　　　高速双色牙刷植毛机是提高效率，进行生产牙刷加工的先进设备。大大提高了生产效率，生产质量，生产品种。工效比原来的人工操作提高了6~ 7 倍, 日完成量达15000~ 20000支牙刷, 极大地满足了市场的需求, 取得了较好的经济效益。本课题的目的就是为了使每个流程之间联系起来，提高机械化程度，减少人工的参与，既能够减少成本又能够提高生产效率。

　　　综合了以上考虑之后，我将本次设计的题目定为高速双色牙刷植毛机机械结构设计，设计中主要使用了CAD、Solidworks等工程制图软件进行绘图和结构分析。并对一些重要的部件进行必要的计算和校核。　　

关键词：植毛机，设计，结构分析

ABSTRACT

High-speed color toothbrush tufting machine is improve efficiency and advanced processing equipment of toothbrushes.Greatly improved production efficiency,production quality, production varieties. Efficiency than the original manual operations increased by 6 to 7 times，completion 15000 amounted to 20000 Toothbrush in every day，great to meet the needs of the market.and achieved good economic.The purpose of this project is to make the link between each process, and enhance the degree of mechanization to reduce labor participation, both to reduce costs and to improve the efficiency of a production.

After considering a combination of the above,I will be the topic of this design is the high-speed color toothbrush tufting machine mechanical structure design.Design of the main uses CAD, Solidworks and other engineering drawing software for drawing and structural analysis. And some important components necessary calculations and verification.

Key words: toothbrush-hair planting;Design;Structural Analysis

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论1

1.1 课题背景和研究意义1

1.2 近代牙刷的发展历程2

1.3 国内外植毛机的发展现状2

1.4 本课题的立题依据3

1.5 本课题研究的内容4

第二章植毛机的工作原理5

第三章植毛机总体方案选择7

3.1植毛机的技术进展7

3.2植毛机的结构9

第四章植毛机的总体结构及组成部分结构11

4.1 植毛机的布局11

4.2 刷柄自动装夹设计12

4.3 刷柄自动运行机构设计13

4.4 自动分丝机构设计14

4.5 自动送铝片、及自动切断机构设计16

4.6自动钩丝机构的设计17

4.7 本章小结17

第五章植毛机零件的设计计算18

5.1系统的运动分析18

5.2主轴箱电机的选择19

5.3皮带的选择21

5.4主轴的设计计算23

5.5送丝嘴运动分析计算28

5.6 送铝片运动分析计算30

5.7 铝片切断运动分析计算32

5.8 送丝凸轮的设计计算35

5.8.1送丝凸轮的基本尺寸35

5.8.2送丝凸轮的理论轮廓35

5.8.3送丝凸轮的工作轮廓36

5.9 本章小结38

第六章植毛机控制系统39

6.1牙刷植毛机数控系统工作原理及其总结构设计39

6.2 PLC 控制电路图41

6.3 I/O扩展电路42

参考文献43

致谢44

2000多年前，古人就懂得如何保护牙齿，《史记·仓公传》中指出虫牙的原因是 “食而不漱”，《礼记》中“鸡初鸣，咸盥嗽”说明了那个年代的人就有了漱口的习惯。民间有“挑马勘牙，选郎见齿”之说，大意是挑马要看牙口，挑女婿也要看牙口，齿强则体健已经是很普遍的社会生活常识。公元前3500年，巴比伦人挑选富有香气的细根树枝末端嚼松软，形如刷毛，用于刷牙，另一端则削成尖头，方便剔牙。公元前3000年苏美人乌尔城邦的国王墓穴中就曾发现过清理口腔用的最早工具---牙棒。中国大约在公元前1600年就有牙刷和刷牙了，公元15世纪已经有了如今牙刷方式的雏形。唐代开始，人们用柳枝做成刷，蘸药水揩齿，这就是早期牙刷、牙膏的雏形。宋代，人们主张每日早晚用柳枝揩牙两次。到了元代，一般人用柳枝当做牙刷，参合中草药制成的揩齿粉末刷牙。公元16世纪，中国人利用西伯利亚山猪毛和竹子或骨骼做柄发明了史上第一支真正的牙刷，人们用竹子做柄，附着野猪毛，这样的牙刷就是今天牙刷的祖先。世界上第一支牙刷，长16.5cm宽1.1cm厚0.2cm共三排31孔，中间为11孔，两边为10孔，孔直径为0.22cm整体为骨质结构，头部和尾部为眼观见骨。20世纪30年代，Wallace H Carothers 在杜邦实验室发明了尼龙，尼龙成为现代化的标志，这个发明永远改变了牙刷的历史。

