包装工程专业毕业论文概要1

袋成型充填封口机的研究与改进设计青岛科技大学本科毕业设计（论文）PAGEPAGE212计量机构的改进DXDK袋成型充填封口机的原计量装置是通过主转轴驱动定量杯转盘，转盘下方通过开启圆销和闭合圆销控制底部挡板的开启闭合，原计量装置的结构如图2-1所示。1-料斗；2-粉罩；3-量杯；4-活门；5-粉袋；6-闭合圆销；7-开启圆销；8-下料闸门；9-刮板；10-护圈；11-转盘主轴；12-圆盘图2-1量杯式充填机Fig.2-1Themeasuringcuptypefillingmachine量杯式充填机是采用定量的量杯量取产品并将其充填到包装容器内的机器。适用于颗粒较小且均匀的物料[12]。物料经供料斗1靠重力落到计量杯内，圆盘口上装有数个(图中为4个)量杯和对应的活门底盖4．圆盘上部为粉罩2。当主轴11带动圆盘12旋转时，粉料刮板9(与供料斗1固定在—起)将量杯3上面多余粉料刮去。当量杯转到卸料工位时，开启圆销7推开定量杯底部活门4，于是量杯中的物料在自重停用下充填到下方的容器中去。该装置是容积固定的计量装置。其定量不能调整，若要改变定量，则要更换量杯。本课题将原有固定量杯计量方法改为可调容量式计量方法。原计量容积V1是由两个空心圆柱组成的，计算如下：可调容量式充填机是采用可随产品容量变化而自动调节容积的量杯量取产品，并将其充填到包装容器内的机器。可调容量是充填机容积V2是由两个可以上下移动的空心圆柱组成的，计算如下：改进的可调式量杯的计量参数：计量范围：6~18（ml）、充填精度：0.5-2（%）。可调容量式计量由固定量杯和移动量杯组成，分上下两部分。通过调节机构可以改变上、下量杯的相对位置，实现容积微调。微调可以自动进行，也可以手动进行。计量精度可达2%一3%。自动调整信号是通过对最终产品的重量或物料比重的检测来获得的。a、量杯主视图b、量杯俯视图a、Measuringcupmainviewb、Measuringcuptopview图2-2量杯建模图Fig.2-2Measuringcupmodelingdiagrams此处可调容量式充填机计量的精度由螺栓手柄控制，如图2-2所示。图2-2螺栓手柄控制机构Fig2-3Thebolthandlecontrolmechanism其原理为螺栓和螺母通过穿孔固定计量盘的上下移动。使用Pro/E软件可导出机械三视图，微调螺栓机构的三视图，如图2-3所示。图2-4螺栓手柄控制机构三视图Fig.2-3Thebolthandlecontrolmechanismthreeviews3横封机构的改进接通电源，各机构开始工作，电热元件通电后加热，使左右加热快急剧升温，并通过温度控制系统调整到所需温度，导引辊转动，根据需要的冷却系统开始冷却，下方输送带送转、并由调速机构调整到所需速度，将产品送走，完成封口[13]。原热封装置是通过热封凸轮、弹簧和连杆机构驱动L型热封板，如图3-1所示。这种传动方法效率较低、且热封时热封板成弧线运动，热封强度不稳定。1-右热封器；2-热封垫；3-左热封器；4-上轴；5-拉簧；6-主动转臂；7-热封凸轮；8-滚动支撑杆；9-拉袋凸轮；10-分配轴图3-1凸轮机构热封图Fig.3-1CammechanismofheatsealchartDXDK型的包装机横封机构为“L”型间歇热封，常用的横封机构有气动式、机械式和机械气缸组合式3种。气动式需要两个以上专门的气缸和供气系统：机械气缸组合式是经多个典型的机构(如多杆组合机构、曲柄滑块机构、凸轮摆杆机构或曲柄摆杆机构等)与气缸组合而成，由于气动元件成本高，并且中、小型厂家没有气源的条件和～些药品的包装需要在无菌、无尘的条件下生产，压缩空气的排放影响产品质量。常用的机械式横封机构是多杆机构或成组的齿轮摆杆机构，存在结构复杂、制造安装调试较困难以及工作可靠性偏低等问题[14]。本设计采用斜齿轮式连动横封装置，该装置是在广泛吸收各种连动横封机构优点的基础上，进行结构简化后得到的一种创新机构。选用机构过程如下：设计机构须在主轴方向的圆周运动，但是在垂直方向是进给运动。圆柱凸轮滚子机构如图3-2所示。1-圆柱凸轮；2-凸轮滚子；3-塞图3-2凸轮滚子驱动压塞封口Fig.3-2Rollercamdrivingpressureplugseal图3-2所示为凸轮机构驱动冲杆压塞工作原理。随着凸轮滚子在圆柱凸轮轨道中的上、下移动，通过杠杆、连杆驱动冲杆逐渐将瓶塞压入瓶内，完成压塞封口。该机构左边是一个由圆柱凸轮和凸轮滚子组成的上下运动，通过连杆带动右边的塞上下运动完成封口。