件能夠按照要求呈統一狀態自動經螺旋軌道然后通過出料外軌道送至進料機構的進料軌道。

3.進料機構的結構

進料機構由進料軌道、進料軌道固定架、進料氣缸固定架、限位口、進料氣缸等組成（見圖3）。

圖3　進料機構結構示意圖1.進料軌道、2.進料軌道固定架、3.進料氣缸固定架、4.限位口、5.進料氣缸

4.進料機構的工作原理

經過振動盤定向整齊排列的待印工件送進進料軌道、工件在重力的作用下沿軌道滾落至限位口。當工位轉盤旋轉到上料位時，工位轉盤停止轉動，進料氣缸伸出將限位口的工件壓入工位轉盤的夾具體內。

5.特點

機器采用振動盤完成自動上料，振動盤是比較成熟的輔助送料裝置，已經在電子、五金、食品、醫療器械、玩具的制造等各個行業廣泛應用，是解決工業自動化設備供料的重要設備之一，它可以根據上料產品的形狀、大小、質量、效率、出料的方向等要求進行專業化的設計和制造來滿足送料要求。振動盤結構簡單緊湊、使用維修方便；供料速度快、效率高，易調節；使用時工件不發生強烈的撞擊和摩擦；送料平穩、件料損傷程度??；適合精加工件和薄壁件。

二、工位轉盤

工位轉盤采用伺服電機驅動凸輪分割器作間歇旋轉運動，分割器為8等分心軸型，分割器與工位轉盤相連接，轉盤上有8個工位，每個工位均安裝有夾具體，轉盤轉至每個位，各個機構完成各項功能。

1.工位轉盤的結構

工位轉盤由立架、工位轉盤、伺服電機、同步帶輪、凸輪分割器、摩擦旋轉輪、夾具體、卸料撥叉、卸料架等組成（見圖4）。

圖4　工位轉盤機構結構示意圖1.立架、2.工位轉盤、3.伺服電機、4.同步帶輪、5.凸輪分割器、6.摩擦旋轉輪、7.夾具體、8.卸料撥叉、9.卸料架

2.工位轉盤機構的工作原理

工位轉盤通過伺服電機、同步帶輪驅動凸輪分割器使其作間歇旋轉運動，凸輪分割器輸出軸上安裝工位轉盤，每個工位均安裝有夾具體、卸料撥叉、旋轉輪、卸料架。轉盤旋轉到進料位時，進料機構將工件壓入到夾具體上；旋轉到印刷位時，印刷主機對工件進行滾動印刷；旋轉到烘干位時，熱風槍對準印刷表面，旋轉機構使工件在風口下旋轉，使工件表面的印刷圖案固化；旋轉到下料位時，下料機構推動卸料架運動，卸料架上的卸料撥叉將工件推離夾具體，工件落入輸送機構的皮帶上，被送到指定位置上。

3.特點

工位轉盤是通過凸輪分割器進行間歇旋轉實現分度，凸輪分割器是一種實現間歇運動的高精度回轉裝置。它具有分度精度高、運轉平穩、傳遞扭矩大、定位時能自鎖、結構緊湊、體積小、噪音低、高速性能好、壽命長等顯著特點，它已廣泛應用于制藥、食品包裝、煙草、灌裝、電子、加工中心自動換刀裝置等需要把連續運轉轉化為步進動作的各種自動化機械上。最近幾年在表面印刷設備中也得到了廣泛的應用，推動了表面印刷設備向自動化方向的發展。

三、印刷主機

機器采用小平面絲網印刷機作為印刷主機，主要是針對印刷工件長而窄，要求墨層厚，有凹凸感的印刷要求而定。絲網印刷墨層的厚薄可以通過選擇絲網版的網目來控制。當印刷工件與網版接觸的時候，網版通過摩擦力驅動夾具體旋轉，從而實現圓弧面的滾動印刷。

1.印刷主機的結構

印刷主機由印刷頭、刮刀氣缸、印頭升降氣缸、升降手輪、升降殼體、網框固定條、水平氣缸、網框鎖緊架、回墨刀、刮刀、絲網版以及電、氣控制部分組成（見圖5）。

圖5　印刷主機結構示意圖1.印刷頭、2.刮刀氣缸、3.印頭升降氣缸、4.升降手輪、5.升降殼體、6.網框固定條、7.水平氣缸、8.網框鎖緊架、9.回墨刀、10.刮刀、11.絲網版

