（机械设计及理论专业论文）围板箱的实木侧板拼接自动线的开发.pdf

围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 摘要 围板箱，是配合托盘使用的可折叠可拆卸木箱，围板箱包括托盘、箱体、 箱盖，它具有传统木箱不具备的很多优点，因此在欧洲这种产品特别受欢迎， 也很普遍。常见的围板木箱的实木侧板是由整板组成，原材料资源相对较少， 价格较贵，造成生产成本很高；江苏某公司在满足工艺强度要求的情况下使 用拼接板工艺，使用两块窄板通过榫接的方式进行拼接。现今的拼接工艺主 要是手工作业，整个拼接区有工人十名，每天每人拼接板5 0 0 片。在此种工 艺条件下2 0 0 8 年节约成本3 3 ，但是生产效率并不是很高，为了进一步节 约成本，提高效率，决定开发围板箱的实木侧板拼接自动线。 首先从总体上设计自动线，根据年生产量作者决定采用半自动上料、涂 胶、自动拼接等工艺过程，同时采用气动传动的方式。在整个自动线布局上 使用直线型同步顺序组合，把设计自动线有效工作高度设计为1 米，长度控 制在3 米以内；为了缩短自动线的长度，作者把推送机构的气缸安装在工作 台下面，并安装放大行程机构以缩短气缸的行程，放大行程机构应用齿轮齿 条组成的直线差动行程增倍机构。工作台、料仓，气缸架均采用型材组焊的 形式拼成框架式结构；经比较作者选择p l c 控制系统，若用单片机控制， 抗干扰能力差；若采用电气控制，电路将十分复杂；而p l c 控制，结构较 简单，成本也不高，尺寸精度也能满足要求。然后作者设计出拼接自动线执 行机构工艺流程图及整个自动线工艺流程图，包括循环图的设计。 然后是设计具体的各执行机构，自动线的供料机构作者采用料槽式供料 机构，把料槽整体外尺寸设计为8 0 0 2 5 0 9 0 0 m m ，材料为钢板或者型钢， 热处理后硬度h r c 4 5 - - 5 0 ；作者把工作台滑道宽度设计为3 0 0 m m ，壁厚为 1 0 m m ，表面要求进行光整加工；送料器采用直线往复式送料器，作者选择 标准气缸作为两个推送气缸，内径为4 0 m m ，行程为5 0 0 m m ，安装形式是固 定轴向支座m s l 式。拼接机构的两个垂直下压气缸，作者选择内径5 0 m m ， 行程2 0 0 m m 的标准气缸，选择固定后法兰m f 2 式安装。水平侧压选用内径 5 0 m m ，行程1 0 0 m m 的标准气缸，选择固定轴向支座m s l 式安装，同时安 装定位检测及气压调节装置。 涂胶机构包括盛胶容器、毛刷、小型自吸泵三部分，作者把涂胶机构动 作流程设计为：小型自吸泵从盛胶容器中吸出胶水到毛刷上，开榫板经过毛 刷时，毛刷会均匀地把胶水涂在榫头上表面。 围板箱实木侧板的拼接自动线暂时国内还没有，该技术填补了木工机械 在木材横向拼接方面的空白，拼接自动线设计预算为1 0 6 5 万元，工厂使用 自动线拼接加工后预计生产成本节约2 0 2 ，同时使用自动线拼接使原有的 操作工人由l o 人减为2 人，在管理等方面减轻了负担，提高公司生产的自动 化水平。 关键词：围板木箱，拼接，自动线，气动传动 i i d e v e l o pt h es p l i c i n ga u t o m a t i c p r o d u c t i o nl i n eo fi ，a l l etc o l l a r s s i d e b o a r d a b s t r a c t p a l l e tc o l l a r sa r ec o l l a p s i b l ea n dr e m o v a b l ew o o d e nb o x e s ，i n c l u d i n gt r a y s ， b o x e sa n dc o v e r s p a l l e tc o l l a r sh a v eal o to fa d v a n t a g e sw h i c ht h et r a d i t i o n a l w o o d e nb o x e sd o n th a v e ，t h e r e f o r ei n e u r o p et h ep r o d u c ti sp a r t i c u l a r l y w e l c o m ea n dv e r yc o m m o n t h ec o m m o np a l l e tc o l l a r s s i d e b o a r da r ec o m p o s e d w i t ht h ee n t i r eb o a r d s ，r a wm a t e r i a lr e s o u r c e si ss os m a l la n de x p e n s i v et h a t p r o d u c t i o nc o s t si sv e r yh i g h ac o m p a n y ，i nj i a n g s u ，u s es p l i c i n gp r o c e s st o s p l i c et w op i e c e so f n a r r o wb o a r dt o g e t h e r , t h ep r