毕业设计（论文）-马赛克纸贴自动刷胶系统设计（全套图纸三维）.pdf

目目 录录 摘 要 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 Abstract. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 目 录 . I 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题来源 1 1.2 目的及意义 1 1.3 国内外技术的发展现状 1 第 2 章马赛克自动铺贴机及自动刷胶系统的介绍 5 2.1 马赛克自动铺贴机 1 2.2 自动刷胶系统 1 第 3 章马赛克自动刷胶系统的设计 1 3.1 胎模定位机构设计 1 3.1.1 方案拟定 1 3.1.2 气缸选型 1 3.1.3 滑动轴承选型 1 3.2 卷纸传输机构设计 1 3.2.1 方案拟定 1 3.2.2 气缸选型 1 3.2.3 轴的强度校核 1 3.3 自动刷胶机构设计 1 3.3.1 方案拟定 1 3.3.2 射胶泵设计 1 3.3.3 轴的强度校核 1 3.4 废边纸回收机构设计 1 3.3.1 方案拟定 1 3.3.2 步进电机选型 1 3.3.3 同步带轮选型 1 第 4 章马赛克自动刷胶系统 Solidworks 建模及模拟装配 1 4.1Solidworks 软件介绍 1 4.2 马赛克自动刷胶系统 Solidworks 建模及模拟装配 1 4.2.1 马赛克自动刷胶系统零件的三维建模 1 4.2.2 马赛克自动刷胶系统零部件的模拟装配 1 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1.绪论 1.1 课题来源课题来源 该课题的灵感来源于由与广东科达机电有限公司共同申报的项目“多颜色复杂图案马赛克自动 铺贴装备的研发及产业化” 。目前该自动铺贴装备已设计完成，并初步形成了产品。而为了使整个马 赛克纸贴的生产过程都能实现自动化，智能化，故提出了此课题“马赛克纸贴自动刷胶系统原型设 计” 。本论文的重点是对马赛克铺贴纸涂胶部分作的设计，进而为为后续的铺贴纸剪裁部分做前期准 备。 1.2 目的及意义目的及意义 曾几何时，作为瓷砖的附庸，起源于希腊且拥有几千年历史的马赛克在建筑材料市场中一直处 于一种尴尬的地位。但正由于其产品本身的特性以及在国内经济快速发展的大环境下，受到成熟而 趋向饱和的陶瓷行业的提携，我国的马赛克行业迎来了如雨后春笋般的高速发展期。而如今，马赛 克产品已俨然成为国内外建材市场中一道十分亮丽的“风景线” 。 马赛克属于陶瓷产业所衍生出来的一个密集型劳动产业， 需要大量的人手劳动力和机械化生产。 但是纵观整个马赛克生产行业，并没有多少的工厂真正实施机械化生产，而相反，很多马赛克企业 还相当排斥使用马赛克铺贴机械，或者涂胶机械；而仍然使用传统的人手铺贴和人手涂胶。主要原 因就在于国内对于马赛克自动生产线的相关设备及技术的研究还处于起步阶段，而公司之间仿冒抄 袭严重、无序竞争激烈、生产标准不完善，就是导致技术研发进展缓慢的重要原因，因此主要设备 的使用还必须依靠国外进口，又受限于成本的控制，故很多企业放弃使用自动铺贴设备和自动涂胶 设备。 1.3 国内外技术的发展现状国内外技术的发展现状 马赛克是一种艺术，色彩的搭配有着无限的可能性，能够做出比瓷砖更加富有变化的美感；但 同时马赛克也是一个工业，需要大量的劳动力和机械化生产。这就造成了一个矛盾：马赛克的艺术 性来源于它的个性化和细腻感，人工铺贴能够最大限度的保留马赛克的设计感，而不至于落入千篇 一律的同质化之中。但是存在的问题是效率很低，传统的人工铺贴方式铺一板 1515 的马赛克大约 需 5- 8 分钟，想要提高产能就只能投入大量的工人，费时费力而且工人的工资也是一笔不少的投入。 而且在很多时候，即使是出高薪，也请不到工人，手工化就大大限制了产能的提升。机械化是提高 产能的最有效的方法，工业化大生产的核心就是机械代替人手，实现便捷的快速化自动化生产。但 是在马赛克行业，我们并没有看到多少的工厂实施机械化生产，相反，很多马赛克企业还相当排斥 使用马赛克铺贴机械，仍然使用传统的人手铺贴为主。为何在全社会都在提倡机械化代替人手的同 时，国内马赛克行业却反而对其表现出一种消极，甚至是表现出排斥的态度呢？ 1、 马赛克的艺术来自于巧手 确实，对比起用玻璃或者陶瓷马赛克每个颗粒只能表现单一的色彩，石材马赛克在材质上是有 优势的，能够表现出更加灵活的渐变效果。