2.印刷主機的工作原理

絲網印刷的基本原理是利用絲網版圖文部分網孔透油墨，非圖文部分網孔不透墨的基本原理進行印刷。印刷時在絲網版里倒入油墨，用刮刀在絲網版上的油墨部位施加一定壓力，同時絲網版移動。油墨在移動中被刮刀從圖文部分的網孔中擠壓到工件表面上。

機器的絲網版固定在網框鎖緊架上，將印刷油墨加入到絲網版里。工作時，絲網版的絲網與工件表面按觸，網框固定條在水平氣缸作用下帶動絲網版往復運動。絲網版往右運動時刮刀下落將油墨通過絲網印到工件的表面；絲網版往左運動時刮刀抬起，回墨刀又將油墨涂到網版上為下一次的印刷作準備。

絲網版與工件之間保持一定的間隙，印刷時刮刀下壓，使絲網與工件接觸，可以將油墨擠壓到工件表面；而回墨時由于絲網自身的張力的作用，使絲網與工件呈脫離狀態，避免蹭臟工件。

3.特點

機器采用平面絲網印刷機，絲網印刷屬于孔版印刷，它與平印、凸印、凹印一起被稱為四大印刷方法，我國應用絲網印刷最廣泛的是電子工業、陶瓷貼花工業、紡織印染行業。近年來，包裝裝潢、廣告、招貼標牌等也大量采用絲網印刷。它不受承印物大小和形狀的限制，能在超小型、超高精度的物品上進行印刷，并且還可以在曲面或球面上印刷，它墨層厚、覆蓋力，印刷的圖文立體感強，其印刷效果是其他印刷方式無可比擬的。

四、烘干及旋轉機構

絲網印刷所使用的油墨是一種具有流動性的膏狀物體，油墨從絲網漏印到工件表面，只是油墨點的轉移，而油墨在工件表面形成固體印跡，就必須經過干燥來實現。干燥通常有兩種方式，一種為自然干燥，另一種為強制性干燥。自然干燥適用于單機印刷，它干燥時間長、效率低，占用空間大，而自動化設備通常采用強制性干燥。我們設計熱風的干燥方法將工件表面的油墨固化，以提高和加快印刷的效率。

1.烘干及旋轉機構的結構

烘干及旋轉機構由機構固定支架、風槍固定架、旋轉摩擦輪、旋轉電機、三軸氣缸、風槍等組成（見圖6）。

圖6　烘干及旋轉機構結構示意圖1.機構固定支架、2.風槍固定架、3.旋轉摩擦輪、4.旋轉電機、5.三軸氣缸、6.風槍

2.烘干及旋轉機構的工作原理

旋轉機構的旋轉摩擦輪在旋轉電機的帶動下始終旋轉，旋轉電機安裝在三軸氣缸上，而三軸氣缸固定在機構固定支架上。風槍始終有熱風朝工件方向吹出，當完成印刷后的工件在工位盤的帶動下旋轉到烘干位時，三軸氣缸伸出，旋轉電機上的摩擦輪帶動工位盤上的夾具摩擦輪旋轉，而夾具摩擦輪帶動夾具上的工件在熱風槍的熱風下旋轉，工件在熱風下以一定速度旋轉，可以使印刷油墨的干固快速、均勻、牢固。

3.特點

機器采用強制熱風干燥方法，熱風干燥又稱“瞬間干燥”，是現代干燥方法之一，工作時用熱風槍口對準印刷后的工件，當工件運行至烘干位時，熱風吹至工件的印刷表面，同時工件旋轉，這樣可以使烘干表面受熱均勻。設計的結構簡單、緊湊，干燥的效率高，時間短，效果好，完全可以滿足設備的整體要求。

五、卸料機構

卸料是機器的最后一道工序，由于將工件固定在轉盤的夾具上時，設計已經充分考慮到了工件的固定、旋轉和剝離，因此卸料機構僅需完成比較簡單的動作。

1.卸料機構的結構

卸料機構本身很簡單，由固定座、卸料氣缸組成。加上工位轉盤上的卸料架、夾具體、卸料撥叉、摩擦旋轉輪等組成一個完整的卸料機構（見圖7）。

圖7　烘干及旋轉機構結構示意圖卸料機構：1.固定座、2.卸料氣缸；工位轉盤：3.卸料架、4.夾具體、5.卸料撥叉、6.摩擦旋轉輪

2.卸料機構的工作原理

當圖案印刷、油墨固化完成后的工件在工位盤的帶動下旋轉到下料位時，卸料氣缸伸出使工位轉盤上的卸料架運動、卸料架帶動卸料撥叉將夾具體上的工件推出，工件落入輸送機構的皮帶上，工件被送到指定位置。

