CN108100971A - 具有多凸轮驱动的同步旋盖机械系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有多凸轮驱动的同步旋盖机械系统，包括：位于中部的旋盖头升降机构、对称设置于两侧的具有摆动机构和升降机构的机械手、送盖装置和送瓶装置，其中：旋盖头升降机构、两个摆动机构和两个升降机构分别与驱动主轴相连，摆动机构和升降机构的一端分别与机械手相连，当主轴旋转驱动机械手转到取盖工位，两侧升降机构同时带动各自机械手上升取到送盖装置上待处理瓶盖后回位的同时摆动机构带动机械手将待处理瓶盖送至旋盖工位，由旋盖头升降机构将待处理瓶盖旋紧于送瓶装置的瓶体上。本发明解决了掉盖以及旋盖后的歪盖及损伤瓶盖等现象，极大提高了旋盖质量。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种自动化包装领域的技术，具体是一种具有多凸轮驱动的同步旋盖机械系统。
背景技术
目前，工业化包装生产中，产量要求不高的生产线旋盖作业通常采用间歇圆周运动式单工位或双工位旋盖机型。一般旋盖机上盖方式一般有三种，1、瓶盖经整理后到达预定位置，由处在星盘里的瓶子的瓶口直接挂取瓶盖再到下一个工位旋盖。该种方式瓶盖与瓶口形成的角度因瓶子瞬间挂取产生的力使瓶盖在瓶口上的角度变得不稳定，有的盖子因此掉落，有的盖子形成不可纠正的所谓“死角”，待到旋盖工位旋盖时会造成瓶盖无法进入旋盖头，或瓶盖旋不到位，使瓶盖损伤，还有可能造成瓶子碎裂，或旋盖机构的损坏。2、用机械或电气的机构将整理后到达预定位置的瓶盖直接压到瓶口上，再到下一个工位旋盖。该种方式的弊端是，瓶盖的初始位置与瓶口的高度差，瓶盖在下压过程中容易失控或偏离瓶口的中心线，并在旋盖前的运行中易从瓶口脱落，或易将瓶盖在瓶口上圧偏，使后面的旋盖作业不顺畅。3、用机械或电气的机构在瓶盖的初始位置的用负压吸取、转向将瓶盖直接压到瓶口上(或者预先让瓶口入到瓶盖的螺纹中)，再到下一个工位旋盖单元旋到规定的紧度。这种方式的弊端，首先是执行机构在第一步的吸取或抓取时，作用点是瓶盖外部的顶部或靠近顶部的侧面，瓶盖处于下部，作业过程中，摆动运行中由于自身结构的惯性或气源压力稳定性等其它因素，易出现瓶盖脱落或甩出的现象，也可能使盖子的中心与瓶口的中心发生偏离，运行到旋盖工位时，或使后旋盖作业不顺畅，或直接损伤瓶盖的外观与内部的螺纹，造成旋盖质量受影响。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有多凸轮驱动的同步旋盖机械系统，采用特殊设计的凸轮机构驱动机械手自动勾取瓶盖，摆动一定角度后顶升将瓶盖送入旋盖头内，旋盖头将瓶盖紧固(气动收缩)并垂直压旋在瓶口上，解决了现有技术经常发生的掉盖以及旋盖后的歪盖及损伤瓶盖等现象，极大提高了旋盖质量。采用本发明结构的单头旋盖机每分钟旋盖55个左右，双头旋盖机每分钟105个左右，旋盖的达标率99.5％。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：位于中部的旋盖头升降机构、对称设置于两侧的具有摆动机构和升降机构的机械手、送盖装置和送瓶装置，其中：旋盖头升降机构、两个摆动机构和两个升降机构分别与驱动主轴相连，摆动机构和升降机构的一端分别与机械手相连，当主轴旋转驱动机械手转到取盖工位，两侧升降机构同时带动各自的机械手上升取到送盖装置上待处理瓶盖后回位的同时摆动机构带动机械手将待处理瓶盖送至旋盖工位，旋盖头抓紧盖子，机械手摆动回取盖工位，旋盖头升降机构将待处理瓶盖旋紧于送瓶装置的瓶体上。
所述的旋盖头升降机构为槽凸轮驱动的升降摆臂多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端与旋盖头升降执行装置相连，藉由驱动主轴旋转带动槽凸轮和多连杆，实现旋盖头执行装置的上下往复运动。旋盖头的旋紧动作由单独电机驱动。
所述的旋盖头执行装置优选通过固定安装在机架上的直线导轨实现竖直方向的精确位移，其中旋盖头与直线导轨的移动部相连。
