围板包装箱自动生产线合围装置设计【含CAD图纸】
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- 内容简介：
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编编 号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：围板包装箱自动生产线合围装置设围板包装箱自动生产线合围装置设计计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业学 号： 0923113学生姓名： 顾一涛 指导教师： 何雪明 （职称：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 围板包装箱自动生产线合围装置设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923113 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无无锡锡太太湖湖学学院院信信 机机系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目围板包装箱自动生产线合围装置设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据1、课题来源：来源于工厂2、选题依据：围板箱是由托盘、箱体和箱盖三部分组成，组成每层围板的四片木板用铰链连接。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性，围板箱被广泛应用与机械、化工、电子、五金一集其他领域的物流配送，具有能回收、降低成本、环保等优点。作为产品外包的物流设施，围板箱越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而， 现有的围板箱生产方式落后， 在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低，质量不稳定等缺陷。 这严重影响着围板箱的应用。为了提高劳动生产率， 降低工人劳动强度， 节约生产成本， 我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究，设计出了适应与围板箱生产的自动合围装置。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：熟练运用 UG 绘制三维模型图 熟悉围板包装箱生产加工的过程 了解近几年对围板箱生产工艺的改进 II设计出合理的围板箱合围装置 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 顾一涛 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所学科组组长研究所所长所长签名签名 系主任系主任 签名签名2012 年年 11 月月 25 日日III摘摘 要要 围板箱作为产品外包的物流设施，围板箱越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而，现有的围板箱生产方式落后，在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低，质量不稳定等缺陷。这严重影响着围板箱的应用。为了提高劳动生产率，降低工人劳动强度，节约生产成本，我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究，通过对原有围板箱生产工艺的分析，设计了适应于围板箱的自动合围装置。 围板包装箱在生产过程中主要分为上料、拼接、钻铆、合围等几部分工序，本论文主要是设计合围装置的说明。将 2 个用铰链连起来的 2 片木板的两端分别铆接起来。连接起来的木板链一端是只有孔，另一端是仅铆接了半面铰链（另半面没有铆接）。首先第一步是铆接了半面铰链的一端在前另一端在后，通过挡板来约束定位；第二步运用气压缸来推动夹紧块来夹紧木板，使之不能像对滑动;之后在是夹紧装置绕主轴旋转 180，在重复第一、二步操作（第二次只旋转 90），使两块木板合围，之后通过平移夹紧旋转装置使需要铆接的部分移到铆接机上，在上铆钉铆接从而完成合围。 关键词关键词：围板箱；合围；铆接；自动生产线IVAbstractHoardings box as outsourcing logistics facilities around the crate more and more popular with customers , a huge amount of use . However, the backward the existing hoardings box mode of production in the production of man-made factors , which makes the production of hoardings box there is low productivity, unstable quality defects . This has seriously