3.特點

卸料機構靠氣缸伸出頂料，彈簧的作用力使卸料撥叉回位等待下一次的頂料，所設計的機構簡單，巧妙。因此卸料機構工作時僅需完成比較簡單的動作就能完成下料，整個機構簡單、實用，工作穩定、可靠。

六、輸送機構

輸送機構是一種皮帶式輸送機，用電機驅動并以連續方式運輸物料的機械。帶式輸送機廣泛應用于現代化的各種工業企業中的自動流水線。

1.輸送機構的結構

輸送機構由支板、電機固定板、頂緊螺桿、支撐板、主動輥、傳送電機、被動輥、調節螺桿、調節軸、傳送皮帶、支撐柱、鏈輪等組成（見圖8）。

圖8　輸送機構結構示意圖1.支板、2.電機固定板、3.頂緊螺桿、4.支撐板、5.主動輥、6.傳送電機、7.被動輥、8.調節螺桿、9.調節軸、10.傳送皮帶、11.支撐柱、12.鏈輪

2.輸送機構的工作原理

輸送機構的左右兩塊支板靠支撐柱、主動輥、調節軸固定，傳送皮帶靠主動輥和被動輥拉緊。工作時傳送電機通過鏈輪、鏈條帶動主動輥旋轉，從而帶動傳送皮帶運動，即可以進行印刷后落在傳送皮帶上的生料帶芯殼的輸送。旋轉調節螺桿可以調整調節軸以達到拉緊傳送皮帶，旋轉頂緊螺桿也可以調整主動輥以達到拉緊傳送皮帶之目的。生料帶芯殼的輸送速度可以通過調節傳送電機的旋轉速度來調節。

3.特點

皮帶輸送也是成熟的運料裝置，在電子、機械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業已廣泛應用，主要用于物件的組裝、檢測、調試、包裝及運輸等。由于機器輸送機構需要輸送的質量和數量不大所以我們設計的輸送機構比較輕巧，總體結構比較合理、機構簡單實用、工作穩定可靠、維修也比較方便。

七、氣動控制氣路設計

機器進料機構中的進料氣缸、卸料機構中的卸料氣缸、烘干及旋轉機構的三軸氣缸以及表面印刷機的各個氣缸動作全部采用氣動控制（見圖9）。由空氣壓縮機產生的壓縮空氣經手動滑閥和空氣過濾調壓閥后分別到達各機構對應的控制電磁閥的進氣口。電磁閥工作狀態的轉換可使壓縮空氣由電磁閥的兩個不同排氣口排出，各電磁閥的兩個排氣口通過單向節流閥分別與各氣缸前后二個進氣口連接，各氣缸運動速度可分別由各氣路中的單向節流閥調定。

表面印刷機的刮墨和回墨動作是相匹配的，當機器刮墨時回墨刀抬起，而當機器進行回墨時刮墨刀抬起。因此它們共用一個電磁閥，刮墨氣缸前進氣口與回墨氣缸后進氣口并聯，刮墨氣缸后進氣口與回墨氣缸前進氣口并聯，即可實現印刷機刮墨和回墨的動作要求。

各氣缸的工作狀態的變換由電控部分的PLC根據設定的工作程序發出信號控制不同的電磁閥的動作，從而最終實現整臺機器的協調運動。

圖9　氣動控制氣路示意圖

小結

生料帶包裝殼高速絲網印刷機適合于一定規格的包裝殼的專用全自動印刷，印刷速度大大高于單機印刷。且機器自動化程度高，印刷時不需要進行手工操作，僅需將要印刷的包裝殼一次性倒入料盤，設備即可自動完成印刷，減輕了操作工人的勞動強度，也大大降低了印刷成本。同時由于采用絲網印刷的方式，使包裝殼的印刷圖案墨層厚、質感豐富、立體感強，印刷效果顯著優于移印。

（作者單位 三明職業技術學院）