o c e s sm e e t st h er e q u i r e m e n t so f p r o c e s si n t e n s i t y n o w a d a y st h es p l i c i n gp r o c e s si sm a i n l ym a n u a l t h e r ea r e10 w o r k e r s ，a n dp e r p e r s o nc a ns p l i c e5 0 0b o a r d se v e r yd a y i n2 0 0 8t h ep r o d u c t i o n c o s ts a v i n g s33 u n d e rs u c hp r o c e s sc o n d i t i o n s ，b u tp r o d u c t i v i t yi sn o tv e r y h i 曲i no r d e rt of u r t h e rr e d u c ec o s t sa n di m p r o v ee f f i c i e n c y , d e c i d et od e v e l o p t h es p l i c i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n eo f p a l l e tc o l l a r s s i d e b o a r d f i r s to fa l l ，d e s i g nt h ea u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n eo nt h e o v e r a l l ， a c c o r d i n gt o a n n u a l o u t p u t ，d e c i d e o ns e m i - a u t o m a t i cf e e d i n g ，c o a t i n g ， a u t o m a t i c s p l i c i n gp r o c e s sa n dp n e u m a t i ct r a n s m i s s i o n t h el a y o u t o ft h e a u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n ei sl i n e a r s y n c h r o n o u ss e q u e n t i a lc o m b i n a t i o n ， w o r k b e n c hh e i g h ti s1m ，l e n g t h3m e t e r s i no r d e rt os h o r t e nt h el e n g t ho ft h e a u t o m a t i c p r o d u c t i o nl i n e ，t h ec y l i n d e rw o u l d b ei n s t a l l e db e l o wt h ew o r k b e n c h ， a n di n s t a l le n l a r g i n gs t r o k em e c h a n i s mt os h o r t e nt h ec y l i n d e rs t r o k es oa st o s h o r t e nt h el e n g t ho ft h ea u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e t h ee n l a r g i n gs t r o k e m e c h a n i s md e c i d eo nr a c ka n dp i n i o n w o r k b e n c h 、f e e d i n gb i na n dc y l i n d e r f r a m ea r ew e l d i n gt om a k ef r a m e w o r ks t r u c t u r e t h ec o n t r o lp a r ts e l e c tp l c c o n t r o l ，i t sa n t i - ja m m i n ga b i l i t yi sb e t t e rt h a ns i n g l e - c h i pc o n t r o l ，a n dc i r c u i tw i l l b ee a s i e rt h a ne l e c t r i c a lc o n t r 0 1 t h es t r u c t u r eo fp l cc o n t r o li sr e l a t i v e l y s i m p l e ，c o s ti sn o th i g ha n dc a nm e e tt h es i z ep r e c i s i o nr e q u i r e m e n t s t h e n d e s i g nt h ew o r kf l o wd i a g r a mo fs p l i c i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e ，i n c l u d i n g t h ec i r c u l a n tg r a p h s i i i f i n a l l yd e s i g ne x e c u t i n ga g e n c y a d o p tt h et r o u g h s t y l ef e e d i n ga g e n c i e s ， t h eo v e r a l lo u t s i d ed i m e n s i o n so f8 0 0 2 50 9 0 0 m m 。