affected the application of hoardings box . In order to improve labor productivity, reduce labor intensity , reduce production costs , we conducted a research on the hoardings Box existing production process through the analysis of the production process of the original hoardings box , designed to adapt to the hoardings box automatically encirclement devices. The hoardings box on materials , stitching, drilling and riveting , encircled in the production process is divided into several parts process of this thesis is the design of the encirclement device . Two hinges to link two of the ends of the planks were riveted . Connected one end of the wood chain is the only hole , the other end is only half a face riveted hinge ( the other half of a riveting ) . First step is riveting half-face one end of the hinge in front the other end of the baffle to constrain the positioning ; second step the use of pneumatic cylinder to push the clamping block for clamping wood , so they can not like sliding ; after clamping device around the spindle 180 , repeat the first and second steps ( second rotation only 90 ) , so that the two pieces of wood encircled by the pan after clamping rotary device to make part moved to the riveting machine riveting , thus completing the encirclement on the rivet .Key words: Hoardings box ; encirclement ; riveting ; automated production linesV目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV目 录 .V1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.11.3 本文主要设计内容.42 生产线总体结构设计.52.1 围板箱生产工艺分析.52.1.1 围板尺寸参数.52.1.2 生产线工艺流程.52.1.3 总体结构.72.1.4 生产节拍的拟定.72.1.5 控制系统.83 各部分具体设计.93.1 木料传入部分设计.93.2 木料的定位夹紧装置设计.93.3 旋转移位装置.103.3.1 电动机的选取.113.3.2 传动比的分配.133.4 伸缩移位.193.5 铆接.203.5.1 定位.203.5.2 送钉装置.203.5.3 铆接装置.294 结论与展望.35致 谢.36参考文献.37围板包装箱自动生产线合围装置设计11 绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义围板箱是由托盘、箱体和箱盖三部分组成，组成每层围板的四片或六片木板用L型铰链连接。由于装箱的灵活性、对装载物的适应性和重复使用性，围板箱被广泛应用于机械、化工、电子、五金以及其他领域的物流配送，具有能回收、降低成本、环保等优点。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。 a b图1.1 围板如图1.1中围板样式，本论文主要生产设计的是图b所示的围板。然而，现有的围板箱生产方式落后， 在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低， 质量不稳定等缺陷，这严重影响着围板箱的应用。为了提高劳动生产率，降低工人劳动强度，节约生产成本，使用自动生产线产品生产和质量稳定，我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究，在此特设计围板包装箱的自动生产线合围装置。