在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD的位置C1D和C2D分别为其左右极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角ψ，称为摇杆的摆角[15]。曲柄摇杆机构如图3-3所示：图3-3曲柄摇杆机构的急回特性Fig.3-3Quick-returncharacteristicsofcrank-rockermechanism从图上可以看出曲柄摇杆机构的轨迹是C1C2是圆弧，不是直线间歇运动。不能满足热封机构的需要。曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式，由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构，是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动；或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时，研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等，从而评价机构是否满足工作性能要求，机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副，各元件间为面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点，因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。曲柄滑块机构如图3-4所示。图3-4曲柄滑块机构Fig.3-4Crankslidermechanism从图上可以看出，曲柄滑块机构主轴是圆周运动，水平方向是进给运动，符合机构要求。综上三种机构，最终确定方案为曲柄滑块机构。横封机构封口形式如图3-5所示。（1)热板式加压封合该封口方式结构简单，封合速度快，适用于聚乙烯类薄膜，但对遇热易收缩或易分解的聚丙烯及聚氯乙烯薄膜不适用，见图3—5（a）。（2)热辊式加压封合由于热辊式加热能连续工作，因此生产率较高，可用于复合薄膜的袋成型。适用予枕式包装机，见图3—5（b）。（3)环带式热压封合该封合方式能连续工作，效率高，封口质奄好，但结构较复杂，适用于易热变形的塑料薄膜及复合材料的封口，见图3—5（c）。（4)脉冲加热封合该方法的特点是封口质量高，适于易受热变形、易受热分解的薄膜，但冷却时间长，封合速度较慢，见图3—5（d）。（5)高频加热封合由于是内部加热，中心温度高，薄膜表面不会被过热，所得封口强度高，主要适州于聚氯乙烯类感应阻抗大的薄膜材料，不适州于低阻抗薄膜，见图3—5e)。（6)电热丝熔断封合这种封口没有较宽的封合带，封口强度低，适用于气密性要求不高的包装袋封口，见图3-5（f）。(7)熔焊式封口机构采用非接触方式加热，使包装材料熔合而封闭包装容器。主要用于封合较厚包装材料，以及采用其他热封方法难以封合的材料，如聚酯、聚烯烃和无纺布等。板熔融封合焊缝强度火，适用于热收缩膜，见图3-5（g）。（8)超声波熔焊封合封口质量好，不污染环境，包装内物料不受热，尤其适用于聚酯、铝箔复合膜以及易受热变形的厚塑料材料，见图3-5（h）[16~17]。经过上述分析，DXDK袋成型充填封口机主要针对颗粒产品，因此主要使用的包装材料为为聚乙烯／尼龙、纸／聚乙烯、聚酯／铝箔／聚乙烯、聚酯／聚丙烯等材料，所以封口形式采用热板加热方式。这种板条结构的热风装置，在间歇式工作的自动包装机中得到广泛应用。热封板内部需要包含一个加热元件，其外壳是铜质热封板，里面装有管形加热器，加热器由金属管、电阻丝和充填材料组成。管形加热器与热封板之间采用间隙配合，并用止动螺钉固定，从而实现良好的接触。补充，机械P51加热元件可以是两个，也可以是一个。加热器除管型外，还有带状、陶瓷、铸铝或电感等多种形式。补充，机械P51a）热板加热封合示意图b）热辊式加压封合示意图c）环带式热压封合1-热板；2-焊缝；3-薄膜1-热辊；2-薄膜；3-焊缝；1-钢带；2-薄膜；3-加热部件4-耐热橡胶；5-承受台4-冷却部件；5-焊缝d）电热丝熔断封合示意图e）脉冲加热封合示意图f）高频加热封合1-压板；2-电热丝；3-薄膜1-压板；2-电热丝；3-防粘材料1-压头；2-高频电极4-焊缝；5-耐热橡胶；6-承受台4-焊缝；5-薄膜；6-耐热橡胶3-焊缝；4-薄膜；5-承受台7-承受台g）热板熔融封合示意图h）超声波熔焊封合示意图1-薄膜；2-冷却板；3-加热板1-焊缝；2-薄膜；3-支承台4-焊缝；5-焊缝断面形状4-超声波发生器图3-5热压式封合示意图Fig.3-5Heatsealingschematicdiagram横封装置机构由曲柄滑块机构与四杆铰链机构组合而成的。