摘要：阐述多层装箱、码垛一体机的社会生产需要，通过分析现有多层装箱机、码垛机的生产流程和性能缺陷，提出改进生产工艺流程，设计一台多层装箱、码垛一体机设备。对多层装箱、码垛一体机的构成以及生产工艺流程进行分析，介绍其结构特点、功能和特性，详解其工作原理。证明多层装箱、码垛一体机的可行性及优越性，对其他类型的多层装箱、码垛一体机的设计、生产具有一定的参考价值和指导意义。
关键词：多层装箱；码垛
0 引言
当前人力成本越来越高昂的情况下，提高设备的智能化以及自动化，减少设备故障率，提高生产效率，减少人员配备成为企业共同的追求。同时由于受场地因素的限制，如果仍然将多层装箱与码垛独立开来，不仅使生产流程变得复杂，同时造成因流水线不必要的延长使人员配备以及生产线的故障率增加，最终导致人力成本及运营维护、维修的成本高昂。而多层装箱、码垛一体机能够有效的规避上述缺陷，将分散的生产过程集中在相对紧凑的区域，从而大大提高设备的监控、操作效率。通过单个机器人完成以前需要两个机器人分别完成的装箱和码垛，成功为企业降低了成本。
1 现有装箱、码垛设备的性能及特点
现有的多层装箱和码垛一般是由装箱机、码垛机2个孤立的模块相对独立的完成相应的工序，生产流程及设备呈直线式或L型布置，占地面积大，对空间的要求比较高。此外，随着机器人的不断普及以及机器人在灵活性、精确性及速度响应性等方面的优越性能，机器人被广泛的用于立式装箱系统和码垛系统。本文讨论的多层装箱和码垛同样是通过机器人来完成，因此如果仍然采用原先的生产流程和空间布置，则需要2台机器人分别单独完成多层装箱和码垛的任务。而多层装箱、码垛一体机的研发，是建立在分析、优化生产工艺流程和设备空间布置的情况下，在保证完成所有相同任务的同时，通过一台机器人来完成以前需要2台机器人来完成的多层装箱和码垛的任务。另外，机器人在装箱时，装好箱的产品从装箱工位输送到码垛工位需要一定的时间间隔，期间码垛机器人需要一直等待，反过来当所有的产品装箱完成后，码垛机器人不停运动而装箱机器人需要一直等待。总之，多层装箱、码垛一体机的研发大大降低了企业的成本同时使机器人的使用效益最大化。
2 多层装箱、码垛一体机
2.1 设备构成
多层装箱、码垛一体机主要由纸箱输送带、机架部分、伺服立式开箱机构、伺服送箱机构、机器人装箱码垛部分（夹具）、伺服同步带夹持送箱机构、封箱机构以及电气部件等组成。
纸箱输送带主要是通过动力气缸驱动装有单向轴承的同步带轮从而使纸箱输送带步进运动。当气缸回位时，由于单向轴承运动方向的单一性，纸箱输送带保持不动；当气缸继续动作，同步带轮驱动纸箱输送带继续步进一步，如此循环从而达到纸箱步进输送的目的。
机器部分是机器用于承载其他部件的基石，因此要求强度高、稳定性好。采用的是304方管的焊接机架。
伺服立式开箱机构是一个通过伺服电机带动的空间4连杆机构。通过双摇杆机构的特性，伺服电机带动主轴旋转180°的过程中，纸箱自然拉开成形。
伺服送箱机构是一个通过伺服电机带动的同步带输送机构，其中伺服立式开箱机构安装在伺服送箱上面，从而将拉开成形的纸箱输送到下一个机构。
机器人装箱码垛部分（夹具）主要是由机器人安装支架、真空泵、真空吸盘、夹具支架、电磁阀等组成。
伺服同步带夹持送箱机构是由伺服电机带动的带工位的同步带输送机构，由两条同步带并列组成，分别夹持在箱子的两侧，用同一个动力将箱子输送到不同的工位以完成相应的包装工序。
2.2 生产工艺流程