无锡太湖学院学士学位论文21.2 国内外的发展概况国内外的发展概况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。板箱作为产品外包的物流设施，围板箱越来越受客户的欢迎，使用量巨大。然而，现有的围板箱生产方式落后， 在生产中人为因素较大，这使得围板箱的生产上存在着生产效率低， 质量不稳定等缺陷，这严重影响着围板箱的应用。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 折叠式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、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，围板包装箱自动生产线合围装置设计3围板箱的生产方式采取全自动化生产线的模式。围板箱生产过程中对于木板的连接采用的是铆接方式连接的，自动钻铆技术的国内外状况如下： 自动钻铆技术从上个世纪50年代开始起步，经历了手动、半自动化、全自动化等阶段，在其发展过程中，不断吸收了其他技术，成为了-I-J综合多学科、多技术的专用技术，逐步走向完善。(1) 国外发展现状自上世纪50年代以来，自动钻铆技术在美国、法国、前苏联、德国等国都得到了相应的发展。美国是最早发展自动钻铆技术的国家，早在50年代初就已在飞机铆接装配生产线上应用了自动钻铆机，经过50多年的发展，现在世界各航空航天工业发达国家都已广泛采用这项技术。自动钻铆技术主要包含以下内容：设备的研制、开发；对各种干涉配合新型紧固件进行自动安装；自动钻铆工艺；数字化铆接的实现。目前，波音、 空客的有关飞机结构设计手册中明确规定：为确保连接质量， 设计时应使自动化铆接获得最大限度的使用。由此可以看出，自动钻铆技术不只是工艺机械化、自动化的要求，更主要的还是飞机本身性能的要求。由于设计上的这一要求，就使得自动钻铆技术的发展具有生命力。所以近20年来，自动钻铆技术得到迅速发展。美国自动钻铆机的最早制造厂商是GEMCOR(通用电气机械公司)14，它是向世界各国飞机制造行业提供自动钻铆机的主要厂商之一。该公司生产的系列化产品质量可靠，并配套有各种型号的数控托架。到现在为止，销售的自动钻铆机数量已达2000台以上，其中190台具有定位系统。公司生产的自动钻铆机主要型号有G200、G300、G400、G900、G666、G39A、G4013、G4026、G5013。其中G200、G400型是较早的型号，G300为比较通用的型号，而G900型的功能比较齐全。具有无头铆钉钻铆功能的型号有G900、G666、G39A、G400自动钻铆机G4013、G4026、G5013。近几年无头铆钉的工作原理有所发展，机床采用GEMCOR专利的SQUEEZESQUEEZE双挤铆方式，先预挤铆，再进行挤铆，不仅能保证上下铆头同步成形上下镦头，而且铆接质量大大提高。各种型号机床可通过改变下铆砧形状和尺寸来适应各种结构的要求。GEMCOR公司生产的数控托架(也称自动定位系统)主要型号有G63、G79、G86、747WRS、G2000等。世界各航空工业发达国家的自动钻铆技术基本上都是从美国引进的，然后再进行国产化， 以适应本国航空工业发展的需要。法国自动钻铆机在80年代初为适应欧洲发展A300系列飞机而开发的一项专用设备。十年来，他们依靠优良的技术和售后服务，不仅占领了欧洲的大部分市场，而且挤进了亚洲和北美市场，成为与美国GEMCOR公司自动钻铆机相抗衡的竞争对手，日益得到广大用户的信任。RBCOULES AUTOMATION工厂生产自动钻铆机的基本品种有P100型(台式)、P300、P600型(基本型)和PRECA CNC370型数控钻铆系统等15。它的产品可根据用户的特殊需求，在基本型基础上作各种改进。前苏联与西方相比，自动钻铆技术发展较晚。无锡太湖学院学士学位论文4五六十年代苏联致力于发展压铆技术，生产了型号众多的压铆机。压铆机只能完成铆接工序，与一次定位即能完成夹紧、钻孔、插钉、形成墩头等自动钻铆机相比，无论从生产效率及接头质量等方面都显逊色。前苏联自70年代初引进了美国GEMCOR公司的自动钻铆机后，已发展了自己的自动钻铆机系列。德国在发展自动钻铆技术方面走的是另一条道路，在此项技术的应用与发展中，凭借其雄厚的资金、技术力量，一方面大量引进先进的自动钻铆系统和柔性装配系统，另一方面自己也积极研制开发高自动化的铆接装配系统。故德国的自动钻铆技术虽然起步较晚，但己比较先进，脱机编程系统已应用成熟，可与CATIAV5进行数据交换，实现数字化铆接。目前BRGTJE公司的机身铆接柔性工装和柔性装配生产线在世界处于领先地位16。(2) 国内发展现状我国自动钻铆机的研制起步较早，上世纪70年代初开始研制自动钻铆机，并研制出各种型号的自动钻铆机若干台。但是由于设备本身运行的稳定性以及配套产品应用需求等方面存在问题，中断了研制和使用。到了80年代中期，随着对外转包生产项目的增加，各飞机制造厂开始从国外引进自动钻铆机并将其应用于实际生产中。西飞公司分别于1985和1992年引进G400及G900自动钻铆机。这两台机床均配以手动托架，分别用于加工美国波音公司和麦道公司(已于1997年并入波音公司)的垂尾平尾及法航、意航、加航的零件。随着国际问技术交流的不断深入，我国又同美国麦道公司合作生产干线客机MD9030。西飞公司的两台自动钻铆机已满足不了生产的需求。