图3-6为横封的热封手爪效果图。图中右侧绿色机构连接曲柄滑块、中间红色机构为四杆铰链手爪，左侧蓝色机构为热封板。热封手爪与曲柄滑块的连接整体效果图，如图3-7所示。图中曲柄连接在锥形圆锥齿轮上，该圆锥齿轮与机械主动轴上的圆锥齿啮合。曲柄滑块机构与四杆铰链机构示意图，如图3-8所示。图3-6横封手爪机构Fig.3-6Horizontalsealinggrippermechanism图3-7热封装置整体结构图Fig.3-7Overallconfigurationdiagramofsealingmeans1-斜齿轮；2-转动主轴；3-曲柄滑块机构；4-四杆铰链机构图3-8曲柄滑块机构与四杆铰链机构示意图Fig.3-8Schematicdiagramofcrankslidermechanismwithfourbarhingemechanism4实体机构建模4.1.1Pro/E概述4.1.1.1Pro/E简介Pro/E是美国PTC（参数技术）公司的大作。自1988年问世以来，该软件不断发展和完善，目前已是世界上最为普及的CAD/CAM/CAE软件之一，基本上成为三维CAD的一个标准平台。Pro/E广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。该软件版本主要经历了2000、2000i、2001、Wildfire版本升级过程。从2001版本发展到Wildfire版本，Pro/E的界面风格和易用性发生了很大变化，特别是以直观的可交互的特征操控面板替代以往版本的菜单流风格，不仅便于用户快速掌握此软件的使用，也大大提高了设计人员的操作效率。最新版本为Pro/ENGINEERWildfire5.0。4.1.1.2Pro/E主要特性a、3D实体模型Pro/E做出来的3D零件均为实体模型，不会有破孔现象。因此，能在计算机上做出来的3D零件就保证能进行模具设计及NC加工程式的制作，而且加工出来的工件与原先在计算机上看到的零件几何形状是一致的，因而能够让我们充分掌握产品设计与制造的组织；另一方面，由于实体零件有材料的观念，使我们能对个别的零件作CAE分析以及在动态机构模拟时能检测零组件之间的干涉情况。使用实体建模的优点：实体模型具有体积和曲面面积。可直接从创建的几何计算质量属性。处理实体模型时模型自身仍然是一个实体。b、单一数据库，全相关性Pro/ENGINEER中，若已完成了3D零件设计、组件设计、2D工程图、模具设计、NC加工程式制作等，此时，设计者在其中任一环所作的设计变更，那么对于其它所有相关的资料，Pro/E系统都会自动加以更新，而不需要设计者逐一调入所有相关的文件进行变更。这也是现代工业中所谓的同步工程技术当中最基本也最重要的一环。c、特征式设计利用Pro/E进行零件设计时，就是使用3D几何特征的构思来进行3D模型的建立，而非是想象线条的绘制。比如可以在模型中建立拉伸、旋转、倒角、圆角以及孔等特征，这正是以最自然的思考方式从事设计工作，必然使设计者感到非常亲切。并且包含更多的工程信息和数据。特征具有一定的设计功能和制造形状的、可以按一定原则加以分类的产品描述信息。d、参数化设计所谓参数化设计就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，在设计过程中可以根据实际情况随时对设计加以更改。参数化设计具有用轮廓体现设计思想、尺寸驱动及合理性检查三个特点。由于有参数式的设计，使我们修改模型更为方便，并且使用者可以运用强大的数学运算功能，建立各尺寸参数间的关系式，使得模型可自动计算出应有的外形，以保证零件准确的相对关系。4.1.1.3Pro/E功能模块其功能模块主要有草绘功能（.sec）、零件设计（.prt）、装配设计（.asm）、工程图设计、模具设计（EMX）、机构运动分析（Mechanism）、结构分析（Pro/Mechanica）、热分析（Thermal）、产品数据管理（Pro/Intrlink）[18]。4.1.2UG软件概述4.1.2.1UG软件简介UG全称Unigraphics软件是美国UGS公司（UnigraphicsSolutions）开发的CAD/CAM/CAE计算机辅助设计分析和制造应用软件，是世界三大CAD/CAM/CAE顶级软件之一。