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【摘 要】标签机是目前工业贴标应用最广泛的机器，其自动贴标签机贴标的效率与质量，较人工有着无法比拟的优势，所以对其设计和优化有着重大的工业革命性意义。本课题就现有的自动标签机的出标机构，传送机构等机构进行了优化，如何实现自动标签机的不间歇运动和多功能贴标等功能做出了论述。
【关键词】自动标签机；标签机机构分析；机械原理
Structural Design and Optimization of Multifunctional Automatic Label-making Machine
Guo Ji-liang Chen Ai-ping Yang Wan-li Li Cong
（Wuchang Institute of TechnologyCollege of Mechanics and Engineering Wuhan Hubei province 430065）
【Abstract】Labeling machine is the currently most widely used in industrial labeling，whose automatic labeling machine has incomparable advantages over labor force in terms of its efficiency and quality.Thus，the design and optimization of it gains great revolutionary significance. This poject has optimized its label-making and transferring mechanism and has given an explanation of how an automatic labeling machine can label continuously and multi-functionally.
【Key words】Automatic label making machine；Label making machine organization analysis；Mechanical principlesChinese classification number： Reference identifier：AArticle number
0.引言
自动标签机在包装行业中应用广泛。应用自动标签机相对人力贴标不但可以提高贴标的效率，且产品贴标的位置也可借助机器得到精准控制，因而其贴标质量比较高。更为重要的是自动标签机减少了产品与人工接触的一道工序，很大程度的避免了产品被污染的可能。市面上的标签机针对性较强，效率一般，有很大的改进空间。本课题研究的自动标签机范围：平标尺寸要求5cm-40cm宽度；侧标尺寸要求5cm-30cm直径的圆柱型产品。平标针对的类型是矩形的盒类（如药品包装的纸盒），侧标针对的类型是圆柱状的瓶类（如圆柱状药品）。
1.标签机工作原理
图1 标签机结构图
电机20启动，通过齿轮组合将一部分的动力传递给传送带21，来传输产品。另一部分的动力通过轴，带动凸轮11转动，从而控制隔离推板14的运动轨迹，使之有规律的做“伸出”—“前行”—“缩回”—“后退”这样的四个动作。同时通过轴上安装的斜齿轮组合，带动另一水平轴转动，从而使凸轮19转动，通过这种凸轮机构，使推杆完成“伸出”和“回缩”的动作。水平轴的另一端连接了一个链传动，通过链传动带动棘轮16的运动.在平标标头机构中，步进电机通过一组减速装置后，连接到回收杆12，整个平标机构的动力由回收杆12提供。平标机构中标盘1.2两个，首先标盘1的标纸进过标签带连接器3，标盘2的表头部分粘连于连接器上压板。标纸经过导向辊4，7，8后经剥离板对产品进行贴标，后经压紧辊9对标签压紧。废标纸经张紧辊13到回收杆12处。经回收杆12被回收到废纸箱。平标工作完成后，产品继续前行，到达传送带另一端，被隔离推板14推上旋转台，压头15下压，固定产品。步进电机带动旋转台旋转，开始贴侧标，先摩擦轮上胶，再在标签盒取标，然后送标到贴标板，对产品进行贴侧标。由凸轮推手推出，推向传送带，完成整个贴标工作。