1993年从GEMCOR公司引进了G4026SXX120型自动钻铆机，用于MD9030等飞机的机翼壁板的铆接装配生产。由于没有引进与之配套的托架系统，1995年西飞公司与西北工业大学联合研制数控托架。该托架采用Z坐标两立柱支撑的结构形式。由于受当时工艺制造水平的限制，围框刚性不足，存在一定问题。随着麦道干线机合作生产项目的终结数控托架的研制工作也宣告终止。1998年西飞公司引进APS公司的RM$335钻铆机，取代G400机床。自动钻铆技术在国外发展极为迅速，而我国与国际先进水平差距越来越大。从整个航空航天产业全局的生存和发展出发，从技术经济综合效益考虑，需要逐步缩小与国外先进水平的差距。通过引进国外先进的数控钻铆系统及铆接生产线，学习积累国外先进技术和工艺方法。再结合型号研制，对引进的自动钻铆机开发配套数控托架，从而降低制造成本探索出一条适应于我国国情的工艺技术改造的心路。1.3 本文主要设计内容本文主要设计内容 本论文主要完成围板合围工艺，主要是研究如何将两组两块用铰链连接的木板，一端是长板没有铆接，另一端是短板仅铆接了半面铰链（另半面没有铆接）的木板链通过装置合围成如图 1.1（b）所示的围板箱，对于两组木板链的接口采用铆接的方式进行连接，铆接过程中需要考虑如何定位以及如何自动上铆钉，因此也需要设计定位夹紧装置和自动供钉装置，确定合围铆接方案。第二章主要说明围板参数，以及总体结构方案和合围工序的流程图；第三章是具体说明我所设计的合围装置各部分装置的设计。第四章是对整个设计说明的总结及不足和改进之处。围板包装箱自动生产线合围装置设计52 生产线总体结构设计生产线总体结构设计2.1 围板箱生产工艺分析围板箱生产工艺分析2.1.1 围板尺寸参数围板尺寸参数围板长板尺寸：60012010mm；短板尺寸：40012010mm铰链尺寸如图 2.1（单位 mm）： 图 2.1 铰链2.1.2 生产线工艺流程生产线工艺流程 工艺流程是工件按照工艺加工顺序连续进行加工的过程。工艺流程的拟定是制定机械加工生产线时重要的一步，它直接关系生产线的经济效益，以及能否达到要求的精度，甚至影响生产线的工作可靠性。以下为合围装置的工艺流程：操作前为两块用铰链连接的木板，一端是长板没有铆接的一端，另一端是短板仅铆接了半面铰链（另半面没有铆接）的一端，短板在前，长板在后输送过来。 （如图 2.2）定位夹紧旋转移位下一个木板链输送定位夹紧旋转移位平移至铆接操作台定位夹紧铰链（没有铆接的那半面铰链）送铆钉铆接松开铰链平移至旋转位移时木板的位置旋转位移平移至铆接操作台定位夹紧铰链（没有铆接的那半面铰链）送铆钉铆接松开铰链平移至旋转位移时木板的位置旋转位移至合围装置初始位置松开木板推送至输出传送带。无锡太湖学院学士学位论文6下图 2.2 为已连接的一个木板链，一块长板和一块短板通过铰链连接，短板的另一端仅铆接了半面铰链（另半面没有铆接） ，长板另一端没有铆接铰链，两个这样的木板链可以合围起来，因此将两个木板链视为一组来进行一个循环的工序。图 2.2 木板链1短板 2铰链 3长板 4铆钉定位夹紧旋转移位（180）送料定位夹紧送料旋转移位（90）平移定位夹紧铰链送钉铆接松开铰链平移旋转移位（180）平移定位夹紧铰链送钉铆接松开铰链平移旋转移位（90）松开木板送出图 2.3 合围工序流程图以上图 2.3 为整体工作工艺的流程图，通过以上步骤对木板链进行加工处理从而完成对木板链的合围工序。其中对木板的定位夹紧非常重要，只有定位夹紧好木板才能保证围板进行铆接，并使围板能够稳定生产和保证质量。为了使工件加工后符合图纸的技术要求，就必须保证工件的加工精度。这样就要求我们在安装夹紧工件时不但要保证工件的位置正确，而且要保证工件的位置准确，并使工件在整个加工过程中始终保持这一正确位置，以便消除任何影响工件加工精度的移动围板包装箱自动生产线合围装置设计7或转动的自由度，确保工件的尺寸精度和位置精度。工件的专用夹具就是根据工件加工的特定工序而设计，安装时只要工件靠牢夹具的定位元件，并用夹紧机构将其夹紧就可迅速可靠地保证工件占有正确的位置。2.1.3 总体结构总体结构图 2.4 合围装置1送料输送带 2夹紧装置 3送钉装置 4铆接机 5液压缸 6齿轮传动装置 7气压缸推动装置 图 2.4 为合围装置几大主要装置的结构分布图，主要介绍了主体结构的分布；通过传入输送带、夹紧装置、齿轮传动装置、液压缸伸缩装置、铆接装置、送钉装置、气压缸推动装置这几个部分来完成整个合围这一工艺流程。2.1.4 生产节拍的拟定生产节拍的拟定 生产线的节拍是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间。即指完成一个产品所需的平均时间。生产工艺平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。通过平衡生产线，可以提高操作者及设备的工作效率；可以减少单间产品的工时消耗，降低成本；可以减少工序的在制品，真正实现有序流动；可以在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，应对市场变化。生产线的生产节拍可根据公式（2.1）计算。ti (2.1)160NTti式中，T 为年基本工时，一般规定，按一班制工作时为 2360h/年，按两班制工作时为 4650h/年；1 为复杂系数，一般取 0.65-0.85，复杂的生产线因故障导致开工率低些，应取低值，简单的生产线则取高值；N 为生产线加工工件的年生产纲领（件数/年） 。