产品开发课程设计--订书机改良设计.doc

课 程 设 计 说 明 书课程设计说明书 课 程 名 称: 产品开发课程设计 课 程 代 码: 6004029 题 目: 订书机改良设计 学院(直属系) : 机械工程与自动化学院 年级/专业/班: 2010/机设/1 学 生 姓 名: 荣红江 学 号: 312010080301129 指 导 教 师: 陈守强 课 程 设 计 说 明 书目录摘要1 订书机可行性论证- 2 -1.1订书机机开发的目的与意义- 2 -1、需求的分析与认识- 2 -1.2订书针规格- 3 -2产品原理设计- 7 -2.1 订书机的总功能- 7 -2.1.1 订书机的分功能- 7 -2.2.2 产品工作原理- 10 -2.2.3 零件与零件之间的联结方式和特点说明- 11 -2.2 主要零件所选用材料的依据- 11 -3 产品原理设计- 13 -4总体设计- 15 -5 心得体会- 16 -参考文献- 17 - 1 - 课 程 设 计 说 明 书摘要:针对机电一体化产品为样机。通过市场调研、查找相关资料，进行产品开发的可行性论证。完成可行性报告。分析、构思出产品系统总功能和功能分解，并进行功能分解画出功能结构图，进行功能原理分析、构思出系统总的功能原理图，进行原理方案评价，确定产品的技术参数；整机工作循环图绘制。 本课程设计在于让我们对机械产品开发的过程和方法步骤有一个完整的经历，学习掌握调查收集信息，资料获取的具体方法，学习掌握可行性论证应该包括的内容，掌握用系统设计的思想和方法对产品进行功能原理设计的过程，掌握机械工艺动作分析、分解，功能原理分析和功能分解。 最初的订书机是相当复杂的，因为它有那么多道操作的步骤。因此，在1894年采用了一种制造工序，该工序首先将铁线轧断并弄弯，做成一串“U”形订书钉。这些钉子可以装进一个简单得多的机器里，该机器可以把这些钉子嵌入纸张中。这个机器就是如今订书机的原型。关键词： 订书机 产品开发 系统设计 功能设计Abstract: Based on the integration of mechanical and electrical products for the prototype. Through market research, to find relevant information, feasibility study for product development. Completion of the feasibility report. Analysis of the general function, and function of product system decomposition, and functional decomposition to draw the structure chart of the function, the function principle analysis, design drawing function principle of the total system, carried out the principle of program evaluation, to determine the technical parameters of product; whole working cycle diagram.This course is designed to allow us to process and method of mechanical product development steps for a complete experience, learning and mastering the investigation and collection of information, the specific method of data acquisition, learning and mastering the feasibility study should include content,grasp the process of product function design idea and method of system design, analysis, decomposition of master the mechanical process, functional analysis