生料带包装壳的高速丝网印刷

文　林钟兴

生料带包装壳的高速丝网印刷

文林钟兴

绪论

人们在日常生活中经常使用生料带，它主要用于水暖安装管件连接螺纹的密封。生料带通常按一定长度缠绕在芯壳上，然后装入一个包装壳内，包装壳的圆周表面再印上有关的信息和图案。对于包装外壳标识的印刷，目前多用移印机进行单机滚动印刷，移印机单机印刷效率低、操作时工人的劳动强度大，并且采用移印的方式其图案墨层较薄、立体感不强。而如果采用丝网印刷的方式进行印刷，图案墨层较厚，印刷图案质感丰富，立体感强。因此有许多生料带生产厂家希望能开发采用丝网印刷方式的自动化印刷设备。

文中介绍了一种全自动生料带包装壳的高速丝网印刷机，它是在丝网印刷机基础上开发的机电一体化设备，能够完成生料带包装壳的全自动高速印刷。

总体设计方案

该机的总体要求是用人工将包装壳倒入上料斗盘内，机器运行时包装壳能进行自动整理排序、自动进料、自动定位、自动印刷，并能进行热风自动烘干、自动卸料等，在不需要人工操作的情况下按照要求自动完成各项功能。

一、整机组成

根据总体方案要求，设计了生料带包装壳的高速丝网印刷机。机器由振动盘进料机构、工位转盘、印刷主机、烘干及旋转机构、卸料机构、输送机构6个部分组成（见图1）。

图1　生料带包装壳高速丝网印刷机1.振动盘进料机构、2.工位转盘、3.印刷主机、4.烘干及旋转机构、5.卸料机构、6.输送机构

1.振动盘进料机构：由振动盘、推料机构组成。印刷工件倒入振动盘内，经振动、筛选工件会按一致的方向自动进行排列，在振动力和重力作用下，逐个在传送轨道中运动，到达推料位后，再由推料机构压入转盘的夹具上。

2.工位转盘：工位转盘安装在分割器的输出轴上，伺服电机驱动凸轮分割器带动转盘作间歇旋转运动，转盘的每个工位均装有夹具体、旋转机构及卸料架，转盘每间歇旋转一次，机器的各机构在设计的各位置工作，先后完成设计的各项功能。

3.印刷主机：采用丝网印刷机作印刷主机，当印刷工件与网版接触的时候，通过网版与工件之间的摩擦力驱动夹具体旋转，从而实现圆弧面的滚动印刷。

4.烘干及旋转机构：机器上设置热风烘干机构，其位置固定在烘干位。同时烘干位置上有一个带摩擦轮的电机，工作时可以通过摩擦带动工件旋转。

5.卸料机构：卸料机构由气缸及顶盘组成，当凸轮分割器驱动工位转盘旋转到卸料位置的时候，气缸伸出，推动卸料架上拨叉将完成印刷、烘干后的工件推出夹具体。

6.输送机构：主要由电机及主、从动辊、皮带组成，印刷完成的工件卸料后落在输送机构上，传至预定的接收装置。

二、工作原理

将印刷工件倒入振动盘料斗内→振动盘将印刷工件有序排列送入进料轨道直至送料位→与凸轮分割器连接的工位转盘做间歇运动→当转盘转到进料位后停止转动时，推料机构将印刷工件压入转盘的夹具上→转盘间歇转动，当印刷工件转至印刷位后停止时，印刷主机做刮墨、印刷→转盘继续间歇转动，将印刷好的工件旋转至烘干位后，烘干装置对其进行烘干→转盘继续间歇转动，将烘干过的工件转动至下料位后，卸料机构工作，将完成印刷和烘干后的工件从夹具内推出至传送带内→传送带将工件传送至预定的接收装置，完成一个自动印刷过程。

结构设计

一、振动盘进料机构

机器首先要完成自动上料，生料带包装壳采用聚丙烯工程塑料件制作，体积不大，质量较小，采用振动盘结合传送轨道和推料机构就可以完成自动上料，振动盘是一种自动组装或自动加工机械的辅助送料设备。工作时可以通过振动将无序的工件自动进行有序的定向整齐排列、准确地输送到下道工序。