2.相关机构设计与优化
根据现有的贴标机的技术，本课题经过研究，针对自动标签机的不间歇运动和多功能贴标等具体的问题，提出了解决措施。下面就相关的优化和关键技术进行阐述。
2.1标签切换
图2-1 平标机构示意图
一般贴标机：标签办单一，每次标签用完都需要停机进行更换标签盘，然后再开机工作。这样的工作方式不仅浪费时间，效率不高，而且经常性开关机对机器寿命的影响也是十分大。
本课题对其机构进行了优化：在正常工作的状态下，进行标签盘的切换。这样的改进不仅大大提高了工作效率，同时也提高了机器的工作寿命。
平标机构由标签机结构图中的1-13号组成。平标机构运动过程：标盘AB两个，首先标盘B的标纸进过标签带连接器3，标盘A的表头部分粘连于连接器上压板处。标纸经过导向辊4，5，6后经剥离板8对产品进行贴标，然后产品被压标滚筒7进行紧标。废标纸经张紧辊9到退标纸辊10处。经退标辊10被回收到废纸箱。这样一直工作到标盘B的标签用完，在标盘B的标签用完时，按下标签带连接器的压杆，压杆下压的同时侧边放出胶液，使标带粘合。标盘A的标带头与标盘B的标带尾连接，实现标盘切换。
2.2 旋转推送限压一体
图2-2 旋转推送限压装置示意图
一般贴标签机的曲面贴标，大多是通过间歇齿轮来完成的，对圆柱的直径有较严格的要求，如若需要贴直径不同的圆柱状产品，则需要更换一整套配套装备。所以，现有的标签机设备仍有许多不足和不符合现代工业要求的。 本课题改进的标签机的优点：不用更换设备的情况下，多直径的圆柱状产品都可以贴标，较好的克服了现有标签机的不足。采用的贴标方式也有所不同，现有大多是采用间歇齿轮来调整产品与产品的距离，来确保贴标的时间。传动的效率较低下。而本课题设计的自动标签机针对这个问题，进行了创新性的设计，采用限压旋转台装置来解决这个问题。
旋转推送限压装置是由标签机结构图中14—20号组成。
图2-3 推送装置结构图
推送装置：在产品经过平面贴标过程后，进入侧面贴标的过程，在传送带和旋转台之间有连接两者的引导槽1，如果没有推力，产品是无法到达旋转台位置。所以设计了推送手凸轮装置。推送手的功能有两点，其一，推送产品到旋转台；其二，分开前后两个产品，使其等距的进入旋转台。推送手的运动的方位是前后左右，四位的运动，其动力由主动件带动凸轮运动，从而形成推送手的运动。
图2-4 限压装置效果图
限压装置：产品被推上旋转台6，压头1下压压住产品7，电机步进运动，旋转台6转动，带动产品7的旋转，侧标装置进行产品贴标，贴标工作完成后，由推杆凸轮5带动推杆推送产品上传送带。完成侧标的工作。通过凸轮5，完成了推杆“伸出”和“回缩”的动作，为了保持隔离推板和推杆同步运动，由同一电机供能。凸轮5同时也同步压头装置，凸轮的运动带动链结构装置的运动。压产品的过程，链传动使限压凸轮4做间歇运动，通过调整摇杆的位置来调节压头对产品施加的力。当摆杆的一端卡在限压凸轮的凹槽中，固定压头不再下压，再通过缓冲装置缓冲。整个装置起一个限压作用，达到对产品的保护作用。
设计凸轮5轮廓过程：
图2-5 凸轮设计分析图
2.2.1基圆半径确定
由图a作图可知，P点为推杆与凸轮的相对速度瞬心 ，则有：
VP=W· ①
由①式得：
=V/w=ds/dδ ②
根据实践经验，直动推杆取α=30
有基圆半径计算公式：
r= ③
又e=0，结合①②③式，可求出基圆半径r0
2.2.2求廓线
经计算分析得：推程角为900，推杆前进150mm；远休止角为900；回程角为600，推杆后退150mm；近休止角为1200。
对于对心直动滚子推杆盘型凸轮机构，则有凸轮廓线坐标公式：
X=sinδ
Y=cosδ
（1）推程阶段δ01=900=π/2代入公式：
S1=h（
δ/δ
）-sin（2π
δ/δ
）/（2π）=h（2
δ/π）-sin（4
δ）/（2π）
δ=0，π/2
（2）远休止阶段δ=900=π/2
S2=150 δ=0，π/2
（3）回程阶段δ=600=π/3代入公式：
δ=10δ3/δ3-15hδ4/δ4+6Kδ5/δ5