但是每个颗粒都是独一无二的话，除了经由人工挑选出 适合拼贴的颗粒之外别无他法，这个过程是很难被机械所代替的。 “这样一幅 1500mm2400mm 的 精剪画需要 4 到 6 个工人工作十几天才能生产出来。 ”很多时候企业并非是不想提高产量，缩短订单 完成时间，而是在速度和质量之间只能选择后者。这也就是部分马赛克企业抗拒马赛克铺贴机械的 原因并非是不想提高产量，而是提高产量换来的是质量的下滑，致使马赛克铺贴的自动化在马 赛克拼画和部分材质的企业里面难以推广，只能继续用人手来换产量。另一方面，也有认为马赛克 产品的艺术价值很大一部分是来自于无可替代的人的脑力和体力附加，启用机械化生产之后就会失 却其应有的价值。 2、设备投入大，收益不明朗 马赛克铺贴机械的价格动辄十几万到几十万，对于马赛克行业大量存在的中小企业来说可以算 是一笔不少的投入。但是相对于投入，企业希望设备带来的收益却是并明朗的：在生产销售的旺季 和人手短缺的节后等时间，机械设备确实能够帮助企业缓解生产压力，减少订单完成时间。但是在 淡季或者人手充裕的情况下，机械设备却只能长时间的闲置，造成产能的浪费。而且马赛克铺贴机 械虽然已经有过先例，但是技术还是处于摸索阶段，操作和维护的成本和技术要求也比较高，往往 会使企业产生使用困难，所以很多购买了铺贴机的企业的普遍反应并不良好。 3、产能超越销能，机械化造成滞销 国内马赛克行业进入门槛低，造成的现状是中小企业密布，经营混乱，整个行业的环境十分的 无序。中小企业为主的马赛克企业本身不能接到太多的订单，对产能的需求并不是很大，所以对铺 贴机械的需求几乎为零，这也是阻碍马赛克铺贴机械推广的阻力。对于小企业来说，接到订单远比 生产速度要重要的多，生产过多的产品，销售能力却跟不上去，只能造成产品滞销。更加长远的考 虑是滞销导致资金紧张，进而引起价格战导致削弱彼此的利润空间，损害的是整个行业的利益。 国外马赛克铺贴行业的态度： 1、机械代替人手，节约人力资源 不单是马赛克或者是陶瓷行业， 相信很多的生产制造业的企业都会很苦恼一个问题用工难。 随着经济不断发展，外来务工人员对于薪酬和待遇甚至是良好的工作环境的要求越来越高，很多中 小马赛克企业对他们根本不具备吸引力。因此，别说很难找到一个不用培训就能上岗的熟手工人， 连肯花心思去接受培训的年轻劳动力都不可能能够廉价的、轻易的得到。对于依赖人手的马赛克行 业来说，劳动力短缺和成本增加确实是极为头痛的问题。其实，西方国家早早推行生产的机械化就 是为了把劳动力从繁重的体力劳动解放出来，投入到更加需要创造力的地方去。机械化生产是生产 制造行业的必由之路，尽管现在在开始的时候可能会遇到一些困难，但是尽早提倡和适应机械化是 有利于企业的长远发展的。 2、产能提升有助拓宽销售 “外商看中了我们的特色产品，但是由于交货日期比较紧，生产赶不上，只能遗憾的拒绝了订 单。 ” 不少已经有一定规模的马赛克企业都会有自己的特色产品作为销售的主打， 销售情况往往不错。 很多外商大客户都很可能会看中这些特色产品，而且一次的订货量往往比较多，交货日期比较紧， 很多对产能没有自信（又或者霎时间不能找到合适的工人）的企业只能白白浪费掉机遇，又或者只 能和商户协商，减少货量，以免违约，既失去了金钱，也没了信用。实现机械化之后能够灵活调整 产能，生产的可控性大大增强，即使是面对突然增加的订单数和货量都能够对付得了，企业的销售 面更广。 3、结合数字化，便于设计与生产 未来的社会是数字化的社会，在国外的马赛克销售有很大一部分都被电商所占据。国内虽然目 前搞电商销售的马赛克企业仍然很少，但是经记者调查，很多企业其实对于电商销售这个模式十分 的感兴趣，都表示这块的前景十分的广大。目前国内的其他行业很多都实现了商务线上化，消费者 也普遍接受了这种网上购买东西的习惯。如果马赛克行业进入了电商时代，顾客的个性化定制和相 关的设计软件肯定会被大量需求。铺贴机械能够识别设计软件里面的数据，直接进行铺贴，那么经 由顾客定制的马赛克式样将会实现完全的自动化生产，而不需要在经过专业设计师的“二次翻译” （铺贴工人往往需要设计师进行指导才能进行铺贴） 。如果企业能够提供这样快速、一站式的家装购 物流程，一定能够受到消费者的青睐。 第 2 章 马赛克自动铺贴机及自动刷胶系统的介绍 2.1 马赛克自动铺贴机 全自动马赛克拼图铺贴机，用于在模板上铺贴拼图，包括机架和分别依次排列设在机架上的自 动摇摆装置、自动排序装置、自动翻面装置和吸取装置，自动摇摆装置在同一平面垂直于拼图传送 方向上摇摆以拨动拼图，于自动排序装置设置有可检测拼图正反的检测装置，可使得呈反面的拼图 实现翻面的自动翻面装置连接自动排序装置，吸取装置包括由驱动机构所驱动的吸头以吸取所述拼 图铺贴于所述模板上；自动化程度高，结构简单，其工作效率是以往生产效率的 25 倍以上，用一个 人工即可操作，工人只需负责加料即可，其它工作都是由全自动马赛克拼图铺贴机来自动完成，降 低了劳动强度。 