1.振动盘的结构

振动盘由料斗、螺旋轨道、弹簧片、脉冲电磁铁、减振胶垫、底座、外罩、筛选器、出料外轨道以及脉冲电磁铁的电路控制部分组成（见图2）。

图2　振动盘结构示意图1.料斗、2.螺旋轨道、3.弹簧片、4.脉冲电磁铁、5.减振胶垫、6.底座、7.外罩、8.筛选器、9.出料外轨道以及脉冲电磁铁的电路控制部分组成

2.振动盘的工作原理

振动盘的料斗下面有个脉冲电磁铁，工作时电磁铁的断、续离合可以使料斗作垂直方向运动，由倾斜的弹簧片带动料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗内的工件由于受到这种振动而沿螺旋轨道上升。在上升的过程中经过一系列轨道上筛选器的筛选或者姿态变化，工件能够按照要求呈统一状态自动经螺旋轨道然后通过出料外轨道送至进料机构的进料轨道。

3.进料机构的结构

进料机构由进料轨道、进料轨道固定架、进料气缸固定架、限位口、进料气缸等组成（见图3）。

图3　进料机构结构示意图1.进料轨道、2.进料轨道固定架、3.进料气缸固定架、4.限位口、5.进料气缸

4.进料机构的工作原理

经过振动盘定向整齐排列的待印工件送进进料轨道、工件在重力的作用下沿轨道滚落至限位口。当工位转盘旋转到上料位时，工位转盘停止转动，进料气缸伸出将限位口的工件压入工位转盘的夹具体内。

5.特点

机器采用振动盘完成自动上料，振动盘是比较成熟的辅助送料装置，已经在电子、五金、食品、医疗器械、玩具的制造等各个行业广泛应用，是解决工业自动化设备供料的重要设备之一，它可以根据上料产品的形状、大小、质量、效率、出料的方向等要求进行专业化的设计和制造来满足送料要求。振动盘结构简单紧凑、使用维修方便；供料速度快、效率高，易调节；使用时工件不发生强烈的撞击和摩擦；送料平稳、件料损伤程度小；适合精加工件和薄壁件。

二、工位转盘

工位转盘采用伺服电机驱动凸轮分割器作间歇旋转运动，分割器为8等分心轴型，分割器与工位转盘相连接，转盘上有8个工位，每个工位均安装有夹具体，转盘转至每个位，各个机构完成各项功能。

1.工位转盘的结构

工位转盘由立架、工位转盘、伺服电机、同步带轮、凸轮分割器、摩擦旋转轮、夹具体、卸料拨叉、卸料架等组成（见图4）。

图4　工位转盘机构结构示意图1.立架、2.工位转盘、3.伺服电机、4.同步带轮、5.凸轮分割器、6.摩擦旋转轮、7.夹具体、8.卸料拨叉、9.卸料架

2.工位转盘机构的工作原理

工位转盘通过伺服电机、同步带轮驱动凸轮分割器使其作间歇旋转运动，凸轮分割器输出轴上安装工位转盘，每个工位均安装有夹具体、卸料拨叉、旋转轮、卸料架。转盘旋转到进料位时，进料机构将工件压入到夹具体上；旋转到印刷位时，印刷主机对工件进行滚动印刷；旋转到烘干位时，热风枪对准印刷表面，旋转机构使工件在风口下旋转，使工件表面的印刷图案固化；旋转到下料位时，下料机构推动卸料架运动，卸料架上的卸料拨叉将工件推离夹具体，工件落入输送机构的皮带上，被送到指定位置上。

3.特点

工位转盘是通过凸轮分割器进行间歇旋转实现分度，凸轮分割器是一种实现间歇运动的高精度回转装置。它具有分度精度高、运转平稳、传递扭矩大、定位时能自锁、结构紧凑、体积小、噪音低、高速性能好、寿命长等显著特点，它已广泛应用于制药、食品包装、烟草、灌装、电子、加工中心自动换刀装置等需要把连续运转转化为步进动作的各种自动化机械上。最近几年在表面印刷设备中也得到了广泛的应用，推动了表面印刷设备向自动化方向的发展。

三、印刷主机

机器采用小平面丝网印刷机作为印刷主机，主要是针对印刷工件长而窄，要求墨层厚，有凹凸感的印刷要求而定。丝网印刷墨层的厚薄可以通过选择丝网版的网目来控制。当印刷工件与网版接触的时候，网版通过摩擦力驱动夹具体旋转，从而实现圆弧面的滚动印刷。