无锡太湖学院学士学位论文8 ppqnN211（2.2）式中，q 为产品的年产量（台数/年） ；n 为每台产品所需生产线加工的工件数量（件数/台） ；p1 为备品率；p2 为废品率。根据生产纲领和自动线形式，按照工件平稳性的原则确定围板合围自动线的生产节拍为 9 部分：上料 1旋转移位 1上料 2旋转移位 2铆接旋转移位 3铆接旋转移位 4出料.时间上铆接时间要久一些，其余部分耗时相等。另外送料部分所需的一组两个木板链之间运送间隔少一些；不同组木板料输送位置之间的间隔要想对的大一些，需要前一组合围完成之后才输送至操作台。32.1.5 控制系统控制系统控制部分经比较选择 PLC 控制。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 PLC 控制,结构较简单,成本也不高,尺寸精度也能满足要求。因此控制系统选用 PLC 控制。通过 PLC 控制系统来控制电机的工作、液压缸和气压缸的伸缩，以及什么时候送钉、什么时候铆接，这些 PLC 控制系统都可以简单方便的进行调控，从而控制整个合围工序有序而稳定的循环工作下去。使合围这道工序能够自动化工作下去，实现围板的自动化生产。围板包装箱自动生产线合围装置设计93 各部分具体设计各部分具体设计3.1 木料传入部分设计木料传入部分设计 木板链是以短板在前，长板在后，沿着输送带传送。我们一般把用适当分布的与工件接触的 6 个定位点来限制 6 个自由度的规则叫做 6 点定位规则，因此对木板定位要有6 个面的约束定位。由于板是平放在输送带上的，受到重力作用木板链是会紧贴着输送带的，不会上下移动；由于木板链是沿输送带移动，因此前后方向上暂时可不用约束；在左右方向上由于输送时为减少摩擦，两边挡板之间的距离相对于木板宽度来说会有空余，因此在木板即将传出输送带进入工作台前设计斜的挡板，慢慢减小挡板内壁之间的距离，直到挡板内壁之间的距离刚好能使木板通过，从而约束木板的左右移动使木板能够到达正确的位置。 （如图 3.1）图 3.1 输送带3.2 木料的定位夹紧装置设计木料的定位夹紧装置设计 木板通过前面的输送带输送至工作台上，有前一步约束了围板的左右方向的移动，要定位还需要前后方向的定位，因此在工作台上，围板运动的前方在指定位置上设定了一块挡板，使围板能够准确的在指定的位置停留从而进行下一步的夹紧操作。 （如图3.2）图 3.2 工作台夹紧装置是当木板停留在夹具上时进行夹紧，由于一些细小的误差，木板在送入夹具中时不一定就会刚好从夹具的下夹板的上边面通过，为了防止木板被夹具下夹板挡在夹具前而无法在继续工作，应在夹具下档板在木板输送方向上靠近输送带的一侧设这一个斜面，这样即使木板链前端过低也可通过斜面来使得木板能够从夹具下夹板上表面通过。 （如图 3.3）无锡太湖学院学士学位论文10图 3.3 当木板定位好后有气压缸推动，上夹板下压将围板夹紧从而方便下面的操作。夹具如图 3.4：图 3.4 夹紧装置1支架 2气压缸 3移动夹板 4下夹板 5挡板3.3 旋转移位装置旋转移位装置要使整个夹具加上被夹具夹紧的木板进行旋转移位，可以选用齿轮来传动。本设计是通过电动机通电，使主动轮转动，主动轮再带动从动轮转动，从动轮通过键来带动轴转动从而带动夹具及被夹紧的木板转动。 （如图 3.5）通过重复前面的工序将一组两个木板链中的短板都夹紧，通过旋转移位使之形成合围的态势，二次旋转过后受重力作用前一个木板链的长板会贴在夹具支架的侧挡板上，这样使这块长板与下一个木板链的仅铆接了半面铰链的短板成 90（如图 3.6 所示）围板包装箱自动生产线合围装置设计11图 3.5 旋转传动装置1 电动机 2主动轮 3从动轮 4 轴 5夹紧装置3.3.1 电动机的选取电动机的选取1 类型和结构型式的选择类型和结构型式的选择三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便，可直接接于三相交流电网中，因此在工业上应用最为广泛，设计时应优先选用。Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。在经常启动、制动和反转的工作场合，要求电动机的装懂惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用 YZR 和系列电动机。2 功率的确定功率的确定电动机的容量（功率）选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而损坏；若过量则价格高，并会造成浪费。电动机容量主要由电动机运行时的发热条件决定，而发热有与其工作情况有关。对于长期连续运转、载荷不变或变化很小、常温下工作的机械，选择电动机时只要使电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。也就是可按电动机的额定功率等于或mP略大于所需电动机的功率，在手册中选取相应的电动机型号。这类电动机功率计算如dP下述步骤：(1) 工作机所需功率（KW）wP无锡太湖学院学士学位论文12 )1000/(wwwwvFP（3.1） 或 )9550/(wwwwnTP（3.2） 式中，为工作机的阻力，N；wF为工作机的线速度，m/s；为工作机的阻力矩，Nm；为工作机轴的转速，wvwTwnr/min；为工作机的效率，带式输送机可选取=0.96，链板式输送机可选取=0.95.www(2) 电动机至工作机的总效率（串联时） n.321（3.3）式中，为传动系统中各级传动机构、轴承以及联轴器的效率。