所述的摆动机构为摆动凸轮驱动的多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端通过关节轴承与机械手相连，藉由驱动主轴旋转带动摆动凸轮和多连杆，通过关节轴承将竖直平面上的摆动转换为水平平面上的摆动，实现机械手的水平旋转操作。
所述的升降机构为升降凸轮驱动的多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端与机械手的末端转动连接，藉由驱动主轴旋转带动升降凸轮和多连杆，实现机械手的竖直升降操作。
所述的机械手优选通过限位筒实现竖直方向的最大位移限制。
所述的限位筒内优选设有弹簧以实现机械手在垂直方向上的复位。
所述的机械手包括：通过轴承座固定设置的升降轴以及设置于升降轴末端的操作端及操作端顶部的取盖头。
所述的送盖装置采用但不限于星盘、输送带、传送棍、自动理盖装置以及下盖轨道装置等实现。
所述的送瓶装置采用但不限于星盘、输送带、传送棍等实现。
本发明机械手取盖时，执行机构，即取盖头，是根据瓶盖的内部形状及尺寸定制的，取盖头的作业面是瓶盖的内部，其直接自下而上深入到瓶盖内部(即盖子的内部底面)勾取后在凸轮机构驱动回撤，按机械臂的臂长形成的弧形轨迹水平摆动到旋盖头下方(瓶盖与旋盖头同心)，由凸轮的上升段将瓶盖送入旋盖头内部，特殊设计的旋盖头立即通过气动包裹机构将瓶盖握住，机械手下撤摆动到初始位置。旋盖头将所握住的瓶盖垂直压旋在瓶口上，不会出现其它旋盖技术经常出现的旋盖前掉盖、旋盖后歪盖或损伤瓶盖等现象。
技术效果
与现有技术相比，本发明机械手勾取瓶盖做弧形摆动到旋盖头下部同轴线时，压在瓶盖外侧顶部的弧形护轨一直将瓶盖护送到旋盖头下，使瓶盖绝不会在移动过程中脱落。驱动机械手的凸轮机构，旋盖单元升降凸轮机构，旋盖头中对瓶盖气动包裹机构启停信号触发机构等，这几者之间相互关联的机械组件与部件所需的动力，全部来源于设备的主电机，即全部是机械同步，各个单元的动作周期完全没有差异，各个执行机构之间配合毫厘不差，故此使旋盖机性能稳定，质量优异。旋盖头中对瓶盖气动包裹机构启停信号触发机构根据需要设定，与主机和各凸轮机构的运动关联。
附图说明
图1为本发明俯视图；
图2为机械手工作流程时序图；
图3为机械手摆动机构示意图；
图4为机械手升降机构示意图；
图5为旋盖头升降机构示意图；
图6为实施例传动示意图；
图中：0灌装瓶、1整列后盖子、2操作端、3星盘、4升降轴、5第一轴承座、6摆动臂、7关节轴承、8第一摆臂连杆、9拉簧、10第二摆臂连杆、11摆动凸轮滚子、12第一支承、13摆动凸轮、14拉簧座、15机架、16升降凸轮、17升降凸轮摆臂、18升降凸轮滚子、19气缸支架、20气缸、21弹簧、22限位筒、23旋盖头、24旋盖头电机、25旋盖头支架、26直线导轨、27支架、28旋盖头升降轴、29第二轴承座、30旋盖头升降摆臂、31槽凸轮、32旋盖头升降凸轮滚子、33第二支承、34第一齿轮、35传动轴、36第二齿轮、37第三齿轮、38被动轴、a取盖工位、b旋盖工位。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：位于中部的旋盖头升降机构、对称设置于两侧的具有摆动机构和升降机构的机械手、送盖装置和送瓶装置，其中：旋盖头升降机构、两个摆动机构和两个升降机构分别与驱动主轴相连，摆动机构和升降机构的一端分别与机械手相连，当主轴旋转驱动机械手转到取盖工位，两侧升降机构同时带动各自机械手上升取到送盖装置上待处理瓶盖后回位的同时摆动机构带动机械手将待处理瓶盖送至旋盖工位，由旋盖头升降机构将待处理瓶盖旋紧于送瓶装置的瓶体上。
如图2～图5所示，依次为摆动机构、升降机构和旋盖头升降机构。
所述的摆动机构包括：依次转动连接的带有摆动凸轮滚子11的第二摆臂连杆10、第一摆臂连杆8、关节轴承7和与机械手固定连接的摆动臂6，其中：第二摆臂连杆10与第一支承12转动连接，摆动凸轮滚子11与摆动凸轮13相接触。
