竹签成型机全自动化改造设计方案

诸小丽

（南宁职业技术学院，南宁530008）

1 引言

竹签在我们日常生活中应用得非常广泛，使用最多的是烧烤签、葫芦串签、牙签、棉签、香签、铁炮串、球拍串等各种用途的圆竹签。虽然小小的竹签只是竹制品产业链中的很小一环，但围绕竹资源可做大文章。据悉，目前广东韶关新丰、龙门等地大力发展竹子生产，并以竹签系列产品为主导，实现了竹制品深加工增值，每年出口意大利、加拿大、美国、中东、新加坡等国，小小的竹签等竹制品做到了上亿元的产值，并赚取了不少外汇。然而不少企业虽然每年有大量的出口订单，却因为生产效率低，产品不合格而损失了很多机会。本文仅针对广西玉林一家竹签生产企业目前存在的问题提出了全自动化改造建议。

2 竹签加工企业目前加工状况

目前我国竹签生产企业主要集中在广东、四川、湖北、广西等地，以家庭小作坊为主，生产主要依靠半自动化机械及大量的人力操作来完成，因此生产效率低、产品质量很难得到保证。目前加工的工艺流程为：长度锯截→开竹片→冲签（拉丝）→抛光→选签→削尖→点数（称重）→装箱。

目前所使用的半自动化机械主要有破竹机、拉丝机（冲签机）、抛光机、削尖机等。

破竹机的工作流程：即将竹子原材料根据长短裁截成（不能带节）150、200、250、300、350、400mm 等若干竹筒段，工人手持竹筒段放在破竹机的刀口处，再由破竹机靠冲击力将竹筒破成竹片，可以根据竹筒的直径大小，用不同的刀具将竹筒破成不同数量的竹片（平均破几片）。

拉丝签机工作流程：工人把破竹机破成的若干小竹片凭目测按厚薄、长短分类：直径大于2.5mm小于3.0mm的拉2.5mm竹签；大于3.0mm小于3.5mm的拉3.0mm竹签；大于3.5mm小于4.0mm的拉3.5mm竹签；2.0mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm等同理。如果竹片的直径分类不合理，将会造成很大的浪费。破竹后分好大小的竹片（是否熏硫磺依客户要求而定）放到烤炉烤干或晒干。工人再将一根接一根的竹片放入拉丝机作业，更换不同的刀具可以加工出不同规格的圆粗签。

抛光机工作流程：将在拉丝机上拉好的圆粗签放入抛光机，此道工序全靠人力搬运，工人从仓库拉各种规格的竹签进车间→人工放料（工人手工把竹签抱起放进抛光机的竹签槽内）→竹签抛光（抛光机工作）→人工起料（工人手工把竹签抱起放到手推车上）。

削尖机工作流程：将抛光好的圆竹签放入削尖机，要将机器进行调整，将不同直径的圆竹签的一端磨尖。在此环节中工人对抛光机抛光完的竹签进行人工起料（手工把竹签抱起放到削尖机进料口）。削尖完成后再进行人工起料送去点数与称重。

3 困扰竹签企业生产效率的瓶颈问题

根据以上圆竹签加工的工作流程可知，企业要为人们提供各种环保且物美价廉的竹类产品，必须在经营、管理、工艺方面进行深入研究。目前影响圆竹签生产效率、质量与成本的关键因素主要为：

（1）在破竹环节中工人手持竹筒段放在破竹机的刀口处存在极大的安全隐患，且要根据目测竹筒的直径来更换竹筒刀具，目测不正确会造成很大的浪费。

（2）在拉丝工序中一般一人操作，且一台一天只能生产500kg左右。如果前面开竹片的工人开竹片时开得过大或过小都会造成很大损耗。此过程关键在于开竹片和分竹片，竹片大小厚薄适中的话，损耗小，成数高，成本低；反之，损耗大，成数低，成本高。

