围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计论文

编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 围板包装箱的自动生产线上料 与拼接装置设计 信机 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013年 5月 15日 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 箱的自动生产线上料与拼接装置设计 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 95 学 号： 0923221 作者姓名： 2013 年 5 月 15 日 II 摘 要 现如今，随着自动化设备的普及，人工生产的效率相对来说越来越低，围板包装箱的生产还未开发出全自动化的设备。针对工厂内围板包装箱的生产效率较低以及工人劳动强度较大的问题，通过对原有围板箱生产工艺的分析以及生产企业的走访调查和相关数据的搜集整理研究 ,提出了一种自动化生产围板包装箱的侧板的方法。先进行木板的自动上料，然后在木板的侧面进行打孔，打孔后以木销拼接技术为基础，将两块木板进行拼接，使木材长度可不受树木生长高度和 木料长短的限制 ,达到短材长用。其中，生产节拍各机构的时间尽量保持相同，木销的自动上料采用自重式的送料装置，机架采用框架式结构，控制系统为 PLC控制系统。新型生产线的应用极大地提高了劳动生产率，填补木工机械在木材横向拼接方面的空白 ,能够大幅度降低生产成本 ,节约劳动力 ,使用自动线产品质量稳定 ,增强了产品的市场竞争力。 关键词 : 围板箱；上料；拼接；自动生产线 III Abstract Nowadays, with the popularity of automation equipment, artificial production efficiency is relatively lower, the coaming packaging has not developed a fully automated production equipment. Against the coaming packaging within the plant production efficiency is low and the worker labor intensity big problems, through the analysis of the original coaming box production technology and production enterprise of visiting survey and collect related data research, put forward a automated production coaming packing method of side panel. For the automatic feeding of the board first, and then in the side of the board to punch, punch pin with wood after splicing technology as the foundation, will be joining together two pieces of wood, the wood length is not limited by height and timber tree growth length, long to short of material. Among them, the production tempo agencies try to keep the same time, wooden pins gravity type of feed device for the automatic feeding, frame adopts frame type structure, the control system for PLC control system. New production line application greatly improved labor productivity, fill the blank of the woodworking machinery in the field of wood transverse splices, can greatly reduce the production cost, labor saving, using automatic line products stable quality, enhance the market competitiveness of products. Key words:boarding box；On the material；splicing；automatic production line V 目 录 摘 要 . II ABSTRACT .III 目 录 .V 1 绪论 . 1 1.1 本课题的 设计 内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 2 总体结构设计 . 7 2.1 围板的参数（单位： MM） . 7 2.2 自动线生产流程 . 7 2.3 生产节拍的确定 . 8 2.4 机架结构的确定 . 9 2.5 控制系统的确定 . 9 3 木板上料装置的设计 . 11 3.1 木板上料装置的要求 . 11 3.2 木板上料的流程 . 11 3.3 升降台的设计 . 11 3.3.1 运动学分析 . 11 3.3.2 动力学分析 . 12 3.4 过渡辊台设计 . 12 3.4.1 过渡辊台设计要求 . 12 3.4.2 过渡辊台结构 . 12 3.4.3 过渡辊台的尺寸参数计算 . 13 3.5 计算送料缸的受力 . 16 4 钻孔装置设计 . 17 4.1 钻孔工作台的总体设计 . 17 4.2 液压自动钻孔机的设计 . 17 4.2.1 主轴的设计 . 17 4.2.2 液压系统设计 . 18 VI 4.2.3 电动机的选取 .19 4.2.4 传动比的分配 .21 4.2.5 齿轮传动系统 .23 4.3 钻孔工序控制系统的设计 .26 5 木销上料装置设计 .29 5.1 木销自动上料装置的选择 .29 5.2 木销自动上料装置的改进 .29 6 拼接装置设计 .33 6.1 拼接的总体设计方案 .33 6.2 拼接工序的定位 .33 6.3 拼接工序的具体设计 .33 7 结论与展望 .35 7.1 结论 .35 7.2 展望 .35 致 谢 .37 参考文献 .38 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 1 1 绪论 1.1 本课题的 设计 内容和意义 随着我国木材深加工业的发展 ,木材拼接生产工艺技术逐渐得到了广泛的应用 ,而国外的木材拼接设备也在我国许多木材生产 企业中大量运用。特点是使木材长度可不受树木生长高度和木料长短的限制 ,达到短材长用 1。然而目前国内市场上尚未有专门用于围板箱这种能有效利用短材的侧板的拼接自动机械或者自动线 ,这不得不说是木材拼接应用领域一个较大的缺憾。 围板箱的结构： 围板箱是配合托盘使用的可折叠可拆卸的木箱 ,由托盘、箱体、箱盖组成。常见的是四角围板箱和六角围板箱两种 ,即分别由 4块实木侧板和 6块实木侧板通过铰链连接而成 ,见图 1.1,可对折叠和对角折叠 ,容易拆开和安装 ,循环利用率高 ,可以根据内置产品的高度来增添围板的层数。 