旋转双工位钢球自动包装装置及方法与流程

本发明属于钢球自动包装技术领域，具体涉及一种旋转双工位钢球自动包装装置及方法。

背景技术：

目前国内外小尺寸钢球(直径小于10mm)的包装多采用人工包装或半自动包装。人工包装需要多人配合完成，存在包装效率低，工人劳动强度大以及人工操作带来的混球、球面擦伤等问题。国外虽然有钢球自动包装设备，但机构复杂，成本较高。例如日本ntn轴承公司采用计数式防锈包装机，采用被检钢球连续通过磁力探头和集中通过磁力探头两种方法。特点是计数可靠。缺点是成本高，包装效率低。法国sms公司采用的成品钢球包装机kd10/4型，用电子秤称重进行防锈自动包装，特点是包装效率高，缺点是过程中始终需人工参与。工业生产的自动化和智能化是发展的必然趋势，因此钢球自动无损包装设备对钢球生产企业的自动化升级具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种旋转双工位钢球自动包装装置及方法，解决现有技术存在的包装效率低、工人劳动强度大以及人工操作带来的混球、球面擦伤等问题。

为实现上述目的，本发明的旋转双工位钢球自动包装装置包括：

支撑架，所述支撑架包括支撑杆和使支撑杆绕自身轴线旋转的转动机构；

设置在支撑架一侧的塑料薄膜筒；

靠近塑料薄膜筒设置的撑袋机构，将贴合的塑料薄膜筒撑开，撑袋机构上方为制袋部；

设置在撑袋机构上端的下封口机构，实现对塑料薄膜筒的切断和热封；

对称设置在支撑架上端两侧并分别可以相对支撑架上下运动的两个夹袋机构，所述夹袋机构包括相对设置的夹袋固定块和位于两个夹袋固定块之间并相对设置的夹袋移动块，两个夹袋移动块相对或相向运动分别与两侧的夹袋固定块分开或贴合，实现对塑料薄膜筒的松开或夹紧；

以支撑杆为旋转中心关于撑袋机构180°设置的托盘机构，所述托盘机构包括托盘本体以及带动托盘上下运动及倾斜运动的运动驱动机构，托盘机构上方为装载部；

设置在装载部的夹袋机构下端的上封口机构，实现对塑料薄膜筒的上热封；

以及控制系统，所述控制系统控制包装装置动作。

所述撑袋机构包括：

撑袋滑块，所述撑袋滑块上端均匀设置多个凹槽；

设置在撑袋滑块两侧的滑块挡块；

以及设置在撑袋滑块两侧下方的滑块定位辊。

所述夹袋机构还包括设置在夹袋移动块下端的多组撑袋头，多组所述撑袋头和所述撑袋滑块上端的多个凹槽配合。

所述转动机构为旋转气缸，通过旋转气缸驱动支撑杆绕自身轴线旋转；所述的夹袋机构可以相对支撑架上下运动具体为：每个夹袋机构和一个第一升降气缸的输出端连接；两个夹袋移动块相对或相向运动具体为：两个夹袋移动块分别和一个第一推动气缸的输出端连接。

所述上封口机构包括：

相对设置的两个上热封头；

以及带动上热封头相对或相向运动的第二推动气缸。

所述下封口机构包括：

相对设置的两个下热封头；

设置在下热封头上的下切断薄片电阻片；

带动下热封头上下运动的第二升降气缸；

以及带动下热封头相对或相向运动的第三推动气缸。

所述运动驱动机构包括：

竖直设置的丝杠螺母副及导向杆，所述丝杠螺母副中的螺母和所述导向杆滑动配合；

竖直设置的滑轨；

和所述滑轨滑动配合的滑块，所述滑块和所述托盘本体铰接，自然状态托盘本体向一侧倾斜；托盘本体向下倾斜一侧下端和丝杠螺母副中的螺母上端接触，

以及和所述丝杠螺母副中的丝杠一端连接的步进电机。

基于旋转双工位钢球自动包装装置的自动包装方法包括以下步骤：

步骤一：将撑袋滑块放入塑料薄膜筒内，使塑料薄膜筒端部和撑袋滑块顶部平齐；

步骤二：位于制袋部的夹袋机构通过第一升降气缸带动至撑袋滑块处，使撑袋头伸入到撑袋滑块的凹槽内，通过第一推动气缸控制两个夹袋移动块相向运动夹紧塑料薄膜筒上端，控制系统控制第一升降气缸带动夹紧机构上移至上方初始位置；