and function decomposition.The stapler was initially quite complicated, because it has so many operation steps. Therefore, in 1894 adopted a manufacturing process, the process will be the first wire rolling off and curved, into a U shaped staple. These nails can be loaded into a much more simple machine, the machine can make these nails embedded in the paper. This machine is now a stapler prototype.Keywords: design function stapler product development system design1 订书机可行性论证1.1订书机机开发的目的与意义 1、需求的分析与认识目前市场上办公文具产品中用于搜集整理文件资料的主要有订书机，胶水，文件夹等，这里我选择了其中相对比较常用的订书机作为我这个毕业设计的研究对象。首先是市场现状的分析，市场上的办公文具类产品普遍存在这样一个问题，在设计上仅仅满足于一定的使用功能，忽视产品的新功能。外观上同质化严重 ， 缺少独特的品牌个性特征 ， 难以打动消费者。而且假冒伪劣商品盛行，大大降低了品牌信誉。设计与企业活力紧密相关，设计左右着企业的形象。好的产品设计在无形中提升了企业的形象，使其在剧烈的市场竞争中树立突出的、新颖的、令公众可信任的，不断开拓发展的形象。设计不仅是设计产品，同样设计着企业文化的本身。 当然也有一些比较好的订书机的设计，比如在结构上的改良，使用上了更省力的杠杆原理的设计；还有在装订的效果上融入了企业的文化，将一个公司印章与订书机结合，每当装订的时候都会在文件上留下自己公司的符号。也有在订书机上添加一个日期的表盘，在我们装订文件资料的同时就会印上当时设定好的日期，方便文件按日期的分类。我们需要更多这样的好的设计。办公文具类产品在我们的日常工作中所扮演的是一个很重要的角色，不但关系影响到我们的工作效率，同时还会对我们的工作质量有一定的影响。一个好的办公工具甚至可以带来我们一天活力，以最好的状态投入到工作中，当然一个不适用的工具将会影响到一天的好心情，还有可能会拖累搞砸一些其他做得好的工作。通过调查分析我们得出办公文具类产品市场的现状和解决的方案。要设计一个什么样的产品才比较符合人们的审美，什么样的色彩和造型才会在办公室这个环境中显得比较协调。同时满足人们对功能上的需求。2、对该产品改良意见通过前期的一些资料的搜集以及订书机市场现状调研的分析，我们了解到这样一个情况办公室是最常用的订书机的场所，所以我们需要一个在色彩造型上都和办公场所比较搭调的订书机，办公室大多都是以比较明亮的浅色为主，因为比较明亮的工作环境可以缓解人们比较紧张的工作压力，比较强烈的色彩会刺激人的神经，不利于缓和人们的情绪。所以我们的订书机也是要浅色为主。那么接下来我们需要考虑的是一个装订效果的问题，现在市场上的订书机在怎么省力这方面的研究的是比较多的，但在装订效果这一方面就稍微少点，订书机是一个整理文件资料的工具，整齐好文件用订书机打钉固定好文件这可能是我们整理文件资料的最后一个动作，但是有些时候这一个小动作却要花透我们心思。很多人已经厌倦了文件上横七竖八不整齐排列的钉子，他们需要得到一个跟办公环境一样整洁的效果。怎样在整齐的文件资料上订出一排整齐的钉子？在这里我们所要解决的就是这个问题。在订书机的这一个改良设计中，我增加了一个挡板的结构在订书机的底座上使我们所下的钉都会在同一条直线上，这样我们就满足了整齐的这一效果，同时再增加一个刻度这样挡板还可以在订书机底座的轨道上滑动以定位。这样可以满足不同的距离上的需求。另外还在挡板上做了一个90度的槽，以满足在文件的直角上装订的特殊需求。如此我们就得出了一个更适合消费者使用的产品 1.2订书针规格订书钉规格有：26/6、24/6（369）、10#、23/6-24，封箱钉3516、18、19等。