圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計

圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計,包裝箱,自動生產(chǎn)線,拼接,裝置,設計 編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料 與拼接裝置設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923221 學生姓名： 何 偉 東 指導教師： 何雪明 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 15 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 圍板包裝箱 的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 是本人在導師的指導下獨 立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中 特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文） 不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 95 學 號： 0923221 作者姓名： 2013 年 5 月 15 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 圍板箱是配合托盤使用的可折疊可拆卸的木箱,由托盤、箱體、箱蓋組成。 常見的是四角圍板箱和六角圍板箱兩種,即分別由 4 塊實木側(cè)板和 6 塊實木側(cè)板 通過鉸鏈連接而成,可對折疊和對角折疊,容易拆開和安裝,循環(huán)利用率高,可以 根據(jù)內(nèi)置產(chǎn)品的高度來增添圍板的層數(shù)。由于裝箱的靈活性、對裝載物的適應 性和重復使用性,圍板箱被廣泛運用于機械、化工、電子、五金以及其他領域, 此外還具有傳統(tǒng)木箱不具備的很多優(yōu)點,因而這種產(chǎn)品在國外也特別受歡迎,運 用也很普遍。常見的圍板木箱的實木側(cè)板是由整板組成,原材料資源相對較少, 價格較貴,造成生產(chǎn)成本很高;現(xiàn)今的拼接工藝主要是手工作業(yè),在此種工藝條件 下一般生產(chǎn)效率并不是很高。為了進一步節(jié)約成本,提高效率,在此特開發(fā)設計 圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： ①熟練運用 UG 繪制三維模型圖 ②熟悉圍板包裝箱生產(chǎn)加工的過程 II ③了解近幾年對圍板箱生產(chǎn)工藝的改進 ④設計出正確合理的上料和拼接裝置 四、接受任務學生： 機械 95 班 姓名 何偉東 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 10 日 至 2013 年 5 月 15 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 10 日 III 摘 要 現(xiàn)如今，隨著自動化設備的普及，人工生產(chǎn)的效率相對來說越來越低，圍板包裝箱 的生產(chǎn)還未開發(fā)出全自動化的設備。針對工廠內(nèi)圍板包裝箱的生產(chǎn)效率較低以及工人勞 動強度較大的問題，通過對原有圍板箱生產(chǎn)工藝的分析以及生產(chǎn)企業(yè)的走訪調(diào)查和相關 數(shù)據(jù)的搜集整理研究,提出了一種自動化生產(chǎn)圍板包裝箱的側(cè)板的方法。先進行木板的自 動上料，然后在木板的側(cè)面進行打孔，打孔后以木銷拼接技術為基礎，將兩塊木板進行 拼接，使木材長度可不受樹木生長高度和木料長短的限制,達到短材長用。其中，生產(chǎn)節(jié) 拍各機構的時間盡量保持相同，木銷的自動上料采用自重式的送料裝置，機架采用框架 式結構，控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)。新型生產(chǎn)線的應用極大地提高了勞動生產(chǎn)率，填補木 工機械在木材橫向拼接方面的空白,能夠大幅度降低生產(chǎn)成本,節(jié)約勞動力,使用自動線產(chǎn) 品質(zhì)量穩(wěn)定,增強了產(chǎn)品的市場競爭力。 關鍵詞: 圍板箱；上料；拼接；自動生產(chǎn)線 IV 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 pin's 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 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的設計內(nèi)容和意義 ....................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ................................................................................................................1 2 總體結構設計 .............................................................................................................................7 2.1 圍板的參數(shù)（單位：MM） ..................................................................................................7 2.2 自動線生產(chǎn)流程 ....................................................................................................................7 2.3 生產(chǎn)節(jié)拍的確定 ....................................................................................................................8 2.4 機架結構的確定 ....................................................................................................................9 2.5 控制系統(tǒng)的確定 ....................................................................................................................9 3 木板上料裝置的設計 ................................................................................................................11 3.1 木板上料裝置的要求 .........................................................................................................11 3.2 木板上料的流程 .................................................................................................................11 3.3 升降臺的設計 .....................................................................................................................11 3.3.1 運動學分析 ..................................................................................................................11 3.3.2 動力學分析 .................................................................................................................12 3.4 過渡輥臺設計 ....................................................................................................................12 3.4.1 過渡輥臺設計要求 .....................................................................................................12 3.4.2 過渡輥臺結構 .............................................................................................................12 3.4.3 過渡輥臺的尺寸參數(shù)計算 .........................................................................................13 3.5 計算送料缸的受力 .............................................................................................................16 4 鉆孔裝置設計 ...........................................................................................................................17 4.1 鉆孔工作臺的總體設計 ....................................................................................................17 4.2 液壓自動鉆孔機的設計 .....................................................................................................17 4.2.1 主軸的設計 .................................................................................................................17 4.2.2 液壓系統(tǒng)設計 ..............................................................................................................18 VI 4.2.3 電動機的選取 .............................................................................................................19 4.2.4 傳動比的分配 ..............................................................................................................21 4.2.5 齒輪傳動系統(tǒng) ..............................................................................................................23 4.3 鉆孔工序控制系統(tǒng)的設計 .................................................................................................26 5 木銷上料裝置設計 ....................................................................................................................29 5.1 木銷自動上料裝置的選擇 ..................................................................................................29 5.2 木銷自動上料裝置的改進 ..................................................................................................29 6 拼接裝置設計 ...........................................................................................................................33 6.1 拼接的總體設計方案 ..........................................................................................................33 6.2 拼接工序的定位 ..................................................................................................................33 6.3 拼接工序的具體設計 ..........................................................................................................33 7 結論與展望 ................................................................................................................................35 7.1 結論 ......................................................................................................................................35 7.2 展望 ......................................................................................................................................35 致 謝 ...........................................................................................................................................37 參考文獻 .......................................................................................................................................38 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 1 1 緒論 1.1 本課題的設計內(nèi)容和意義 隨著我國木材深加工業(yè)的發(fā)展,木材拼接生產(chǎn)工藝技術逐漸得到了廣泛的應用,而國 外的木材拼接設備也在我國許多木材生產(chǎn)企業(yè)中大量運用。特點是使木材長度可不受樹 木生長高度和木料長短的限制,達到短材長用 [1]。然而目前國內(nèi)市場上尚未有專門用于圍 板箱這種能有效利用短材的側(cè)板的拼接自動機械或者自動線,這不得不說是木材拼接應用 領域一個較大的缺憾。 圍板箱的結構： 圍板箱是配合托盤使用的可折疊可拆卸的木箱,由托盤、箱體、箱蓋組成。常見的是 四角圍板箱和六角圍板箱兩種,即分別由4塊實木側(cè)板和6塊實木側(cè)板通過鉸鏈連接而成, 見圖1.1,可對折疊和對角折疊,容易拆開和安裝,循環(huán)利用率高,可以根據(jù)內(nèi)置產(chǎn)品的高度 來增添圍板的層數(shù)。 圍板箱的優(yōu)點： 1．圍板箱的長、寬根據(jù)托盤的尺寸確定，使用層數(shù)可根據(jù)承載物的高度來決定，最 大限度地提高箱體空間的利用率。 2．由于無釘化作業(yè)，顯著地降低了工人在裝卸過程中發(fā)生工傷的風險。 3．不存在因箱體的部分損壞而令整箱報廢的情況，對于同一尺寸，可實現(xiàn)完全互換 使用。 4．運輸時可將圍板折疊為雙層或四層相連接的木板結構擺放在托盤上，大大地減少 貯運體積，有效的降低運輸成本。 在循環(huán)包裝系統(tǒng)里，方便靈活的圍板箱有著無可比擬的優(yōu)勢。這是一種標準的物流 器具，損壞的頂蓋與側(cè)板很容易進行替換，整體循環(huán)包裝系統(tǒng)的投資比較低廉，而使用 壽命則可達十年之久這也是一種可靠的堅固的可以折疊的包裝系統(tǒng)。