步骤三：控制系统控制第二升降气缸带动下封口机构上移至撑袋滑块上方2-3mm处，通过第三推动气缸带动两个下热封头相对运动对塑料薄膜筒进行热封切断，并返回初始位置，再通过第二升降气缸带动下封口机构下移至下方初始位置；

步骤四：旋转气缸带动两个夹袋机构转动180°；

步骤五：位于制袋部的夹紧机构重复步骤二到步骤三进行制袋；位于装载部的夹袋机构进行钢球装袋、上密封及释放装满钢球的塑料薄膜筒；

步骤六：重复步骤四到步骤五循环制袋和钢球的装载，直到完成全部钢球的装载。

步骤三中所述的对塑料薄膜筒进行热封切断具体为：控制系统先控制下热封头对塑料薄膜筒进行热封，再控制下切断薄片电阻片对塑料薄膜筒进行切断。

步骤五中所述的位于装载部的夹袋机构进行钢球装袋、上密封及释放装满钢球的塑料薄膜筒具体过程为：

1)步进电机带动丝杠将托盘本体托起至水平后上移至位于装载部的夹紧机构的撑袋头下方小于20mm处，开始注球；

2)注球过程中，步进电机带动托盘本体下移小于包装袋长度的距离，直到钢球全部落入袋中；

3)注球完成后，步进电机带动丝杠使托盘本体上移托起装满钢球的包装袋；

4)第二推动气缸带动两个上热封头相对运动进行热封，并返回初始位置；

5)位于装载部的夹紧机构的第一推动气缸带动两个夹袋移动块相对运动释放装满钢珠的塑料薄膜筒；

6)步进电机带动丝杠将托盘本体下降至初始位置，托盘回到初始倾斜状态，装满钢球的塑料薄膜筒滑出。

本发明的有益效果为：本发明的旋转双工位钢球自动包装装置及方法主要由一侧工位的制袋装置、旋转至另一侧工位的注球装置、减小钢球落差的移动托盘及出袋装置构成。制袋装置采用带有凹槽的撑袋滑块装入塑料薄膜筒中撑开袋口，当提拉塑料薄膜筒时，撑袋滑块靠自重在袋筒内相对滑移形成空袋。然后在撑袋滑块上方热封袋底同时热切断。旋转180°至另一工位等待注球。注球时按包装要求，移动托盘上移使钢球落差小于20mm，保证注球过程中钢球没有擦碰伤。注球过程中托盘同时下降，直至注球完成。注球完成后热封上口，托盘下降至最低位置同时倾斜，包装好的一袋钢球靠自重沿斜面自动滑出。旋转双工位的优点是在计算机分时控制下，可以实现注球和制袋同时进行，提高包装机的工作效率。

本发明的旋转双工位钢球自动包装装置及方法从下方向上方拽袋的方式实现了连续制袋包装，包装过程完全自动化；通过撑袋滑块靠自重在塑料薄膜筒内滑移的方式实现袋口撑开，通过塑料薄膜筒上下两次热封方式制袋。通过旋转气缸实现双工位制袋和包装，提高了工作效率。本发明可以用于其它类似产品的包装。本发明旋转双工位钢球自动包装装置及方法可以实现所有规格尺寸和数量的小尺寸钢球的包装，并且机构简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置整体结构示意图；

图2为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置整体结构原理图；

图3为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置中夹袋机构剖面图；

图4为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置中撑袋机构示意图；

图5为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置中下封口机构；

图6为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置制袋过程示意图；

图7为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置注球过程示意图；

图8为本发明的旋转双工位钢球自动包装装置出袋过程示意图；

其中：1、支撑架，101、支撑杆，102、旋转气缸，2、夹袋机构，201、夹袋移动块，202、夹袋固定块，203、撑袋头，204、第一推动气缸，205、第一升降气缸，3、上封口机构，301、上热封头，302、第二推动气缸，4、撑袋机构，401、撑袋滑块，402、滑块定位辊，403、滑块挡块，404、凹槽，5、下封口机构，501、下热封头，502、第三推动气缸，503、第二升降气缸，6、托盘机构，601、托盘本体，602、步进电机，603、丝杠螺母副，604、导向杆，605、滑轨，606、滑块，7、塑料薄膜筒，8、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-3，本发明的旋转双工位钢球自动包装装置包括：