m a t e r i a l sf o rs t e e l ， h a r d n e s sa f t e rh e a tt r e a t m e n tw i l lb eh i 地4 5 50 w i d t ho fs l i d e w a yi n 蛐e n c hi s3 0 0 m m a n dt h i c k n e s si s10 m m w o r k b e n c hm u s tb ec a r d e do u t s u r f a c ef i n i s h i n g f e e d e ra d o p tt h ef o r mo fr e c i p r o c a t i n gl i n e a r s e l e c ts t a n d a r d c y l i n d e rf o rb o t hp u s hc y l i n d e r i t si n n e rd i a m e t e ri s4 0 m ma n ds t r o k ei s50 0 m m t h ei n s t a l l a t i o no ft h ef o r mi sm s1 s e l e c tt w os t a n d a r dc y l i n d e r sw h o s ei n n e r d i a m e t e ri s5 0 m m , a n ds t r o k ei s2 0 0 m ma st h et w ov e r t i c a lc y l i n d e ri ns p l i c i n g a g e n c i e s ，t h ei n s t a l l a t i o no ft h ef o r mi sm f 2 t h e ns e l e c tal a t e r a ls t a n d a r d c y l i n d e r , i t si n n e rd i a m e t e ri s5 0 m m ，a n ds t r o k ei s lo o m m ，t h ei n s t a l l a t i o no f t h ef o r mi sm s 1 s i m u l t a n e o u s l yi n s t a l l l o c a t i o nd e t e c t i o na n dp r e s s u r e r e g u l a t i n gd e v i c e c o n t a i n e r , b r u s ha n ds e l f - p r i m i n gp u m pc o n s t i t u t eg l u i n ga g e n c i e s s e l f - p r i m i n gp u m ps u c t i o ng l u ef r o mt h ec o n t a i n e rt ot h eb r u s h ，w h e no p e n m o r t i s ep l a t e st h r o u g hb r u s h ，t h et e n o n sw o u l eb eg l u e du n i f o r m l y r e c e n t l yt h e r ei sn oa u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n ei nc h i n a ，t h et e c h n o l o g yo f w o o d w o r k i n gm a c h i n e r yc a nf i l lt h et i m b e ra tt h eh o r i z o n t a lg a p ss p l i c i n g ，t h e s p l i c i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n ed e s i g nab u d g e to f ￥10 6 ，5 0 0 ，t h eu s eo f a u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n ec a ns a v e2 0 2p e r c e n to fp r o d u c t i o nc o s t ，a n dt h e w b r k e