本实施例中优选设有与第二摆臂连杆10弹性连接的拉簧座14以实现摆动机构的复位。
所述的升降机构包括：与第一支承12转动连接的带有升降凸轮滚子18的升降凸轮摆臂17，其中：升降凸轮摆臂17的一端与机械手的末端转动连接，升降凸轮滚子18与升降凸轮16相接触。
本实施例中优选设有与升降凸轮摆臂17相接触的气缸20，用于出现故障时，序号20的气缸伸出，压住序号17升降凸轮摆臂，使序号4取盖机械手升降轴和序号2机械手保持在低位，无法取盖和交接盖子(来回摆动继续)，直到故障排除。
所述的旋盖头升降机构包括：与旋盖头执行装置转动连接的带有旋盖头升降凸轮滚子32的旋盖头升降摆臂30，其中：旋盖头升降摆臂30的一端与第二支承33转动连接，旋盖头升降凸轮滚子32与槽凸轮31相接触。
所述的槽凸轮31上设有曲线导轨，实现对旋盖头升降凸轮滚子32位移节奏的精确控制，从而使得旋盖头升降机构的操作与机械手相同步。
所述的旋盖头执行装置包括：设置于旋盖头支架25内的旋盖头电机24和旋盖头23、与旋盖头支架25相连的旋盖头升降轴28，其中：旋盖头升降轴28的末端与旋盖头升降机构转动连接。
本实施例中优选设有带有直线导轨26的支架27，所述的旋盖头机构与升降轴固定连接，同时与直线导轨26的移动部固定连接，从而实现旋盖头执行装置在竖直方向上的精确移动。
取盖机械手在取盖工位和旋盖工位之间作来回摆动，同时在高度方向上下移动。取盖机械手安装在升降轴上，由长键连接可调节机械手的高低位置。第一轴承座是升降轴的支承，同时起导向作用。摆动臂轴向定位，并且与升降轴通过长花键连接。第二摆臂连杆上安装有摆动凸轮滚子、拉簧，第二摆臂连杆一端与第一支承铰接，另一端与第一摆臂连杆铰接，第一摆臂连杆通过关节轴承与摆动臂连接。当摆动凸轮转动时，因拉簧的作用，摆动凸轮滚子紧靠在凸轮面上，序号8第一摆臂连杆和序号6摆动臂作周期性摆动，同时带动序号4升降轴和机械手作周期性摆动。升降凸轮摆臂一端与第一支承铰接，另一端与升降轴铰接，安装在-升降凸轮滚子在升降凸轮的下方，在弹簧力的作用下紧靠在上。当升降凸轮转动，凸轮大小面交替时升降轴作上下运动，带动取盖机械手作上下运动。旋盖头(单个或两个)安装在旋盖头支架上，旋盖头的自转由旋盖头电机通过传动带带动。支架与序号28旋盖头升降轴固接，同时与直线导轨的移动部固接，起导向作用。旋盖头升降摆臂一端与第二支承铰接，另一端与旋盖头升降轴铰接。旋盖头升降摆臂30上设有旋盖头升降凸轮滚子，滚子嵌在槽凸轮里，凸轮转动时，带动旋盖头升降轴升降，同时旋盖头支架作升降运动。通过图传动示意图可以看到槽凸轮和第一齿轮安装在传动轴上，第一齿轮通过第二齿轮带动第三齿轮，第三齿轮、2个同为的摆动凸轮、2个升降凸轮均安装在被动轴上，一起转动。
本装置动作过程具体如下：取盖机械手转到取盖工位时，升降凸轮从最高面走到次高面，升降轴上升至取盖机械手取到一个整列后等待的盖子，两侧两工位同时进行，然后取盖机械手回转，此时旋盖头维持在高位并准备下降。在旋盖工位，升降凸轮走到最低面，升降轴和机械手上升，机械手将盖子交给旋盖头，旋盖头夹紧盖子，在旋盖头电机带动下旋盖头一直保持旋转。机械手下降到最低位，升降凸轮在最高面，转向取盖工位。做间歇运动的星盘将灌装后瓶子带到旋盖工位停下并且被定位，旋盖头继续下降和旋转，盖子被旋上瓶口，旋盖头松开盖子，旋盖头升降轴回升。星盘转动，旋盖后的瓶子离开旋盖工位，完成一个周期。当出现故障时，序号20的气缸伸出，压住序号17升降凸轮摆臂，使序号4取盖机械手升降轴和机械手保持在低位，无法取盖和交接盖子，来回摆动继续，直到故障排除。参见图1，机械手升降凸轮周期与其他两个凸轮关联。