由于裝箱的靈活性、 對裝載物的適應性和重復使用性,圍板箱被廣泛運用于機械、化工、電子、五金以及其他 領域,此外還具有傳統(tǒng)木箱不具備的很多優(yōu)點,因而這種產(chǎn)品在國外也特別受歡迎,運用也 很普遍。 常見的圍板木箱的實木側(cè)板是由整板組成,原材料資源相對較少,價格較貴,造成生產(chǎn) 成本很高;江蘇某公司在滿足工藝強度要求的情況下使用拼接板工藝,使用兩塊窄板通過 木銷拼接的方式進行拼接?，F(xiàn)今的拼接工藝主要是手工作業(yè),整個拼接區(qū)有工人10名,每 天每人拼接板500片。在此種工藝條件下一般能節(jié)約成本33%,但是生產(chǎn)效率并不是很高。 在當前經(jīng)濟環(huán)境下,開發(fā)圍板箱的實木側(cè)板拼接自動線具有重大的意義,填補木工機械在 木材橫向拼接方面的空白,能夠大幅度降低生產(chǎn)成本,節(jié)約勞動力,使用自動線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn) 定,增強了產(chǎn)品的市場競爭力,在此特開發(fā)設計圍板包裝箱的自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置 設計。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 在20世紀50年代前，機械制造業(yè)推行的是“剛性”生產(chǎn)模式，自動化程度低，基本上是 “一個工人，一把刀，一臺機床”，導致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；為提高效 率和自動 無錫太湖學院學士學位論文 2 圖1.1 常見的圍板形狀 化程度，采用少品種、大批量的做法，強調(diào)的是“規(guī)模效益” ，以實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì) 量的目的。在 20 世紀 70 年代，主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降 低成本。 從 20 世紀 80 年代起，我國開始實行改革開放政策，引進西方的先進制造技術，同 時與西方國家解除與廣泛的合作。機械制造裝備中較多的采用了數(shù)控機床，機器人，柔 性制造單元和系統(tǒng)等高技術的集成，來滿足產(chǎn)品個性化和多樣化的要求，以滿足社會各 類消費群體的不同要求。機械制造裝備普遍具有“柔性化” 、 “自動化”和“精密化”的 特點，以便更好地適應市場經(jīng)濟的需要，適應多品種、小批量生產(chǎn)和經(jīng)常更新品種的需 要。隨著計算機技術、電子技術、先進制造技術的飛速發(fā)展，這些高新技術也被廣泛的 應用于制造業(yè)的各個領域，加速了制造業(yè)的發(fā)展和變革進程。 制造業(yè)是國名經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是科學技術發(fā)展的載體及使其轉(zhuǎn)化為規(guī)模生 產(chǎn)力的工具與橋梁。裝備制造業(yè)是一個國家綜合制造能力的集中體現(xiàn)，重大裝備研制能 力是衡量一個國家工業(yè)化水品和綜合國力的重要標準?，F(xiàn)在，我國正值“十一五”建設 期間，國家將振興裝備制造業(yè)作為推進工業(yè)結構優(yōu)化升級的主要內(nèi)容。按照立足科學發(fā) 展，著力自主創(chuàng)新、完善體制機制、促進社會和諧的總思路，組織實施國家自主創(chuàng)新能 力建設規(guī)劃和高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，大力加強自主創(chuàng)新支撐體系建設，著力推進重大產(chǎn) 業(yè)技術與裝備的自主研發(fā)，實現(xiàn)高技術產(chǎn)業(yè)由大到強的轉(zhuǎn)變，全面提升我國全面提升我 國的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力，為調(diào)整經(jīng)濟結構、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，實現(xiàn)全面建設 小康社會的奮斗目標奠定堅實基礎。 二十世紀 20 年代，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機和縫紉機等工業(yè)發(fā)展，機械制 造中開始出現(xiàn)自動線 [2]，最早出現(xiàn)的是組合機床自動線。在二十世紀 20 年代之前，首先 是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界 大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達國家的機械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目急劇增加。 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 3 條件優(yōu)點： 采用自動線進行生產(chǎn)的產(chǎn)品應有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設計和工藝應先進、穩(wěn)定、可 靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率， 穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周 期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟效益。 步驟： 1．先確定節(jié)拍時間：不論何種制品，皆在其必須完成的恰好時間內(nèi)制造。 2．單位流程：只針對一項產(chǎn)品，進行單位配件的搬運、裝配、加工及素材的領取。 