r sr e d u c et o2 p e o p l e f r o m10 a l l e v i a t i n g t h eb u r d e ni n m a n a g e m e n t ，i m p r o v i n gt h ea u t o m a t i o nl e v e lo fp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：p a l l e tc o l l a r s ，s p l i c i n g ，z u t o m a t i c p r o d u c t i o nl i n e ， p n e u m a t i ct r a n s m i s s i o n i v 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：乖呈泉 日 期：2 。9 年5 月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文扣汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供 信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规 论文作者签名：菲乏良导师签名： 、j 围扳箱的实术侧板拼接自动线的开发 1 概述 1 1 课题背景及来源 1 1 1 围扳箱介绍 围板箱，英文名p a l l e tc o l l a r s ，是配合托盘使用的可折叠、可拆卸的木箱，由托盘、箱 体、箱盖组成。常见的是四角围板箱和六角围板箱两种，即分别由4 块实木侧板和六块 实木侧板通过铰链连接而成，如图1 一l ；可对折叠和对角折叠，容易拆开和安装，循环利 用率高，可以根据内置产品的高度来增添围板的层数，如图1 _ 2 。在欧洲这种产品特别受 欢迎，也很普遍。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性，围扳箱被运用于 机械、化工、电子、五金以及其他领域，同传统木箱相比围板箱具有下列优点： 1 ) 围板箱的长、宽根据托盘的尺寸确定，使用层数可根据承载物的高度来决定， 最大限度地提高箱体空间的利用率。 2 ) 环保，不使用铁钉。由于无钉化作业，显著地降低了工人在装卸过程中发生工 的风险。 3 ) 不存在因箱体的部分损坏而令整箱报废的情况，对于同一尺寸，可实现完全互 换使用。 4 ) 运输时可将围板折叠为双层或四层相连接的木板结构摆放在托盘上，大大地减 少贮运体积，有效的降低运输成本。 5 ) 可折叠，不使用的时候可以节省8 5 的空间。 6 ) 坚固耐用，在正常状态下可以循环使用1 0 年。 图1 1 常见围板箱展开图 f i g l - 1e x p a i i s i o ng r a p h o f c o o n p a l l e tc o l l a r s 陕西科技人学硕 学位论文 图l 也常见围板箱折叠厦堆码图 f i g l - 2f o l d e d a n ds t a c k i n g g r a p h o f c o m m o n p a l m tc o l l a r s 1 1 2 江苏某公司围板箱的实木侧扳拼接加工背景及现状 江苏某公司2 0 0 8 年生产围板箱约3 5 万个，主要是四角围板，长实木侧板的尺寸为 7 4 8 2 0 0 x 2 0 m m 和短实木倒板的尺寸为5 4 8 x 2 0 0 x 2 0 m r n ，材质为本松、马尾松等。实本侧 板的拼接就是在满足围板箱强度要求的条件下使用专用胶水把半制材拼接成满足围板箱 尺寸要求的实木侧板，半制扳分别是加工有榫头和榫槽的丌榫板和开槽板，且为直榫， 如图卜3 所示。现今的拼接加工工艺为：在开样板上手工涂胶一手工把开榫板和开槽板拼 接挤压在一起，整个工艺过程需工人一名，每人每班( 8 5 时) 平均加1 5 0 0 片实木侧板， 围板箱的实术侧板拼接工段共有工人十名。 松木半制材的规格见表1 - 1 ，开榫高度为3 m m ，最低处不得低于2 m m ，榫槽深度为4 m m ， 榫宽为6 m m ，两侧宽度为7 m m 使用胶水为白乳胶； 图1 3 开榫板与开槽板 f i g l 一3 m o m s eb o da n d n o t c h b o a r d 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 短尺寸木材的拼接工艺是采用侧面相结合的加工方法，即将木材分别加工成榫头和 榫槽，涂胶后相结合。拼接材具有许多优点，主要是可利用低等级和短尺寸的木材，节 省资源，实现木材资源的高效利用及解决原料供应不足的问题“，。随着我国经济建设的 发展，人们生活水平的提高，特别是改善人们居住条件及国家基础建设比重加大，又对木 材及其制品的供应提出了更高的要求，这是一对尖锐的矛盾，也是世纪之交我国木材供 需所面临的新形势“，。作为木材供应主渠道的天然林近成过熟林单位面积平均蓄积量在 持续下降，另一方面大径级、特大径级木材，特别是珍贵树种木材的林地面积在迅猛减 少，传统的工业用材树种如红松、水曲柳、椴树、马尾松、云南松、落叶松等的成过熟 林将面临无林可采的局面n ，。 