一定数量尚未成型的纸箱由人工放置于纸箱输送带上，伺服立式开箱机构每吸取一个纸箱后，通过伺服送箱机构输送到某一确定的位置由伺服开箱机构自动拉开成型，然后将拉开成型的纸箱由伺服送箱机构输送到伺服同步带夹持送箱机构。与此同时纸箱输送带步进一步，从而使伺服立式开箱机构始终在同一个位置吸箱、输送及成型，如此循环往复完成开箱成型动作。拉开成型的纸箱由伺服同步带夹持送箱机构输送到装箱工位,通过气缸将箱子的摇盖撑开以便机器人顺利的将产品放置于纸箱之中。
在开箱的同时，装箱物料通过装箱物料输送系统不断的输送到固定的适合装箱码垛机器人抓取的位置。随着装箱物料不同，装箱工作的流程也不同，下面通过以下两种物料分述如下：
当输送物料为瓶子时，瓶子通过装箱物料输送系统上的微动分道装置、隔板导向装置将瓶子一个接一个按照一定的规律排列成行并输送到固定的抓取位置。然后机器人装箱码垛部分（含夹具）把瓶子抓取放到停留在装箱工位的纸箱之中。如果是多层装箱，则中间必须由纸隔进行分层。机器人装箱码垛部分（含夹具）运动到伺服纸隔提升料仓正上方抓取一个纸隔放入纸箱，同时伺服纸隔提升料仓步进一步将下方的纸隔输送到同一个位置以保证机械人始终在同一个位置吸取纸隔。如此循环直至达到所要求的层数。
当输送物料为长方形热收缩膜膜包，长方形热收缩膜膜包通过装箱物料输送系统进行分组、正位，形成正确的装箱排列并输送到达固定的抓取位置，然后机器人装箱码垛部分（含夹具）将长方形热收缩膜膜包抓取放到箱中，如此循环直至达到所要求的层数。
装箱达到所要求的层数后，由伺服同步带夹持送箱机构将箱子输送到下一个工位完成上、下箱舌的合拢，然后再输送到下一个工位由封箱机构完成上下封箱，此时多层装箱的任务便全部完成。最后成品箱经辊筒输送机及打包带机输送到达固定的抓箱位置。当装箱工位多层装箱工作完成后，伺服同步带夹持输送机构将箱子输送到下一个工位，伺服立式开箱机构重新开始吸取纸箱、成型并输送到装箱工位的期间，若电眼在抓箱位置检测到箱子时，机器人装箱码垛部分（含夹具）则运动到抓箱位置开始码垛，否则等待继续装箱。
2.3 设备研发的关键
多层装箱、码垛一体机的研发是在通过分析和优化现有的工艺，重新组织、布置生产流程，使整个生产流程在空间上呈回形布置的基础上完成的。另外多层装箱、码垛一体机的研发关键在于设计一个装箱和码垛通用的夹具，此处采用的是真空吸盘的方法。由于装箱时抓头的总重量显然比码垛时的抓头的总重量轻，因此设计夹具时应以码垛时的抓头的总重量作为设计的依据。由于是多层装箱，为了防止装箱时对包装物品及纸箱产生损坏，夹具尺寸的大小必须至少比箱子的内宽小，以保证机器人装箱码垛部分（含夹具）可以顺利的进人纸箱并实现轻拿轻放。
3 结束语
设备经过生产调试完全符合生产企业的生产要求，人工界面操作方便，调节快速，满足了企业对全自动开箱、装箱、码垛的要求。并具有全自动开箱、多层装箱、码垛的性能，广泛适用于各种受空间限制、旨在降低机器人投入成本以及提高机器人的利用率的全自动开箱、多层装箱、码垛形式，适合企业的生产发展要求，有着广阔的发展前景。对其他类型的全自动开箱、多层装箱、码垛的设计生产具有一定参考价值和指导意义。
论文作者:陈金星
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/9
标签：多层论文; 机器人论文; 纸箱论文; 同步带论文; 机构论文; 夹具论文; 步进论文; 《基层建设》2017年第11期论文;