各类123n机械传动的效率见表 3-1。表 3-1 机械传动效率概略值传动类别精度、结构及润滑效率7 级精度（油润滑）0.988 级精度（油润滑）0.97圆柱齿轮传动开式传动（脂润滑）0.94-0.967 级精度（油润滑）0.978 级精度（油润滑）0.95-0.97锥齿轮传动开式传动（脂润滑）0.92-0.95自锁（油润滑）0.40-0.45单头（油润滑）0.7.-0.75双头（油润滑）0.75-0.82蜗杆传动四头（油润滑）0.82-0.92润滑不良0.94（一对）正常润滑0.97（一对）滑动轴承液体摩擦0.99（一对）球轴承0.99（一对）滚动轴承滚子轴承0.98（一对）V 带传动0.96滚子链传动0.96螺旋传动（滑动）0.30-0.60螺旋传动（滚动）0.85-0.95联轴器弹性、齿式0.99(3) 所需电动机的功率（kW）dP所需电动机的功率由工作机所需功率和传动装置的总效率按下式计算： （3.4）/wdPP (4) 电动机额定功率mP按来选取电动机型号。电动机功率裕度的大小应视工作机构的负载变化状况dmPP 而定。3 转速的确定转速的确定额定功率相同的同类型电机，有几种不同的同步转速。一般常用、市场上供应最多的是同步转速为 1500r/min 和 1000r/min 的电动机，设计时优先选用。如无特殊需求，则不选同步转速为 3000r/min 和 750r/min 的电动机。围板包装箱自动生产线合围装置设计13根据选定的电动机类型、结构、功率和转速，从标准中查出电动机的型号后，将其型号、额定功率（kW）、满载转速（r/min），以及电动机的安装尺寸、外形尺寸mPmn和轴伸连接尺寸等记下以备后用。因此电动机选用 Y100L1-4 型号的，额定功率 2.2kW，额定转速 1430r/min，同步转速为 1500r/min;质量 34kg。33.3.2 传动比的分配传动比的分配电动机选定后根据电动机的满载转速和工作机的转速即可确定传动系统的总传mnwn动比 i，即 (3.5)wmnni/1 传动比分配的一般原则传动比分配的一般原则各级传动比可在各自荐用值的范围内选取。各类机械传动的传动比荐用值和最大值见表 3-2。表 3-2 各类机械传动的传动比平带传动V 带传动链传动圆柱齿轮传动锥齿轮传动蜗杆传动单级荐用值 i42425253324010单级最大值maxi57685802 传动比分配的参考数据传动比分配的参考数据(1) 带传动与一级齿轮减速器 设带传动的传动比为，一级齿轮减速器的传动比di为 i，应使，以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。iid(2) 二级圆柱齿轮减速器 为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应使两级的大齿轮具有相近的直径（低速级大齿轮的直径应略大一些，使高速级大齿轮的齿顶圆与低速轴之间有适量的间隙）.设高速级的传动比为 ，低速级的传动比为，减速器的传动1i2i比为 i，对于二级展开式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配： ii4 . 13 . 11（3.6）对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配： iii21（3.7）但应指出，齿轮的材料、齿数及宽度亦影响齿轮直径的大小。欲获得两级传动的大齿轮直径相近，应对传动比，齿轮的材料、齿数、模数和齿宽等作综合考虑。(3) 圆锥圆柱减速器 设减速器的传动比为 ,高速级锥齿轮的传动比为 ，传动比i1i可按下式分配： ii25. 01（3.8）3 传动参数的计算传动参数的计算机器传动系统的传动.参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零件设无锡太湖学院学士学位论文14计计算的重要依据。现以图 3.7 所示二级圆柱齿轮减速器，说明机器传动系统各轴的转速、功率及转矩的计算。(1) 各轴的转速 n（r/min）高速轴 I 的转速 mnn I中间轴 II 的转速 1III/inn低速轴 III 的转速 212IIIII/iininnm（3.9）滚筒轴 IV 的转速 IIIIVnn式中：为电动机的满载转速； 为高级传动比；为低级传动比。mn1i2i联轴器IIIIII联轴器工作机IV图 3.6 二级圆柱齿轮减速器简图(2) 各轴的输入功率 P（kW）高速轴 I 的输入功率 cmPPI中间轴 II 的输入功率 gPP1III低速轴 III 的输入功率 gPP2IIIII（3.10）滚筒轴 IV 的输入功率 gcPPIIIIV式中：为电动机的额定功率（kW） ；为联轴器的效率；为一对轴承的效率；为mPcg1高速级齿轮传动的效率；为低速级齿轮传动的效率。32(3) 各轴的输入转矩 T（Nm）高速轴 I 的输入转矩 1II/9550nPT 中间轴 II 的输入转矩 IIIIII/9550nPT 低速轴 III 的输入转矩 IIIIIIIII/9550nPT（3.11）滚筒轴 IV 的输入转矩 IVIVIV/9550nPT4 齿轮传动系统齿轮传动系统电动机减速器围板包装箱自动生产线合围装置设计15齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递动率可达数十千瓦，圆周速度可达 200m/s。