=27hδ3/π3-1215hδ4/π4+1458hδ5/π5
δ=0，π/3
（4）近休止阶段δ=1200=2π/3
S4=0 δ=0，2π/3
综上：由其运动函数计算，可设计出其凸轮轮廓线如图2-5b）所示
2.3 标纸回收
图2-6 标签回收装置效果图
主动件直接和废纸回收杆相连，贴完标的废标纸由回收杆回收。为了不影响贴标签的平面效果，本课题针对废纸回收杆的结构进行了特别的设计。退标杆的前两圈的螺距较小，可以满足正常的贴标工作，后面圈螺距很大，让标签带往下转，完成废标签纸自动回收。
2.4切换可拆卸标签盒
图2-7 可拆卸活动标签盒装置结构图
设计的自动标签机能够多功能贴标。这一特点标签机能适应多种型号的标签。为了符合特点，我们对标签盒进行了改良的设计。标签盒左侧板1 ，标签盒上板2，标签盒右侧面3都是活动件，可以随标签尺寸的不同做相应的改变。设计思路如同平标标盘的切换，侧标部分也可以实现 4标签盒B 和5标签盒A 之间的切换。
3.总结
本课题针对平标出标机构，侧标机构，推送结构进行了改进和创新，用soildworks软件进行了仿真运动，肯定了其运动的合理性。较传统的标签机，贴标效率高。而且本课题研究出的自动标签机结合了平标标签机和侧标标签机两种标签机的功能，实现多功能贴标。对出标机构标盘切换装置，设计出两个标签盘切换，满足了标签机的不间歇运动；对于侧标机构，本课题采用了限压旋转台装置代替了原来了棘轮装置，满足了多种直径的圆柱状产品贴标；并且对其推送装置的凸轮进行了具体的轮廓设计，使其满足了推送的距离和时间的要求。同时，对标纸的回收机构进行了改进，实现了标纸的回收。总之，标签机需要改进的地方还有许多，需要一批有一批的人才去研究和优化标签机。
【参考文献】
[1]赵大庆，陈鹿民，李学桥，郭国安，马庆华等.多排火腿肠自动贴标签机的研制（郑州轻工业学院新技术研究所郑州 450002）.
[2]毕娟.基于PLC的自动贴标机控制系统的研制，辽宁丹东职业技术学院 辽宁丹东118003；杨存祥马庆华李学桥.郑州轻工业学院河南郑州450002.
[3]焦向杰，王栋民.精密自动标荀粘贴机的研制（深圳开发科技股份有限公司自动化所，广东深b[J].518035）.
[4]哈尔滨机械研究所 贴标机设计手册，1991.
[5]高魏.贴标机结构设计，1997.
[6]肖玉生.包装与食品机械.万能贴标机的设计与使用，2000.
[7]杨绮云，李为涛.贴标机供标机构的动力学分析及控制系统设计，哈尔滨商业大学 哈尔滨，150028.
【关键词】自动标签机；标签机机构分析；机械原理
Structural Design and Optimization of Multifunctional Automatic Label-making Machine
Guo Ji-liang Chen Ai-ping Yang Wan-li Li Cong
（Wuchang Institute of TechnologyCollege of Mechanics and Engineering Wuhan Hubei province 430065）
【Abstract】Labeling machine is the currently most widely used in industrial labeling，whose automatic labeling machine has incomparable advantages over labor force in terms of its efficiency and quality.Thus，the design and optimization of it gains great revolutionary significance. This poject has optimized its label-making and transferring mechanism and has given an explanation of how an automatic labeling machine can label continuously and multi-functionally.
