用于供应两种纸盘的装置技术领域
本发明涉及一种烟草加工设备，具体涉及一种用于供应两种纸盘的装置。
背景技术
伴随着机械加工和电气控制等领域的技术进步，卷烟机的生产速度逐渐提升，最高达两
万支每分钟，以常用的纸盘直径计算，每七分钟需更换一盘卷烟纸，每十四分钟需更换一盘
水松纸，以往由人工供应纸盘的方式不再适用于高速生产。
目前，卷烟纸的供应已经实现了由人工供纸向机器自动供纸的转变，其方法是将纸盘供
应从卷烟机独立出来，由专门的设备供纸，如德国产的BOB-ME供纸机，意大利产的RF20供
纸机，国产的YF71和YF73供纸机；中国专利文献CN1507408A公开了一种用于将卷盘供给至
机器的方法和设备，主要运用于香烟包装机。上述这些设备都只涉及供应一种纸盘。
为了进一步降低工人的劳动强度，需将水松纸的供应也改为机器自动供应，但为一台卷
烟机配备两台供纸机的成本高，且占用空间大。中国专利文献CN1982182B公开了一种用于在
自动化单元中操纵纸盘的装置和方法及自动化单元，其能够同时供应两种纸盘，相关的设备
型号为BD-sistem卷烟机物料站。该设备的特点是在垂直的Z轴方向是不可移动的，当Z轴
导轨沿X和Y方向移动时需要占用较多空间，造成该物料站体积大，不够紧凑；并且其设备
涉及的两个纸盘转换装置采用前后并列布置形式，当由于故障需对后端纸盘转换装置进行操
作时，需进入物料站内部进行，操作不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于供应两种纸盘的装置，它可以为卷烟机供应
卷烟纸和水松纸，提高生产的自动化水平。
为解决上述技术问题，本发明用于供应两种纸盘的装置的技术解决方案为：
包括支撑框架，支撑框架的顶部并列设置有两根横向固定导轨1、6，横向固定导轨1、6
上活动设置有纵向移动导轨5；纵向移动导轨5能够在横向固定导轨1、6上实现沿X轴方向
的横向水平运动；纵向移动导轨5上活动设置有移动导轨滑块，移动导轨滑块通过连接块10
固定连接机械臂3；机械臂3能够在纵向移动导轨5上实现沿Y轴方向的纵向水平运动；且
机械臂3能够实现绕Y轴的旋转运动；机械臂3通过提取盘支座18连接提取盘7；机械臂3
通过其上下伸缩运动，带动提取盘7实现沿Z轴方向的上下运动；提取盘7上设置有纸盘抓
取装置，用于抓取两种不同内径规格的纸盘；支撑框架的底部设置有两个托盘，卷烟纸盘9
和水松纸盘8分别堆放于两个托盘上；支撑框架内设置有两个缓存装置2、4；通过控制纵向
移动导轨5沿X轴方向的横向水平运动，机械臂3沿Y轴方向的纵向水平运动，以及提取盘
7沿Z轴方向的上下运动，实现提取盘7三个自由度的运动，并通过控制机械臂3绕Y轴的
旋转运动，实现提取盘7在托盘与缓存装置2、4之间抓取、传送和卸载卷烟纸盘9和水松纸
盘8的动作。
所述机械臂3包括机械臂支座13，机械臂支座13上固定设置有第一丝杆14；第一丝杆
14的第一螺套a固定设置于电机座15上；电机座15上设置有电机12，电机12通过同步带
动传动机构连接第一螺套a和第二丝杆16；电机12的旋转能够带动第一螺套a和第二丝杆
16以相同的方向和速度转动；第二丝杆16的第二螺套b固定连接伸缩杆17；第一螺套a在
旋转过程中沿第一丝杆14的轴向平移，并带动电机座15和第二丝杆16实现相对于机械臂支
座13的运动；与此同时，第二丝杆16在旋转过程中使第二螺套b沿第二丝杆16的轴向平移，
