围板包装箱自动化铆接装置的设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923108 学生姓名： 张亚卫 指导教师： 何雪明 （职称： 副教授 ） 2013年 5月 20日需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 号： 0923108 作者姓名： 2013 年 5 月 20 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 题目 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 二、课题来源及选题依据 课题来源：工厂 选题依据： 围板箱是由托盘、箱体和箱盖三部分组成，组成每层围板的四片木板用铰链连接。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性，围板箱被广泛应用与机械、化工、电子、五金一集其他领域的物流配送，具有能回收、降低成 本、环保等优点。 作为产品外包的物流设施，围板箱越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而， 现有的围板箱生产方式落后， 在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低，质量不稳定等缺陷。 这严重影响着围板箱的应用。为了提高劳动生产率， 降低工人劳动强度， 节约生产成本， 我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究，设计出了适应与围板箱生产的围板自动化生产线铆接装置。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉 围板包装箱加工的 发展历程， 以及近几年对围板包装箱生产工艺的改进方法 熟练掌握 用 制 三维模型的方法 了解 近几年对围板箱生产工艺的改进 设计 出合理的围板包装箱自动化生产线铆接装置 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 张亚卫 五、开始及完成日期： 自 2011 年 11 月 7 日 至 2012 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 围板箱作为产品外包的物流设施，具有可重复使用，能回收、降低成本、环保等优点。且越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而，现有的围板箱生产方式落后，并且在生产中人工所占工作量较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低，劳动强度高以及质量不稳定等隐患，严重影响着围板箱推广和应用。为了提高劳动生产率，降低工人劳动强度，节约生产成本，我们对围板箱的现有生产工艺进行了分析研究，对现有工艺进行综合、 设计，设计出了适应与围板箱生产的自动化生产线铆接装置。本文就自动铆接装置的设计做以下说明。 1) 通过对现有围板箱生产工艺的分析研究，并结合实际生产过程中对围板箱生产上的要求，提出了对围板包装箱生产工艺的改进方案，通过比较，分析其合理性和可行性。 2) 将所设计的围板包装箱自动化生产机构分成七大部分，并以凸轮技术为基础，分别进行设计，通过试验分析最终完成了自动钻铆机的设计。 3) 设计完成以后，利用三维建模软件 铆系统的三维实体模型，包括弧面凸轮转位机构 ，铆接机构等。 4) 利用动力学分析软件 弧面凸轮转位机构的虚拟样机进行了运动学分析，得出了工作时的铆接筒的转位角速度、角加速度。这为弧面凸轮分度机构的优化提供了参照。 利用建立的铆接系统中的转位机构、钻孔机构的虚拟样机，进行了仿真 分析，得到了机构中从动件的运动规律及受力情况，这对我们在进行围板包装箱 自动化生产线铆接装置的设计及机构的修改有一定的指导意义，也为我们的设计节省了时间，减少了经济损失。 