普通牙刷组成：牙刷把刷头手柄牙刷毛。普通牙刷的原材料：牙刷把：聚苯乙烯，牙刷把上软软的部分：弹性橡胶粒子，牙刷毛：目前的刷毛多用尼龙丝制成。可分为两种――普通丝和杜邦丝。压线：铝或铜。生产牙刷需要的设备为注塑机，植毛机，磨毛机。牙刷生产工艺流程：注塑、注胶、植毛、平毛、磨毛、清洗、检测、包装。其中，注塑：将颗粒状或粉状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出（模口的形状即为所需制品的断面形状，长度视需要而定），冷却后即为所需的制品.植毛：就是将牙刷的毛送到牙刷柄中去，植毛后要把毛切成各种需要的形状。磨毛：刷毛在切割后，如果没有经过圆滑处理，容易因太过尖锐而造成伤害。把刷毛尖磨圆，可防止这种伤害。以及拉应力检测和对牙刷进行包装。

1.2 近代牙刷的发展历程

1、通用型和特异型保健牙刷。既符合卫生标准又不损伤牙齿和牙龈。

2、指套式牙刷：适用于婴幼儿。

3、电动牙刷：有洁齿及按摩牙龈的作用，效果均比普通的牙刷好。

4、声波牙刷：一分钟3万次的冲击力。清洗牙齿上的污垢和食物残渣。

5、电离子牙刷：刷牙时可发出一系列微量元素和阴离子，有消炎杀菌作用。

6、磁性保健牙刷：利用磁场（磁场强度高达1500高斯）起保健按摩、清洁口腔同时可达到消炎止痛、活血固齿的功效。

1.3 国内外植毛机的发展现状

　　我国是全球最大的牙刷产销国。自改革开放以来，国内牙刷整体发展较快，特别是近5年，牙刷总产量和牙刷出口量年平均增长超过22％，出口金额年平均增长达到36％以上。2008年，中国大陆牙刷产量将近100亿支，其中：出口31.2亿支，实现销售68亿元，实现税金6.12亿。经过多年发展，牙刷重点企业快速做大做强，已形成一批具有一定规模的企业，据统计，前10名重点企业产品市场占有率占全国总量的60％，牙刷出口量占世界牙刷消费量的40％以上，其中，前10名重点企业有7名在江苏省扬州市邗江区杭集镇，其牙刷产量占全国总产量的70％。目前，邗江区杭集镇已成为我国牙刷的主产区，素有“中国牙刷之都”的美称，其“产业洼地”的效应逐步显现，产业链条逐步拉长，形成了以高露洁公司、两面针集团、山鹰纸业为龙头的旅游牙刷制造业、原材料供应业和纸箱包装配套业。

　　在中国牙刷行业属于劳动密集型产业，在《国民经济行业分类》中，属C2673口腔清洁用品。其特点是：?1、资金投入大。由于牙刷是塑料产品，需要空间容积较大的原材料、半成品、产成品等车间或仓库，故需征用一定规模的土地，新建成片的厂房。同时，还需购进多种配套的生产设备，据了解，一条生产流水线最低投入需100多万。 2、科技含量低。由于牙刷是劳动密集型产品，科技含量低，仅生产牙刷，就有配料、注塑、注胶、植毛、入盒、包装等十多道工序，且从业要求不高，其劳动密集度高于服装、玩具等产业。3、回报周期长。由于牙刷是民用生活必需品，价廉物美，其正常零售价每支不足1元，且毛利率仅为15%左右。同时，牙刷耐磨耐用，使用周期长，故虽有需求市场，但需求量不大。?4、资源浪费高。由于牙刷是一次性消费品，特别是其原材料为聚本乙烯、聚丙烯等化工原料，对资源的依赖和消费程度较大。同时，其废品回收价值低，且回收成本高。