围板箱的优点： 1围板箱的长、宽根据托盘的尺寸确定，使用层数可根据承载物的高度来决定，最大限度地提高箱体空间的利用率。 2由于无钉化作业，显著地降低了工人在装卸过程中发生工伤的风险。 3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。 4运输时可将围板折叠为双层或四层相连接的木板结构摆放在托盘上，大大地减少贮运体积，有效的降低运输成本。 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 ,此外还具有传统木箱不具备的很多优点 ,因而这种产品在国外也特别受欢迎 ,运用也很普遍。 常见的围板木箱的实木侧板是由整板组成 ,原材料资源相对较少 ,价格较贵 ,造成生产成本很高 ；江苏某公司在满足工艺强度要求的情况下使用拼接板工艺 ,使用两块窄板通过木销拼接的方式进行拼接。现今的拼接工艺主要是手工作业 ,整个拼接区有工人 10名 ,每天每人拼接板 500片。在此种工艺条件 下一般能节约成本 33%,但是生产效率并不是很高。在当前经济环境下 ,开发围板箱的实木侧板拼接自动线具有重大的意义 ,填补木工机械在木材横向拼接方面的空白 ,能够大幅度降低生产成本 ,节约劳动力 ,使用自动线产品质量稳定 ,增强了产品的市场竞争力 ,在此特开发设计围板包装箱的自动生产线上料与拼接装置设计。 1.2 国内外的发展概况 在 20世纪 50年代前，机械制造业推行的是“刚性”生产模式，自动化程度低，基本上是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定；为提高效率和自动 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1.1 常见的围板形状 化程度，采用少品种、大批量的做法，强调的是“规模效益”，以实现降低成本和提高质量的目的。在 20世纪 70 年代，主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。 从 20 世纪 80 年代起，我国开始实行改革开放政策，引进西方的先进制造技术，同时与西方国家解除与广泛的合作。机械制造装备中较多的采用了数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的集成，来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各类消费群体的不同要求。机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动化”和“精密化”的特点，以便更好地适应市场经济的需要 ，适应多品种、小批量生产和经常更新品种的需要。随着计算机技术、电子技术、先进制造技术的飞速发展，这些高新技术也被广泛的应用于制造业的各个领域，加速了制造业的发展和变革进程。 制造业是国名经济发展的支柱产业，也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具与桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水品和综合国力的重要标准。现在，我国正值“十一五”建设期间，国家将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容。按照立足科学发展，着力自主创新、完善体制机制 、促进社会和谐的总思路，组织实施国家自主创新能力建设规划和高技术产业发展规划，大力加强自主创新支撑体系建设，着力推进重大产业技术与装备的自主研发，实现高技术产业由大到强的转变，全面提升我国全面提升我国的自主创新能力和国际竞争力，为调整经济结构、转变经济增长方式，实现全面建设小康社会的奋斗目标奠定坚实基础。 二十世纪 20 年代，随着 汽车 、 滚动轴承 、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线 2，最早出现的是组合机床自动线。在二十世纪 20 年代之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目急剧增加 。 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 3 条件优点 ： 采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩 减 生产 占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。 步骤 ： 1先确定节拍时间：不论何种制品，皆在其必须完成的恰好时间内制造。 2单位流程：只针对一项产品，进行单位配件的搬运、装配、加工及素材的领取。 3先导器：制作以目视即能了解节拍时间的装置。 4 U字型生产线：将设备依工程顺序逆时针排列，并由一人负责出口及入口。 5 AB 控制： 只有当后工程无产品，而前工程有产品的情形，才进行工程。 6灯号：传达生产线流程中产品异状的装置。 7后工程领取：生产线的产品要因应后工程的需求。 意义 ： 自动生产线在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是 “ 稳，准，快 ” 。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动生产线不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认 识世界和改造世界的能力。 应用范围 : 机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。 切削加工自动线在机械制造业中发展最快、应用最广。主要有：用于加工箱体、壳体、杂类等零件的组合机床自动线；用于加工轴类、盘环类等零件的，由通用、专门化或专用自动机床组成的自动线；旋转体加工自动线；用于加工工序简单小型零件的转子自动线等。 设备联结 : 自动线中设备的联结方式有刚性联接和柔性联接两种。在刚性联接自 动线中，工序之间没有储料装置，工件的加工和传送过程有严格的节奏性。当某一台设备发生故障而停歇时，会引起全线停工。因此，对刚性联接自动线中各种设备的工作可靠性要求高。 在柔性联接自动线中，各工序 (或工段 )之间设有储料装置，各工序节拍不必严格一致，某一台设备短暂停歇时，可以由储料装置在一定时间内起调剂平衡的作用，因而不会影响其他设备正常工作。综合自动线、装配自动线和较长的组合机床自动线常采用柔性联接。 传送系统 : 自动线的工件传送系统一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。在旋转体加工自动线中，传送 装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。有时采用机械手完成传送装置的某些功能。在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置无锡太湖学院学士学位论文 4 等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。 控制系统 : 自动线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的 要求，控制系统有三种工作状态：调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。 控制系统有 “ 预停 ” 控制机能，自动线在正常工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。