（3）在抛光机工作流程中人工放料、人工起料是一个很费力的工作，劳动强度很大，效率非常低。

（4）在削尖机工作流程中，如存在不合格签（非圆签），必然出现削尖不呈圆锥状，且浪费此道工序，在随后的人工挑选中又浪费很多人工，影响生产效率。

（5）点数与称重为竹签生产的最后一道工序，根据用户要求，将合格的竹签按一定数量或一定重量进行打包捆扎。此工序用人工进行点数、称重、捆扎，既费工又费时。

4 竹签加工设备全自动化改造设想

广西玉林竹签生产企业及目前国内竹签生产企业急需解决的问题为：（1）自动竹签成型机（半成品）改进设想：竹筒厚薄及长短分类机、开片冲签（拉丝）机。（2）磨（批）尖分选机改进设想：在现有磨尖功能的基础上，能把尖头好的签分选出来而又不会损坏尖头，做出口签时还能把两头都够圆度的签分选出来，次度签作内销，尽力避免尘烟飞扬及废签乱飞。（3）点数（称重）包装机改进设想：此机既能满足以支数计算的客户，又能满足按重量来计量的客户，即客户若要求以支数包装则可调为以支数为单位，若要求按重量包装的则可调为以斤为单位包装。能自动用绳子捆扎（也有客户要求用塑料袋包）点好支数或称好重量的竹签。（4）设计结构简单、制造成本低的抛光起、落料装置，竹签存放过程不落地，减少工人无效劳动，不但实现自动放料、自动起料，极大降低工人劳动强度，还方便竹签装运和周转，使在制竹签在工艺流程中运转更加流畅，确保均衡生产。

针对企业提高生产效率和降低成本的要求，利用光、机、电、气技术来完成自动化生产线的一条龙生产是最佳方案。图1所示为我们提出的全自动化生产改进方案。

图1

新增工序主要完成如下功能：

（1）根据产品长度规格，将竹子原材料用电锯裁截成（不带节）150、200、250、300、350、400mm等若干竹筒段。

（2）根据竹筒直径选刀。在原破竹机的一边安装一个3自由度气动机械手［1］，机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成，使用点位控制，通过可编程序控制器（PLC）对机械手［2］进行控制。当机械手的动作流程改变时，改善了工人手持竹子生产的不安全隐患。要提高效率实现自动化，在原破竹机的另一边安装一个送料装置。之后可根据竹筒直径进行选刀，就可完成破竹。

（3）自动化分拣竹片厚度。利用光电分拣装置［3］自动检测竹子的厚薄长短，如要生产2.5mm×200mm的竹签，它能自动把长200mm、厚2.5～2.9mm的竹子归类出来。

（4）自动化装卸。将自动分拣出来厚薄长短的竹签通过自动传动带输送到盛装竹签的吊框，使竹签存放过程不落地，减少工人无效劳动，不但实现自动放料、自动起料，降低工人劳动强度，还方便竹签装运和周转，使竹签在抛光的工艺流程中运转更加流畅，确保均衡生产。

（5）自动化分拣合格竹签。经过抛光后的竹签表面粗糙度较低，自动分检机可以将截面不合格竹签（非圆签）采用光电传感技术和步进电机等先进技术自动分检出来［4］，大幅度提高竹签分检速度减少大量的人工和后续工序，从而极大地提高产品质量和效率。

（6）自动化运输。将抛光后的竹签通过自动传动带输送到盛装削尖机的进料口，使竹签存放过程不落地，减少工人无效劳动，不但实现自动放料、降低工人劳动强度，而且确保生产过程的自动化。

（7）自动点数控制。将削尖完成的竹签通过自动传动带输送到自动点数机上，根据100根为一扎，自动点数机在点数到100根时，传感器发出信号，通过PLC控制点数机下降进行自动包装。

（8）自动装箱。将100根为一扎进行自动包装的竹签通过自动传动带进行自动装箱、装车。

5 结论

如何把一块竹片或一截竹子经过一系列机械加工变成一根根竹签，通过以上新增工序完全可以达到实现竹签全自动化的生产，但这是一个复杂的技改系统工程，因此企业可以根据资金情况、设备情况、当地劳力情况等进行选择性改造：（1）如企业资金有限，但又要解决竹签质量和生产效率问题的，可以增加自动化分拣合格竹签设备。（2）如企业资金较宽裕，又要解决竹签质量和生产效率问题，以及要减少人工劳力的，可以增加自动化分拣合格竹签、自动点数控制、抛光自动化装、卸设备。（3）如企业资金非常充裕，又想实现全自动化竹签生产，可以选择所有新增的工序设备。

［1］ 许善新.立式挤压铸造机用三自由度三功能机械手［J］.中国制造业信息化，2012（8）：52-54.

［2］ 王亮，李虹.PLC对机械手的定位控制［J］.机械工程与自动化，2012（4）：135-137.

［3］ 刘薇娜，徐煦平.多功能光电检测系统研究［J］.长春光学精密机械学院学报，1997（20）：7-12.

［4］ 张海馨，赵洋.轴类零件直径尺寸的光电检测系统［J］.科技资讯，2012（14）：4-4.

［5］ 张唐栎，张琪.四轮全向小车惯性传感装置的设计［J］.传感器世界，2012（18）：10-13.