牙刷至17世纪方出现，至19世纪才广泛流行。1938年杜邦化工推出以合成纤维（多数是尼龙）代替动物鬃毛的牙刷，第一支以尼龙纱线作刷毛的牙刷于该年2月24日上市。2003年1月，根据勒梅尔森—麻省理工发明指数，牙刷获选为“美国人生活不可或缺的发明”第一位，击败了汽车、个人电脑、手提电话和微波炉。在欧洲，牙刷是由英国皮匠爱迪斯于1780年在伦敦首先发明的。在此之前，欧洲人用布擦洗牙齿，爱迪斯认为用布擦牙效率太低，而且擦不干净，他把鬃毛缚在骨头上，刷牙效果很好，从此改进了欧洲人的刷牙工具，爱迪斯创立的公司至今仍在生产牙刷。欧洲的植毛牙刷于1646年首先出现于法国。从1840年开始德国才正式制造牙刷，后来传到美洲。美国于1900年由拉拜塞夫公司用橡胶加硫法制造牙刷柄知道1920年才被淘汰，后来又用赛璐珞制造牙刷柄，又经过一段时间，则多用注入法制造牙刷柄了。1930年出现了尼龙丝，1938年就用以代替天然鬓来制造牙刷，因为尼龙丝具有粗细均匀，光滑牢固和容易保持清洁的优点，所以现在国内外大多用尼龙丝来制造牙刷了。在国外，牙刷机器比较先进，生产工序中的植毛、磨毛、平毛可以通过连续完成，人工只需要参与一次就行了，可以大大减少人工的参与，而且可以减少工序之间半成品的流动运输与周转，这样可以提高生产效率。因为半成品不需要流动运输，所以占据的厂房空间也就相对变小，质量也较高，工作环境噪声也很小。

1.4 本课题的立题依据

　　　牙刷是我们日常生活中离不开的口腔卫生工具，在调查问卷中，有44.4%的人坚持早晚刷牙。每天早上起床后第一件事就是刷牙，睡觉前的最后一件事也是刷牙。在如今的生活中，刷牙不再仅仅为了口腔卫生，还能提高一个人的个人形象。以前的牙刷机是利用人工进行生产，如今面对庞大的人群和用量，这种效率很低，我国牙刷生产现状（劳动密集型，工艺流程中每道工序之间是相互独立的，每道工序之间都存在半成品要人工上料和下料的问题，且每道工序之间半成品流动运输、周转都导致生产效率低、同时半成品占据厂房空间大，质量不稳定、工人劳动强大、工作环境噪声、橡塑气味都影响工人身体健康。），所以要通过设计制造先进的牙刷制造装备来改善上述的落后状况和追赶超越先进国家。本课题在消化吸收原来工艺及设备的基础上，针对企业需求，对原来工艺及设备进行总体优化改进。以提高产品质量，减轻劳动强度，提高生产效率。设计的植毛机则大大的减轻了员工的负担，工效比原来的人工操作提高了6~ 7 倍, 日完成量达15000~ 20000支牙刷, 极大地满足了市场的需求。综上所述，选择“高速双色牙刷植毛机机械结构设计”这个题目。

1.5 本课题研究的内容

　　牙刷生产工艺流程：刷柄注塑、注胶、切毛、植毛、平毛、磨毛、包装。其中植毛是关键，从手串，到简单机械植毛，至今天的高速多色植毛，本植毛机要求植两种颜色，生产率：750-900孔/分钟（25-30支/分钟），设计刷柄自动装夹、X/Y方向自动运行机构、自动分毛机构、送毛机构。第二章植毛机的工作原理

全自动牙刷植毛机是具备检测、控制、报警、人机对话等一系列功能, 它的工作效率比半自动植毛机提高了2~ 3 倍, 日完成量达2万支牙刷, 很好地满足了市场的需求, 取得了非常好的经济效益。设计的全自动牙刷植毛机主要由3 部组成: 植毛机构, 高精度X 、Y 方向运动平台和单片微机控制系统。植毛机构：

它主要完成刷丝传送、铝片传送、铝片剪切、刷丝与铝片合成、植入刷板等等动作。它的工作原理是: 启动主轴电机, 带动了主轴旋转, 安装在主轴上的3只互成一定角度的凸轮进行启动。第一凸轮驱动一为换向装置, 它带动拉毛梭芯在梭壳中来回进行拉丝, 从而可以不断的将牙刷丝送入植毛嘴中; 与此同时，另一凸轮来带动送铝片机构,可以将铝片送入切片刀盒; 此时连杆机构带动刀片切出116 mm *1 mm *014 mm 的薄片, 并与梭芯拉入的刷丝一起送入植毛嘴中, 由步进电机来进行驱动的装有刷板的工作台移到植毛嘴下, 将一束刷丝连同铝片植入当前刷板孔中,完成了一次循环。