关键词 ：围板箱，自动钻孔、铆接装置，凸轮机构 as is a in of is is a is In to to of to to a of In of to do 1) of to to of 2) to of is on AM of 3) of of G to in of AM 4) to AM a on is AM to Of in of of it in of as as AM V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1. 绪 论 . 1 围板包装箱生产工艺方法的分析及意义 . 1 内外的发展概况 . 1 1 3 围板箱的组成及优 点 . 2 2. 围板箱生产线的工艺分析 . 3 板箱生产现状的介绍 . 3 围板加工工艺方法的确定 . 4 3. 围板包装箱自动化生产工艺的设计要求及整体结构的分析 . 6 板包装箱自动化生产线铆接装置的设计要求 . 6 动化钻孔铆接技术的概述 . 6 板包装箱自动化铆接装置设计的整体结构分析 . 6 体机构的分析 . 6 体结构的设计 . 7 板包装箱自动化铆接装置的工作循环分析 . 8 孔机构的工作循环 . 8 面凸轮 分度机构的工作循环 . 8 接机构的工作循环 . 8 紧机构的工作工作循环 . 8 钉机构的工作循环 . 8 . 9 孔机构的结构设计 . 9 接机构的设计 . 10 动力轴的设计和校核及齿轮传动系统的设计 . 14 动力轴的设计和校核 . 14 轮传动系统的设计 . 16 孔机构齿轮系统的设计与计算 . 17 接机构齿轮系统的设计与计算 . 20 5. 弧面分度凸轮机构的设计 . 21 面分度凸轮机构的结构分析 . 21 面凸轮具体参数的确定 . 22 度数及分度角的计算 . 22 静比 K 和凸轮动程角 . 22 算中心距 . 22 算凸轮的滚子尺寸 . 23 从动盘的尺寸 . 23 轮尺寸的确定 . 23 6. 凸轮机构的设计 . 24 轮机构的设计要求及结构方案的确定 . 24 孔、铆接工艺加工过程的分析 . 24 孔凸轮及铆接凸轮结构的设计和分析 . 24 轮机构分析 . 24 轮机构中个参数的确定 . 25 槽凸轮理论轮廓的设计 . 26 . 28 紧机构的设计及工作原理 . 28 钉系统的结构设计和工作原理 . 28 钉装置 结构组成 . 28 钉的种类和规格 . 29 动供钉装置的功能需求 . 30 动供钉装置的结构组成 . 30 钉整理定向模块 . 31 钉原理介绍 . 32 压块的设计 . 32 板的设计 . 33 8. 动力系统的分析 . 34 孔铆接机构动力系统分析 . 34 动机 转速的确定 . 35 带传动的设计及相关的参数计算 . 36 传动受力分析 . 36 传动的最小初拉力和临界摩擦力 . 36 的应力分析 . 37 传送设计计算 . 38 9. 总结与展望 . 39 结 . 39 望 . 39 致 谢 . 40 参 考 文 献 . 41 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 1 1. 绪论 围板包装箱生产工艺方法的分析及意义 在循环包装系统里，方便灵活的围板箱有着无可比拟的优势。这是一种标准的物流器具，损坏的顶盖与侧板很容易进行替换，整体循环包装系统的投资比较低廉，而使用寿命则可达十年之久，这也是一种可靠的坚固的可以 折叠的包装系统。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性 ,围板箱被广泛运用于机械、化工、电子、五金以及其他领域 ,围板包装箱 作为产品外包的物流设施，越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而，现有的围板箱生产方式落后， 在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低， 质量不稳定等缺陷，这严重影响着围板箱的应用。针对现有围板工艺生产方法进行改进，设计出适用于围板生产的围板自动化生产线铆接装置，提高劳动生产率，降低工人劳动强度，节约生产成本。 