1.印刷主机的结构

印刷主机由印刷头、刮刀气缸、印头升降气缸、升降手轮、升降壳体、网框固定条、水平气缸、网框锁紧架、回墨刀、刮刀、丝网版以及电、气控制部分组成（见图5）。

图5　印刷主机结构示意图1.印刷头、2.刮刀气缸、3.印头升降气缸、4.升降手轮、5.升降壳体、6.网框固定条、7.水平气缸、8.网框锁紧架、9.回墨刀、10.刮刀、11.丝网版

2.印刷主机的工作原理

丝网印刷的基本原理是利用丝网版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网版里倒入油墨，用刮刀在丝网版上的油墨部位施加一定压力，同时丝网版移动。油墨在移动中被刮刀从图文部分的网孔中挤压到工件表面上。

机器的丝网版固定在网框锁紧架上，将印刷油墨加入到丝网版里。工作时，丝网版的丝网与工件表面按触，网框固定条在水平气缸作用下带动丝网版往复运动。丝网版往右运动时刮刀下落将油墨通过丝网印到工件的表面；丝网版往左运动时刮刀抬起，回墨刀又将油墨涂到网版上为下一次的印刷作准备。

丝网版与工件之间保持一定的间隙，印刷时刮刀下压，使丝网与工件接触，可以将油墨挤压到工件表面；而回墨时由于丝网自身的张力的作用，使丝网与工件呈脱离状态，避免蹭脏工件。

3.特点

机器采用平面丝网印刷机，丝网印刷属于孔版印刷，它与平印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法，我国应用丝网印刷最广泛的是电子工业、陶瓷贴花工业、纺织印染行业。近年来，包装装潢、广告、招贴标牌等也大量采用丝网印刷。它不受承印物大小和形状的限制，能在超小型、超高精度的物品上进行印刷，并且还可以在曲面或球面上印刷，它墨层厚、覆盖力，印刷的图文立体感强，其印刷效果是其他印刷方式无可比拟的。

四、烘干及旋转机构

丝网印刷所使用的油墨是一种具有流动性的膏状物体，油墨从丝网漏印到工件表面，只是油墨点的转移，而油墨在工件表面形成固体印迹，就必须经过干燥来实现。干燥通常有两种方式，一种为自然干燥，另一种为强制性干燥。自然干燥适用于单机印刷，它干燥时间长、效率低，占用空间大，而自动化设备通常采用强制性干燥。我们设计热风的干燥方法将工件表面的油墨固化，以提高和加快印刷的效率。

1.烘干及旋转机构的结构

烘干及旋转机构由机构固定支架、风枪固定架、旋转摩擦轮、旋转电机、三轴气缸、风枪等组成（见图6）。

图6　烘干及旋转机构结构示意图1.机构固定支架、2.风枪固定架、3.旋转摩擦轮、4.旋转电机、5.三轴气缸、6.风枪

2.烘干及旋转机构的工作原理

旋转机构的旋转摩擦轮在旋转电机的带动下始终旋转，旋转电机安装在三轴气缸上，而三轴气缸固定在机构固定支架上。风枪始终有热风朝工件方向吹出，当完成印刷后的工件在工位盘的带动下旋转到烘干位时，三轴气缸伸出，旋转电机上的摩擦轮带动工位盘上的夹具摩擦轮旋转，而夹具摩擦轮带动夹具上的工件在热风枪的热风下旋转，工件在热风下以一定速度旋转，可以使印刷油墨的干固快速、均匀、牢固。

3.特点

机器采用强制热风干燥方法，热风干燥又称“瞬间干燥”，是现代干燥方法之一，工作时用热风枪口对准印刷后的工件，当工件运行至烘干位时，热风吹至工件的印刷表面，同时工件旋转，这样可以使烘干表面受热均匀。设计的结构简单、紧凑，干燥的效率高，时间短，效果好，完全可以满足设备的整体要求。