支撑架1，所述支撑架1包括支撑杆101和使支撑杆101绕自身轴线旋转的转动机构；

设置在支撑架1一侧的塑料薄膜筒7；

靠近塑料薄膜筒7设置的撑袋机构4，将贴合的塑料薄膜筒7撑开，撑袋机构4上方为制袋部；

设置在撑袋机构4上端的下封口机构5，实现对塑料薄膜筒7的切断和热封；

对称设置在支撑架1上端两侧并分别可以相对支撑架1上下运动的两个夹袋机构2，所述夹袋机构2包括相对设置的夹袋固定块202和位于两个夹袋固定块202之间并相对设置的夹袋移动块201，两个夹袋移动块201相对或相向运动分别与两侧的夹袋固定块202分开或贴合，实现对塑料薄膜筒7的松开或加紧；

以支撑杆101为旋转中心关于撑袋机构4180°设置的托盘机构6，所述托盘机构6包括托盘本体601以及带动托盘上下运动及倾斜运动的运动驱动机构，托盘机构6上方为装载部；

设置在装载部的夹袋机构2下端的上封口机构3，实现对塑料薄膜筒7的上热封；

以及控制系统8，所述控制系统8控制包装装置动作。

参见附图4，所述撑袋机构4包括：

撑袋滑块401，所述撑袋滑块401上端均匀设置四个凹槽404；

设置在撑袋滑块401两侧的滑块挡块403；

以及设置在撑袋滑块401两侧下方的滑块定位辊402。撑袋滑块401的作用是将其装入塑料膜筒中，使塑料薄膜筒7袋口张开至一定宽度，用滑块定位辊402和滑块挡块403使其处于稳定的竖直位置，当提拉塑料薄膜筒7时，撑袋滑块401靠自重在原位置不动，相对塑料筒滑移，形成一定长度的空袋。本次包装机的设计采用的撑袋滑块401具有多个凹槽404，该凹槽404为了与夹袋机构2进行配合，使夹袋机构2的撑袋头203可以伸入凹槽404内，通过第一推动气缸204的运动即可将包装袋口撑开；

所述夹袋机构2还包括设置在夹袋移动块201下端的四组撑袋头203，四组所述撑袋头203和所述撑袋滑块401上端的四个凹槽404配合。

所述转动机构为旋转气缸102，通过旋转气缸102驱动支撑杆101绕自身轴线旋转；所述的夹袋机构2可以相对支撑架1上下运动具体为：每个夹袋机构2和一个第一升降气缸205的输出端连接；两个夹袋移动块201相对或相向运动具体为：两个夹袋移动块201分别和一个第一推动气缸204的输出端连接。

所述上封口机构3包括：

相对设置的两个上热封头301；

以及带动上热封头301相对或相向运动上下运动的第二推动气缸302。

参见附图5，所述下封口机构5包括：

相对设置的两个下热封头501；

设置在下热封头501上的下切断薄片电阻片；

带动下热封头501上下运动能够的第二升降气缸503；

以及带动下热封头501相对或相向运动的第三推动气缸502。

所述运动驱动机构包括：

竖直设置的丝杠螺母副603及导向杆604，所述丝杠螺母副603中的螺母和所述导向杆604滑动配合；

竖直设置的滑轨605；

和所述滑轨605滑动配合的滑块606，所述滑块606和所述托盘本体601铰接，自然状态托盘本体601向一侧倾斜；托盘本体601向下倾斜一侧下端和丝杠螺母副603中的螺母上端接触，

以及和所述丝杠螺母副603中的丝杠一端连接的步进电机602。

参见附图6-8，基于旋转双工位钢球自动包装装置的自动包装方法包括以下步骤：

步骤一：将撑袋滑块401放入塑料薄膜筒7内，使塑料薄膜筒7端部和撑袋滑块401顶部平齐，撑袋滑块401的宽度小于塑料薄膜筒7的宽度；

步骤二：位于制袋部的夹袋机构2通过第一升降气缸205带动至撑袋滑块401处，使撑袋头203伸入到撑袋滑块401的凹槽404内，此时塑料薄膜筒7端部两侧分别伸入夹袋移动块201和夹袋固定块202之间，通过第一推动气缸204控制两个夹袋移动块201相向运动预夹袋固定块202配合夹紧塑料薄膜筒7上端，同时撑袋头203撑开塑料薄膜端口至一定宽度，控制系统8控制第一升降气缸205带动夹紧机构上移至上方初始位置；