本装置运用设备结构中精密凸轮组合及连杆机构，单工位或双工位，参见传动示意图，驱动机械手在范围内往复摆动而完成取盖、旋盖作业。机械手结构简单、小巧轻盈，取盖臂上的取盖头外径与瓶盖内径相配合，瓶盖在其上部套住，松紧适当，确保在取盖、摆动、将瓶盖顶升入旋盖头，旋盖单元机构有气动机构将瓶盖固紧，及旋盖头下降旋盖过程中保持对瓶盖的紧固。整个旋盖机除旋盖单元的旋转是由单独电机驱动外，其它机械传动完全是由设备主电机驱动，所有动作都是机械同步，特别是旋盖头里的瓶盖与瓶口同心度极高，故此本发明专利的结构动作与主机星盘、旋盖单元等运动步调一致，整体各个动作步骤平顺流畅、紧凑，一气呵成，确保旋盖单元一次性将瓶盖高质量旋好，极大提高了旋盖机在瓶盖自动上盖、自动旋盖的作业中性能稳定，旋盖质量优异。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种具有多凸轮驱动的同步旋盖机械系统，其特征在于，包括：位于中部的旋盖头升降机构、对称设置于两侧的具有摆动机构和升降机构的机械手、送盖装置和送瓶装置，其中：旋盖头升降机构、两个摆动机构和两个升降机构分别与驱动主轴相连，摆动机构和升降机构的一端分别与机械手相连，当主轴旋转驱动机械手转到取盖工位，两侧升降机构同时带动各自机械手上升取到送盖装置上待处理瓶盖后回位的同时摆动机构带动机械手将待处理瓶盖送至旋盖工位，旋盖头抓紧盖子，机械手摆动回取盖工位由旋盖头升降机构将待处理瓶盖旋紧于送瓶装置的瓶体上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的旋盖头升降机构为槽凸轮驱动的升降摆臂多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端与旋盖头执行装置相连，藉由驱动主轴旋转带动槽凸轮和多连杆，实现旋盖头执行装置的上下往复运动；
所述的旋盖头执行装置通过固定安装在机架上的直线导轨实现竖直方向的精确位移，其中旋盖头与直线导轨的移动部相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的摆动机构为摆动凸轮驱动的多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端通过关节轴承与机械手相连，藉由驱动主轴旋转带动摆动凸轮和多连杆，通过关节轴承将竖直平面上的摆动转换为水平平面上的摆动，实现机械手的水平旋转操作。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的升降机构为升降凸轮驱动的多连杆结构，该多连杆结构的一端固定设置，另一端与机械手的末端转动连接，藉由驱动主轴旋转带动升降凸轮和多连杆，实现机械手的竖直升降操作。
5.根据权利要求1或3或4所述的系统，其特征是，所述的机械手通过限位筒实现竖直方向的最大位移限制，该限位筒内设有弹簧以实现机械手在垂直方向上的复位；
所述的机械手包括：通过轴承座固定设置的升降轴以及设置于升降轴末端的操作端及操作端顶部的取盖头。
6.根据权利要求1或3所述的系统，其特征是，所述的摆动机构包括：依次转动连接的带有摆动凸轮滚子的第二摆臂连杆、第一摆臂连杆、关节轴承和与机械手固定连接的摆动臂，其中：第二摆臂连杆与第一支承转动连接，摆动凸轮滚子与摆动凸轮相接触。
7.根据权利要求1或2或4所述的系统，其特征是，所述的升降机构包括：与第一支承转动连接的带有升降凸轮滚子的升降凸轮摆臂，其中：升降凸轮摆臂的一端与机械手的末端转动连接，升降凸轮滚子与升降凸轮相接触。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述的旋盖头升降机构包括：与旋盖头执行装置转动连接的带有旋盖头升降凸轮滚子的旋盖头升降摆臂，其中：旋盖头升降摆臂的一端与第二支承转动连接，旋盖头升降凸轮滚子与槽凸轮相接触。
9.根据权利要求2或8所述的系统，其特征是，所述的槽凸轮上设有曲线导轨，实现对旋盖头升降凸轮滚子位移节奏的精确控制，从而使得旋盖头升降机构的操作与机械手相同步。
10.根据权利要求2或8所述的系统，其特征是，所述的旋盖头执行装置包括：设置于旋盖头支架内的旋盖头电机和旋盖头、与旋盖头支架相连的旋盖头升降轴，其中：旋盖头升降轴的末端与旋盖头升降机构转动连接。
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