五、卸料机构

卸料是机器的最后一道工序，由于将工件固定在转盘的夹具上时，设计已经充分考虑到了工件的固定、旋转和剥离，因此卸料机构仅需完成比较简单的动作。

1.卸料机构的结构

卸料机构本身很简单，由固定座、卸料气缸组成。加上工位转盘上的卸料架、夹具体、卸料拨叉、摩擦旋转轮等组成一个完整的卸料机构（见图7）。

图7　烘干及旋转机构结构示意图卸料机构：1.固定座、2.卸料气缸；工位转盘：3.卸料架、4.夹具体、5.卸料拨叉、6.摩擦旋转轮

2.卸料机构的工作原理

当图案印刷、油墨固化完成后的工件在工位盘的带动下旋转到下料位时，卸料气缸伸出使工位转盘上的卸料架运动、卸料架带动卸料拨叉将夹具体上的工件推出，工件落入输送机构的皮带上，工件被送到指定位置。

3.特点

卸料机构靠气缸伸出顶料，弹簧的作用力使卸料拨叉回位等待下一次的顶料，所设计的机构简单，巧妙。因此卸料机构工作时仅需完成比较简单的动作就能完成下料，整个机构简单、实用，工作稳定、可靠。

六、输送机构

输送机构是一种皮带式输送机，用电机驱动并以连续方式运输物料的机械。带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中的自动流水线。

1.输送机构的结构

输送机构由支板、电机固定板、顶紧螺杆、支撑板、主动辊、传送电机、被动辊、调节螺杆、调节轴、传送皮带、支撑柱、链轮等组成（见图8）。

图8　输送机构结构示意图1.支板、2.电机固定板、3.顶紧螺杆、4.支撑板、5.主动辊、6.传送电机、7.被动辊、8.调节螺杆、9.调节轴、10.传送皮带、11.支撑柱、12.链轮

2.输送机构的工作原理

输送机构的左右两块支板靠支撑柱、主动辊、调节轴固定，传送皮带靠主动辊和被动辊拉紧。工作时传送电机通过链轮、链条带动主动辊旋转，从而带动传送皮带运动，即可以进行印刷后落在传送皮带上的生料带芯壳的输送。旋转调节螺杆可以调整调节轴以达到拉紧传送皮带，旋转顶紧螺杆也可以调整主动辊以达到拉紧传送皮带之目的。生料带芯壳的输送速度可以通过调节传送电机的旋转速度来调节。

3.特点

皮带输送也是成熟的运料装置，在电子、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等各行各业已广泛应用，主要用于物件的组装、检测、调试、包装及运输等。由于机器输送机构需要输送的质量和数量不大所以我们设计的输送机构比较轻巧，总体结构比较合理、机构简单实用、工作稳定可靠、维修也比较方便。

七、气动控制气路设计

机器进料机构中的进料气缸、卸料机构中的卸料气缸、烘干及旋转机构的三轴气缸以及表面印刷机的各个气缸动作全部采用气动控制（见图9）。由空气压缩机产生的压缩空气经手动滑阀和空气过滤调压阀后分别到达各机构对应的控制电磁阀的进气口。电磁阀工作状态的转换可使压缩空气由电磁阀的两个不同排气口排出，各电磁阀的两个排气口通过单向节流阀分别与各气缸前后二个进气口连接，各气缸运动速度可分别由各气路中的单向节流阀调定。

表面印刷机的刮墨和回墨动作是相匹配的，当机器刮墨时回墨刀抬起，而当机器进行回墨时刮墨刀抬起。因此它们共用一个电磁阀，刮墨气缸前进气口与回墨气缸后进气口并联，刮墨气缸后进气口与回墨气缸前进气口并联，即可实现印刷机刮墨和回墨的动作要求。

各气缸的工作状态的变换由电控部分的PLC根据设定的工作程序发出信号控制不同的电磁阀的动作，从而最终实现整台机器的协调运动。

图9　气动控制气路示意图

小结

生料带包装壳高速丝网印刷机适合于一定规格的包装壳的专用全自动印刷，印刷速度大大高于单机印刷。且机器自动化程度高，印刷时不需要进行手工操作，仅需将要印刷的包装壳一次性倒入料盘，设备即可自动完成印刷，减轻了操作工人的劳动强度，也大大降低了印刷成本。同时由于采用丝网印刷的方式，使包装壳的印刷图案墨层厚、质感丰富、立体感强，印刷效果显著优于移印。

（作者单位 三明职业技术学院）