同时经济上节约了成本，当前市场7 4 8 x 2 0 0 x 2 0 m m 本松整板木板价格为3 0 0 0 元立 方米，窄板价格为2 0 0 0 元立方米，按照该公司2 0 0 8 年的围板箱的实木侧板生产量1 5 0 万块，1 0 名工人2 0 0 8 年总工资2 4 万元，胶水用量5 万，合计约4 4 0 万元，如使用整 板则共需约6 6 0 万元，使用拼接技术全年共节约2 2 0 万元，约3 3 。 为了提高生产效率，降低加工成本，就需要改变现今手工操作的方式，用自动机械代 替人工操作，围板箱的实木侧板拼接自动线的开发是必然的要求，使用拼接自动线可以 大幅度提高生产效率，节约成本，同时拼接木板的质量稳定。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外拼接材的研究现状 我国木材拼接的生产起步于2 0 世纪8 0 年代，近年来得到快速发展，但企业的生产规模 和生产能力相对较小，拼接类型和指榫形状也相对单一，多以1 2 m m 的短齿生产非结构用 指接材。研究主要集中在不同树种、胶种及指榫规格等工艺参数对指接材性能的影响 方面。朱焕明等研究了间伐小径木材含水率、指接端压压力大小和时间、养护时间、涂 胶量、指榫规格对指接材抗弯强度性能的影响，通过方差分析确定了最佳的工艺条件哺，。 陕西科技大学硕士学位论文 郝金城等探讨了指榫长度、端压、嵌合度、加压时间、涂胶量和胶黏剂种类等主要因子， 对指接材静曲强度的影响，并分析了因子的交互作用，以指接试件抗弯强度和外观质量为 指标进行综合分析，提出了落叶松指接加工的最佳工艺条件m ，。何林等以短周期间伐材和 小径材为对象，研究了指榫数量、位置对指接强度的影响，认为指榫可以看作木材的若干 不连续点，对指接材的强度影响很大盯，。 国外拼接木材的研究起始于2 0 世纪3 0 年代的德国，。随着建筑业对结构用承载构件 的需求量增加，拼接木材的研究和生产应用日益活跃，广泛开展了指榫接合方式、齿形参 数、指接形状、树种等因素对结构用拼接木材性能影响的研究呻，。 1 2 2 国内外木材拼接设备研究现状 随着我国木材深加工业的发展，木材拼接生产工艺技术逐渐得到了广泛的应用。国 外的拼接设备也在我国的许多木材生产企业中运用。但是市场上还没有专门用于围板箱 的实木侧板拼接的自动机械或者自动线，比较常见的是拼接方向相反的纵向拼接木材的 齿形榫拼接( 又称指接) ，它是将木材纵向接长的一种有效方法。它是在木材端部经机 械加工成齿形榫头，在两个待接的齿形榫斜面上涂布粘接剂，通过两端加压完成插接胶 合，其特点是使木材长度可不受树木生长高度和木料长短的限制，达到短材长用。 在我国使用拼接也已有多年历史；但对拼接的刀具、工艺、设备却研究得很不充分， 尤其指接工艺比较落后，社会上对指接也有一种偏见，害怕指接后的木材不牢固。齿形 榫拼接设备的开发起步较晚，1 9 8 9 年重庆科里森公司试制了一种毛料拼接机组，该机组 由六台设备组成，手工涂胶，高频加热使胶固化n “。近年来，顺德伦教成为了中国梳齿 拼接机最大制造基地，生产的产品也非常丰富有横式全自动齿按生产线、全自动连续式 梳齿、涂胶、齿接生产线、全自动梳齿涂胶接长联合机组、自动梳齿接木机等各型先进 设备二十余种。目前采用较多的是油压式和气压式拼板机，所用原料有整块木条和纵接 之后的接长板之间。半条的四个面应该被刨光，但是利用夹子夹紧的应该两个侧面刨光。 常用液压或丝杆夹紧m ， 国外近年来大量开发了齿形榫拼接设备。比较典型的设备和生产线有：美国一公司 制造的齿形榫拼接机组，日本大平制作所生产的齿形榫拼接机组，大型的集成材生产线， 工业化细木工制品厂的拼接生产线。此外，国外也开发了一些小型手动的齿形榫拼接设 备和小型多功能设备。如日本大平制作所的c 5 0 一b 型铣齿插接机集铣齿、涂胶、插接压 合于一机。且体积小、重量轻、易操作。另外如石津制作所生产的一型手动铣齿机n ”。 伴随着西方木材机械加工工业的发展，意大利的木材指接生产设备在工业领域中已 应用了几十年，现在已经发展成为一个比较成熟的工业技术。意大利生产指接材产品具 有以下的特点尺寸不受限制，强度高经济效益好，木材利用率高应用范围广 泛。意大利指接生产设备的工艺流程原木，盘头截断剖毛方多片圆锯机纵剖干燥选材- d , 4 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 规格材一截头开指接摔涂胶压接定长截断，指接材指接禅的规格主要有两种形式一种是 巨型指接禅一种是微型指接桦。加工指接桦的铣刀分为整体式单片式两种，意大利目前 基本上全部使用整体式铣刀。整体式铣刀的加工精度高，切削效果好，且动态稳定性高， 易于安装调整。意大利的指接生产设备包括指接榫开榫机组、涂胶机组、压接机组和定 长截断机组四个部分。从生产流程的组成形式上可以分为单机半自动生产线和自动生产 线两种。单机半自动生产线由半自动开榫机，涂胶机和压接机组成，单机之间的运输由 人工完成。自动生产线仍然是由上述的工序组成，不同的只是自动生产线上所有的加工 动作是自动连续地行的，在加工的过程中木材工件由运输带输送前进不发生停顿，部分 的自动生产线上，还有工件的自动翻转机构m ，。 