3．先導器：制作以目視即能了解節(jié)拍時間的裝置。 4．U 字型生產(chǎn)線：將設備依工程順序逆時針排列，并由一人負責出口及入口。 5．AB 控制：只有當后工程無產(chǎn)品，而前工程有產(chǎn)品的情形，才進行工程。 6．燈號：傳達生產(chǎn)線流程中產(chǎn)品異狀的裝置。 7．后工程領?。荷a(chǎn)線的產(chǎn)品要因應后工程的需求。 意義： 自動生產(chǎn)線在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程， 其目標是“穩(wěn)，準，快” 。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、 商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動生產(chǎn)線不僅可以把人從繁重的體力勞動、部 分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地 提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。 應用范圍: 機械制造業(yè)中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機械裝配等自動線， 也有包括不同性質(zhì)的工序，如毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等的綜合自動線。 切削加工自動線在機械制造業(yè)中發(fā)展最快、應用最廣。主要有：用于加工箱體、殼體、 雜類等零件的組合機床自動線；用于加工軸類、盤環(huán)類等零件的，由通用、專門化或?qū)?用自動機床組成的自動線；旋轉(zhuǎn)體加工自動線；用于加工工序簡單小型零件的轉(zhuǎn)子自動 線等。 設備聯(lián)結: 自動線中設備的聯(lián)結方式有剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接兩種。在剛性聯(lián)接自動線中，工序 之間沒有儲料裝置，工件的加工和傳送過程有嚴格的節(jié)奏性。當某一臺設備發(fā)生故障而 停歇時，會引起全線停工。因此，對剛性聯(lián)接自動線中各種設備的工作可靠性要求高。 在柔性聯(lián)接自動線中，各工序(或工段)之間設有儲料裝置，各工序節(jié)拍不必嚴格一致， 某一臺設備短暫停歇時，可以由儲料裝置在一定時間內(nèi)起調(diào)劑平衡的作用，因而不會影 響其他設備正常工作。綜合自動線、裝配自動線和較長的組合機床自動線常采用柔性聯(lián) 接。 傳送系統(tǒng): 自動線的工件傳送系統(tǒng)一般包括機床上下料裝置、傳送裝置和儲料裝置。在旋轉(zhuǎn)體 加工自動線中，傳送裝置包括重力輸送式或強制輸送式的料槽或料道，提升、轉(zhuǎn)位和分 無錫太湖學院學士學位論文 4 配裝置等。有時采用機械手完成傳送裝置的某些功能。在組合機床自動線中當工件有合 適的輸送基面時，采用直接輸送方式，其傳送裝置有各種步進式輸送裝置、轉(zhuǎn)位裝置和 翻轉(zhuǎn)裝置等對于外形不規(guī)則、無合適的輸送基面的工件，通常裝在隨行夾具上定位和輸 送，這種情況下要增設隨行夾具的返回裝置。 控制系統(tǒng): 自動線的控制系統(tǒng)主要用于保證線內(nèi)的機床、工件傳送系統(tǒng)，以及輔助設備按照規(guī) 定的工作循環(huán)和聯(lián)鎖要求正常工作，并設有故障尋檢裝置和信號裝置。為適應自動線的 調(diào)試和正常運行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整、半自動和自動。在調(diào)整狀態(tài) 時可手動操作和調(diào)整，實現(xiàn)單臺設備的各個動作；在半自動狀態(tài)時可實現(xiàn)單臺設備的單 循環(huán)工作；在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作。 控制系統(tǒng)有“預?！笨刂茩C能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完成一 個工作循環(huán)、各機床的有關運動部件都回到原始位置后才停車。自動線的其他輔助設備 是根據(jù)工藝需要和自動化程度設置的，如有清洗機工件自動檢驗裝置、自動換刀裝置、 自動捧屑系統(tǒng)和集中冷卻系統(tǒng)等。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須保證自動線的工作可靠 性。影響自動線工作可靠性的主要因素是加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和設備工作可靠性。自動線 的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā) 展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。 發(fā)展前景: 數(shù)字控制機床、工業(yè)機器人和電子計算機等技術的發(fā)展，以及成組技術的應用，將 使自動線的靈活性更大，可實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化。多品種可調(diào)自動線， 降低了自動線生產(chǎn)的經(jīng)濟批量，因而在機械制造業(yè)中的應用越來越廣泛，并向更高度自 動化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。 維修保養(yǎng): 自動生產(chǎn)線節(jié)省了大量的時間和成本，在工業(yè)發(fā)達的城市，自動生產(chǎn)線的維修成為 熱點。自動生產(chǎn)線維修主要靠操作工與維修工來共同完成。 自動生產(chǎn)線維修的兩大方法: 同步修理法：再生產(chǎn)當中，如發(fā)現(xiàn)故障盡量不修，采取維持方法。