| ----導螺桿為裝箱機的翻新提供了低成本解決方案 |
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通過改進控制來解決生產瓶頸可以大大提高生產效率。對大型紙業(yè)生產企業(yè)，如果能去掉老裝箱機上的氣缸，把這個流程整合到嚴格控制的運動系統(tǒng)中，可把裝箱速度提高160%。
“20年前，氣缸實際上控制裝箱機的所有軸，”位于加拿大Quebec 的RPT Motion公司總裁Peter Ratcliffe稱。“而現(xiàn)在新型裝箱機通常完全由伺服控制器來控制。我們在舊裝箱機中增加雙軸推進器和伺服控制器，這樣可顯著提高速度。”
一種獨特的導螺桿設計幫助裝箱機實現(xiàn)樣式革新所需的高速度和小尺寸。
用伺服控制器代替老裝箱機上的氣缸，可以把裝箱速度提高160%。
雙軸推進器通過在兩條形成載荷的線路上垂直移動為裝箱機的革新提供了解決方案。
機會來了
革新從本質上說是一種機會主義的事情。在這種情況下，RPT Motion公司升級了部分上游生產線，因此現(xiàn)在它可以包裝更多的產品。公司的另外一家工廠也退役了一臺同類型的裝箱機。那家工廠把舊裝箱機免費送給了這家工廠。但是這家工廠需要一個系統(tǒng)來把產品分配到這兩個裝箱機。
新設計的核心是把由一個氣缸推動的雙位路線改變器替換
掉，因為氣缸不能提供四位路線改變或者保持兩臺機器所需要的高速運轉。為了實現(xiàn)四位變換，設計上需要40英寸的沖程并且需要最多每隔10秒鐘進行路線變換，以盡可能多的時間提供產品流。
“我們不能期望把滾珠絲杠和螺帽安裝到現(xiàn)有的設計中來滿足更高的速度要求，”Ratcliffe稱。“它會達到極限從而限制我們獲取所需的高速度，我們本來可以找一種導程速度足夠快的滾珠絲杠，但是它很難安裝到目前的裝配線，這迫使我們重新設計整個傳送系統(tǒng)以便采用更大更重的絲杠。”
為個解決這個設計難題，RPT和Kerk Motion兩家公司共同研究一個可為四條線路（兩個裝箱機，每臺有兩個線路）裝料的系統(tǒng)。工程師們選擇了一種VHD系列導螺桿，這種導螺桿同樣的規(guī)格可提供不同的導程。為了滿足線路轉換器所需的高速度，RPT公司選擇了一種旋轉一圈可以推進2.400英寸的導螺桿，它的標稱直徑為3/4英寸，效率和球狀螺母差不多。
設計難題
采用導螺桿的一個難點在于導螺桿效率相對要低一些同時最大速度也有限。但是通過把設備需要的直線速度和更長螺桿的旋轉速度相匹配，工程師們可以設計出導速更高的產品。如果他們今天設計這套系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的速度還要快40％，因為目前已經有一種4英寸導程的導螺桿了。
“Kerk VHD導螺桿對直線運動應用設備來說是一種方便之選，”Ratcliffe稱。“我們注意到它在效率和最高速度方面的局限，所以我們優(yōu)化它的應用以滿足要求。通過管理最高電機扭矩和加速度，我們能夠設計出一種高壽命的出色和超前的系統(tǒng)，它實際上不需任何維護。”
據Ratcliffe講，這個線路轉換器三年內沒有發(fā)生過故障或出現(xiàn)明顯的側隙——這在直線運動設備中是聞所未聞的。自潤滑的Kerk VHD系列品在工廠的惡劣環(huán)境中也運行良好。
在紙箱成型和裝箱的地方幾乎所有的東西都蒙上了一層纖維灰塵。潤油脂吸附這些灰塵形成了一種研磨劑。但是VHD螺桿運轉時不需要潤滑油，并且產品沒有采用油脂性的球形回路，這種回路會被大量積聚黏附在滾珠絲杠上的灰塵破壞。
Ratcliffe稱，即使在這種環(huán)境下，導螺桿的壽命也比他們想象的長4到5倍。工廠實際上在它還沒有出現(xiàn)任何破損跡象的時候就把它更換了，因為它很便宜，而意外停止裝配線的成本則很高。
“它是一種結實、運轉良好的機械部件，”他補充說。“我們從中獲益良多，因為在同樣的規(guī)格下它的最小傾斜度的精度高得令人難以置信，它每轉一圈可以從只前進1/16英寸到最高差不多4英寸。因此在同一個直線運動子系統(tǒng)封裝內，我們可以設計出速度、力和精度跨度很高的產品，同時又不用修改我們設計的任何部件。”
為了滿足線路轉換器對高速度的要求，RPT公司選擇了為一種規(guī)格為每旋轉1
圈前進2.400英寸、標稱直徑為3/4英寸的導螺桿，它的效率和球形螺母的差不多。
據Ratcliffe說，側隙在這類運動控制系統(tǒng)中也是一個大問題。“過去我們基本上都是把直線滑軌的一端栓在600磅的旋轉傳送機的一端，可迅速移動10到40英寸，”他說。系統(tǒng)必須根據下游要求讓四條線路裝載產品。導螺桿的零側隙的特點可以幫助制造商制造出可靠精確并且不用進行維護的系統(tǒng)。
“如果螺桿或螺母最終出現(xiàn)任何磨損，螺母可以進行補償，這種螺母可自動調節(jié)因此在相當長的使用壽命中能保持零側隙。”Ratcliffe稱。
運動系統(tǒng)縱覽
RPT為設備提供總數(shù)為20個軸的伺服運動控制系統(tǒng)——一個裝箱機每個有6個軸，在加上伺服控制器驅動的兩個線路轉換器。裝箱機和轉換器的兩個軸采用了導螺桿。其他驅動系統(tǒng)通過同步齒形帶驅動，因為最大力為900磅，超過了該型號的導螺桿的使用范圍，它的設計載荷為350磅。
在每個裝箱機上的兩個軸控制著以前為氣動升降梯形成裝箱荷載的部件。由伺服控制器完全控制每個升降臺的加速、減速和速度，這大大增加了裝箱機在該環(huán)節(jié)的速度。裝箱機的其他四個軸是雙軸推動器。
據Ratcliffe說，25年前設計的裝箱機通常形成一個箱體載荷后氣動推動器把箱體載荷推入箱體。但是難題是下一個箱體載荷只有在推動器收回去之后才能形成下一個載荷，推動器收回的時候經過升降梯的兩個線路。與此不同，新式伺服器采用了高速同步齒形帶驅動的系統(tǒng)來推動箱體荷載。這樣每個推動器倒著退出箱子，垂直移動到它上方，回到已經形成荷載的線路。
“通過在推動器系統(tǒng)增加垂直軸，我們可以節(jié)省出大量的成載時間，”Ratcliffe稱。“這是樣式改進的主要優(yōu)點，它把舊樣式的裝箱機進行革新從而提高產量，同時改進
線路轉換器使其智能化的分流上游下來的產品流。”
革新的主要成績是增加了裝卸箱的能力，通過使用伺服控制器使裝箱機的處理速度提高了60％。有了這兩個生產線，他們在包裝時能更容易地協(xié)調產品包裝的變化。還有第三條生產線用于特殊用途，產能只是25％。
新型線路變換器可準確分流產品并且智能地分配產品。這可以讓公司的原有的Allen-Bradley PLC接通第三臺裝箱機，可自由地給1臺、2臺或3臺裝箱機裝料從而協(xié)調生產。
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