1.3现有市场上订书机种类（1）手握式订书机 一种能从任意角度进行装订的全方位订书机，它由底座、送钉机构、压钉机构和支撑臂构成，支撑臂的末端与底座后端上的垂直支架活动铰接，支撑臂的前端与压钉机构的前端活动铰接，压钉机构的末端和送钉机构的末端活动铰接，压钉机构和送钉机构可以同步地绕压钉机构与支撑臂的铰接处相对于底座作转动，底座前端面上设有环形折钉槽，这样使得书钉位于任何角度时订书机都能正常工作，操纵方便灵活，进步了工作效率。 图1-1分析：这款订书机和按压订书机的不同，原理类似平时用的夹子，体积较大。装订的页数较多，（2）360度转头塑胶订书机图1-2分析：这款订书机采用了360度转头，解决了人们转纸的麻烦，设计更加人性化，更加方便使用。（3）手握立式标准订书 图1-3分析：立式的订书机更加节省空间，适合在办公室使用或要求节约空间的地方使用。（4）标准塑胶订书 本实用新型公然了一种多功能装订机，包括底盘、机体、送线装置、切刀、装有穿针的主轴及活动压脚，其装置点是在对应穿针的底盘内设有带线轮的梭心、转盘、固定梭心套，固定梭心套呈杯状开有穿针槽，穿针槽外设挡壁，转盘上设有引线壁，梭心设有扣住引线壁的线钩及回线件，底盘内还设有作用于转盘的传动机构。传动机构使梭心、转盘的动作和主轴、穿针的上升动作联动，将装订中打孔和系线绳合为一个动作自动完成，装订速度快，进步了效率，并具有操纵简便的优点。图1-4分析：塑料的发明使人类的生活变得更加丰富多彩，塑料的外壳不仅坚固，而且色彩亮丽。（5）迷你订书机此款订书机造型时尚，颜色鲜艳，手感舒适。上层有磨砂感电镀光亮且十分实用，是办公家居的好帮手。图1-5分析：体积小巧，色彩鲜艳，方便携带，适合学生等经常使用装订的人群使用。（6）重型加厚订书机新型提供了一种强力订书机，由腔体、固定座及手压柄组成，腔体内设有弹力板、动作板和钉槽，由肋、动作板槽将弹力板及动作板定位在腔体内，腔体外侧后端设有两个铰销与固定座后端两侧对应位置设置铰接孔铰接，动作板上设有两个窗口，可分别插进手压柄和弹力板的前端，钉槽由内槽板和外槽板组成，装在腔体内下方。本实用新型具有极强的弹性作用力，不仅适用于厚纸、厚文件的装订，还适用于订进各种墙壁及硬塑料板上。图1-6分析：此类订书机常用于专门转订书籍的场所，如印刷厂、复印店等。（7）电动订书机 在具有在与冲出订书钉的冲钉部相对地设置的同时而可以上下移动地安装在订书机壳体上的工作台、在工作台移动的情况下并在由所述冲钉部夹持装订纸张时从所述冲钉部中朝向该装订纸张地冲出订书钉的驱动件的电动订书机中，通过使工作台100以设置在订书机壳体10的底架12的侧板部24、25上的轴为中心地转动，而使工作台100上下移动为了以订书钉存放框部的自重按压订书钉且穿过并装订文件摞等，通过订书钉存放框部和臂部以枢轴为支点的上下运动来压下被存放于订书钉存放框部中的订书钉，同时订书钉存放框部以枢轴部为支点压紧文件摞并将订书钉贯串，并且为了将订书钉存放框部及臂部恢复到装订文件摞的原来位置，在订书钉存放框部的下部安装了弹性体，另外还将防止变形部件嵌装在订书钉存放框部的前端，以防止订书钉存放框部因频繁使用而变形。 电动订书机，为了以订书钉存放框部的自重按压订书钉且穿过并装订文件摞等，通过订书钉存放框部和臂部以枢轴为支点的上下运动来压下被存放于订书钉存放框部中的订书钉，同时订书钉存放框部以枢轴部为支点压紧文件摞并将订书钉贯串，并且为了将订书钉存放框部及臂部恢复到装订文件摞的原来位置，在订书钉存放框部的下部安装了弹性体，另外还将防止变形部件嵌装在订书钉存放框部的前端，以防止订书钉存放框部因频繁使用而变形。其目的在于提供一种能稳定地订钉，并简化构造、因在订书钉存放框部安装了防止变形部件，而能获得稳定的装订能力的电动订书机。图1-7分析：这款订书机以电能为动力，更加方便了人们的装订，是未来订书机发展的趋势。（8）无订订书机 无针订书机不用订书针，就能轻松把几张纸订在一起它对于装订一般的纸张，发票等都没有问题，使用方便，省时省力，非常适合装订少量文件时使用。无针订书机环保设计，时尚先锋，永不伤手。尤其适合装订票据，简单文件等。再也不用因为装订错了而要使用工具用劲去撬。避免了对碎纸机的损坏.它适合商务会议，促销活动，有多处丝印位置。图1-8分析：无订订书机是环保设计，并且没有了被订到手的危险，也是未来订书机发展的趋势，但是使用寿命较短。1.4 现有订书机存在的一些不足（1）一次只能装订30页左右的印刷纸，页数再多时，就需要非常大的力气才能使用，不但不方便使用，而且容易造成订书机的损坏（2）无法观察订书机内部订书钉的具体情况，当订书订用完或者卡订时，使用者无法知道，降低了使用效率。（3）采用骑马钉时需要另购专用的加长型订书机，增加了成本。