内外的发展概况 围板包装箱作为产品的外包物流设 备具能够重复使用，可回收、降低运输成本、环保等优点。在运输产品方面受到广泛的运用，需求日益增加。现有的围板箱生产方式落后，并且在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低，质量不稳定等缺陷，严重影响着围板箱的应用。 在国内，围板箱是一款可反复循环使用的新型包装，适用于紧固件、金属球、冲压件等不规则产品的包装，是出口到欧洲的产品包装的不二选择。围板箱基本以木板为主要材料，而侧板大多数都是采用模板或者大板制作，使得材料的选取过于苛刻，而且成本比较高。目前围板箱的生产也主要以人工为主，木板加工以半自 动化为主，因此 在生产中人为因素较大，这就导致围板箱的生产上存在着生产效率不高， 质量不稳定等缺陷，影响了围板的推广和运用。 而在国外，德国 过其几代人的努力，现今已经研制出了可折叠式塑料围板箱如图 生产方式也采用了全自动化的生产线模式，箱子规格也都已经基本标准化，方便统一规格生产。 图 板国外生产方式 从国内外发展情况来看，国内外的围板箱生产具有以下的优缺点： 1、 在国内，围板箱的规格可以根据买家的要求来制定，比较方便灵活；在国外，围板箱的规格趋于标准化，方便一体化生产，销售，物流规格可渐渐统一，适应以后的发展前景。 2、 在国内，围板箱各部分不存在因箱体的部分损坏而令整箱报废的情况，对于同一尺寸，可实现完全互换使用；在国外，部分围板箱已经趋于一体化，防水，防尘，全面保护物品，存储较方便。 3、 在国内，使用木板为主材料，成本低廉；在国外，开始使用可完全回收利用的塑料，从而减少树木的砍伐，保护环境。 4、 在国内，围板箱的生产方式采取以半自动化为主，有订单再生产的方式；在国外，无锡太湖学院学士学位论文 2 围板箱的生产方式采取全自动化生产线的模式。 外的标准化 生产模式是可以借鉴的，但由于国内基本情况的限制，所以在国内围板箱的基本材料还是以木板为主材料。 1 3 围板箱的组成及优 点 图 1板箱 围板箱 (图 1 1 所示 )是由托盘、箱体和箱盖三部分组成，组成每层围板的四片或六片木板用 于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性，围板箱被广泛应用于机械、化工、电子、五金以及其他领域的物流配送领域。 围板箱的优点： 1) 围板箱的长、宽根据托盘的尺寸确定 ，使用层数由内装物的高度来决定，最大限度地提高箱体的空间 利用率。 2)可重复使用，相同规格的围板，层与层之间，新与旧之间完全可以互换，节约包装成本。 不存在因箱体的部分损坏而令整箱报废的情况，对于同一尺寸，可实现完全互换使用。 3)无钉化作业，降低了工人操作时发生工伤的风险。 4)周转回收时，可以将折叠起来运输，减少储运体积，有效降低了工人的劳动强度，节约生产成本。 文的课题设计依据及设计方法 本文主要内容： 1）本文针通过围板现有生产工艺的讨论和分析，提出三种改进方案，通过比较，确定最为合适的方案，依据所选择的方 案实现对围板包装箱生产工艺上的改进。 2）依据凸轮技术为基础，完成围板包装箱自动化生产线铆接装置设计的改进，通过对所设计机构的工作过程的分析，绘制出机床的工作循环图，装配图，各部分结构工程图等。 3）利用 成了对机构主要机构的绘制，如 :凸轮机构，沟槽凸轮机构等，完成机构的实体三维建模。 4）对设计中转位机构、铆接机构、钻孔机构部分复杂零件的进行动力学分析计算和校核。 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 3 2. 围板箱生产线的工艺分析 生产工艺是一个企业生产水平的体现。 企业生产、管理是依据产品的生产工艺展开的。因此上说，生产工艺的先进与否，直接影响到企业运营。企业要想提高生产率，就需要从改进生产工艺开始。围板包装箱自动化生产线铆接装置的研究就是对围板箱的生产工艺进行改进，因此，在围板包装箱自动化生产线铆接装置设计前只有熟悉了原有生产工艺才能够对原有生产工艺进行改进，才能提高围板箱的生产效率。 板箱生产现状的介绍 在现在的生产中采用的是人工钻空铆接的生产方式，生产效率很低。