主要应用于汽车、航空航天、机械、造船、电子等工业领域。UG自1983年入市发展到最新版本为UGNX6。随着版本的不断更新和功能的不断扩充，UG更扩展了软件的应用范围，面向专业化、智能化发展。4.1.2.2UG软件特点UG是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，被广泛地应用于航空航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域，下图为使用UG设计的产品模型。特点如下：a、UG软件包含了众多适应不同需求的功能模块。b、采用基于特征的建模方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能采用参数控制。c、采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模等建模技术融于一体。d、具有统一的数据库，实现了CAD/CAM/CAE等模块之间的无缝数据交换。e、可用多种方法生成复杂曲面，特别适合于设计汽车外形和汽轮机叶片等复杂曲面的造型。f、二维图功能强大，可以方便地从三维实体模型直接生成二维工程图，可以按照ISO标准生成各种剖视图，以及标注尺寸、形位公差和汉字说明等。g、提供了界面良好的应用开发工具，并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合，便于用户开发专用CAD系统。h、具有良好的用户界面，绝大多数功能都可以通过图形化的界面实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择[19]。a、基本环境模块：这是UG最基本的模块，其他所有模块都建立在该模块的基础上，它支持包括打开、创建、存储等文件操作，以及环境设置、动画渲染等。当开始一个UG作业（如新建、打开UG文件）时，该模块第一个被启动。b、CAD模块：CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）主要包括建模、制图、钣金、装配、注塑模等功能模块。c、CAM模块：CAM（ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造）主要包括加工基础、后处理、型芯和型腔铣削、线切割等功能。d、CAE模块：CAE（ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程）主要包括机构运动及运动力学分析、结构分析、注塑流体仿真等功能。4.1.3Solidworks软件概述4.1.3.1Solidworks软件简介SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord，Massachusetts）内，当初所赋予的任务是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。4.1.2.2Solidworks软件特点Solidworks软件功能强大，组件繁多。Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWork成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的[20]。4.1.2.3SolidWorks软件功能模块a、零件建模SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。b、曲线建模通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。c、钣金设计SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。d、帮助文件SolidWorks配有一套强大的、基于HTML的全中文的帮助文件系统。包括超级文本链接、动画示教、在线教程、以及设计向导和术语。e、数据转换SolidWorks提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换器，有些格式，还提供了不同版本的转换。f、高级渲染与SolidWorks完全集成的高级渲染软件有效地展示概念设计，减少样机的制作费用，快速地将产品投放入市场。PhotoWorks为你提供方便易用的、最品质