美国纽约的一家制造商j a m e slt a y l o r 生产的已获专利的复式自动拼板机是目前市 场上最先进的自动拼板机该机最大的优点是使操作者能够百分之百地利用时间，从而 达到最高的生产率它由程序控制器控制运行，能感知其速度并自动进行高低调整，松 开夹具、装载坯料、收紧夹具同步进行假设拼板机每个工作区胶拼3 块尺寸为6 0 0 c m x 6 0 c m 的板材，每个周期为5 0 s ，则每班( 8 h ) 可处理达6 3 4 m 2 的板材该机是针对劳动力比 较紧张及劳动力价格较贵的情况开发研制的。 陕西科技大学硕士学位论文 2 自动线设计原理 2 1 自动线介绍 2 1 1 自动线定义、特点及应用 自动线即能实现产品生产过程自动化的一种机器体系。即通过采用一套能自动 进行加工、检测、装卸、运输的机器设备，组成高度连续的、完全自动化的生产线， 来实现产品的生产。是在连续流水线基础上进一步发展形成的，是一种先进的生产 组织形式。它的发展趋势是：提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度和自动化 程度，同计算机结合实现整体自动化车间与自动化工厂。自动线适宜于以下一些产 品生产过程的生产n 3 1 1 ) 定型、批量大、有一定生产周期的产品 2 ) 产品的结构便于传送、自动上下料、定位和夹紧，自动加工、装配和检测。 3 ) 产品结构比较复杂、加工工序多、加工路线太长而使得所设计的自动机的子系 统太多、结构太复杂、机体太庞大、难以操纵甚至难以保证产品的加工数量及质量。 4 ) 以包装、装配为主的生产过程。例如电池，牙膏类产品的生产；液体固体物料 的称重、填充、包装；汽车、摩托车、电视机组装等。 5 ) 因加工方法、手段、环境等因素影响而不宜用自动机进行生产时，可设计成自 动线。例如喷漆、清洗、焊接、烘干、热处理等。 2 1 2 自动生产线的组成及类型 自动线一般由四大类设备( 装置、系统) 组成： 1 ) 主要工艺设备：专用的自动机。例如自动机床、自动冲压机、包装机、灌装机 等。 2 ) 辅助工艺装置：剔除装置、分选装置、夹紧装置、转位、翻转装置等 3 ) 物料储存、传送装置，包括传送( 如输送带、链板、输送辊) 、储存( 料斗、料 仓) 和上下料装置( 各种供料器、机械手) 。 4 ) 检测控制装置，包括检测( 产品质量、故障寻查，环境监视检测器) 、信号处理 ( 数据处理、报警、反馈仪器) 和控制系统。 自动线的型式随产品的性态和形态、工艺过程的性质、连线设备的性能及布局、生 产节拍、生产条件( 如厂房大小) 、控制方式、人员技术水平、生产习惯等不同而有所不 同，最基本的自动线的类型有以下四种： 1 ) 直线型 直线型又可分为同步顺序组合、非同步顺序组合、分段非同步顺序组合和顺序平 6 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 行组合自动线。 门 线 图2 - 1 顺序组合自动线 f i 9 2 - 1c o n s e c u t i v ec o m b i n a t i o na u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e 图2 - 2 顺序一平行组合自动线 f i 9 2 2c o n s e c u t i v ea n dp a r a l l e lc o m b i n a t i o na u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e 2 ) 曲线型 工件沿折线( 如蛇形、之字形、直线与弧线组合等) 传送，其他与直线式相同。 3 ) 封闭( 或半封闭) 环( 或矩框) 型 7 陕西科技大学硕士学位论文 a )b ) 图2 - 3 矩框、环形自动线 f i 9 2 - 3r e c t a n g l ea n da n n u l a r i t ya u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e 4 ) 树枝型( 或称为分支型) 工件传送路线如同树枝，有主干，有分支。 2 1 3 自动生产线的控制系统 自动线是由控制系统操作着自动线各个组成部分的工艺动作顺序、持续时间、预警、 故障诊断和自动维修等。自动线对控制系统有如下一些要求： 1 ) 满足自动线循环要求并尽可能简单 2 ) 控制系统的构建要可靠耐用，安装正确，调整、维修方便。 3 ) 线路布置合理、安全，不能影响自动线整体效果和自动线工作。 4 ) 应在关键部位，对关键工艺参数( 如压力、时间、行程等) 设置检测装置，以 便当发生偶然事故时，及时发讯、报警、局部或全部停车。 2 2 自动线生产率与利用率的分析 2 2 1 自动线的基本分析指标 自动线的生产率是自动线的重要指标，涉及自动线系统方案设计和自动线自动化水 平。自动线可以按照三个基本指标来分析，即平均生产率、利用率和单件费用 1 4 1 。 平均生产率：自动线的理论循环时间t c 等于工件输送时间加上工时最长工位的单件力n - r _ 时间。由于各种原因，会使自动线停工排除故障。