自动线的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的，如有清洗机工件自动检验装置、自动换刀装置、自动捧屑系统和集中冷却系统等。为提高自动线的生产率，必须保证自动线的工作可靠性。影响自动线工作可靠性的 主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性。自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要，将发展能快速调整的可调自动线。 发展前景 : 数字控制 机床 、工业机器人和电子计算机等技术的发展，以及成组技术的应用，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动线，降低了自动线生产的经济批量，因而在机械制造业中的应用越来越广泛，并向更高度自动化的柔性制 造系统发展。 维修保养 : 自动生产线节省了大量的时间和成本，在工业发达的城市，自动生产线的维修成为热点。自动生产线维修主要靠操作工与维修工来共同完成。 自动生产线维修的两大方法 : 同步修理法：再生产当中，如发现故障尽量不修，采取维持方法。使生产线继续生产到星期天，集中维修工，操作工，对所有问题，同时修理。设备在星期一正常全线生产。 分部修理法：自动生产线如有较大问题，修理时间较常。不能用同步修理法。这时利用星期天，集中维修工，操作工对某一部分，进行修理。待到下个星期天，对另一部分进行修理。保 证自动生产线在工作时间不停产。另外，在管理中尽量采用予修的方法。在设备中安装计时器，记录设备工作时间，应用磨损规律，来予测易损件的磨损，提前更换易损件，可以把故障以前消灭。保证生产线满负荷生产。 自动生产线的保养 : 电路、气路、油路及机械传动部位 (如导轨等 )班前班后要检查、清理 ；工作过程要巡检，重点部位要抽检，发现异样要记录，小问题班前班后处理 (时间不长 )，大问题做好配件准备；统一全线停机维修，做好易损件计划，提前更换易损件，防患于未燃 。 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，围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 5 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。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。 而国外，德国 KTP 公司可以说是制造围板箱的代表，经过其几代人的努力，现今已经研制出了可折叠式塑料围板箱（见图 1.2）。其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 1.2 国外先进的围板箱 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，围板箱的生产方式采取全自动化生产线的模式。 总的来说，国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。 无锡太湖学院学士学位论文 6 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 7 2 总体结构设计 2.1 围板的参数（单位： mm） 长木板的参数： 拼接前：长 =600，宽 =60，高 =10 拼接后：长 =600，宽 =120，高 =10 短木板的参数： 拼接前：长 =400，宽 =60，高 =10 拼接后；长 =400，宽 =120，高 =10 木销参数：长 =60，直径 =6 长板木板打孔位置见图 2.1，从右边往左，依次打孔，第一个孔距离边是 100，再往右依次 200 打两个孔，孔的直径为 6。短板打孔也是如此，但是只打两个孔。 图 2.1 木板孔的位置 2.2 自动线生产流程 由于所加工的产品结构比较简单由于所要加工的产品结构比较简单 ,工位较少 ,采 用直线型同步顺序组合自动线 ,各自动机用传送工件装置连接起来 ,以一 定的生产节拍进行生产 ,无储存装置 ,自动线前端设置料仓，这样生产率较高，产品质量较稳定。流程图见图2.2。 图 2.2 生产线流程 整个自动生产线的前方为自动上料装置，自动上料装置采用升降机构用水平推料方式推最上面一块板。上料输送机将堆垛木板的托盘送至升降机并将空托盘带回，升降机带动托盘上升到指定高度，推板机将一层木板从升降机上推至过渡辊台并逐叠将木板推入钻孔工序。推板机推板时，过渡辊台将升降机上的非动作层木板挡住；每当推板机将一层木板推走，升降机就带动托盘上升到指定高度，等待推板机推动 下一层木板。木板推出后会到达钻孔工作台，钻孔工作台上方的压紧块在气缸的推动下压紧木板从木板的侧面进行钻孔，钻孔工位完成后，由步进电机控制输送带，让木板继续纵向移动，进入拼接工位。到达位置后，上方辊子往下压，并进行逆时针运动，下方的辊子进行顺时针运动，夹住木板使木板顺利的进入到拼接工位。与此同时，在辊子夹住木板时，前方钻孔工作台上的压紧装置张开，并且退回起始位置 。 自动上料 定位钻孔 木销拼接 无锡太湖学院学士学位论文 8 拼接装置包括木销的上料和木板的横向侧压。在图 2.3 内，主要画出了木销自动上料的装置，料斗下部的一排木销通过带槽滚筒旋转 ,不仅可以将木销 逐根分离供给 ,而且还能防止木销出现卡住的情况。料斗下方，设置有槽式上料器，上料器有三个容纳木销的的槽，接受从料斗落下的木销。不仅有上料的作用，还有定位的作用，当木销向左运动时，木销会被送到与木板对应的孔的位置。木销具体的拼接如图 2.4 所示，当木销被送到对应位置的时候，木板由于侧面的气缸提供的侧压力进行横向运动，从而进行拼接。 为了使工件加工后符合图纸的技术要求，就必须保证工件的加工精度。这样就要求我们在安装夹紧工件时不但要保证工件的位置正确，而且要保证工件的位置准确，并使工件在整个加工过程中始终保持这一正确 位置，以便消除任何影响工件加工精度的移动或转动的自由度，确保工件的尺寸精度和位置精度。工件的专用夹具就是根据工件加工的特定工序而设计，安装时只要工件靠牢夹具的定位元件，并用夹紧机构将其夹紧就可迅速可靠地保证工件占有正确的位置。 图 2.3 拼接工序 2.3 生产节拍的确定 生产线的节拍是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间。即指完成一个产品所需的平均时间。生产工艺平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。通过平衡生产线，可以提高操作者及设备的工作效率；可以减少 单间产品的工时消耗，降低成本；可以减少工序的在制品，真正实现有序流动；可以在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，应对市场变化。 生产线的生产节拍 it可根据公式（ 2.1）计算围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 9 160NTti (2.1) 式中， T 为年基本工时，一般规定，按一班制工作时为 2360h/年，按 两班制工作时为 4650h/年； 1 为复杂系数，一般取 0.65-0.85，复杂的生产线因故障导致开工率低些，应取低值，简单的生产线则取高值； N 为生产线加工工件的年生产纲领（件数 /年）。 ppqnN 211 （ 2.2） 式中， q 为产品的年产量（台数 /年）； n 为每台产品所需生产线加工的工件数量（件 数 /台）；p1为备品率； p2 为废品率。 根据生产纲领及自动线形式 ,按照工件传送的平稳性的原则确定围板的实木侧板拼接自动线的生产节拍为 3 部分 :自动上料、定位钻孔和木销拼接 ,在时间上确保上料、钻孔、拼接各部分耗时相等 ,使自动线的生产率达到最大化 3。 