步骤三：控制系统8控制第二升降气缸503带动下封口机构5上移至撑袋滑块401上方2-3mm处，通过第三推动气缸502带动两个下热封头501相对运动对塑料薄膜筒7进行热封切断，并返回初始位置，再通过第二升降气缸503带动下封口机构5下移至下方初始位置；

步骤四：旋转气缸102带动两个夹袋机构2转动180°，使原位于制袋部的夹袋机构2旋转至装载部，等待注球，原位于装载部的夹袋机构2旋转至制袋部，继续制袋；

步骤五：位于制袋部的夹紧机构重复步骤二到步骤三进行制袋；位于装载部的夹袋机构2进行钢球装袋、上密封及释放装满钢球的塑料薄膜筒7；

步骤六：重复步骤四到步骤五循环制袋和钢球的装载，直到完成全部钢球的装载。

步骤三中所述的对塑料薄膜筒7进行热封切断具体为：控制系统8先控制下热封头501对塑料薄膜筒7进行热封，再控制下切断薄片电阻片对塑料薄膜筒7进行切断。

以袋长为300mm的包装袋为例，步骤五中所述的位于装载部的夹袋机构2进行钢球装袋、上密封及释放装满钢球的塑料薄膜筒7具体过程为：

1)步进电机602带动丝杠将托盘本体601托起至水平后上移至位于装载部的夹紧机构的撑袋头203下方小于20mm处，这是为了避免注球时钢球冲破热封后的袋底，同时防止钢球之间互相剧烈撞击而伤球，之后开始注球；

2)步进电机602在钢球装载过程中带动拓本本体缓慢下移，直到钢球全部落入袋中，本实施例中，步进电机602带动托盘本体601下移100mm，以保证钢球全部落入袋中；

3)注球完成后，步进电机602带动丝杠螺母副603使托盘本体601上移托起包装袋，本实施例中托起40mm，这是为了保证装完钢球的塑料袋筒上热封时处于松弛状态，以免热封时由于钢球的重力撕裂热封处；防止袋过度拉伸导致上热封时造成撕裂等不必要损坏；

4)第二推动气缸302带动两个上热封头301相对运动进行热封，并返回初始位置；

5)位于装载部的夹紧机构的第一推动气缸204带动两个夹袋移动块201相对运动释放装满钢珠的塑料薄膜筒7；

6)步进电机602带动托盘本体601下降至初始位置，托盘回到初始倾斜状态，装满钢球的塑料薄膜筒7滑出。

在整个包装过程中各个运动副移动、张开、闭合的位置、顺序和时间由控制系统8控制，实现有序动作。

整个装载的运行需要升降气缸和旋转气缸102来带动，升降气缸与旋转气缸102的垂直配置，保证了工位转化、制袋和装球过程进行，托盘本体601固定在导向杆604上的导向块上，初始状态具有一定倾斜角度，注球时，由步进电机602带动其中的移动副先将托盘本体601托起，使托盘本体601水平，之后带动托盘本体601沿着导向杆604上升到注球位置。出袋时，步进电机602带动其中的移动副缓慢下落至最低点，托盘本体601也同时靠着自重沿着导向杆604下落，最终回到初始的倾斜状态，从而使制袋后的钢球袋能够沿着托盘滑出。

本发明中的升降旋转装置的设计需要满足以下几个要求：

1)升降高度变化误差应小于1cm的范围内(保证钢球包装的正常进行和无损包装的要求；

2)旋转装置需要保证装球的顺利进行，不得有钢球外漏、装置干涉的等情况出现，定位准确；

3)两个装置的运动限位必须准确，运动过程需要快速。

本发明采用的切断采用了加热切断方式。切刀采用了薄片电阻片的方式来进行加热切断，切断时，切刀首先通电，然后第三推动气缸502开始进行运动，在切断了塑料薄膜袋的同时，下热封头501将封口压紧进行密封，封口后，下热封头501分开，封口完成。下热封头501由电热管加热，采用毫秒级加热时间控制来调节温度，热封所需的压力以气缸的气压传动实现的，下热封头501固定在第三推动气缸502上以第三推动气缸502的移动完成热合封口，在下热封头501处贴有一层pvc耐高温胶带，目的是用以保护薄膜，并使热封接口更为平整。

钢球自动包装机的下热封头501按依据其所需实现的功能与实际需要，将传统的下热封头501只有单一个封口作用进行了改进，使封口和切断袋筒在一个动作中同时完成，只需第三推动气缸502进行一次横向开合运动即可，精简了动作机构，节省了结构空间，提升了包装效率。