并带动伸缩杆17实现相对于电机座15的运动，且第二螺套b的移动距离为第一螺套a的两
倍，实现两级伸缩。
所述伸缩杆17的端部通过提取盘支座18铰接连接提取盘7；机械臂3转动时，提取盘7
能够自由转动，从而在重力平衡作用下自动保持水平状态。
所述机械臂支座13固定连接一级滑块21，一级滑块21活动连接一级导轨22，一级导轨
22能够相对于一级滑块21平移；一级导轨22固定连接电机座15；工作时，电机座15和一
级导轨22一起在一级滑块21上移动，从而对电机座15及第一螺套a相对于机械臂支座13
的运动进行导向和定位；所述电机座15固定连接滑块组件支座23，滑块组件支座23固定连
接二级滑块20，则一级导轨22与第一螺套a相连；二级滑块20活动连接二级导轨19，二级
导轨19能够相对于二级滑块20平移；二级导轨19固定连接伸缩杆17；工作时，伸缩杆17
和二级导轨19一起在二级滑块20上移动，从而对伸缩杆17及第二螺套b相对于电机座15
的运动进行导向和定位。
所述提取盘7的纸盘抓取装置包括三个曲柄25、两根连杆27、三个提取爪28、三根弹
簧24、六个齿形柱29、30、气缸26，三个曲柄25沿周向分布于提取盘7上，每个曲柄25
的固定端通过旋转轴连接提取盘7；旋转轴连接提取爪28的固定端，提取爪28的自由端设
置有内齿形柱29和外齿形柱30，三个内齿形柱29共圆，用于抓取内径较小的水松纸盘8；
三个外齿形柱30共圆，用于抓取内径较大的卷烟纸盘9；当曲柄25的自由端受力时，曲柄
25能够绕其固定端旋转；其中一个曲柄25的自由端连接气缸26，气缸26能够为曲柄25的
自由端持续提供反向旋转力；两根连杆27依次连接相邻的曲柄25，以实现三个曲柄25的联
动；每个曲柄25的自由端连接弹簧24的一端，弹簧24的另一端固定连接于提取盘7上；弹
簧24能够为曲柄25的自由端持续提供旋转力，使曲柄25绕其固定端旋转，并带动提取爪
28的自由端绕提取爪28的固定端旋转，使三个内齿形柱29和三个外齿形柱30所在圆的直
径变大，实现涨紧纸盘芯内圈的动作；当气缸26的推杆伸出时，使该曲柄25以及其它曲柄
绕各自的固定端反向旋转，并带动提取爪28的自由端绕提取爪28的固定端反向旋转，使三
个内齿形柱29和三个外齿形柱30所在圆的直径变小，实现放开纸盘芯内圈的动作。
所述横向固定导轨1、6上活动设置有固定导轨滑块，两个固定导轨滑块分别连接纵向移
动导轨5的两端，从而实现纵向移动导轨5与横向固定导轨1、6的活动连接。
所述机械臂3的上端与连接块10绞接，连接块10与电动推杆11的一端绞接，电动推杆
11的另一端与机械臂3的下端绞接；驱动电动推杆11的伸缩，能够带动机械臂3绕其上端
旋转，实现机械臂3绕Y轴的旋转动作。
所述提取盘7上设置有距离测量元件，用于检测提取盘7与纸盘之间的间距，以确定抓
取纸盘时机械臂伸长的长度。
所述提取盘7上设置有位置测量元件；通过机械臂3的移动，检测纸盘芯圆周上的三个
点的位置，通过计算以确定该纸盘的圆心位置。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明结构紧凑、体积小，能够减少设备占地面积，且操作方便，自动化程度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明用于供应两种纸盘的装置的示意图；