2.4 机架结构的确定 考虑到生产工艺要求及厂房面积 ,围板的实木侧板拼接自动线有效工作高度设计在 1 m,长度控制在 3 m以内。为了缩短自动线的长度 ,考虑推送机构的气缸放在工作台下面 ,同时安装放大行程机构 ,缩短气缸的行程 ,从而缩短自动线的长度。机架、料仓 、气缸架均采用型材组焊的形式拼成框架式结构 4。 2.5 控制系统的确定 控制部分经比较选择 PLC控制 5。若用单片机控制 ,单片机的制造工艺决定了其对工作环境要求较高。当单片机运行一定时间后 ,元器件工作会出现不稳定 ,可靠性差等情况。当用其驱动步进控制器时就会出现丢步和失步的情况 ,从而影响加工送料精度 ；若采用电气控制，电路将十分复杂，成本较高，有点大材小用 ；而 PLC控制 ,结构较简单 ,成本也不高 ,尺寸精度也能满足要求。 PLC是专为工业生产环境而设计的控制器件 ,具有功能强 ,应用面广的等诸多优点。由于采取 了先进的抗干扰技术 ,即便在较差的环境下工作 PLC也具有很强的可靠性 6。 无锡太湖学院学士学位论文 10 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 11 3木板上料装置的设计 3.1 木板上料装置的要求 机床上下料装置是将待加工工件送到机床上的加工位置和将已加工工件从加工位置取下的自动或半自动机械装置，又称工件自动装卸装置。大部分机床上下料装置的下料机构比较简单，或上料机构兼有下料功能，所以机床的上下料装置也常被简称为上料装置。按照自动化程度，机床的上下料装置分为人工上下料装置和自动 上下料装置两类。人工上下料通常借助传送滚道或起重机等设施，通过人工操作进行机床的上下料，主要适用于单件小批生产或大型外形复杂的工件。相反，在大批量的生产重，为了提高生产效率、降低劳动强度，通常采用自动化的上下料装置，如料仓式，料斗式或机器人等。而我所设计的是自动化的上下料装置。 机床的上料装置的设计原则： （ 1）上下料时间要符合生产节拍的要求，缩短辅助时间，提高生产率。 （ 2）上下料工作力求平稳，尽量减少冲击，避免工件产生变形或损坏。 （ 3）上下料装置要尽可能结构简单，工作可靠，维护方便。 （ 4）上下料装置 应有一定的结构范围，尽可能地满足各种不同工件的上下料需求。 3.2 木板上料的流程 木板上料装置主要是由上料输送机构、升降机构、推板机构、过渡辊台四部分组成其工作流程如图 3.1所示。上料输送机将堆垛木板的托盘送至升降机并将空托盘带回，升降机带动托盘上升到指定高度，推板机将一层木板从升降机上推至过渡辊台并逐叠将木板推入钻孔工序。推板机推板时，过渡辊台将升降机上的非动作层木板挡住；每当推板机将一层木板推走，升降机就带动托盘上升到指定高度，等待推板机推动下一层木板。 图 3.1上料装置 3.3 升降 台的设计 3.3.1 运动学分析 该木板上料机升降装置为双层结构 ,每一层的结构、运动特性和受力特点完全相同。为简化计算所以取单层结构进行分析 ,其运动简图如图 3.1.2 所示。由图 3.1.2 可知 :驱动力 F作用在 D 处 , A 点速度垂直向上 ,记为 hV, D 点速度水平向左 ,记为 lV。此机构为平面机构 ,分析速度时可用速度瞬心法求解。记 AD、 BC 杆长均为 L,AC 杆的瞬心角速度为 ,AC 的瞬心为 B 点。 所以 A 点的运动速度为 半成品木板堆 托盘 输送机构 推板机构 升降台 过度辊台 钻孔工序 无锡太湖学院学士学位论文 12 cosLVh （ 3.1） D 点的速度为 tgVLV hl s in （ 3.2） 由此可知 , D 点水平速度 l如果保持定速 ,则 AB 的升降速度 hV与 有关。而若使 AB 的升降速度 hV为匀速 ,则水平传动速度 lV应为可调速度。 下面以该上料机采用的升降机构为例分析计算。已知参数 :单层行程 mmh 500 ,最低位置101 ,最高位置502 。由式 (3.2)可知 : (1)当 A 取最小值 10时 , hV为最大值 5.671 lV； (2)当 A 取最大值 50时 , h为最小值 0.840 l。 又由)sin(sin 12 Lh可以计算出 L=844.6mm,即 AD、 BC 杆的长度均为 844.6mm。 3.3.2 动力学分析 仍然以单层机构为研究对象 ,假设其中的各约束为理想约束。已知载荷力 Q,水平推力F。根据虚位移原理 ,作用于该质点系的所有主动力在任何虚位移中所做的虚功之和为零。即 0)( ziizyiiyxiix FFF （ 3.3） 由图 2 可得 s inc o s0LyqLxFQF yQXF （ 3.4） 变分计算得 s inLxF （ 3.5） cosLyQ 将式 (3.5)代入式 (3.4)并整理得 QctgF 由此可知载荷 Q、角度 与水平驱动力 F 的关系。 3.4 过渡辊台设计 3.4.1 过渡辊台设计要求 在木板自动上料系统中，过渡辊台是衔接升降机、推板机和翻板输送机的桥梁，应满足木板贮放和准确推挡非动作层木板两大基本功能。对贮放功能 的设计要求主要是应具有足够的承载能力、保证小摩擦阻力和对木板导向。而对准确推挡非动作层木板功能的设计要求则主要是针对能防止木板堆垛倾斜情况以及保证足够的刚度。 3.4.2 过渡辊台结构 由过渡辊台的设计要求可知，过渡辊台应由机架、辊台和挡板装置组成。机架采用焊接式，其上安装导向板为木板移动导向；辊台采用辊子组合而成，用于贮放木板并配合推板机推板；挡板装置是过渡辊台的核心部分之一，用于推挡升降机上的非动作层木板。围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 13 图 3.1.2升降台简图 3.4.3 过渡辊台的尺寸参数计算 过渡辊台的传输 方式有以下几种：（ 1）牵引链条传动式 :其缺点是传动噪音大 ,且输送机线路在水平面内弯曲半径大。（ 2）电动辊子式 :其缺点是要实现积放功能要有复杂的电气控制 ,且不能较好地保证积放位置的准确性 ,另外电动辊子成本昂贵。牵引钢丝绳和辊子接触传动式 :其输送线路虽可水平弯曲 ,但缺点是结构复杂 ,因为要保证钢丝绳和辊子间有足够大的摩擦力 ,必须在沿线安装有足够多的张紧轮。（ 3）牵引平皮带和辊子接触传动式 :其缺点是输送线路不能在水平面内弯曲 ,另外沿线也需要足够多的压紧辊子 ,实现辊子的积放功能所需结构复杂。（ 4）通轴式摩擦轮或伞齿轮 传动式 :其缺点是传动噪音大 ,且安装精度要求高 ,制造成本亦较大。这边我们选取的是第一种，牵引链条传动式。 （ 1）辊子长度 对于木板来说，在不影响正常运输和安全的条件下，直线段辊子长度的计算公式如下所示 : BBLg 无锡太湖学院学士学位论文 14 其中 :gL: 辊子长度， mm B: 件货宽度， mm : 宽度裕量 ( 50 100) ， mm 取 B =60mm，查表 3.4.1 得gL =100mm。 表 3.4.1 棍子长度（ mm） 辊子长度 100 125 160 200 250 325 400 500 630 800 1000 1250 1400 1600 1800 2000 （ 2）辊子间距 辊子间距应该满足运行中货物稳定性要求，即一般情况下按照下式选取 : 3/LP 其中 : L 货物长度 对要求平稳的物品LP )5/14/1(， 取 mmLP 1504/ 查表 3.4.2 可取 P=160mm 表 3.4.2 棍子间距（ mm） 辊子间距 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 （ 3）辊子直径 辊子轴径与辊子的承载能力有关，可按照下式选取FF F: 作用在单个货物上的载荷， N； )/( 21 nkkmgF 其中 : m: 单件货物的重量 lK: 单列辊子的有效支承系数，与货物的地面特性及辊子平面度有关，一般可取 l=0.7，对于底部刚性很大的货物可取 lK=0.5。 