（4）订订的位置、方向只能靠使用者目测，易使钉订歪斜，影响装订美观。 有些订书机体积较大不容易携带，而体积小的订书机装订的页数又较少，并且存在携带时误伤到手的危险。2产品原理设计2.1 订书机的总功能 订书机操作指令S E 纸 MS 显示M 订好的成品 噪声 图2-1 订书机黑箱图2.1.1 订书机的分功能 根据产品的功能重要性，将订书机功能分为主要功能、次要功能和辅助功能。主要包括装针功能和订针功能，次要功能包括改变针头装订形状功能，辅助功能包括防滑、防噪功能。装订形状功能可分为顶出针头模具功能、更换针头模具形状功能、回程固定针头模具功能和定位针头模具功能；防滑和防噪功能；商标展示功能。装针功能主要功能订针功能改变针头装订形状功能次要功能订书机功能防滑功能防噪功能辅助功能商标展示功能 图2-2订书机功能 每个功能按其实现步骤又可以分为一些子功能。其中装针功能可以分为开盖功能即打开端盖功能、装针功能、固定针功能及合盖功能；订针功能也可以细分为进书功能、半自动进针功能、装订功能、自动退顶子功能、自动回弹功能和退书功能；改变针头模具形状功能、回程固定针头模具功能和定位针头模具功能；防滑和防噪功能；商标展示功能。开盖功能退针功能装针功能装卡功能装针功能左右固定功能固定针功能前后固定功能上下固定功能盒盖功能进书功能自动进针功能半自动进针功能手动进顶子功能订针功能穿透功能装订功能针头弯曲成形功能订书机子功能自动退顶子功能退书功能顶出模具改变针头形状功能更换模具固定模具定位模具防滑功能防噪功能商标展示功能 图2-3订书机子功能2.2.2 产品工作原理 小型订书机的工作原理是在人手用力按压订书机端盖时，顶子、针及卡具会绕连接销转动，随着人手力量的持续施加，顶子会转动到脱离其自然状态，此时顶子会绕连接销上下做略大于一个针高的近似上下运动、端盖弹簧压缩、弹片压缩，随之会带动针的向下运动，在运动一定距离后针会接触到需要装订的物体并在人力的作用下穿过物体，针在穿过物体后会碰到模具，针头弯曲，从而实现针与物之间的穿透装订；在完成装订后，人撤去对针头端盖的力的作用，此时弹片会回弹，针、卡具、顶子及端盖会在弹力的作用下回升，之后端盖弹簧的回弹使顶子和端盖再次回升，顶子脱离卡具；推程弹簧的扩张使针再次进给，从而使订书机恢复到初始状态，等待再次装订。人手的按压顶子、针及卡具绕连接销转动顶子、针及卡具绕连接销转动针向下移动顶子绕连接销继续转动、弹片压缩、端盖弹簧压缩人手撤力针头碰到模具、针头弯曲针头穿透所需装订物品端盖弹簧回弹针、卡具、顶子和端盖回升弹片回弹推程弹簧扩张，针的再次进给，恢复初始状态顶子、端盖的再次回升，脱离卡具 图2-4订书机的工作原理2.2.3 零件与零件之间的联结方式和特点说明 订书机的主要零件有端盖、端盖弹片、顶子、端盖弹簧、支座、联接销、推程弹簧、中央支架、垫片、弹片、卡具、定位轴、钉子顶子、模具、固定弹簧、顶力轴、商标、底座。 零件与零件之间的联接方式主要有端盖与中央支架的销联接、端盖与顶子的焊接、端盖弹片与中央支架的销联接、卡具与中央支架的销联接、定位轴与卡具的焊接、定位轴与推程弹簧的焊接、推程弹簧与钉子顶子的焊接、中央支架与支座的销联接、垫片与支座的销联接、支座与底座的过盈配合、商标与支座的过盈配合、模具与顶力轴的焊接、顶立轴与固定弹簧的约束和模具与底座的约束。 将零件与零件的联接方式统计，主要联接方式有销联接、焊接、过盈配合和约束。 销联接的主要特点是销孔需要铰制，多次装卸后会降低定位的精度和联接的紧固性，只能传递不大的载荷，直径公差带有m6(A型)、h8(B型)、h11(C型)和u8(D型)四种，以满足不同的配合要求。订书机中的销联接又有两种，一种是定位销，另一种则是联接销。定位销联接是中央支架与弹片、底座和垫片的联接，联接销则是中央支架与端盖、端盖弹片和卡具的联接。焊接的主要特点有焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。焊接结构有较大的焊接应力和变形。焊接接头具有较大的性能不均匀性。焊接接头中存在一定数量缺陷。焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比有以下优点。节省了金属材料，减轻结构重量，且经济效益好。（焊接结构比铆接结构重量可减轻15%20%，比铸件轻30%40%，比锻件轻30%）。简化了加工与装配的工序，生产周期短，生产效率高。结构强度高，接头密封性好，为结构设计提高较大的灵活性。焊接过程易实现机械化和自动化。 