2.2 自动刷胶系统 自动涂胶机由于使用场合的不同，国内外出现了各种形式，无论哪种形式，都是为了完成涂胶 的功能，所以涂胶机的结构一般由电气控制系统、供胶系统、运动行走机构、工装机体系统以及气 动系统组成。 1、供胶系统：目前一般来说，用于涂胶机的供胶系统是根据胶的包装形式来区别的，胶一般有 小针筒式、 300ml 小胶桶包装式、 5GAL/20KG 包装以及 55GAL 特大桶包装。 一般中间 2 种多， 300ml 小胶桶包装选用气压小泵供胶，节约成本又实用，5GAL 可摆脱频繁换胶的烦 琐，但要多用个柱塞 泵，成本大大提高。而另外一端涂胶阀的选用也是很关键的元件，对于小胶筒、黏度低采用低压供 胶的胶来说，基本上使用进口或者国产或者某 些设备厂家自己设计制造的涂胶阀都没有太大的问 题，可能随着使用时间的长短不同更换相应的密封件就可以再次使用，但对于高压供胶的涂胶阀来 说则不同，需要 涂胶阀有着可耐受供胶压力的能力，还要有快速开阀与快速关断的能力，否则会出 现不尽人意的麻烦。我们公司选用的都是在各自场合下安全可靠的可迅速开关的、 且具有良好密封 性能的进口胶阀，可以满足各种场合下各种胶的使用。 2、工装机体与外观选择：这个方面就要与用户协作，根据用户的使用场所与所涂工件的大小、 重量等来进行设计适合于用户的外观形状， 根据用户工件的具体来设计工件的定位形式工装夹具等。 3、气动系统：这部分系统在整个涂胶机内是个辅助系统，主要完成工装夹具的夹紧与释放，涂 胶阀的开、关以及供胶系统的气源使用等。 第三章 马赛克自动刷胶系统的设计 本章重点论述刷胶系统的原理设计，包括胎模定位机构，卷纸传输机构，自动滚刷 胶机构，废边纸回收机构，每个机构初定分成独立组件，各个部件间功能实现通过气动 元件和机械配件实现，目标设计方向定位于非标设计，所以各种元件考虑使用市场上常 规自动化配件。 3.1 胎模定位机构设计 3.1.1 方案拟定 胎纸板经过排版机构排版后，会由输送带输送到贴胶工位，由于用光电感应器定位 存在反馈信号延时和输送带缓冲，所以在输送带信号送出的时候必须外加一个机械在定 位位置限位。 定位机构需要快速响应，而且具备自动退回特性，固考虑使用气缸机构，气缸需要 带磁环感应， 去到定位点发出信号给 PLC.气缸行走过程未保证行程精确， 虽带导杆定位。 固设计草图如下： 3.1.2 气缸选型 气缸的选型应根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。下面以单活塞杆双作用 缸为例介绍气缸的选型步骤。 （1）气缸缸径。根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力，由此计算出气缸的缸径。 （2）气缸的行程。气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选用满行程。 （3）气缸的强度和稳定性计算 （4）气缸的安装形式。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情 况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回 转气缸。在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求 时，应选用相应的特种气缸。 （5）气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。 （6）磁性开关。当气动系统采用电气控制方式时，可选用带磁性开关的气缸。 （7）其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。 要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。 2.气缸直径计算 气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。