NnkkmgF 4417.0 8.9121 选取辊子直径为 50mm。 表 3.4.3 棍子直径的选取 辊子直径 50 60 76 89 108 输送速度（ m/s） 0.1 , 0.125 , 0.16 , 0.2 , 0.25 , 0.32 电机功率（ kw） 0.25 , 0.37 , 0.55 , 0.75 0.37 , 0.55 , 1.1 单个辊子允许载荷 辊子长度（ mm） 1000 0.3 0.7 1.0 2.9 5.0 1250 0.75 2.0 3.9 （ 4）过渡辊台高度 根据升降台的参数和表 3.4.4，选取过渡辊台高度为 630mm 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 15 表 3.4.4 棍台高度（ mm） 过渡辊 台高度 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 （ 5）机架长度 由于木板的参数规格最长的是 600mm，而且有导轨长度，根据表 3.4.5，选取机架长度为 1000mm。 表 3.4.5 机架长度（ mm） 机架长度 1000 1500 2000 3000 6000 （ 6）输送速度的选取 辊子输送机的输送速度是根据生产率和工艺要求确定的。重力式辊子输送机的速度不能大于 2m/s，否则物件在转弯处会飞出输送机，有利的速度为 0.3ms 0.5m/s。 驱动型辊子输送机的最大速度不允许超过 1. 5m/s，过高的速度产生噪声和磨损，链驱动辊子输送机的速度，以 0. 5 为宜。根据过渡辊台的要求，这里选取输送速度为 0. 32m/s。 （ 7）动力式辊子输送机计算 单链传动，连续单链驱动辊子输送机链条的牵引力 :F = fL( Dr Ds) ( Wm+ Wc + RdCd + RiCi) + 0. 25LW 式中 : f 摩擦系数 ； L 输送机长度， m； Dr 辊子直径， m； Ds 辊子链轮节圆直径， m； Wm 单位长度物件重力， N / m； Wc 链条重力， N / m； Rd 传动辊子包括链轮不包括心轴的重力， N； Cd 辊子输送机每米内传动辊子数 ； Ri 从动辊子不包括心轴单件重力， N； Ci 辊子输送机每米内从动辊子数 ； W 每米链条的重力， N。 由于 Wm 远大于 Wc + RdCd + RiCi，故粗略计算 :F = fL( Dr Ds) + 0. 25LW 查表 3.4.6 选取 f =0.035 表 3.4.6 摩擦系数 每个辊子上的总载荷（包括辊子自重）N 物品与辊子接触的表面 光滑金属 木板 硬纸板 115450 0.03 0.035 0.05 451900 0.025 0.03 0.045 900 0.02 0.025 0.05 f 取 0.035， Dr=0.5， Ds=0.25， Wm=2000 mN ， W=6N 计算得 F=89N 1000KFovP 无锡太湖学院学士学位论文 16 式中 P-电动机功率， KW； K 功率安全系数， K = 1.2 1.5； Fo 单链传动限力式辊子输送机积放状态下链条最大牵引力， N； 输送速度， 0.3m/s； 驱动装置效率， = 0.65 0.85。 取 =0.32m/s K =1.5 =0.7 计算得 P=0.08KW，查表 3.4.3 选取电机功率为 0.37KW。 3.5 计算送料缸的受力 送料缸在推进工件时，工件受料斗上面所堆积工件重量的压力而在所推进工件的上、下两面产生摩擦阻 力 , 每个工件的重量为 0.5 kg，故摩擦阻力为 Ff=2Q 总 f 2 50.2=2(N)，送料缸所受最大轴向力为 F 缸 2+5 =7(N)，力很小 ,则将其运动近似为空载运动。 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 17 4 钻孔装置设计 4.1 钻孔工作台的总体设计 钻孔工作台的流程图如下： 图 4.1.1 钻孔工作台的流程 木板输送到钻孔工作台上，对木板进行定位，因为模板的规格参数不可能一模一样，有的长有的短，对木板的定位要求比较严格，如果从中心进行定位的话， 首先是比较复杂，其次，下一工序拼接的定位要与现在的定位一样，所以从中心定位的方法虽然可取但是无形中增加了定位的难度以及后续铆接的难度。 除了中心定位，我们还可以对边进行定位，木板是纵向输送过去的，钻孔是从木板的侧面往里面钻，所以，我们可以从木板的短边进行孔的定位。当木板过去的时候，用一块挡板将其挡住，另外一端用液压缸将木板纵向压紧。因为木板要从侧面进行钻孔，所以木板在 Z轴方向也要进行压紧，压紧方式也同样选择气缸的方式。 4.2 液压自动钻孔机的设计 由于木板参数的限制，木板只能横向钻孔，所以现在设计了一台卧式 液压自动钻孔机 ,包括钻孔机构 ,主轴箱及卡紧油缸 ,床身及油路系统 7。这里着重介绍钻孔机构 ,卡紧油缸及油路系统。钻孔机构如图 4.2.1。该机床的钻孔机构包括钻头卡紧及驱动部分。钻头通过钻卡直接安装在液压油缸上 ,油缸上有导轨在基座的导轨上滑动 ,活塞杆通过支架固定在底座上 ,液压油由活塞杆端部及后缸盖进入油缸 ,推动油缸运动 ,或进给钻孔或退出 8。 图 4.2.1 液压自动钻孔机 根据生产要求，自动钻床的动作流程如下：启动（电源及控制模块）主轴快进主轴工进主轴停留主轴快退主轴快退停止主轴电机和液压 泵电机停转。钻床的主运动是主轴的旋转运动，由电动机经皮带轮传给主轴，但进给运动采用液压传动。 4.2.1 主轴的设计 在钻床的切削加工过程中，主轴作高速的旋转运动和直线进给运动，由于液压缸活塞杆不宜作高速的旋转运动，因此主轴采用套装结构：主轴由轴承支承在活塞杆内作旋转运上料台输送木板 木板的定位夹紧 木板的自动钻孔 输送到拼接工序 无锡太湖学院学士学位论文 18 动，活塞和活塞杆由液压驱动完成进给运动，如图 4.2.2 所示。 由于工件材料是木板，所以拟定工件材料为切削性能较好的 Q235 钢 9，查金属切削手册，选择进给量 f=0.2mm/r，其对应的切削速度 V=32m/min；根据计算，得切削 转矩为 M=13.5 N m、轴向切削力为 NFf 2595，主轴传递的功率为 P=1.25kW。主轴材料选用 45 钢，根据功率 P 求得主轴最小直径 dmin=13mm。根据主轴的结构要求，选定前轴颈直径为 40mm，后轴颈直径为 35mm。 图 4.2.2 主轴的结构简图 1. 锁紧螺母 2.垫 圈 3.液压缸盖 4.深沟球轴承 5.垫圈 6.推力球轴 承 7.主轴 8.活塞杆 9.液压缸筒 4.2.2 液压系统设计 (1)负载分析 液压缸的负载由五部分组成，即工作阻力、摩擦阻力、惯性力、密封阻力和背压力 10。 因为是卧式钻床，所以液压缸的负载不包括重力。根据工作要求，快进行程为 60mm，工进行程为 30mm，主轴快进、快退速度为 3m/min，工进速度为 0.17m/min，加速、减速时间 t=0.2s；取主轴长度 l=550mm，可求得主轴重力为 55N。考虑到轴上零件和活塞杆1 2 3 4 5 6 7 8 9 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 19 的重力，现取整个主轴组件的重力 G=200N，由此计算出惯性力： NtvFm 1 （ 4.1） 式中 v 为从静止到 3m/min 的速度变化量。 工作阻力即轴向切削力 fF=2595N；摩擦阻力在机械效率中考虑，取机械效率 =0.9；快进时，在不考虑背压的情况下，主轴在重力的作用下自动下移；工进时，液压缸要克服工作阻力和摩擦阻力，此时重力起到动力作用，为了 使液压缸有足够的液压作用力，计算时取重力的一半代入公式 11。