图2是本发明的机械臂及提取盘的示意图；
图3是本发明的机械臂的旋转状态示意图；
图4是本发明的机械臂的两级伸缩装置的结构示意图；
图5是本发明的机械臂的滑块组件的结构示意图；
图6是本发明的提取盘的纸盘抓取装置的示意图；
图7是本发明的提取爪的示意图；
图8是本发明的提取爪的外齿形柱处于上升状态的示意图。
图中附图标记说明：
1、6为横向固定导轨， 2、4为缓存装置，
3为机械臂， 5为纵向移动导轨，
7为提取盘， 8为水松纸盘，
9为卷烟纸盘， 10为连接块，
11为电动推杆， 12为电机，
13为机械臂支座， 14为第一丝杆，
a为第一螺套， b为第二螺套，
15为电机座， 16为第二丝杆，
17为伸缩杆， 18为提取盘支座，
19为二级导轨， 20为二级滑块，
21为一级滑块， 22为一级导轨，
23为滑块组件支座， 24为弹簧，
25为曲柄， 26为气缸，
27为连杆， 28为提取爪，
29为内齿形柱， 30为外齿形柱。
具体实施方式
如图1所示，本发明用于供应两种纸盘的装置，能够将两个托盘上存储的若干卷烟纸盘
9和水松纸盘8分别供应至两个缓存装置2、4；包括支撑框架，支撑框架的顶部并列设置有
两根横向固定导轨1、6，横向固定导轨1、6上活动设置有纵向移动导轨5，纵向移动导轨5
沿Y轴方向延伸，横向固定导轨1、6沿X轴方向延伸；纵向移动导轨5能够在横向固定导轨
1、6上实现沿X轴方向的横向水平运动；
横向固定导轨1、6上活动设置有固定导轨滑块，两个固定导轨滑块分别连接纵向移动导
轨5的两端，从而实现纵向移动导轨5与横向固定导轨1、6的活动连接；
纵向移动导轨5上活动设置有移动导轨滑块，移动导轨滑块通过连接块10固定连接机械
臂3；机械臂3能够在纵向移动导轨5上实现沿Y轴方向的纵向水平运动；且机械臂3能够
实现绕Y轴的旋转运动；
机械臂3通过提取盘支座18连接提取盘7；机械臂3通过其上下伸缩运动，带动提取盘
7实现沿Z轴方向的上下运动；
提取盘7上设置有纸盘抓取装置，可抓取两种不同内径规格的纸盘；
同时，提取盘7上设置有距离测量元件，用于检测提取盘7与纸盘之间的间距，以确定
抓取纸盘时机械臂伸长的长度；
提取盘7上还设置有位置测量元件；抓取纸盘前，通过机械臂3的移动，检测纸盘芯圆
周上的三个点的位置，通过计算以确定该纸盘的圆心位置；
支撑框架的底部设置有两个托盘，卷烟纸盘9和水松纸盘8分别堆放于两个托盘上，并
由安装在地面的导向和定位装置分开，托盘上纸盘垛的高度不超出机械臂3缩回时提取盘7
的下表面；
支撑框架内设置有两个缓存装置2、4；
通过控制纵向移动导轨5沿X轴方向的横向水平运动，机械臂3沿Y轴方向的纵向水平
运动，以及提取盘7沿Z轴方向的上下运动，实现提取盘7三个自由度的运动，并通过控制
机械臂3绕Y轴的旋转运动，实现提取盘7在托盘与缓存装置2、4之间抓取、传送和卸载卷
烟纸盘9和水松纸盘8的动作；
上述沿X轴、Y轴、Z轴方向的运动及绕Y轴的旋转运动分别由独立的伺服电机进行驱动
和控制。
如图2所示，机械臂3的上端与连接块10绞接，连接块10与电动推杆11的一端绞接，
电动推杆11的另一端与机械臂3的下端绞接；驱动电动推杆11的伸缩，能够带动机械臂3
绕其上端旋转，实现机械臂3绕Y轴的旋转动作，如图3所示。
机械臂3为两级伸缩装置；如图4所示，机械臂3包括机械臂支座13，机械臂支座13
上固定设置有第一丝杆14；