运动平台：

这是一套很高精度的两轴定位系统, 它主要是完成牙刷取板, 刷板定位, X 、Y 方向移位,牙刷进行出板等一系列动作。因此, 这部分精度如何影响到整机性能及牙刷植毛质量, 要求运动平稳、移位速度快、到位精度高。通常刷板孔径在116 mm 左右, 要能准确地将毛丝及铝片植入刷板每孔中心, 给运动平台提出了较高要求。其设计原理是: 由微电脑控制步进电机, 来驱动X 轴与Y 轴, 而X 轴和Y轴采用定制精密滚珠丝杠。工作台的平移运动, 由X 、Y 轴运动基座加装导杆, 并在导杆上安装立线轴承, 以消除晃动及步距误差, 夹板装置安装固定在运动平台上, 由电磁气动阀完成刷板的夹紧及弹出。

单片微机控制系统：

该部分是全自动植毛机的心脏, 它所完成的工作主要包括4 个方面:( 1) 协调整机工作状态, 检测各个控制环节, 包括X 轴零位、Y 轴零位、板仓空、毛色、重毛、移位等的检测。( 2) 控制各支路动作, 包括X 、Y 轴步进电机正、反向运动控制, 移位步距控制, 主轴驱动电机启、停控制, 刹车、换毛、出板气泵的工作时序。( 3) 故障报警指示, 包括重毛故障, 电源故障, X 、Y 轴不能回零, 毛色不能变换, 移位计数等指示。( 4) 人机对话功能, 包括是否紧急停机,故障清除恢复, 主轴电磁刹车是否释放, 是否启动工作, 新牙刷品种的程序编制, 日产量计数, 总产量计数, 工作台移位速度的设定, 毛色设定, 出板位置的设定, X 、Y 轴偏移量的修正。

第三章植毛机总体方案选择

3.1植毛机的技术进展

手动植毛机:通过人来摇手柄来驱动，主轴上有两个凸轮，第一个是用来控制牙刷孔的位置，第二个凸轮控制铝片的长度，在后面通过连杆机构将钩丝、切铝片和将铝片、刷丝植入刷柄一同完成，整个过程完全手动，工人一边扶着刷柄一边摇手柄。所以，手动植毛机的效率很低，一天最多能植2000~3000支牙刷。只能植一种颜色的刷丝。