主轴系统各运动阶段的计算公式及负载大小如表 4.1 所示（由于惯性力很小，未列入加减速阶段的负载）。 表 4.1 液压缸各阶段运动负载表 运动阶段 计算公式 负载大小 /N 主轴快进 GF 180 主轴工进 /)( GFF f 2772 主轴快退 /GF 222 (2)主轴液压缸主要参数的确定 根据负载大小初选工作压力为 1P=3MPa；为了防止自动钻床在完成工进后主轴突然前冲，在回油路上安装背压阀 12，背压力为 b=0.8MPa；快速运动时背压取 0.5MPa。如图 3 所示，根据活塞杆内安装的轴承尺寸及活塞杆的直径系列，取活塞杆直径 d=100mm，由此计算出液 压缸的内径为： mmPP FdDb123)4( 2112 （ 4.2） 根据液压缸内径尺寸系列取 D=125mm。 选择缸筒固定式双杆活塞缸 13，验算有效工作面积 A 是否大于或等于保证最小稳定速度（ 0.17m/min）时的有效面积 minA： 222 4 4 1 64 )( mmdDA 2m inm inm in 2 9 4 mmVqA A i，满足设计要求。式中 minq为流量阀的最小稳定流量， minq=0.05L/min. 主轴液压缸各运动阶段的压力、流量和功 率如表 4.2 所示。 4.2.3 电动机的选取 1 类型和结构型式的选择 三相交流异步电动机 14的结构简单、价格低廉、维护方便，可直接接于三相交流电网中，因此在工业上应用最为广泛，设计时应优先选用。 无锡太湖学院学士学位论文 20 表 4.2 液压缸各运动阶段的压力、流量和功率 工作阶段 计算公式 进油压力MPapl / 背压力MPaph / 输入流量1min/ Lq 输入功率KWP/ 主轴快进 qpPVAqAFPP hl1/ 0.46 0.5 13.25 0.1 主轴工进 qpPVAqAFPP h11 / 1.43 0.8 0.75 0.02 主轴快退 qpPVAqAFPP h11 / 0.55 0.5 13.25 0.12 Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上 15。 在经常启动、制动和反转的工作场合，要求电动机的装懂惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用 YZR 和 YZ 系列电动机。 功率的确定 电动机的容量（功率）选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而损坏；若过量则 价格高，并会造成浪费。 电动机容量主要由电动机运行时的发热条件决定，而发热有与其工作情况有关。对于长期连续运转、载荷不变或变化很小、常温下工作的机械，选择电动机时只要使电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。也就是可按电动机的额定功率 mP等于或略大于所需电动机的功 dP，在手册中选取相应的电动机型号 16。这类电动机功率计算如下述步骤 ： 1）工作机所需功率 wP（ KW） )1 0 0 0/( wwww vFP （ 4.3） 或 )9 5 5 0/( wwww nTP （ 4.4） 式中， wF为工作机的阻力， N；v为工作机的线速度， m/s；T为工作机的阻力矩， N m；wn为工作机轴的转速， r/min； w为工作机的效率，带式输送机可选取 w=0.96，链板式输送机可选取 w=0.95. 2）电动机至工作机的总效率 （串联时） n .321 （ 4.5） 式中，, 321 , n为传动系统中各级传动机构、轴承以及联轴器的效率 17。各类机械传动的效率见表 3.1。 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 21 表 4.3 机械传动效率概略值 传动类别 精度、结构及润滑 效率 圆柱齿轮传动 7 级精度（油润滑） 0.98 8 级精度（油润滑） 0.97 开式传动（脂润滑） 0.94-0.96 锥齿轮传动 7 级精度（油润滑） 0.97 8 级精度（油润滑） 0.95-0.97 开 式传动（脂润滑） 0.92-0.95 蜗杆传动 自锁（油润滑） 0.40-0.45 单头（油润滑） 0.7.-0.75 双头（油润滑） 0.75-0.82 四头（油润滑） 0.82-0.92 滑动轴承 润滑不良 0.94（一对） 正常润滑 0.97（一对） 液体摩擦 0.99（一对） 滚动轴承 球轴承 0.99（一对） 滚子轴承 0.98（一对） V 带传动 0.96 滚子链传动 0.96 螺旋传动（滑动 ） 0.30-0.60 螺旋传动（滚动） 0.85-0.95 联轴器 弹性、齿式 0.99 3）所需电动机的功率 dP（ kW） 所需电动机的功率由工作机所需功率和传动装置的总效率按下式计算： /wd PP （ 4.6） 4）电动机额定功率 m 按 dmPP 来选取电动机型号。电动机功率裕度的大小应视工作机构的负载变化状况而定。 3 转速的确定 额定功率相同的同类型电机，有几种不同的同步转速 18。一般常用、市场上供应最多的是同步转速为 1500r/min 和 1000r/min 的电动机，设计时优先选用。如无特殊需求，则不选同步转速为 3000r/min 和 750r/min 的电动机。 根据选定的电动机类型、结构、功率和转速，从标准中查出电动机的型号后，将其型号、额 定功率 mP（ kW）、满载转速 m（ r/min），以及电动机的安装尺寸、外形尺寸和轴伸连接尺寸等记下以备后用。 4.2.4 传动比的分配 电动机选定后根据电动机的满载转速 mn和工作机的转速 wn即可确定传动系统的总传动比 i，即 wm nni / (4.7) 1 传动比分配的一般原则 无锡太湖学院学士学位论文 22 1）各级传动比可在各自荐用值的范围内选取。各类机械传动的传动比荐用值和最大值见表 3.2。 表 4.4 各类机械传动的传动比 2 传动比分配的参考数据 1）带传动与一级齿轮减速器 19：设带传动的传动比为 di，一级齿轮减速器的传动比为 i，应使iid，以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。 2）二级圆柱齿轮减速器：为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应使两级的大齿轮具有相近的直径（低速级大齿轮的直径应略大一些，使高速级大齿轮的齿顶圆与低速轴之间有适量的间隙） .设高速级的传动比为 1i，低速级的传动比为 2i，减速器的传动比为 i，对于二级展开式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配： ii 4.13.11 （ 4.8） 对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配： iii 21 （ 4.9） 但应指出，齿轮的材料、齿数及宽度亦影响齿轮直径的大小。欲获得两级传动的大齿轮直径相近，应对传动比，齿轮的材料、齿数、模数和齿宽等作综合考虑。 3）圆锥 圆柱减速器 设减速器的传动比为 i,高速级锥齿轮的传动比为 1i，传动比可按下式分配： ii 25.01 （ 4.10） 3 传动参数的计算 机器传动系统的传动 .参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零件设计计算的重要依据 20。现以图 3.7 所示二级圆柱齿轮减速器，说明机器传动系统各轴的转速、功率及转矩的计算。 1）各轴的转速 n（ r/min） 高速轴 I 的转速 mnnI 中间轴 II 的转速 1III / inn 低速轴 III 的转速 212III I I / iininn m （ 4.11） 滚筒轴 IV 的转速 IIIIV nn 式中： mn为电动机的满载转速； 1i 为高级传动比； 2i为低级传动比。 