【Key words】Automatic label making machine；Label making machine organization analysis；Mechanical principlesChinese classification number： Reference identifier：AArticle number
0.引言
自动标签机在包装行业中应用广泛。应用自动标签机相对人力贴标不但可以提高贴标的效率，且产品贴标的位置也可借助机器得到精准控制，因而其贴标质量比较高。更为重要的是自动标签机减少了产品与人工接触的一道工序，很大程度的避免了产品被污染的可能。市面上的标签机针对性较强，效率一般，有很大的改进空间。本课题研究的自动标签机范围：平标尺寸要求5cm-40cm宽度；侧标尺寸要求5cm-30cm直径的圆柱型产品。平标针对的类型是矩形的盒类（如药品包装的纸盒），侧标针对的类型是圆柱状的瓶类（如圆柱状药品）。
1.标签机工作原理
图1 标签机结构图
电机20启动，通过齿轮组合将一部分的动力传递给传送带21，来传输产品。另一部分的动力通过轴，带动凸轮11转动，从而控制隔离推板14的运动轨迹，使之有规律的做“伸出”—“前行”—“缩回”—“后退”这样的四个动作。同时通过轴上安装的斜齿轮组合，带动另一水平轴转动，从而使凸轮19转动，通过这种凸轮机构，使推杆完成“伸出”和“回缩”的动作。水平轴的另一端连接了一个链传动，通过链传动带动棘轮16的运动.在平标标头机构中，步进电机通过一组减速装置后，连接到回收杆12，整个平标机构的动力由回收杆12提供。平标机构中标盘1.2两个，首先标盘1的标纸进过标签带连接器3，标盘2的表头部分粘连于连接器上压板。标纸经过导向辊4，7，8后经剥离板对产品进行贴标，后经压紧辊9对标签压紧。废标纸经张紧辊13到回收杆12处。经回收杆12被回收到废纸箱。平标工作完成后，产品继续前行，到达传送带另一端，被隔离推板14推上旋转台，压头15下压，固定产品。步进电机带动旋转台旋转，开始贴侧标，先摩擦轮上胶，再在标签盒取标，然后送标到贴标板，对产品进行贴侧标。由凸轮推手推出，推向传送带，完成整个贴标工作。
2.相关机构设计与优化
根据现有的贴标机的技术，本课题经过研究，针对自动标签机的不间歇运动和多功能贴标等具体的问题，提出了解决措施。下面就相关的优化和关键技术进行阐述。
2.1标签切换
图2-1 平标机构示意图
一般贴标机：标签办单一，每次标签用完都需要停机进行更换标签盘，然后再开机工作。这样的工作方式不仅浪费时间，效率不高，而且经常性开关机对机器寿命的影响也是十分大。
本课题对其机构进行了优化：在正常工作的状态下，进行标签盘的切换。这样的改进不仅大大提高了工作效率，同时也提高了机器的工作寿命。
平标机构由标签机结构图中的1-13号组成。平标机构运动过程：标盘AB两个，首先标盘B的标纸进过标签带连接器3，标盘A的表头部分粘连于连接器上压板处。标纸经过导向辊4，5，6后经剥离板8对产品进行贴标，然后产品被压标滚筒7进行紧标。废标纸经张紧辊9到退标纸辊10处。经退标辊10被回收到废纸箱。这样一直工作到标盘B的标签用完，在标盘B的标签用完时，按下标签带连接器的压杆，压杆下压的同时侧边放出胶液，使标带粘合。标盘A的标带头与标盘B的标带尾连接，实现标盘切换。
2.2 旋转推送限压一体
图2-2 旋转推送限压装置示意图
一般贴标签机的曲面贴标，大多是通过间歇齿轮来完成的，对圆柱的直径有较严格的要求，如若需要贴直径不同的圆柱状产品，则需要更换一整套配套装备。所以，现有的标签机设备仍有许多不足和不符合现代工业要求的。 本课题改进的标签机的优点：不用更换设备的情况下，多直径的圆柱状产品都可以贴标，较好的克服了现有标签机的不足。采用的贴标方式也有所不同，现有大多是采用间歇齿轮来调整产品与产品的距离，来确保贴标的时间。传动的效率较低下。而本课题设计的自动标签机针对这个问题，进行了创新性的设计，采用限压旋转台装置来解决这个问题。
旋转推送限压装置是由标签机结构图中14—20号组成。
图2-3 推送装置结构图
推送装置：在产品经过平面贴标过程后，进入侧面贴标的过程，在传送带和旋转台之间有连接两者的引导槽1，如果没有推力，产品是无法到达旋转台位置。所以设计了推送手凸轮装置。推送手的功能有两点，其一，推送产品到旋转台；其二，分开前后两个产品，使其等距的进入旋转台。推送手的运动的方位是前后左右，四位的运动，其动力由主动件带动凸轮运动，从而形成推送手的运动。