过盈配合联接的特点是过盈联接结构简单，定心性好，承载能力高，加工方便，但不宜多次拆卸，过盈配合联接的被包容件多为套类,受力不大,过盈量较小，可采用的装配方法主要为压入法装配和胀缩法装配。订书机中的底座与支座、支座与商标的过盈配合联接都为压入法装配法。 约束联接的特点是可以实现一定的约束能力，限制零件一定方向的运动，可以承受一定的力的作用，但不能实现绝对的固定作用，有一定的滑动位移。2.2 主要零件所选用材料的依据 底座选用材料为工程塑料。依据为工程塑料具有一定的韧性和塑性，可以实现底座与支座过盈配合，且在一定次数的拆装下还可以保持零件的完整性和精度。其次工程塑料可以增加底座与桌面的摩擦，同时还可以避免与桌面的尖锐刮擦。支座与端盖选用的铸铁。依据为铸铁拥有比钢材更好的铸造加工性能，而且拥有良好的强度和减震性能。端盖弹簧、推程弹簧、顶力弹簧和弹片选用的是弹簧刚。依据为弹簧钢作为制造弹簧和弹性元件的刚，它拥有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。卡具、顶子、端盖弹片、中央支座、模具、顶力轴、商标、垫片、钉子顶子、商标和定位轴采用的不锈钢。不锈钢除了拥有良好的综合力学性能外，作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性，冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象。其良好的耐蚀性是订书机众多零件选用次材料的主要原因。3 产品原理设计订书机钉槽冲压工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。主要是从产品的结构形状、尺寸、精度、原材料、性能等几个方面进行分析，在工艺分析的基础上，综合考虑产品质量、生产效率、设备条件、模具结构、操作安全与方便、生产批量、经济性等因素，经分析比较得出适合具体生产条件的最佳工艺方案。 图3-11、冲裁工艺性订书机钉槽冲压的零件图如图1.1所示，从零件图上可知订书机钉槽冲压是典型的冲裁件，小孔直径均大于一个料厚，孔与孔、孔与变的距离均大于1.5t均能满足普通冲裁件的要求。零件的尺寸精度都在IT10-IT12之间,普通冲裁即可满足要求。2、 弯曲工艺性 图3-2(1)最小弯曲圆角。零件材料B250PI，厚度t=1mm，无圆角弯曲。其中一侧的弯曲部位附近没有小孔，孔中心到弯曲部位的距离是3mm1.5t+R因此该部位的弯曲工艺性良好。(2)弯边高度。弯曲件的高度h不应过小，一般保证h(R+2t),才能保证零件的精度。根据该零件尺寸，其弯曲高度为h=5.2mm4.5mm.3、B250PI是日本产优质碳素钢，厚度1mm，抗拉强度为380MPa，抗剪强度300MPa，屈服强度210MPa，伸长率为29%，可以冲压。综上所述，该零件的主要冲压工艺性良好。 4.订书机钉槽冲压的工艺方案确定工艺方案的确定主要是解决基本工序数，工序顺序的安排以及工序的组合，是在工艺分析的基础上考虑生产批量等因素制定的。该工件包括冲孔、弯曲、切断三个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：（1）先冲孔，再落料，再弯曲，采用单工序模生产。（2）冲孔落料复合，然后弯曲，采用复合模生产。（3）冲孔弯曲切断连续冲压，采用级进模生产。方案（1）模具结构简单，但需要四道工序、四副模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。且只能进行单个订书机钉槽冲压的冲压，无法批量生产，工作效率低，该工件属批量生产，因此该方案不合适。方案（2）与方案（1）一样，都需要多副模具来完成工件的生产任务，生产效率较底，但方案（2）生产效率可以提高，这点比方案（1）好，但仍需多副模具，分多次加工，不能满足大量生产队效率的要求。而且操作不方便、不安全，因此这种方案不是最佳方案。方案（3）只需要一副模具就能完成订书机钉槽冲压的批量生产，生产效率很高。操作方便、安全，同时又能保证工件的精度要求。由于零件结构简单，生产批量大，为了更好的保证尺寸精度，最后确定级进冲压的方式进行生产，采用方案（3）。订书机钉槽冲压的生产为大批量生产，因此采用自动送料配合级进冲压生产。考虑到节省材料，不采用侧刃定位，而利用自动送料机构加导正销的方式定距定位。所以在冲孔之前应先冲导正孔，然后开始冲孔、弯曲及切断。4总体设计 图4-1