使生產(chǎn)線繼續(xù)生 產(chǎn)到星期天，集中維修工，操作工，對所有問題，同時修理。設備在星期一正常全線生 產(chǎn)。 分部修理法：自動生產(chǎn)線如有較大問題，修理時間較常。不能用同步修理法。這時利用 星期天，集中維修工，操作工對某一部分，進行修理。待到下個星期天，對另一部分進 行修理。保證自動生產(chǎn)線在工作時間不停產(chǎn)。另外，在管理中盡量采用予修的方法。在 設備中安裝計時器，記錄設備工作時間，應用磨損規(guī)律，來予測易損件的磨損，提前更 換易損件，可以把故障以前消滅。保證生產(chǎn)線滿負荷生產(chǎn)。 自動生產(chǎn)線的保養(yǎng): 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 5 電路、氣路、油路及機械傳動部位(如導軌等)班前班后要檢查、清理 ；工作過程要 巡檢，重點部位要抽檢，發(fā)現(xiàn)異樣要記錄，小問題班前班后處理(時間不長)，大問題做 好配件準備；統(tǒng)一全線停機維修，做好易損件計劃，提前更換易損件，防患于未燃。 在國內(nèi)，圍板箱是一款可反復循環(huán)使用的新型包裝，適用于緊固件、金屬球、沖壓件等 不規(guī)則產(chǎn)品的包裝，是出口到歐洲的產(chǎn)品包裝的不二選擇。圍板箱基本以木板為主要材 料，側(cè)板大多數(shù)都是采用模板或者大板制作，使得材料的選取過于苛刻，而且成本比較 高。圍板箱的生產(chǎn)也主要以人工為主，木板加工以半自動化為主。 而國外，德國 KTP 公司可以說是制造圍板箱的代表，經(jīng)過其幾代人的努力，現(xiàn)今已經(jīng)研 制出了可折疊式塑料圍板箱（見圖 1.2） 。其生產(chǎn)方式也采用了全自動化的生產(chǎn)線模式， 箱子規(guī)格也都已經(jīng)基本標準化，方便統(tǒng)一規(guī)格生產(chǎn)。 圖 1.2 國外先進的圍板箱 從國內(nèi)外發(fā)展情況來看，國內(nèi)外的圍板箱生產(chǎn)具有以下的優(yōu)缺點： （1）在國內(nèi)，圍板箱的規(guī)格可以根據(jù)買家的要求來制定，比較方便靈活；在國外， 圍板箱的規(guī)格趨于標準化，方便一體化生產(chǎn)，銷售，物流規(guī)格可漸漸統(tǒng)一，適應以后的 發(fā)展前景。 （2）在國內(nèi)，圍板箱各部分不存在因箱體的部分損壞而令整箱報廢的情況，對于同 一尺寸，可實現(xiàn)完全互換使用；在國外，部分圍板箱已經(jīng)趨于一體化，防水，防塵，全 面保護物品，存儲較方便。 （3）在國內(nèi)，使用木板為主材料，成本低廉；在國外，開始使用可完全回收利用的 塑料，從而減少樹木的砍伐，保護環(huán)境。 （4）在國內(nèi)，圍板箱的生產(chǎn)方式采取以半自動化為主，有訂單再生產(chǎn)的方式；在國 外，圍板箱的生產(chǎn)方式采取全自動化生產(chǎn)線的模式。 總的來說，國外的標準化生產(chǎn)模式是可以借鑒的，但由于國內(nèi)基本情況的限制，所 以在國內(nèi)圍板箱的基本材料還是以木板為主材料。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 7 2 總體結構設計 2.1 圍板的參數(shù)（單位：mm） 長木板的參數(shù)： 拼接前：長=600，寬=60 ，高=10 拼接后：長=600，寬=120，高=10 短木板的參數(shù)： 拼接前：長=400，寬=60 ，高 =10 拼接后；長=400，寬=120，高=10 木銷參數(shù)：長=60，直徑=6 長板木板打孔位置見圖 2.1，從右邊往左，依次打孔，第一個孔距離邊是 100，再往 右依次 200 打兩個孔，孔的直徑為 6。短板打孔也是如此，但是只打兩個孔。 圖 2.1 木板孔的位置 2.2 自動線生產(chǎn)流程 由于所加工的產(chǎn)品結構比較簡單由于所要加工的產(chǎn)品結構比較簡單,工位較少,采 用 直線型同步順序組合自動線,各自動機用傳送工件裝置連接起來,以一定的生產(chǎn)節(jié)拍進行 生產(chǎn),無儲存裝置,自動線前端設置料倉，這樣生產(chǎn)率較高，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。流程圖見 圖 2.2。 圖 2.2 生產(chǎn)線流程 整個自動生產(chǎn)線的前方為自動上料裝置，自動上料裝置采用升降機構用水平推料方 式推最上面一塊板。上料輸送機將堆垛木板的托盤送至升降機并將空托盤帶回，升降機 帶動托盤上升到指定高度，推板機將一層木板從升降機上推至過渡輥臺并逐疊將木板推 入鉆孔工序。推板機推板時，過渡輥臺將升降機上的非動作層木板擋?。幻慨斖瓢鍣C將 一層木板推走，升降機就帶動托盤上升到指定高度，等待推板機推動下一層木板。木板 自動 上料 定位 鉆孔 木銷 拼接 無錫太湖學院學士學位論文 8 推出后會到達鉆孔工作臺，鉆孔工作臺上方的壓緊塊在氣缸的推動下壓緊木板從木板的 側(cè)面進行鉆孔，鉆孔工位完成后，由步進電機控制輸送帶，讓木板繼續(xù)縱向移動，進入 拼接工位。到達位置后，上方輥子往下壓，并進行逆時針運動，下方的輥子進行順時針 運動，夾住木板使木板順利的進入到拼接工位。與此同時，在輥子夾住木板時，前方鉆 孔工作臺上的壓緊裝置張開，并且退回起始位置。 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 9 拼接裝置包括木銷的上料和木板的橫向側(cè)壓。在圖 2.3 內(nèi)，主要畫出了木銷自動上 料的裝置，料斗下部的一排木銷通過帶槽滾筒旋轉(zhuǎn),不僅可以將木銷逐根分離供給,而且 還能防止木銷出現(xiàn)卡住的情況。料斗下方，設置有槽式上料器，上料器有三個容納木銷 的的槽，接受從料斗落下的木銷。不僅有上料的作用，還有定位的作用，當木銷向左運 動時，木銷會被送到與木板對應的孔的位置。木銷具體的拼接如圖 2.4 所示，當木銷被 送到對應位置的時候，木板由于側(cè)面的氣缸提供的側(cè)壓力進行橫向運動，從而進行拼接。 