因此，实际的平均生产时间昂将大于理 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 论循环时间亿即： t p = - t c + f t d ( 2 1 ) 式中： 昂一实际单件平均生产时间( 分) 恐一理论循环时间( 分) 瑚每一循环中的故障出现率 乃一发生故障时的平均停工时间( 包括分析、判断故障和排除故障的时间) ( 分) 自动线的平均生产率郫为： 彤= ( 2 - 2 ) 利用率自动线的利用率e 就是理论循环时间与实际平均生产时间之比， e ：星： 圣 ( 2 3 ) 耳乙+ 羁 另一个代换指标d 是自动线故障停工时间与实际平均生产时间之比，即 d ：孕：鲁( 2 - 4 ) 耳乏+ 码 显然 e + d = i 单件费用：在自动线j n - r 中，单件费用c 之为： = q + 巴乃+ e ( 2 5 ) 式中： “ c k 一单件费用( 元件) q 一单件原材料费用( 元件) 巴一自动线每分钟的运转费用( 元分) ，它包括操作工人工资、企业一般管理费 用、保养维修费用、设备成本在预定使用寿命期间的摊额，最后一项占最大部分。 e 一刀具费的单件摊额( 元件) 在自动线加工中总是会产生废品的。设废品率为墨则平均生产率和单件费用 肆= ( 1 一s ) 7 1 ( 2 6 ) 户 = 击( q + q 乃+ g ) ( 2 - 7 ) 1 一。 习惯上取s = 0 0 5 9 陕西科技大学硕士学位论文 2 2 2 无中间贮料库自动线分析 当自动线发生故障时，一种情况是工件不从发生故障的工位上取走，另一种情况是 取走工件。根据前者，可以确定每一循环中故障出现率的上限根据后者，则确定故障出现 率的下限。 故障出现率上限：工件不必取走的故障有，某一工位液压进给系统发生故障，刀具接 近磨钝需要更换，工件接近磨钝需要调整刀具，等等。设只为工件在工位“r 卡住的概率。 因为在一个循环中工件要通过全线的各个工位，所以最不利的情况是各个工位均发生故 障，即每一循环故障出现率的上限凡为： e = 只 ( 2 - 8 ) i = l 式中： i _ 自动线的工位数。 如果自动线每个工位的故障概率都相等，即 p i = p 2 = p 3 = p 4 = p n = p 则 e = n p ( 2 - 9 ) 故障出现率下限：- e 件必须取走的故障是工件损坏，例如钻头或丝锥断在工件 里。此时必须将工件从该工位上取走，并且更换刀具。同样，设p 。为工件在工位“r 卡住的概率，那么1 一p 。就是工件在工位“不卡住”的概率。而工件通过全线n 个工 位“不卡住 的概率为：兀0 - p , ) i - i 因此，每一循环故障出现率的下限局为： 巧= 1 - 兀( i - r ) ( 2 1 0 ) i = l 如果p i = p 2 = p 3 = p 4 = p n = p 则： 巧= 1 - ( 1 - p ) 4 ( 2 1 1 ) 按照工件被取走的情况来考虑，并且假设故障工位是产生废品的唯一原因，那么局就是 废品率了。此时，自动线的平均生产率应修正为 = i - f l 彳1 ( 2 - 1 2 ) p 2 2 3 有中间贮料库自动线分析 设置中间贮料库可以减弱全线各工位之间的依赖性，从而提高自动线的利用率。由 1 0 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 中间贮料库将全线划分成若干个工区。如果划分成价工区，则设置卜价中间贮料库。 但是，随着工区数的增加，贮料库增多或者随着贮料库容量的增加，自动线负荷率增加的 趋势逐渐减慢，投资增加，经济效益并不高，因此自动线的工区数不宜过多，贮料库的容 量也不宜过大n ”。 2 3 提高自动线生产率的途径 为了提高自动线的生产率，必须全面地分析各种工艺因素和设备因素。设计先进合 理的工艺方案、机器的结构方案和机构的运动方案，选择先进可靠的设备、机构和元件 等，都可以是自动线的生产率得到提高。而这些措施的实质，就是减少执行机构时间损 失，包括减少循环内的空程及辅助操作时间、减少循环外的时间损失和减少基本工艺时 间等，这就是提高自动线生产率的基本条件。具体提高自动线生产率的途径有以下几种： 1 ) 保证工序间的平衡生产 组成自动线的各工序，其单机循环时间往往不一致，这就要求设法保证各工序之间的节 拍大致均衡，以提高自动线利用率，其方法有： ( 1 ) 工序与工序之间，单机循环时间相差比较大时，在单机工作能力低的工序中， 有两种方法可供选择增加机床台数增加该单机的工作时间。在这两种方法中，究 竞选用哪种方法，要看其经济效果的优劣和平面空间的条件来决定。 ( 2 ) 从组建自动线的方式来说，采用柔性联接方式，是提高利用率的又一方法。所 谓“柔性联接”，是指工序与工序之间用料仓、料斗、料道等装置，储存一定数量的工 件，从而当前工序或后工序因某些原因暂时停工时，不致于使后工序或前工序也受牵连， 跟着停工。当然，各工序的节拍时间大致相同、且工序又较少的自动线，还是可以采用 刚性联接方式的。 刚性联接方式，具有工件输送系统比较简单、占地面积小等优点。但因为工序与工 序之间同步性要求严格，只要其中一台机床停工，就会导致全线停工。因此在旋转体零件 加工自动线中，一般以采用柔性联接方式为宜。 2 ) 提高自动线的可靠性 提高自动线的可靠性，是指在技术上采取一切切实可行的措施，来减少自动线由于 各种技术上的原因所造成的停工概率。要达到此目的就要尽可能减少组成自动线的环节， 确保每个环节的制造质量，并要选择可靠的控制元件。