齿轮传动特点，第一效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，如一级圆柱齿轮的传动效率可达 99%，这对大功率的传动十分重要，因为即使效率只有百分之一，也有很大的经济利。第二结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需要的空间尺寸一般较小。第三工作可靠、寿命长，设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。第四，传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不适用于距离过大的场合。设计齿轮传动在具体的工作情况下，必须有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不至于失效。齿轮的失效形式常见的有，齿面折断，和工作齿面磨损，点蚀，胶合及塑性变形等。针对各种工作情况以及上述各种失效形式，都应该确立相应的设计准则。由于目前对于齿面磨损和塑性变形，尚未建立起广为工程实际使用中而行之有效的计算方法和设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。根据设计要求和准则，拟选择所选择的齿轮系统的材料为 45 或 40,调制后表面淬火。rC齿轮计算相关公式：分度圆直径计算： 32132. 2HEdZTuuKd（3.12）由计算公式（3.12）进行计算计算齿轮转矩： nPT5105 .95（3.13）试选载荷系数，3 . 1tK计算齿轮传递转矩，mmNnPT75115110303. 9302 . 2105 .95105 .95表 3-3 圆柱齿轮的齿宽系数装置状况两支相对齿轮做对称分布两支承相对于小齿轮做不对称分布小齿轮做悬臂布置d9 . 12 . 14 . 19 . 065. 11 . 115. 17 . 06 . 04 . 0查表 3-3 选取齿宽系数。1d表 3-4 弹性影响系数EZ齿轮材料弹性模量aMPE /配对齿轮材料无锡太湖学院学士学位论文16灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布塑胶4108 .11 4103 .174102 .204106 .204107875. 0锻钢162.0181.4188.9189.856.4铸钢161.4180.5188球墨铸铁156.6173.9灰铸铁143.7由表 3.4 查得材料影响系数：218 .189 MPaZE由资料查得按齿面硬度查得齿轮的强度接触疲劳强度极限。MPa600max应力循环次数 hnjLN60（3.14）计算得应力循环次数：81110296. 115300821306060hjLnN查资料取接触疲劳系数90. 0HNK计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1%，安全系数系数，由下面公式得1S接触疲劳需用应力：， (3.15)SKHNHlim计算得：aHNHMPSK5406009 . 0lim计算齿轮分度圆直径，代入中的较小值td1H即： mmuuKdHEdtZT1805 .5228 .18912110303. 93 . 123. 2132. 2329321计算圆周速度vsmndvt/28. 01000603018010006011计算齿宽 b齿宽： , (3.16) tddb计算得： mmdbtd18018011模数 mmzdmtt511齿高 mmmht25.1125. 2围板包装箱自动生产线合围装置设计17计算齿宽齿高之比： 1625.11180hb齿面载荷系数： (3.17)HHVAKKKKK计算齿轮的载荷系数为 =1.594HHVAKKKKK按照实际的载荷系数校正分度圆直径： (3.18)3ttKKdd齿根弯曲强度设计公式： 3212FSaFadYYZKTm（3.19）计算齿轮的 并加以比较 FSaFaYY ； 013. 0111FSaFaYY 016. 0222FSaFaYY所以mmm61. 4016. 024110303. 9549. 1229对比计算结果，由直面接触强度计算的模数 m，大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小取决于弯曲弯曲强度所决定的承载应力，而齿面接触强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可由于弯曲强度计算的模数2.05，并就接近标准整圆取 m=5.0mm，按接触强度算得的分度圆直径=180mm，算出齿1d轮的齿数 38564.19211mdz这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触强度要求，又满足了齿根弯曲强度要求，结构紧凑，避免浪费。