為了使工件加工后符合圖紙的技術要求，就必須保證工件的加工精度。這樣就要求 我們在安裝夾緊工件時不但要保證工件的位置正確，而且要保證工件的位置準確，并使 工件在整個加工過程中始終保持這一正確位置，以便消除任何影響工件加工精度的移動 或轉(zhuǎn)動的自由度，確保工件的尺寸精度和位置精度。工件的專用夾具就是根據(jù)工件加工 的特定工序而設計，安裝時只要工件靠牢夾具的定位元件，并用夾緊機構將其夾緊就可 迅速可靠地保證工件占有正確的位置。 圖 2.3 拼接工序 2.3 生產(chǎn)節(jié)拍的確定 生產(chǎn)線的節(jié)拍是指連續(xù)完成相同的兩個產(chǎn)品之間的間隔時間。即指完成一個產(chǎn)品所 需的平均時間。生產(chǎn)工藝平衡即是對生產(chǎn)的全部工序進行平均化，調(diào)整各作業(yè)負荷，以 使各作業(yè)時間盡可能相近。通過平衡生產(chǎn)線，可以提高操作者及設備的工作效率；可以 減少單間產(chǎn)品的工時消耗，降低成本；可以減少工序的在制品，真正實現(xiàn)有序流動；可 以在平衡的生產(chǎn)線基礎上實現(xiàn)單元生產(chǎn)，提高生產(chǎn)應變能力，應對市場變化。 無錫太湖學院學士學位論文 10 生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍 可根據(jù)公式（2.1）計算it 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 11 (2.1)?1 60NTti? 式中，T 為年基本工時，一般規(guī)定，按一班制工作時為 2360h/年，按兩班制工作時為 4650h/年； 為復雜系數(shù)，一般取 0.65-0.85，復雜的生產(chǎn)線因故障導致開工率低些，1? 應取低值，簡單的生產(chǎn)線則取高值；N 為生產(chǎn)線加工工件的年生產(chǎn)綱領（件數(shù)/年） 。 ??pqn21?? （2.2） 式中，q 為產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺數(shù)/年） ；n 為每臺產(chǎn)品所需生產(chǎn)線加工的工件數(shù)量（件數(shù)/ 臺） ；p1 為備品率；p2 為廢品率。 根據(jù)生產(chǎn)綱領及自動線形式,按照工件傳送的平穩(wěn)性的原則確定圍板的實木側(cè)板拼接 自動線的生產(chǎn)節(jié)拍為 3 部分:自動上料、定位鉆孔和木銷拼接,在時間上確保上料、鉆孔、 拼接各部分耗時相等,使自動線的生產(chǎn)率達到最大化 [3]。 2.4 機架結構的確定 考慮到生產(chǎn)工藝要求及廠房面積,圍板的實木側(cè)板拼接自動線有效工作高度設計在1 m,長度控制在3 m以內(nèi)。為了縮短自動線的長度,考慮推送機構的氣缸放在工作臺下面,同 時安裝放大行程機構,縮短氣缸的行程,從而縮短自動線的長度。機架、料倉、氣缸架均采 用型材組焊的形式拼成框架式結構 [4]。 2.5 控制系統(tǒng)的確定 控制部分經(jīng)比較選擇PLC控制 [5]。若用單片機控制,單片機的制造工藝決定了其對工 作環(huán)境要求較高。當單片機運行一定時間后,元器件工作會出現(xiàn)不穩(wěn)定,可靠性差等情況。 當用其驅(qū)動步進控制器時就會出現(xiàn)丟步和失步的情況,從而影響加工送料精度;若采用電氣 控制，電路將十分復雜，成本較高，有點大材小用; 而PLC控制,結構較簡單,成本也不高,尺 寸精度也能滿足要求。 PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制器件,具有功能強,應用面廣 的等諸多優(yōu)點。由于采取了先進的抗干擾技術,即便在較差的環(huán)境下工作PLC也具有很強 的可靠性 [6]。 無錫太湖學院學士學位論文 12 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 13 3木板上料裝置的設計 3.1 木板上料裝置的要求 機床上下料裝置是將待加工工件送到機床上的加工位置和將已加工工件從加工位置 取下的自動或半自動機械裝置，又稱工件自動裝卸裝置。大部分機床上下料裝置的下料 機構比較簡單，或上料機構兼有下料功能，所以機床的上下料裝置也常被簡稱為上料裝 置。按照自動化程度，機床的上下料裝置分為人工上下料裝置和自動上下料裝置兩類。 人工上下料通常借助傳送滾道或起重機等設施，通過人工操作進行機床的上下料，主要 適用于單件小批生產(chǎn)或大型外形復雜的工件。相反，在大批量的生產(chǎn)重，為了提高生產(chǎn) 效率、降低勞動強度，通常采用自動化的上下料裝置，如料倉式，料斗式或機器人等。 而我所設計的是自動化的上下料裝置。 機床的上料裝置的設計原則： （1）上下料時間要符合生產(chǎn)節(jié)拍的要求，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率。 （2）上下料工作力求平穩(wěn)，盡量減少沖擊，避免工件產(chǎn)生變形或損壞。 （3）上下料裝置要盡可能結構簡單，工作可靠，維護方便。 （4）上下料裝置應有一定的結構范圍，盡可能地滿足各種不同工件的上下料需求。 3.2 木板上料的流程 木板上料裝置主要是由上料輸送機構、升降機構、推板機構、過渡輥臺四部分組成 其工作流程如圖3.1所示。上料輸送機將堆垛木板的托盤送至升降機并將空托盤帶回，升 降機帶動托盤上升到指定高度，推板機將一層木板從升降機上推至過渡輥臺并逐疊將木 板推入鉆孔工序。推板機推板時，過渡輥臺將升降機上的非動作層木板擋?。幻慨斖瓢?機將一層木板推走，升降機就帶動托盤上升到指定高度，等待推板機推動下一層木板。 圖3.1上料裝置 3.3 升降臺的設計 3.3.1 運動學分析 該木板上料機升降裝置為雙層結構,每一層的結構、運動特性和受力特點完全相同。 為簡化計算所以取單層結構進行分析,其運動簡圖如圖 3.1.2 所示。由圖 3.1.2 可知:驅(qū)動力 F 作用在 D 處, A 點速度垂直向上 ,記為 , D 點速度水平向左,記為 。