自动线所要选择的控制元件首先 要可靠，其次才是考虑先进，尤其是电气、液压、自动测量等元件更要可靠，否则就要 降低自动线的可靠性，并大大增加维修工作量。 采用可靠的自动传输系统，也能够提高整个自动线的可靠性，从而降低故障率，减 少停产时间，从而提高自动线的生产率。此外采用先进的控制系统，减少自动线的废品 陕西科技大学硕士学位论文 率和故障率，也是提高自动线生产率的一个重要途径n “。 3 ) 改进加工工艺 应广泛采用工序分散和集中原理，并把工序在时间上给予重合，是提供自动线生产 率的重要因素。 4 ) 自动线的合理布局 按工艺要求分成工段，然后按工段组成比较短的自动线，可以增加自动线的可靠性， 相应的提高自动线的生产率， 5 ) 提高利用系数 在自动线中按照设备性能和能力分成工段，中间增加储存器，可以提高自动线的利 用系数，而在不改变工作循环时间的条件下，缩短了停产时间，相应地提高了自动线的 生产率。 6 ) 增加备用机床 在整条自动线中，着重提高限制性工序工段或工作单元( 生产率最低的工段或单元) 的生产率，采用备用机床( 即在限制性工位安装2 台甚至多台能平行工作的机床) 或者采用 自动线分支的形式来提高限制性工序工段或工作单元的生产率，从而提高整个自动线的 生产率。 7 ) 有条件地提高自动线和自动线系统的生产率 具体要求是在改变纳入线中的设备数量和用电量的同时，直接提高自动线和自动线 系统的生产率在保持年生产率的情况下减少设备的数量和要求的用电量n ”。 2 4 自动线的总体设计 1 ) 自动线形式的选择 选择自动线形式要综合考虑所加工产品的特点、生产纲领、生产条件( 如厂房面积 等) 因素。直线型的结构相对比较简单，工件传送方便，自动线两旁的加工设备比较容 易布置，但传送链较长，工位比较多时显得狭长，适合外形结构比较复杂、尺寸较大一 类工件的生产；曲线型和封闭环( 框) 型可以合理利用厂房面积，结构布局比较紧凑， 传送链相对集中，上、下料在同一位置，但需要设置导向、转向机构使工件在传送中导 向、转向，适合外形结构比较规矩，尺寸相对较小、对加工部位无严格要求等一类工件 的生产；树枝型可从不同位置上料，实现工件的分流、汇合，适合产品包装、组装、分 检等，但其结构、传动链等相对都要复杂一些。 2 ) 生产节拍、输送速度的确定 对间歇型自动线要确定其生产节拍，对连续性自动线要确定其输送速度。生产节拍 和输送速度要根据设计生产纲领、自动线形式、自动线上最长工艺时间以及工件传送的 1 2 围板箱的实木侧板拼接自动线的开发 平稳性要求等设计确定。 3 ) 自动线机架结构 自动线一般比较长，所以其机架常采用型材焊接、铆接、螺栓连接等方式组拼成框 架式结构。可设计成若干等长度框架段，然后根据需要用螺栓将各段连接起来。有效工 作( 操作) 高度一般在8 0 0 m m 左右。 4 ) 自动线控制系统 自动线是由控制系统将组成自动线的所有自动机械和辅助设备联结成一个有机的整 体。控制系统是指挥中心，操纵着自动线各个组成部分的工艺动作顺序、持续时间、预 警、故障诊断和自动维修等。自动线工作的可靠性，在很大程度上取决于控制系统的完 善程度以及可靠性。自动线对控制系统有如下一些要求： ( 1 ) 满足自动线工作循环要求并尽可能简单。 ( 2 ) 控制系统的构件要耐用可靠，安装正确，调整、维修方便。 ( 3 ) 线路布置合理、安全，不能影响自动线整体效果和自动线的工作。 ( 4 ) 应在关键部位、对关键工艺参数( 如压力、时间、行程等) 设置检测装置， 以便当发生偶然事故时，及时发讯、预警、局部或全部停车。 自动线的控制方式可采用时序控制或行程控制，集中控制或分散控制。控制电路的 逻辑关系取决于自动线的工作循环图。 2 5 自动线中工件传送装置的设计 传送装置是自动线结构中的运动件及工件的承载体。它把工件按照移动的节拍或速 度从一个工位送到下一个工位，从结构上把自动机及其他设备联结成一个整体。传送装 置的种类比较多，可根据工件的特征及特性、传送速度及要求、工艺设备的类型及布局、 自动线的总体结构以及工艺过程的特点等，进行选择及设计。 1 ) 直线传输装置 直线传输装置主要用于工件在自动线直线段上的传送。 ( 1 ) 滚( 辊) 轴式 将若干个结构相同的滚轴，按照一定的间距、彼此平行支承起来，用链条或皮带使 其同速、同步、同向转动，置于滚轴上的工件受到摩擦力作用便向前移动。设计中要解 决好如下几个问题： 滚轴间距：滚轴间距应根据所传送工件的尺寸大小来确定，至少保证工件支承在两 个滚轴上，并使工件的重心位于两个滚轴之间，以保证工件在滚轴上平稳移动。 滚轴的驱动：为了保证所有滚轴表面的线速度大小相等、方向相同，滚轴的驱动应 做到同速、同步、同向转动。可采用单边单链条( 或v 带、圆带、同步带) 传动。当滚 陕西科技大学硕士学位论文 轴数目较多、间距过小时，可采用单边分段传动( 设置双联链轮、带轮) ，或双边分段传 动；亦可采用过渡轴传动，即在滚轴所处平面的下方( 或上方) 、与滚轴轴线空间相垂直 布置一过渡传动轴，用交叉皮带将过渡传动轴与所有滚轴连接起来，实现滚轴的转动。 滚轴的支承：一般情况下，自动线的传送速度都比较低，所以可采用滑动轴承支承 以减小结构尺寸，但在运转中要注意润滑。 滚轴的材料及结构：滚轴应质轻、有一定的刚度，表面平整、耐磨。一般用金属材 料，必