图2-4 限压装置效果图
限压装置：产品被推上旋转台6，压头1下压压住产品7，电机步进运动，旋转台6转动，带动产品7的旋转，侧标装置进行产品贴标，贴标工作完成后，由推杆凸轮5带动推杆推送产品上传送带。完成侧标的工作。通过凸轮5，完成了推杆“伸出”和“回缩”的动作，为了保持隔离推板和推杆同步运动，由同一电机供能。凸轮5同时也同步压头装置，凸轮的运动带动链结构装置的运动。压产品的过程，链传动使限压凸轮4做间歇运动，通过调整摇杆的位置来调节压头对产品施加的力。当摆杆的一端卡在限压凸轮的凹槽中，固定压头不再下压，再通过缓冲装置缓冲。整个装置起一个限压作用，达到对产品的保护作用。
设计凸轮5轮廓过程：
图2-5 凸轮设计分析图
2.2.1基圆半径确定
由图a作图可知，P点为推杆与凸轮的相对速度瞬心 ，则有：
VP=W· ①
由①式得：
=V/w=ds/dδ ②
根据实践经验，直动推杆取α=30
有基圆半径计算公式：
r= ③
又e=0，结合①②③式，可求出基圆半径r0
2.2.2求廓线
经计算分析得：推程角为900，推杆前进150mm；远休止角为900；回程角为600，推杆后退150mm；近休止角为1200。
对于对心直动滚子推杆盘型凸轮机构，则有凸轮廓线坐标公式：
X=sinδ
Y=cosδ
（1）推程阶段δ01=900=π/2代入公式：
S1=h（
δ/δ
）-sin（2π
δ/δ
）/（2π）=h（2
δ/π）-sin（4
δ）/（2π）
δ=0，π/2
（2）远休止阶段δ=900=π/2
S2=150 δ=0，π/2
（3）回程阶段δ=600=π/3代入公式：
δ=10δ3/δ3-15hδ4/δ4+6Kδ5/δ5
=27hδ3/π3-1215hδ4/π4+1458hδ5/π5
δ=0，π/3
（4）近休止阶段δ=1200=2π/3
S4=0 δ=0，2π/3
综上：由其运动函数计算，可设计出其凸轮轮廓线如图2-5b）所示
2.3 标纸回收
图2-6 标签回收装置效果图
主动件直接和废纸回收杆相连，贴完标的废标纸由回收杆回收。为了不影响贴标签的平面效果，本课题针对废纸回收杆的结构进行了特别的设计。退标杆的前两圈的螺距较小，可以满足正常的贴标工作，后面圈螺距很大，让标签带往下转，完成废标签纸自动回收。
2.4切换可拆卸标签盒
图2-7 可拆卸活动标签盒装置结构图
设计的自动标签机能够多功能贴标。这一特点标签机能适应多种型号的标签。为了符合特点，我们对标签盒进行了改良的设计。标签盒左侧板1 ，标签盒上板2，标签盒右侧面3都是活动件，可以随标签尺寸的不同做相应的改变。设计思路如同平标标盘的切换，侧标部分也可以实现 4标签盒B 和5标签盒A 之间的切换。
3.总结
本课题针对平标出标机构，侧标机构，推送结构进行了改进和创新，用soildworks软件进行了仿真运动，肯定了其运动的合理性。较传统的标签机，贴标效率高。而且本课题研究出的自动标签机结合了平标标签机和侧标标签机两种标签机的功能，实现多功能贴标。对出标机构标盘切换装置，设计出两个标签盘切换，满足了标签机的不间歇运动；对于侧标机构，本课题采用了限压旋转台装置代替了原来了棘轮装置，满足了多种直径的圆柱状产品贴标；并且对其推送装置的凸轮进行了具体的轮廓设计，使其满足了推送的距离和时间的要求。同时，对标纸的回收机构进行了改进，实现了标纸的回收。总之，标签机需要改进的地方还有许多，需要一批有一批的人才去研究和优化标签机。
【参考文献】
[1]赵大庆，陈鹿民，李学桥，郭国安，马庆华等.多排火腿肠自动贴标签机的研制（郑州轻工业学院新技术研究所郑州 450002）.
[2]毕娟.基于PLC的自动贴标机控制系统的研制，辽宁丹东职业技术学院 辽宁丹东118003；杨存祥马庆华李学桥.郑州轻工业学院河南郑州450002.
[3]焦向杰，王栋民.精密自动标荀粘贴机的研制（深圳开发科技股份有限公司自动化所，广东深b[J].518035）.
[4]哈尔滨机械研究所 贴标机设计手册，1991.
[5]高魏.贴标机结构设计，1997.
[6]肖玉生.包装与食品机械.万能贴标机的设计与使用，2000.
[7]杨绮云，李为涛.贴标机供标机构的动力学分析及控制系统设计，哈尔滨商业大学 哈尔滨，150028.