此機構為平面機構,hVlV 分析速度時可用速度瞬心法求解。記 AD、BC 桿長均為 L,AC 桿的瞬心角速度為 ,AC 的? 瞬心為 B 點。 所以 A 點的運動速度為 半成品 木板堆 托盤 輸送機構 推板機構 升降臺 過度輥臺 鉆孔 工序 無錫太湖學院學士學位論文 14 ??cosLVh? （3.1） D 點的速度為 tghlsin （3.2） 由此可知, D 點水平速度 如果保持定速,則 AB 的升降速度 與 有關。而若使 AB 的升lVhV? 降速度 為勻速 ,則水平傳動速度 應為可調(diào)速度。hVl 下面以該上料機采用的升降機構為例分析計算。已知參數(shù):單層行程 ,最低位置m50?? °,最高位置 °。由式(3.2)可知:10??502?? (1)當 A 取最小值 10°時, 為最大值 5.671 ;hVlV (2)當 A 取最大值 50°時, 為最小值 0.840 。l 又由 可以計算出 L=844.6mm,即 AD、BC 桿的長度均為 844.6mm。)sin(i12??Lh 3.3.2 動力學分析 仍然以單層機構為研究對象,假設其中的各約束為理想約束。已知載荷力 Q,水平推力 F。根據(jù)虛位移原理 ,作用于該質(zhì)點系的所有主動力在任何虛位移中所做的虛功之和為零。 即 0)(???ziyixiF?? （3.3） 由圖 2 可得 ?sin coLyqxFQyX?? （3.4） 變分計算得 ??sixF? （3.5） ?coLyQ? 將式(3.5) 代入式(3.4)并整理得 tg 由此可知載荷 Q、角度 與水平驅(qū)動力 F 的關系。 3.4 過渡輥臺設計 3.4.1 過渡輥臺設計要求 在木板自動上料系統(tǒng)中，過渡輥臺是銜接升降機、推板機和翻板輸送機的橋梁，應 滿足木板貯放和準確推擋非動作層木板兩大基本功能。對貯放功能的設計要求主要是應 具有足夠的承載能力、保證小摩擦阻力和對木板導向。而對準確推擋非動作層木板功能 的設計要求則主要是針對能防止木板堆垛傾斜情況以及保證足夠的剛度。 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 15 3.4.2 過渡輥臺結構 由過渡輥臺的設計要求可知，過渡輥臺應由機架、輥臺和擋板裝置組成。機架采用 焊接式，其上安裝導向板為木板移動導向；輥臺采用輥子組合而成，用于貯放木板并配 合推板機推板；擋板裝置是過渡輥臺的核心部分之一，用于推擋升降機上的非動作層木 板。 圖3.1.2升降臺簡圖 3.4.3 過渡輥臺的尺寸參數(shù)計算 過渡輥臺的傳輸方式有以下幾種：（1）牽引鏈條傳動式:其缺點是傳動噪音大,且輸 送機線路在水平面內(nèi)彎曲半徑大。 （2）電動輥子式:其缺點是要實現(xiàn)積放功能要有復雜的 電氣控制,且不能較好地保證積放位置的準確性,另外電動輥子成本昂貴。牽引鋼絲繩和輥 子接觸傳動式:其輸送線路雖可水平彎曲,但缺點是結構復雜 ,因為要保證鋼絲繩和輥子間有 足夠大的摩擦力,必須在沿線安裝有足夠多的張緊輪。 （3）牽引平皮帶和輥子接觸傳動式: 其缺點是輸送線路不能在水平面內(nèi)彎曲,另外沿線也需要足夠多的壓緊輥子,實現(xiàn)輥子的積 放功能所需結構復雜。 （4）通軸式摩擦輪或傘齒輪傳動式:其缺點是傳動噪音大,且安裝精 度要求高,制造成本亦較大。這邊我們選取的是第一種，牽引鏈條傳動式。 無錫太湖學院學士學位論文 16 （1）輥子長度 對于木板來說，在不影響正常運輸和安全的條件下，直線段輥子長度的計算公式如 下所示: BLg??? 其中: : 輥子長度，mm B: 件貨寬度，mm : 寬度裕量( 50 ～100) ，mm? 取 B =60mm，查表 3.4.1 得 =100mm。gL 表 3.4.1 棍子長度（mm） 100 125 160 200 250 325 400 500輥子 長度 630 800 1000 1250 1400 1600 1800 2000 （2）輥子間距 輥子間距應該滿足運行中貨物穩(wěn)定性要求，即一般情況下按照下式選取: 3/LP? 其中: L———貨物長度 對要求平穩(wěn)的物品 ，LP)5/1~4(? 取 查表 3.4.2 可取 P=160mmm1504/ 表 3.4.2 棍子間距（mm） 輥子 間距 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 （3）輥子直徑 輥子軸徑與輥子的承載能力有關，可按照下式選取 ][F? [F]: 作用在單個貨物上的載荷，N; )/(21nkmgF? 其中: m: 單件貨物的重量 : 單列輥子的有效支承系數(shù)，與貨物的地面特性及輥子平面度有關，一般可取 lK =0.7，對于底部剛性很大的貨物可取 =0.5。l lK NnkgF417.08921??? 選取輥子直徑為 50mm。 表 3.4.3 棍子直徑的選取 輥子直徑 50 60 76 89 108 輸送速度（m/s） 0.1 , 0.125 , 0.16 , 0.2 , 0.25 , 0.32 電機功率（kw） 0.25 , 0.37 , 0.55 , 0.75 0.37 , 0.55 , 1.1 單個輥子允許載荷 圍板包裝箱自動生產(chǎn)線上料與拼接裝置設計 17 1000 0.3 0.7 1.0 2.9 5.0輥子長度 （mm） 1250 0.75 2.0 3.9 （4）過渡輥臺高度 根據(jù)升降臺的參數(shù)和表 3.4.4，選取過渡輥臺高度為 630mm 表 3.4.4 棍臺高度（mm） 過渡輥臺高度 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 （5）機架長度 由于木板的參數(shù)規(guī)格最長的是 600mm，而且有導軌長度，根據(jù)表 3.4.5，選取機架長 度為 1000mm。 表 3.4.5 機架長度（mm） 機架長度 1000 1500 2000 3000 6000 （6）輸送速度的選取 輥子輸送機的輸送速度是根據(jù)生產(chǎn)率和工藝要求確定的。重力式輥子輸送機的速度 不能大于 2m/s，否則物件在轉(zhuǎn)彎處會飛出輸送機，有利的速度為 0.3ms ～ 0.5m/s。驅(qū) 動型輥子輸送機的最大