摘 要
现如今，随着自动化设备的普及，人工生产的效率相对来说越来越低，围板包装箱的生产还未开发出全自动化的设备。针对工厂内围板包装箱的生产效率较低以及工人劳动强度较大的问题，通过对原有围板箱生产工艺的分析以及生产企业的走访调查和相关数据的搜集整理研究,提出了一种自动化生产围板包装箱的侧板的方法。先进行木板的自动上料，然后在木板的侧面进行打孔，打孔后以木销拼接技术为基础，将两块木板进行拼接，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。其中，生产节拍各机构的时间尽量保持相同，木销的自动上料采用自重式的送料装置，机架采用框架式结构，控制系统为PLC控制系统。新型生产线的应用极大地提高了劳动生产率，填补木工机械在木材横向拼接方面的空白,能够大幅度降低生产成本,节约劳动力,使用自动线产品质量稳定,增强了产品的市场竞争力。
关键词: 围板箱；上料；拼接；自动生产线
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
目 录
摘 要III
AbstractIV
目 录V
1 绪论1
1.1本课题的设计内容和意义1
1.2国内外的发展概况1
2 总体结构设计7
2.1 围板的参数（单位：mm）7
2.2 自动线生产流程7
2.3 生产节拍的确定8
2.4 机架结构的确定9
2.5 控制系统的确定9
3木板上料装置的设计11
3.1木板上料装置的要求11
3.2木板上料的流程11
3.3升降台的设计11
3.3.1运动学分析11
3.3.2 动力学分析12
3.4 过渡辊台设计12
3.4.1 过渡辊台设计要求12
3.4.2 过渡辊台结构12
3.4.3 过渡辊台的尺寸参数计算13
3.5计算送料缸的受力16
4 钻孔装置设计17
4.1 钻孔工作台的总体设计17
4.2液压自动钻孔机的设计17
4.2.1 主轴的设计17
4.2.2液压系统设计18
4.2.3 电动机的选取19
4.2.4传动比的分配21
4.2.5齿轮传动系统23
4.3钻孔工序控制系统的设计26
5木销上料装置设计29
5.1 木销自动上料装置的选择29
5.2 木销自动上料装置的改进29
6 拼接装置设计33
6.1拼接的总体设计方案33
6.2拼接工序的定位33
6.3拼接工序的具体设计33
7结论与展望35
7.1结论35
7.2展望35
致 谢37
参考文献38
1 绪论
1.1本课题的设计内容和意义
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,而国外的木材拼接设备也在我国许多木材生产企业中大量运用。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[1]。然而目前国内市场上尚未有专门用于围板箱这种能有效利用短材的侧板的拼接自动机械或者自动线,这不得不说是木材拼接应用领域一个较大的缺憾。
围板箱的结构：
围板箱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6块实木侧板通过铰链连接而成,见图1.1,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。
围板箱的优点：
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．由于无钉化作业，显著地降低了工人在装卸过程中发生工伤的风险。
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。
在循环包装系统里，方便灵活的围板箱有着无可比拟的优势。这是一种标准的物流器具，损坏的顶盖与侧板很容易进行替换，整体循环包装系统的投资比较低廉，而使用寿命则可达十年之久这也是一种可靠的坚固的可以折叠的包装系统。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性,围板箱被广泛运用于机械、化工、电子、五金以及其他领域,此外还具有传统木箱不具备的很多优点,因而这种产品在国外也特别受欢迎,运用也很普遍。
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,使用两块窄板通过木销拼接的方式进行拼接。现今的拼接工艺主要是手工作业,整个拼接区有工人10名,每天每人拼接板500片。在此种工艺条件下一般能节约成本33%,但是生产效率并不是很高。在当前经济环境下,开发围板箱的实木侧板拼接自动线具有重大的意义,填补木工机械在木材横向拼接方面的空白,能够大幅度降低生产成本,节约劳动力,使用自动线产品质量稳定,增强了产品的市场竞争力,在此特开发设计围板包装箱的自动生产线上料与拼接装置设计。
1.2国内外的发展概况
在20世纪50年代前，机械制造业推行的是“刚性”生产模式，自动化程度低，基本上是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定；为提高效率和自动
图1.1 常见的围板形状
化程度，采用少品种、大批量的做法，强调的是“规模效益”，以实现降低成本和提高质量的目的。在20世纪70年代，主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。
从20世纪80年代起，我国开始实行改革开放政策，引进西方的先进制造技术，同时与西方国家解除与广泛的合作。机械制造装备中较多的采用了数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的集成，来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各类消费群体的不同要求。机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动化”和“精密化”的特点，以便更好地适应市场经济的需要，适应多品种、小批量生产和经常更新品种的需要。随着计算机技术、电子技术、先进制造技术的飞速发展，这些高新技术也被广泛的应用于制造业的各个领域，加速了制造业的发展和变革进程。
制造业是国名经济发展的支柱产业，也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具与桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水品和综合国力的重要标准。现在，我国正值“十一五”建设期间，国家将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容。按照立足科学发展，着力自主创新、完善体制机制、促进社会和谐的总思路，组织实施国家自主创新能力建设规划和高技术产业发展规划，大力加强自主创新支撑体系建设，着力推进重大产业技术与装备的自主研发，实现高技术产业由大到强的转变，全面提升我国全面提升我国的自主创新能力和国际竞争力，为调整经济结构、转变经济增长方式，实现全面建设小康社会的奋斗目标奠定坚实基础。