首先， 根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载 F，再由气缸平均 运行速度来选定气缸的负载率 ，初步选定气缸工作压力（一般为 0.4MPa0.6MPa）， 再由 F，计算出气缸理论出力 Ft，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所 需的缸径和杆径。 现气缸推动定位机构在水平导轨上运动。已知工件等运动件质量为 m25kg，工件 与导轨间的摩擦系数 0.25，气缸行程 s 为 50mm，经 0.5s 时间工件运动到位，系统 工作压力 p=0.4MPa，试选定气缸直径。 气缸实际轴向负载 Fmg0.25259.8161.3125N 气缸平均速度 选定负载率 0.5 则气缸理论输出力气缸直径 按标准选定气缸缸径为 25mm。 3.1.3 滑动轴承选型 带法兰直线轴承性能：直线轴承是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行 程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的磨擦阻 力旋转，从而能获得高精度的平稳运动。 带法兰直线轴承用途：直线轴承广泛用于电 子设备，拉力试验机及数字化三维坐标测量设备等精密设备，以及多轴机床、冲床、工 具磨床、自动气割机、打印机、卡片分选机、食品包装机等工业机械的滑动部件。 带 法兰直线轴承系列规格分类：LMF、LMK 系列 LMH 系列 LMFP、LMKP 系列带法兰直线 轴 承 LMHP 系 列 带 法 兰 直 线 轴 承 LMF.L LMK.L 系 列 LMH.L 系 列 LMFP.l、LMKP.L 系列 LMHP.L 系列 LMFM.L、LMKM.L 系列 LMHM.L 系列带法兰直线轴承 LMEF、LMEK 系列 LMEF.L、LMEK.L 系 列 LMEFM.L、LMEKM.L 系列带法兰直线轴承 LMBF、LMBK 系列 LMBF.L、 LMBK.L 系列 LMBFM.L、LMBKM.L 系列带法兰直线轴承 3.2 卷纸传输机构设计 3.2.1 方案拟定 纸卷机构为从动机构，由于纸卷具有拉伸性，为保证纸卷的平直和刷胶的效果，需 要增加一组张紧辊子，辊子带可以上下调节的机构，先考虑丝杆手动调整。 纸卷为了方便安装换卷，转轴必须是活动的，需要换卷的时候要有机构动作松 开卷轴，装好后合上压住纸卷，经过分析，夹卷一般使用锥盘，优点在于转动时候 有自回中心特性。 3.2.2 气缸选型 气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。首先， 根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载 F，再由气缸平均 运行速度来选定气缸的负载率 ，初步选定气缸工作压力（一般为 0.4MPa0.6MPa）， 再由 F，计算出气缸理论出力 Ft，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所 需的缸径和杆径。 现气缸推动定位机构在水平导轨上运动。已知工件等运动件质量为 m30kg，工件 与导轨间的摩擦系数 0.25，气缸行程 s 为 50mm，经 0.5s 时间工件运动到位，系统 工作压力 p=0.4MPa，试选定气缸直径。 气缸实际轴向负载 Fmg0.25309.8173.575N 气缸平均速度 选定负载率 0.5 则气缸理论输出力气缸直径 按标准选定气缸缸径为 25mm。 3.2.3 轴的强度校核 工作方式：在这里的工作状态为穿带时的点动开卷，因而没有开卷张力，电机点动时需克服的 力矩为纸材拉直时所消耗的弯曲力矩，加速启动时的动态力矩.摩擦力矩等，穿好带后电机和卷筒脱 开，板带由前面的夹送辊运送。 纸材拉直所消耗的弯曲力矩： BZhM sy ) 3/54/( 2 0 2 = kg.m 式中： s 为材料屈服极限： 2 /mmkg 2 4/ s kg cm= h纸材厚度，h=0.20.6cm B纸材宽度 m 取最大值 B=0.32m 0 Z由中性线到塑性变形区及弹性变形区分界线的距离， 公式：ERZ s /100 0 = cm E 为纸材的弹性模量 kg/cm 2 E=200 Gpa 由于 E 值太大，因而 0 Z很小，故可忽略。 22 / 41.6 0.64/ 40.576.5.76 . ys MBhkg mN m=(g=9.8m/s 2 ) 摩擦力矩： 根据理论力学公式知：2/dQM= 摩 式中：Q由卷筒（包括带卷）的自重在轴承处所引起的反力（kg） 轴承处摩擦系数，对于圆柱滚动轴承004 . 