人工生产围人工生产围板箱的过程如下： 1)对木板钻孔。依据所装铰链孔的位置确定口位置 ，在多头钻床上对木板进行钻孔 (多轴钻床 )，如图 2 1(a)。一块木板要分两次操作 (钻围板的两端 8个孔 )。 2)将铆钉插入木板孔。在工厂中采用人工插铆钉的方式。取单个铆钉，将铆钉与木板上的孔对齐，用锤子锤击铆钉，是铆钉插入木板上的孔中 (每次仅插入 1个铆钉 )，如图 2-1(b)。 3)上铰链、铆接。取铰链，将铰链放到木板上，将木板孔中的已放好的铆钉头穿过铰链上的孔，工人用手将铰链和木板压紧，然后，人工用手将装好铰链和铆钉的木板，在铆接机上分别对铆钉头进行铆接 (单个铆头铆接 4次，才能铆接半面铰链 )，如图 2 1(c、 d)。铆接不完全时，工人采用锤子敲击，以保证铆接的完好。 4)合围。将用铰链连接起来的 4片或 6片木板两端铆接起来。连接起来的木板链一端是插好了铆钉，另一端是仅铆接了半面铰链 (另半面没有铆接 )，将两端对齐，将插好铆钉的一端的铆钉对准目测对齐穿过没有铆接的半面铰链上的孔，然后，人工在铆接机上分别进行铆接 (每次仅插入 1个铆钉，铆接 4次 )，完成合围 (类似于图 2 1(d)。 现存的生产方式有这样一些缺陷： 1)生产工艺分散，生产效率低。 2)铆钉很难与铰链孔对准，导致铆接效率低下、且质量不稳定 。 3)在上生产中工人参与生产较多，工人劳动强度大。 4)自动化程度低 a） b） 无锡太湖学院学士学位论文 4 c） d)图 传统铆接工艺方式 围板加工工艺方法的确定 通过对现有围板工艺的综合分析，提出针对围板加工工艺的几种设 计方案通过比较分析选择较为合理的方案。 方案一工作流程 :放第一块围板 2 次钻孔 (4 钻头 ) 插 4 个铆钉 放铰链 铆接围板和铰 放第二块围板 2次钻孔 (4钻头 ) 插 4个铆钉 铆接围板与铰链插4 个铆钉 放铰链 铆接围板和铰链 放第三块围板 2 次钻孔 (4 钻头 ) 插 4个铆钉 铆接围板和铰链 插 4个铆钉 放铰链 铆接围板和铰链 放第四块围板 2次钻孔 (4钻头 ) 插 4个铆钉 铆接围板与铰链 插 4个铆钉 放铰链 铆接围板和铰链。 方案二工作流程：放第一块围板 放铰链 放第二块木板 定位夹紧 钻 8个孔 插8 个铆钉 移动到铆接工序 铆接 8 个铆钉 放第三块围板 放铰链 定位夹紧 钻 8 个孔 插 8个铆钉 移动到铆接工序 铆接 8个铆钉 放第四块围板 放铰链 定位夹紧 钻 8个孔 插 8个铆钉 移动到铆接工序 铆接 8个铆钉 放第五块围板 放铰链 定位夹紧 钻 8个孔 插 8个铆钉 铆接 4个铆钉 (铆接第四块处的铆钉 )。 方案三工作流程：放第一块围板 2 次钻孔 (4 钻头 ) 第一块板移动到铆接位置 放铰链 放第二块木板 定位夹紧 插 4个铆钉 铆接一半铰链 插四个铆钉 铆接 移位 比 较这 3 种方案： 方案一：围板箱生产工艺分散，这使生产线的相对较长，在生产过程中，原料的搬 运较为频繁，这无形中增加了生产中的辅助生产时间，同时，相对也必须增加生产线上 的工人数量，来完成辅助加工，这些对提高生产率和降低生产成本起到的负面作用。但 是，在生产线上每一步完成的生产加工动作比较简单，这相对使得生产线上的机械设计 变得简单。 方案二：与方案一相比，围板箱生产工艺现对集中，但是由于在生产中需要移动定 位后的木板和铰链，而在移动过程中木板孔和铰链孔之间容易发生对不准的现象，影响 生产线中 的下一步工序 (插铆钉 )的进行，这使得生产存在可靠性的问题。因此，此方 案排除。 方案三： 与方案一，二相比，对传送到铆接位置的两块木板上铰链后一次定位夹紧，围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 5 避免了因为木板移动而使铰链孔与木板上已加工孔的错位而导致铆钉无法插入的问题。结构简单生产工艺集中综合分析比较选择方案三为最佳方案。 通过对现有工作方案的研究提出对围板加工的改进方案如下：实现对围板定位夹紧后的钻孔，对钻孔后围板的一次定位夹紧送铰链铆钉，移动到铆接位置，进行铆接工序。在自动钻铆机和铆接机的设计制造完成后，依据我们的构思，对整 个生产方案生产工艺进行布局，生产线就可以简化成： a) b) c). 