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传动部件.gif

高速双色牙刷植毛机机械结构设计.gif

机架.gif

盛毛部件.gif

凸轮工作图.gif

位移部件.gif

内容简介：: 毕业实习调研报告学院：扬州大学广陵学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机械81001班姓名：陈沛东学号： 100007102 指导老师：竺志大 2014年03月25日1、实习说明1、实习时间：2014年03月01日2014年6月1日2、实习地点：江苏艾萨克科技有限公司3、实习性质：毕业实习4、实习目的：（1）巩固、联系、充实、加深、扩大所学知识基础理论和专业知识。（2）提高运用所学知识，解决实际问题的能力。（3）敢于创新，并能正确地将独创精神与科学态度相结合。（4）初步掌握专业设计工作的流程和方法。（5）熟练运用计算机等工具提高工作效率。（6）养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。2、单位简介江苏艾萨克科技有限公司，是一家专业从事自动化设备研发、制造、销售与服务一体化的高科技企业，公司融合了中国科学院自动化研究所、扬州大学等国内一些高端的工业自动化机械行业的专业学府与机构，实现产学研究等一体的合作模式，致力于工业自动化领域的研发和生产项目，为实现国内制造业工业革命的发展趋势为发展宗旨，不断进取，勇于创新，公司坚持“以人为本，为客户创造最大价值”的经营理念，以科技促进效益，为实现我国制造业的自动化生产转型和升级做出不懈努力！企业宗旨：用户至上，信誉取胜，质量优良，服务优质。经营理念：质量形象的基础科技腾飞的关键管理永恒的主题创新发展的源泉服务原则：热情友好，细致周到，持之以恒，精益求精。3、实习具体内容刚到这个企业，用了一天的时间对这个企业的各个部门进行一些基本的了解。主要是对设计部和生产、装配部门进行了具体的参观。第一天基本上就这样，回去之后进行了一些总结，大概知道自己的任务。第二天，先到牙刷生产的车间参观，在工人师傅以及老师的讲解下，对一支牙刷的生产过程基本上了解了。我主要是研究植毛机的工作原理，对这一台结构和功能都比较复杂的机器，当时我看到植毛机工作的时候觉得很神奇，同时我自己也看的一头雾水，光从表面上根本看不出什么，只有几个动作而且速度也很快。后来我们找了一台没有工作的机器，具体看了一下，在工人师傅和老师的分析和描述中我有点明白了它主轴箱内部的构造，具体的空间位置和布局还是不了解。然后进行了手动操作，一步一步地把它的一个工作循环过程分解下来，在进行分析，老师们讲完之后就要靠自己去慢慢理解，慢慢分析，主要是观察，再结合老师讲的，主要是自己要运用已学的知识去理解分析。回去之后我也上网找了一些关于植毛机的资料，还有它在国外的发展历史和我国的现状。经过几天的参观和思考以及搜集资料，对植毛机的工作原理大概有个了解。它主要运用机械结构来完成工作，就是我们机械原理里面学到的凸轮的有关知识。植毛机构主要完成刷丝传送、铁片传送、铁片剪切、刷丝与铁片合成、植入刷板等动作。其工作原理是: 启动主轴电机, 带动主轴旋转, 安装在主轴上的 3 只互成一定角度的凸轮启动。第一凸轮驱动一换向装置, 带动拉毛梭芯在梭壳中来回拉丝, 从而不断将牙刷丝送入植毛嘴中; 同时另一凸轮带动送铁片机构,将铁片送入切片刀盒; 此时连杆机构带动刀片切出1.6mm *1 mm *0.4 mm 的薄片, 并与梭芯拉入的刷丝一起送入植毛嘴中, 由步进电机驱动的装有刷板的工作台移到植毛嘴下, 将一束刷丝连同铁片植入当前刷板孔中,完成一次循环。如此反复, 机器将不停地生产出牙刷, 平均每支牙刷植毛时间为 5-7 s。知道了工作原理之后，我就跟几个实习的学生一起来测绘这台植毛机。机械零件测绘的步骤：1）分析零件；2）确定零件的视图表达方案；3）目测徒手画零件草图；）绘制零件工作图。零件测绘的注意事项：1）测量尺寸时，应正确选择测量基准，以减少测量误差。零件上磨损部位的尺寸，应参考其配合的零件的相关尺寸，或参考有关的技术资料予以确定。2）零件间相配合结构的基本尺寸必须一致，并应精确测量，查阅有关手册，给出恰当的尺寸偏差。3）零件上的非配合尺寸，如果测得为小数，应圆整为整数标出。4）零件上的截交线和相贯线，不能机械地照实物绘制。因为它们常常由于制造上的缺陷而被歪曲。画图时要分析弄清它们是怎样形成的，然后用学过的相应方法画出。 5）要重视零件上的一些细小结构，如倒角、圆角、凹坑、凸台和退刀槽、中心孔等。如系标准结构，在测得尺寸后，应参照相应的标准查出其标准值，注写在图纸上。6）对于零件上的缺陷，如铸造缩孔、砂眼、加工的疵点、磨损等，不要在图上画出。7）技术要求的确定测绘零件时，可根据实物并结合有关资料分析，确定零件的有关技术要求，如尺寸公差、表面粗糙度、形位公差、热处理和表面处理等。在了解这些要点之后，我们准备了一些必要的测量工具，一边拆机器一边测量，还要拍照记录没拆之前的样子，以便我们后面好装配。就这样我们每天带着自己的电脑到公司里来测绘。4、实习总结通过本次毕业实习我真正了解到步入社会后我们还有许多知识要学习，还有许多需要加强的地方，我们的专业课知识还不能熟练的掌握，我们的动手能力不足等，我知道这不是短时间内能够学会的，这次实习对我的毕业设计也有很大的帮助，在以后的设计过程中我还会学到很多东西。此次毕业实习，我学会了运用所学知识解决处理简单问题的方法与技巧。同时我体验到了社会工作的艰苦性，通过实习，让我在社会中磨练了下自己，也锻炼了下意志力，训练了自己的动手操

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