0 = d轴承处轴承枢直径 从上述受力简图中，可以得到下列的关系式： 21 22PPG=+ 1 1 (4080)50 2 GP+= 1 21 0.12192 1 1.7272 2 PGkg PPGGkg = =+= 则：摩擦力矩为: 12 0.25 22 (1920027200) 0.004 22 45 d MPP m =+=+ = n nn 3.1.4 动过程中的动态载荷 1). 纸卷的转动惯量为：(）（ 外 内 卷 22222 5 . 03 . 016000 2 1 )( 2 1 )+=+=GGD =27kg.mm 2 卷筒的转动惯量为： （ 6 . 34777 . 7 86 . 0 47018 . 0 2405 . 02) 222 +=+=）（ 筒 GD =35 kg.m 2 总的转动惯量 2222 ()()()46.4035.5430.7.GDGDGDkg m=+=+= nn 校核轴的安全系数 已知条件： 1. 传递的扭矩为： T=13339.027N.m 2 .轴的结构图和受力简图如下： 21 1 1 2 1 59.550 2 PPG GP =+ = 1 2 95 175 Pkg Pkg = = （乘 g 折合 N） 弯矩图，在上面， 33 108 . 910595 2 1 = GM467.2Nm 易知在（2）处为最危险截面，校核此处的安全系数S 由表 5-1-10 得 双向旋转轴的校核公式 22 1 )(3)( T W T K W M K S + = S 见1 查表 5-1-21 S=1.31.5 式中 1 为材料的弯曲疲劳极限 MPa 由表 5-1-1 根据调质 40 r C d=240 可以知道： 1 =335N/mm 2 ， b =685N/mm 2 M轴危险截面上的弯矩 N.mm T轴危险截面的转矩 N.mm W轴危险截面上的抗弯截面模数 3 .mmN WT轴危险截面上的抗扭截面模数 3 .mmN 见1表 5-1-11 W= 3 3 1 . 0 32 d d WT=W2 K K弯曲和剪切疲劳极限的综合影响系数，见1表 5-1-12 由 b =685N/mm 2 ，在表中标准化为 700，由配合 H7/m6 选 K=3.39 K=2.44 则S= 22 ) 8 . 2090 11760 44 . 2 (3) 10 4 . 1045 46743 (39 . 3 335 + =2.133s1.5 满足要求。 3.1.7 轴的静强度安全系数校核 s S 该校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗能力，轴的强度是根据轴所受的最大瞬时载荷（包 括动载荷和冲击载荷）来计算的 公式见手册1P801， s S= + 2 max2maxmax 3)( T s W T A F W M s S 式中： max M max T轴危险截面上的最大弯矩和扭矩 max F作用于轴上的最大轴向载荷 W T W 轴危险截面的抗弯和抗扭截面系数。 A轴危险截面的面积 查手册1表 5-1-1 的屈服极限为 s =490 2 /mmN 表 5-1-22 有 s S=1.72.2 且 s / b =190/685=0.72 属于低塑材料 s S= 2 ) 8 . 2090 117602 (3 4 . 1054 2 . 467432 490 + =5.354 s S2.2 也满足要求。 3.3 自动刷胶机构设计 3.3.1 方案拟定 涂胶的部分，在涂胶辊上包裹一层海绵泡沫，然后涂胶辊浸泡在涂胶箱中，通过滚 动从而使海绵沾上胶水，再涂到纸卷上。胶箱补充胶水有带感应气缸的设计阀门供胶， 保证胶水稳定： 3.3.2 射胶泵设计 气动射胶泵通过压缩空气带动活塞往复运动，利用活塞上下端面积差，而获得高压 流体输出，液体输出压力取决于活塞两端面积比及驱动气体的压力。活塞两端面积比定 义为泵的比率，并标示在泵的型号中。通过调节工作气压可获得不同压力输出的流体。 原理图： 活塞缸体组件,在注胶系统结构中可称为注胶活塞筒组件。注胶活塞筒组件结构主 要实现注胶胶水定量注胶,类似的结构在许多液压和气动设备中大量应用,如医用针筒、 打气泵等,实际中有许多现成设备资料和较成熟的设计方法。本装备使用的注胶活塞筒 组件,它主要由活塞杆、注胶筒缸体、注胶筒上、下缸盖、下螺母组成。关于活塞杆结 构,为防止注胶过程胶水渗出,其端部采用多环式结构,并在环状结构装上两个 0 型密封 圈。 考虑制造和安装方便,将活塞筒零件设计成分体式结构,由于以上零件长期处于注胶 胶水下工作,材料选用ABS该结构通过活塞杆下移实现胶水定量灌注,胶水定量灌注依据 是:活塞杆移动量=反射盖零