平带传动 V 带传动 链传动 圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 蜗杆传动 单级荐用值i 42 42 52 53 32 4010 单级最大值maxi 5 7 6 8 5 80 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 23 图 3.7 二级圆柱齿轮减速器简图 2）各轴的输入功率 P（ kW） 高速轴 I 的输入功率 cmPP I 中间轴 II 的输入功率 gPP 1III 低速轴 III 的输入功率 gPP 2IIIII （ 4.12） 滚筒轴 IV 的输入功率 gcPP IIIIV 式中： mP为电动机的额定功率（ kW）； c为联轴器的效率；g为一对轴承的效率； 1为高速级齿轮传动的效率； 2为低速级齿轮传动的效率。 3）各轴的输入转矩 T（ N m） 高速轴 I 的输入转矩 1II /9550 nPT 中间轴 II 的输入转矩 IIIIII /9550 nPT 低速轴 III 的输入转矩 I I II I II I I /9550 nPT （ 4.13） 滚筒轴 IV 的输入转矩 IVIVIV /9550 nPT 4.2.5 齿轮传动系统 齿轮传动 21是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递动率可达数十千瓦，圆周速度可达 200m/s。齿轮传动特点，第一效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，如一级圆柱齿轮的传动效率可达 99%，这对大功率的传动十分重要，因为即使效率只有百分之一，也有很大的经济利。第二结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需要的空间尺寸一般较小。第三工作可靠、寿命长，设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动 ， 工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是 其他机械传动所不能比拟的。第四，传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不适用于距离过大的场合。设计齿轮传动在具体的工作情况下，必须有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不至于失效。齿轮的失效形式常见的有，齿面折断，和工作齿面磨损，点蚀，胶合及塑性变形等。针对各种工作情况以及上述各种失效形式，联轴器 I II III 联轴器 工作机 IV 电动机 减速器 无锡太湖学院学士学位论文 24 都应该确立相应的设计准则。由于目前对于齿面磨损和塑性变形，尚未建立起广为工程实际使用中而行之有效的计算方 法和设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算 22。根据设计要求和准则，拟选择所选择的齿轮系统的材料为 45 或 40 rC,调制后表面淬火。 齿轮计算相关公式： 分度圆直径计算： 3 2132.2 HEdZTuuKd （ 4.14） 由计算公式（ 3.12）进行计算 计算齿轮转矩： n PT5105.95 （ 4.15） 试选载荷系数 3.1tK， 计算齿轮传递转矩， mmNnPT 751151 10303.930 2.2105.95105.95 表 3.3 圆柱齿轮的 齿宽系数 装置状况 两支相对齿轮做对称分布 两支承相对于小齿轮做不对称分布 小齿轮做悬臂布置 d 9.0 7.0 6.04.0 查表 3.3 选取齿宽系数 1d。 表 3.4 弹性影响系数 EZ 齿轮材料 弹性模量aMPE/ 配对齿轮材料 灰铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻钢 夹布塑胶 4108.11 4103.17 4102.20 4106.20 4107875.0 锻钢 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 铸钢 161.4 180.5 188 球墨铸铁 156.6 173.9 灰铸铁 143.7 由表 3.4 查得材料影响系数： 218.189 MPaZ E 由资料查得按齿面硬度 23查得齿轮的强度接触疲劳强度极限 MPa600m ax 。 应力循环次数 hnjLN 60 （ 4.16） 计算得应力循环次数： 811 102 9 6.1153 0 0821306060 hjLnN 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 25 查 资料取接触疲劳系数 90.0HNK 计算接触疲劳 许用应力，取失效概率 24为 1%，安全系数系数 1S ，由下面公式得 接触疲劳需用应力： SK HNH lim ， (4.17) 计算得： aHNH MPSK 5406009.0l i m 计算齿轮分度圆直径td1，代入 H中的较小值 即： mmuuKdHEdtZT 1805.522893.123.2132.2 3 29321 计算圆周速度 v smndv t /28.01 0 0 060 301801 0 0 060 11 计算齿宽 b 齿宽： td db , (4.18) 计算得： mmdb td 1 8 01 8 011 模数 mmzdm tt 511 齿高 mmmh t 25.1125.2 计算齿宽齿高之比： 1625.11180 hb 齿面载荷系数： HHVA KKKKK (4.19) 计算齿轮的载荷系数为 HHVA KKKKK =1.594 按照实际的载荷系数校正分度圆直径： 3 tt KKdd (4.20) 齿根弯曲强度设计公式： 3 212 FSaFadYYZKTm （ 4.21） 计算齿轮的 FSaFaYY 并加以比较 013.01 11 F SaFaYY ； 016.02 22 F SaFaYY 无锡太湖学院学士学位论文 26 所以 mmm 61.4016.0241 10303.9549.12 29 对比计算结果，由直面接触强度计算的模数 m，大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小取决于弯曲弯曲强度所决定的承载应力，而齿面接触强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可由于弯曲强度计算的模数 2.05，并就接近标准整圆取 m=5.0mm，按接触强度算得的分度圆直径 1d =180mm，算出齿轮的齿数 385 64.1 9 211 mdz 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触强度要求，又满足了齿根弯曲强度要求，结构紧凑，避免浪费。 4.3 钻孔工序控制系统的设计 4.3.1 选择阀及液压回路设计 首先送料缸换向选用两位四通电磁阀 25,能满足送料要求 ；夹紧缸换向选用两位四通电磁阀 ,在夹紧工件时 ,能一直保持一定的压力 ；钻削缸换向选用三位四通电磁阀。由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力 ,故在钻削支路上接一个减压阀 ,以保证夹紧力在切削过程中不下降。由于钻削缸垂直安装 ,为使得运动平稳 ,采用液压缸出口节流调速回路。以泵的额定压力 613MPa、流量 316L/min 为基准选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件 ,元件的具体型号不一一叙述。