铆接 d)图 进后的铆接工艺流程 输送木板 自动钻孔 上铰链 送钉机构送钉装配铆钉 自动铆接 成品入库 这样我们就完成了生产线的设计。通过对传统生产工艺的生产方式的改进，解决了传统工艺中的人为因素带来的围板质量上的不足，提高了围板箱的生产效率，保证了围板箱的生产质量。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3. 围板包装箱自动化生产工艺的设计要求及整体结构的分析 板包装箱自动化生产线铆接装置的设计要求 生产线的设计是按照产品加工工艺过程，用工件处储存、传送装置把专用自动机以及辅助机械设备连接起来而形成的、具有独立控制装置的生产系统，在自动生产线上，工件(原 料、毛坯或半成品 )上线后便以一定的加工顺序，自动经过各个加工工位，完成预定的加工，最后成为符合设计要求的成品而下线。 根据生产线生产效率的设计要求，来确定自动线铆接装置的生产效率；按照自动化生产线的工作特点及功能要求，确定合理的设计参数，根据自动机械设计原理的知识进行设计；生产产品的稳定性好操作方便工作效率提高；设计加工设备结构简单、易于维护。围板箱生产线研制与开发必须符合安全可靠、经济实用的原则。要求采用国际上先进成熟的经验，技术改造起点要高，投资要少，不但要满足当前的工艺要求，还要给工艺技术的发展进步创造条件，留有空间。根据以上原则，我们对围板箱生产线进行设计。 动化钻孔铆接技术的概述 按工作方式分，铆接可分为手工铆接和自动钻铆。手工铆接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制，难以保证稳定的高质量连接。自动钻铆技术即利用其代替手工，自动完成钻孔、送钉及铆接等工序，是集电气、气动、自动控制为一体的，在装配过程中不仅可以实现组件 (或部件 )的自动定位，同时还可以一次完成夹紧、钻孔、送钉、铆接安装等一系列工作。它可以代替传统的手工铆接技术，提高生产速率、保证质量稳定、大大减少人为因素造成 的缺陷。 板包装箱自动化铆接装置设计的整体结构分析 体机构的分析 依据实际对围板包装箱的生产工艺的要求，结合现代先进钻铆机的机构设计特点以及围板生产过程中的整体结构分析，围板包装箱自动化生产工艺可以由下面几个部分构成，在论文中着重论述钻孔机构、压紧机构、送钉机构、电气控制，对于机架部分以及传动系统部分只作简介。 图 3板自动化生产工艺各部分结构的组成 体结构的设计 1）通过对围板加工工艺流程的分析，结合机 械设计原理，对整体结构做以下布局，传送部分 钻 孔 机 构 围板包装箱自动化生产线铆接装置 压紧机构 铆 接 机 构 电气控制部分 送 钉 机 构 围板包装箱自动化生产线铆接装置的设计 7 模型图见图 10体结构反应整个设计过程的整体思路，用 维仿真比较直观的反应出个部分的装配步骤。 围板包装箱自动化铆接装置的设计流程图： 图 3动化工艺生产流程图 2) 围板生产线铆接装置的设计的总体结构三维实体模型见图 3 3板生产工艺机构三维实体模型 图中 1 为铆接压紧机构， 2 为钻孔机构， 3 为送钉机构， 6 为料斗， 7 为铰链自动送料装置，8 为钻孔压紧机构， 9 为木板换位装置。 传送带传送围板 到工作台 钻孔机构对 压紧后的第一块围板钻孔 木板通过限位装置限定到合适位置 第二块木板传送到加工位置后压紧机构下压夹紧 送钉装置完成送钉动作 铆钉压入装好铰链的木板中完成上钉工序 铆接凸轮运转，带动铆头的向上共进，进行铆接工序 通过旋转装置转换围板位置完成对围板另一端的钻孔加工 完成铆接，移位 加工完孔的围板通过传送带传送到铆接工作台 送铰链，完成围板铰链的装配 无锡太湖学院学士学位论文 8 板包装箱自动化铆接装置的工作循环分析 根据围板包装箱自动化铆接机的工作行程可以描绘出其工作循环图 ，循环图以铆 接凸轮顺时针旋转 720作为其坐标，以弧面凸轮分度机构刚刚转过位处于间歇段为起点 (0。 )为起点用曲线来表示工作区域和特定位置。循环工作进程依次为钻孔凸轮机构、弧面凸轮分度机构、铆接机构、压紧机构、送钉机构、压钉机构、导杆凸轮机构。 孔机