关于家用电器单工位自动折飞机盒装置的研究与应用

王汉文 葛 彬 白 伟 叶小波

（格力大松（宿迁）生活电器有限公司 宿迁 223800）

引言

随着人民生活质量水平的不断提高，各类家用空调电器控制方式由普通遥控器控制，转变为线控器控制。但空调企业在批量生产线控器的过程中，需要大量人工去折叠线控器的包装盒，在生产时工作枯燥、时间长，人力投入多，劳动强度大、操作繁琐等因素，严重影响空调企业线控器纸盒折叠效率和折叠后的稳定性。因此如何实现线控器飞机盒快速、稳定折叠，成为了各空调企业的重点研究课题。本文正是在上述背景下和需求下，研究并设计出一种单工位自动折飞机盒的装置，实现线控器飞机盒低人力投入，高效产出及产出质量稳定可靠。

1 单工位自动折飞机盒装置设计难点分析

1.1 飞机盒结构分析

线控器包装盒（飞机盒），由瓦楞纸制作，共计三层，厚度2 mm。在折叠时需要先将尾部及腰部两个舌头上翻90 °，再将尾部及腰部整个纸板上翻90 °折叠，此时尾部及腰部的舌头与盒底纸板成垂直状态，再将盒底舌头向上翻折90 °，并将盒底外侧舌头向下翻折90 °，并将止退舌头插入盒底开孔处。

线控器包装盒（飞机盒）实物如图1所示。

图1 飞机盒展开图和折叠图

1.2 自动折叠装置设计难点分析

1）供料难点，原有飞机盒来料为小包来料，每个飞机盒都是展开平铺堆叠的方式。因为飞机盒厚度较小（1.5 mm厚），当堆叠数量变多后，会出现沿着Z轴方向的旋转及沿着X轴和Y轴方向的偏移，从而造成搬运机构在拿取物料时出现第一个产品可以稳定拿取，随着飞机盒数量减少，拿取高度下降，拿取位置越来越偏现象，即产品重复定位精度较差风险。

2）折叠难点，传统折叠方式为人工拿取单个飞机盒（见图1（a）所示），再用双手配合，通过6个步骤，将飞机盒逐步折叠完成（见图1（b）所示），人工折叠过程存在动作繁琐和枯燥，折叠效率较差。

3）控制程序设计难点，折叠机构、供料机构、搬运机构这三个机构在进行逻辑控制时，因为各机构存在工作区间的交叉，存在机构干涉，程序需要进行规避，为了装置能够不停机供料，因此供料机构采用一备一用方式，在程序设计时需要两套程序进行控制，这样就将程序设计难度增加了一倍。

2 自动折叠装置方案设计

2.1 自动折叠装置硬件组成

单工位自动折叠飞机盒装置硬件主要分为折叠机构、供料机构、搬运机构、控制系统四个部分组成。该套装置所有的逻辑控制来源于系统控制PLC装置。

装置硬件配置清单如表1，整体构造如图2所示。硬件配置清单如表1。

表1 硬件配置清单

图2 整体构造

2.2 主要硬件设计

2.2.1 折叠机构设计

针对线控器包装盒（飞机盒）折叠的动作特殊性，专门设计一套折叠机构，通过折叠机构的相关部件动作，模仿人工折叠折盒动作，从而实现纸盒的自动折叠及排料。

折叠机构见图所示3。

图3 折叠机构

2.2.2 供料机构设计

针对线控器包装盒（飞机盒）来料的特殊性，专门开发专用的飞机盒供料机构，可以实现限制飞机盒沿着X、Y方向的窜动及沿着Z轴旋转的窜动。且为了实现不停机补料，达到一供一备的效果，在折叠机构两侧各设置一个供料机构。

供料机构见图4所示。

图4 供料机构

2.2.3 搬运机构设计

蓝色可谓是“好人缘”的代言色，它比黑色灵活，又和黑色一样百搭。天蓝色有书卷气；宝蓝色自带贵气；藏蓝色有一眼就可捕获的优质感……每个熟女，都可以在蓝色的清淡浓烈里，找到属于自己的智慧首选。

针对线控器包装盒（飞机盒）供料机构及折叠机构的特殊性，专门开发专用的飞机盒搬运机构，可以实现从左右两个工料机构稳定高效的拿出飞机盒，并将飞机盒安全可靠的放到折叠机构内，且为了实现不停机补料，达到一供一备的效果。搬运机构在实际生产时，会根据控制程序实现避让折叠机构及供料机构。

搬运机构见图5所示。

图5 搬运机构

2.2.4 控制系统设计

针对单工位自动折飞机盒装置的动作流程，专门设计一套自动折飞机盒的硬件电路，可以实现搬运机构、折叠机构稳定高效运行，从而实现该装置的自动供料并自动折叠飞机盒。

自动折飞机盒控制电路见图6所示。

图6 自动折飞机盒控制电路

3 软件设计

PLC逻辑控制电路集成在控制箱内部，控制箱外侧开有按钮孔，作为人机交互界面使用，按钮面板见图7所示[2]。

图7 按钮面板

程序设计逻辑为，当员工将两侧供料机构内部装满物料（飞机盒），按下按钮面板上的拾取左仓和拾取右仓按钮，此时表示上料完成，可以进行下一步操作。

将手自动按钮切换到自动模式，按下启动按钮，设备优先拾取左侧供料机构中的物料投入自动折叠机构中，当搬运机构送料完成运动到安全位置，此时计数数据增加一，并触发折叠机构开始工作，同时搬运机构继续去拾取物料，当折叠机构完成物料折叠并将物料推出设备后，触发搬运机构向折叠机构中投料，循环直到计数数据等于系统设定数据后，程序跳转控制搬运机构去拾取右侧供料机构中物料，直到右侧计数数据等于系统设定数据后，程序扫描左侧供料按钮是否有信号，有信号就继续做左侧供料机构，没有信号设备暂停等待拾取左仓和拾取右仓按钮信号。

搬运机构在拾取物料时采用吸盘回弹触发信号，及当吸盘触碰物料回弹时，传感器信号触发气缸回缩，此时默认产品被吸附，物料被拾取完成。

PLC逻辑运算指令如图8所示[3]。

图8 PLC逻辑运算指令

4 设计验证及使用维护

4.1 设计验证

根据上文设计原理，单工位自动折飞机盒装置进行制作、验证。该工装共开发3套，折叠效率由人工单个折叠的3 S/PCS降至9 S/PCS，但三套同时使用时，效率不变，单人、三套装置即可满足班组单日12 000 PCS生产需求。员工操作难度大大减少，劳动强度明显减轻。装置运行可靠，各硬件匹配良好，产品产出质量稳定、可靠，满足设计要求。

4.2 日常使用维护

单工位自动折飞机盒装置使用前必须接入压缩空气，气压调整在0.5 KPa左右。接入AC220V电源，手动放入飞机盒进入折叠机构中，在手动情况下按下启动按钮，测试单个运行点检，监测无异常即可用于生产工作。使用完毕后，需将治具妥善保存不能磕碰避免损坏。

5 总结

单工位自动折飞机盒装置实现了飞机盒自动上料，自动折叠，自动排料，及不停机即可补料功能，解放员工由原先的手动折叠飞机盒的工作，变成只需要10分钟补充一次物料的工作，设备操作简单，运行可靠具有良好的推广性。通过以上软硬件的设计，不仅大大降低了折飞机盒的人力投入成本及劳动强度，同时对家电行业飞机盒折叠自动化推进具有较高的指导意义。