为节约能源 ,钻削缸快进采用差动回路 26。 具体设计的液压回路 见图 4.3.1 所示。 图 4.3.1 液压传动回路 4.3.2 电气控制回路设计 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 27 该自动钻床工作循环过程如前所述 ,由于送料杆和夹紧杆同时伸出到位时会产生干涉 ,所以要等送料缸退回才能夹紧 ,但为了节约时间 ,在送料缸刚好退出干涉位置时 ,夹紧缸就动作 ,使得夹紧与送料缸后退同步。控制回路 27具体设计步骤如下 : (1)绘制各液压缸位移顺序图 ,如图 4.3.2 (a)所示 ,其中 A为送料缸 , B为夹紧缸 , C 为钻削缸。 (2)以行程开关压下为 1,弹起为 0,绘制开关信号图 ,如图 4.3.2 (b)所示。 (3)由于在第 4 步和第 7 步有两组相同的信号 ,故将所有信号分成两级 ,图 4.3.2 (c)所示。 (4)以 0y1 为触发信号 ,绘制开关动作图 ,如图 4.3.2 (d)所示。在第 7 步因为和第 4 步信号相同所以在该组加 1 个继电器 K 常开触点。 (5)绘制线圈 (电磁铁、继电器 )通断电图 ,注意在 I 级和 II 级交界处增加一个继电器通电 ,以便进行分级的转换 ,在 II 级结束时继电器断电 ,如图 4.3.2 (e)所示。 (6)若采用 PLC 控制 28,则根据图 4.3.2(d) ，图 4.3.2 (e) 梯形图 ,如图 4.3.3 所示 ,以三菱FX2 系列 PLC 为例 29,符号说明如下 : 输入 : SB1- X0； a0-X1； a1-X2； a2-X3； b0-X4； b1-X5； c0-X6； c1-X7； c2-X10； SB2-X11。 输出 : YA-Y0； YB-Y1； YC1-Y2； YC2-Y3； YC0-Y4； YD-Y5。 继电器 : K3-M0；K5-M1；K6-M2； K7 可省略。 图 4.3.2 液压传动回路动作图 无锡太湖学院学士学位论文 28 图 4.3.3 PLC 梯形图 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 29 5 木销上料装置设计 5.1 木销自动上料装置的选择 木销的自动上料装置有很多，其中比较常见的有以下几种： 方案一、利用木销自重的上料装置 此装置是长度和直径一定的木销自动上料的简易机构。如图 5.1.1 所示 ,料斗底部带槽圆盘间歇旋转 ,木销因自重落入圆盘槽中 ,与料斗分离并且向下运送 ,进入直线送料器。这种方案原理比较简单，应用比较广泛，虽然是用振动器解决了木销之间的干涉，但是震动会影响工作台的精度。 方案二、木销水平送出装置 此装置如图 5.1.2 所示。在水平放 置的料斗底板上 ,因为设有与坯料同样形状的穴槽 ,所以用油缸水平往复运动可取出逐个落入此穴槽的木销。木销由往复送料板送落在固定板上 ,由传递臂投入投入箱 ,然后再分配给各装置。如果在料斗底板上面设几个槽 ,即可使料斗内的木销圆滑地分离。这种方案其实也是使用的自重式原理，但是没有解决木销互相之间的干涉，容易发生空送料的情况。 方案三、垂直贮藏的垂直送料装置 木销供给料斗普通多为水平贮藏式 ,然而图 5.1.3 却为用垂直贮藏的垂直送料的一个例子。垂直贮藏料斗内的销子通过压铁 ,用压缩弹簧向木销的出口方向推压 ,通 过滑块 B 的往复移动 ,使木销成一列进入料槽 ,再由滑块 A 将木销逐个分离供给。对滑块 B 的滑动距离精度没有严格要求 ,而对滑块 A 要用挡块等使滑动距离准确。 方案四、用带槽滚筒的木销供给装置 此装置如图 5.1.4 所示。用皮带输送机解除料斗内木销互相之间的干涉。带槽的滚筒具有逐根分离供给的作用。设计中把皮带输送机的速度设为低速 ,另外 ,带槽滚筒也为低速旋转或间歇旋转。这种装置送料比较准确，完美的解决了木销互相之间的干涉，但是机械磨损较大，成本比较高。 5.2 木销自动上料装置的改进 综合以上四种方案，方案一的廉价性 和精确性较之其他几种方案都要好一些，我将方案一改成如图 5.1.5，将振动器去除，取消了在料斗与带槽滚筒之间的滑道，通过带槽滚筒的转动来解决木销互相之间的干涉，这样，既解决了工作台加工精度的问题，还节省了一定的成本。 当带槽滚筒转动时，木销从料仓内落入滚筒的成形槽内，靠滚筒的转动将木销送到滑道中。滚筒的外圆面用来隔离料仓中的木销。滚筒上的成形槽可以很多，圆盘每转一周能送出相当多的木销。因此，滚筒能在低速下保证平稳地工作，并能保 证高的生产率和避免木销因此受到冲击而损坏。 在图 5.1.5 中，我们还可以看到在滑道的下方设置了一个槽式上料器，槽式上料器上有三个穴槽，用来接收从滑道落下的木销。当上料器向左运动时，木销会被送到拼接位置。此时，滑道中的其他木销被上料器的上表面隔住。穴槽之间的距离以及位置与木板上的孔相对应，这样不仅起到上料的作用，而且起到了定位的作用。 无锡太湖学院学士学位论文 30 图 5.1.1 自重式 图 5.1.2 水平送出式 料斗 振动器 滚筒 缺口 滑动面 木销 料斗 往复送料板 固定板 传递臂 投入箱 至分配装置 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 31 图 5.1.3 垂直送出式 图 5.1.4 带槽滚筒式 把手 压缩弹簧 压铁 滑块 B 滑块 A 滑道 限位挡块 料斗 木销 三角皮带 皮带输送机 缺口 滑动面 无锡太湖学院学士学位论文 32 图 5.1.5 改进后的装置 围板包装箱自动生产线上料与拼接装置设计 33 6 拼接装置设计 6.1 拼接的总体设计方案 上文已经略微介绍过了拼接的方式，本自动生产线所采用的拼接方式是传统的木销拼接。一开始，考虑到现在所流行的拼接工艺，我所采用的拼接方式是指接方式，就是比较常见的是拼接方向相反的纵向拼接木材的齿形榫拼接。根据我们所采用的木板是实木侧板，一般会用到指接材，它是将木材纵向接长的一种有效方法 ,即在木材端部经机械加工成齿形榫头 ,在两个待接的齿形榫斜面上涂布粘接剂 ,通过两端加压完成插接胶合。但是指接材会有胶水含量 ，有一定污染，而且用指接对木材的要求也比较高。在进行指接前，要对木板分别进行开榫开槽，无形中增加了成本，而且经过测试，指接后的木板有一定几率会因为涂胶的不均匀而发生拼接脱落的情况。后来经过思考，发现传统的木销拼接方式更加适合。 传统的木销拼接在这边相比较指接方式有以下几大优点： （ 1）传统木销拼接方式纯粹采用废木料所制造出来的木销，污染极低； （ 2）传统木销拼接方式无需再购买自动开榫机器，只需要几台钻孔机就可以解决问题了； （ 3）在计算好木销拼接位置后，木销拼接发生脱落的情况极少。 6.2 拼接工序的定位 在钻孔装置内已经提到过本次拼接工序的定位方式，定位方式跟钻孔一样采用对短边进行定位。因为木销是要跟孔对齐的，所以定位方式要完全一样。所以在此就不多做介绍了。 6.3 拼接工序的具体设计 如图 6.3.1，在木板的右边设置挡料板，木板移动到此位置停下，完成对木板的定位。与此同时，木销也要送到指定位置。木板停下后，对木板侧面施加压力，使木板完成拼接。 现在所面临的问题是在拼接的过程中，怎么样避免拼接工作台及木板与槽式上料器之间的干涉。 设计刚开始时，是准备将拼 接工作台设置成一个可以在 X,Y轴上运动的可升降工作台。首先槽式上料器将木销送到指定位置，木板开始进行横向进给运动，当进给到木销两端刚插入到木板孔内的时候，工作台开始上升，槽式上料器退回起始位置。拼接工作台继续进行横向进给运动，使木销完全插入木板内部，完成拼接工序。 但是在模拟的时候，发现这种方案比较难以控制每个步骤的时间，而且对每个步骤的时间要求还极其的苛刻，所以这种方案理论可行，实际操作很复杂，所以不可取。 经过思考，要解决木板与槽式上