第一丝杆14的第一螺套a固定设置于电机座15上；电机座15上设置有电机12，电机
12通过同步带动传动机构连接第一螺套a和第二丝杆16；第二丝杆16与第一丝杆14平行设
置；电机12的旋转能够带动第一螺套a和第二丝杆16以相同的方向和速度转动；
第二丝杆16的第二螺套b固定连接伸缩杆17；伸缩杆17的端部通过提取盘支座18铰
接连接提取盘7；机械臂3转动时，提取盘7能够自由转动，从而在重力平衡作用下自动保
持水平状态；提取盘7在抓取或卸载纸盘时由定位推杆固定；
第一螺套a在旋转过程中沿第一丝杆14的轴向平移，并带动电机座15和第二丝杆16实
现相对于机械臂支座13的运动；
与此同时，第二丝杆16在旋转过程中使第二螺套b沿第二丝杆16的轴向平移，并带动
伸缩杆17实现相对于电机座15的运动，且第二螺套b(即伸缩杆17的移动距离)的移动距
离为第一螺套a的两倍，实现两级伸缩，最大伸缩量为第一丝杆14与第二丝杆16的长度之
和，则最大可使机械臂3伸长至其原长的三倍。
如图5所示，机械臂支座13固定连接一级滑块21，一级滑块21活动连接一级导轨22，
一级导轨22能够相对于一级滑块21平移；一级导轨22固定连接电机座15；工作时，电机
座15和一级导轨22一起在一级滑块21上移动，从而对电机座15及第一螺套a相对于机械
臂支座13的运动进行导向和定位；
电机座15固定连接滑块组件支座23，滑块组件支座23固定连接二级滑块20，则一级导
轨22与第一螺套a相连；二级滑块20活动连接二级导轨19，二级导轨19能够相对于二级
滑块20平移；二级导轨19固定连接伸缩杆17(二级导轨19与第二螺套b相连)；工作时，
伸缩杆17和二级导轨19一起在二级滑块20上移动，从而对伸缩杆17及第二螺套b相对于
电机座15的运动进行导向和定位。
如图6所示，提取盘7的纸盘抓取装置为三轴联动的曲柄连杆机构；包括三个曲柄25、
两根连杆27、三个提取爪28、三根弹簧24、六个齿形柱29、30、气缸26，三个曲柄25沿
周向分布于提取盘7上，每个曲柄25的固定端通过旋转轴连接提取盘7；旋转轴连接提取爪
28的固定端，提取爪28的自由端设置有内齿形柱29和外齿形柱30，三个内齿形柱29共圆，
用于抓取内径较小的水松纸盘8；三个外齿形柱30共圆，用于抓取内径较大的卷烟纸盘9；
当曲柄25的自由端受力时，曲柄25能够绕其固定端旋转；其中一个曲柄25的自由端连
接气缸26，气缸26能够为曲柄25的自由端持续提供反向旋转力；两根连杆27依次连接相
邻的曲柄25，以实现三个曲柄25的联动；
每个曲柄25的自由端连接弹簧24的一端，弹簧24的另一端固定连接于提取盘7上；弹
簧24能够为曲柄25的自由端持续提供旋转力，使曲柄25绕其固定端旋转，并带动提取爪
28的自由端绕提取爪28的固定端旋转，使三个内齿形柱29和三个外齿形柱30所在圆的直
径变大，实现涨紧纸盘芯内圈的动作；
如图7所示，外齿形柱30能够上下自由移动；提取爪28抓取内径较小的水松纸盘8时，
外齿形柱30在纸盘上表面的推动下上升，如图8所示；放开水松纸盘8后，外齿形柱30在
自重作用下回到起始位置；
当气缸26的推杆伸出时，使该曲柄25以及其它曲柄绕各自的固定端反向旋转，并带动
提取爪28的自由端绕提取爪28的固定端反向旋转，使三个内齿形柱29和三个外齿形柱30
所在圆的直径变小，实现放开纸盘芯内圈的动作。
本发明可作为卷烟机供应卷烟纸和水松纸的物料站。