二十世纪20年代，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线[2]，最早出现的是组合机床自动线。在二十世纪20年代之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目急剧增加。
条件优点：
采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。
步骤：
1．先确定节拍时间：不论何种制品，皆在其必须完成的恰好时间内制造。
2．单位流程：只针对一项产品，进行单位配件的搬运、装配、加工及素材的领取。
3．先导器：制作以目视即能了解节拍时间的装置。
4．U字型生产线：将设备依工程顺序逆时针排列，并由一人负责出口及入口。
5．AB控制：只有当后工程无产品，而前工程有产品的情形，才进行工程。
6．灯号：传达生产线流程中产品异状的装置。
7．后工程领取：生产线的产品要因应后工程的需求。
意义：
自动生产线在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动生产线不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
应用范围:
机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。
切削加工自动线在机械制造业中发展最快、应用最广。主要有：用于加工箱体、壳体、杂类等零件的组合机床自动线；用于加工轴类、盘环类等零件的，由通用、专门化或专用自动机床组成的自动线；旋转体加工自动线；用于加工工序简单小型零件的转子自动线等。
设备联结:
自动线中设备的联结方式有刚性联接和柔性联接两种。在刚性联接自动线中，工序之间没有储料装置，工件的加工和传送过程有严格的节奏性。当某一台设备发生故障而停歇时，会引起全线停工。因此，对刚性联接自动线中各种设备的工作可靠性要求高。
在柔性联接自动线中，各工序(或工段)之间设有储料装置，各工序节拍不必严格一致，某一台设备短暂停歇时，可以由储料装置在一定时间内起调剂平衡的作用，因而不会影响其他设备正常工作。综合自动线、装配自动线和较长的组合机床自动线常采用柔性联接。
传送系统:
自动线的工件传送系统一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。在旋转体加工自动线中，传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。有时采用机械手完成传送装置的某些功能。在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。
控制系统:
自动线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。
控制系统有“预停”控制机能，自动线在正常工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。自动线的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的，如有清洗机工件自动检验装置、自动换刀装置、自动捧屑系统和集中冷却系统等。为提高自动线的生产率，必须保证自动线的工作可靠性。影响自动线工作可靠性的主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性。自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要，将发展能快速调整的可调自动线。
发展前景:
数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展，以及成组技术的应用，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动线，降低了自动线生产的经济批量，因而在机械制造业中的应用越来越广泛，并向更高度自动化的柔性制造系统发展。
维修保养:
自动生产线节省了大量的时间和成本，在工业发达的城市，自动生产线的维修成为热点。自动生产线维修主要靠操作工与维修工来共同完成。
自动生产线维修的两大方法:
同步修理法：再生产当中，如发现故障尽量不修，采取维持方法。使生产线继续生产到星期天，集中维修工，操作工，对所有问题，同时修理。设备在星期一正常全线生产。
分部修理法：自动生产线如有较大问题，修理时间较常。不能用同步修理法。这时利用星期天，集中维修工，操作工对某一部分，进行修理。待到下个星期天，对另一部分进行修理。保证自动生产线在工作时间不停产。另外，在管理中尽量采用予修的方法。在设备中安装计时器，记录设备工作时间，应用磨损规律，来予测易损件的磨损，提前更换易损件，可以把故障以前消灭。保证生产线满负荷生产。
自动生产线的保养:
电路、气路、油路及机械传动部位(如导轨等)班前班后要检查、清理 ；工作过程要巡检，重点部位要抽检，发现异样要记录，小问题班前班后处理(时间不长)，大问题做好配件准备；统一全线停机维修，做好易损件计划，提前更换易损件，防患于未燃。
在国内，围板箱是一款可反复循环使用的新型包装，适用于紧固件、金属球、冲压件等不规则产品的包装，是出口到欧洲的产品包装的不二选择。围板箱基本以木板为主要材料，侧板大多数都是采用模板或者大板制作，使得材料的选取过于苛刻，而且成本比较高。围板箱的生产也主要以人工为主，木板加工以半自动化为主。
而国外，德国KTP公司可以说是制造围板箱的代表，经过其几代人的努力，现今已经研制出了可折叠式塑料围板箱（见图1.2）。其生产方式也采用了全自动化的生产线模式，箱子规格也都已经基本标准化，方便统一规格生产。
图1.2 国外先进的围板箱
从国内外发展情况来看，国内外的围板箱生产具有以下的优缺点：
（1）在国内，围板箱的规格可以根据买家的要求来制定，比较方便灵活；在国外，围板箱的规格趋于标准化，方便一体化生产，销售，物流规格可渐渐统一，适应以后的发展前景。
（2）在国内，围板箱各部分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；在国外，部分围板箱已经趋于一体化，防水，防尘，全面保护物品，存储较方便。
（3）在国内，使用木板为主材料，成本低廉；在国外，开始使用可完全回收利用的塑料，从而减少树木的砍伐，保护环境。
（4）在国内，围板箱的生产方式采取以半自动化为主，有订单再生产的方式；在国外，围板箱的生产方式采取全自动化生产线的模式。
总的来说，国外的标准化生产模式是可以借鉴的，但由于国内基本情况的限制，所以在国内围板箱的基本材料还是以木板为主材料。
2 总体结构设计
2.1 围板的参数（单位：mm）
长木板的参数：
拼接前：长=600，宽=60，高=10
拼接后：长=600，宽=120，高=10
短木板的参数：
拼接前：长=400，宽=60，高=10
拼接后；长=400，宽=120，高=10
木销参数：长=60，直径=6
长板木板打孔位置见图2.1，从右边往左，依次打孔，第一个孔距离边是100，再往右依次200打两个孔，孔的直径为6。短板打孔也是如此，但是只打两个孔。
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