35 动动力力轴轴的的计计算算和和校校核核 轴是设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两部分内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装定位以及轴的生产工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸，轴的结构形式不正确，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本，和轴上零件的难装配等问题。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的材料主要是碳钢和合金钢。 轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行的校核计算的，计算准则满足轴的强度或刚性要求必要时还应校核轴的振动稳定性。1 轴的强度校核计算(1) 按扭转强度条件计算 无锡太湖学院学士学位论文18适用：用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算； 结构设计前按扭矩初估轴的直径。mind这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，如果还有受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为 (2.20) rrTdnPWT32 . 09550000为扭转切应力，T 为轴的扭矩,轴的抗扭截面系数，n 为轴的转速，P 为轴TmmN TW传递的功率，d 计算截面处轴的直径。轴的直径 (3.21) 3032 . 09550000nPAPdT式中 302 . 09550000TA表 3-5 轴常用集中材料及值T0A轴的材料、20AQ235、35275QiirTNC 1813545、rC40niMS35038MMSni aTMP/25153520452555350A12615911213510312697112初步估算动力轴的最小直径 mmnPAd99.3821165143041. 9112330min轴的最小直径显然是安装联轴器的直径。需要键槽，故将最小轴增加，变为%540.9mm，查机械手册选择标准直径为 45mm .选择联轴器，取载荷系数，则联轴器的计算转矩为3 . 1AKmmNTKTAca6207504775003 . 13根据计算转矩、最小轴径、轴速度，查手册选择 HL4 弹性柱销联轴器。初选轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用角接触球轴承。根据工作要求及输入端的直径(为 45mm)，由轴承产品目录中选取型号为 7211C 的滚动轴承，其尺寸（内径 外径宽度）为 dDb=5510021，轴的结构设计：围板包装箱自动生产线合围装置设计19图 3.7 动力轴由于联轴器型号已定，左端用轴端挡圈定位 ,右端用轴肩定位。故轴段 6 的直径即为相配合的半联轴器的直径，取为 30mm。联轴器是靠轴段 2 的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段 2 要比轴段 1 的直径大 510mm，取轴段 2 的直径为 200mm。轴段 1 和轴段 4 均是放置滚动轴承的，所以直径与滚动轴承内圈直径一样为 60mm。 考虑拆卸的方便，轴段 3 的直径只要比轴段 4 的直径大 12mm 就行了，这里取为200mm。 轴段 2 是一轴环，右侧用来定位齿轮，左侧用来定位滚动轴承，查滚动轴承的手册，可得该型号的滚动轴承内圈安装尺寸最小为 64mm，同时轴环的直径还要满足比轴段 3的直径(为 58mm)大 510mm 的要求，故这段直径最终取为 66mm。 (2) 确定轴的各段长度 轴段 1 的长度比半联轴器的毂孔长度要 (为 84mm)短 23mm，这样可保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段轴长取为 82mm，同理，轴段 4 的长度要比齿轮的轮毂宽度(为 100mm)短 23mm，故该段轴长取为 98mm。 轴段 6 的长度即为滚动轴承的宽度，查手册为 21mm。轴环 2 宽度取为 18mm。轴承端盖的总宽度为 20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=25mm，故取轴段 2 的长度为 45mm。 取齿轮距箱体内壁之距离为 10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取 5mm。已知滚动轴承宽度为 21mm，齿轮轮毂长为100mm,则轴段 3 的长度为：105(100-98)+21=38mm 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。对于齿轮 ,由手册查得平键的截面尺寸宽 高=1610(GB1095-79),键槽用键槽铣刀加工,长为 80mm(标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为14963，半联轴器与轴的配合为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为 k6。43.43.4 伸缩移位伸缩移位由于夹紧装置要旋转，如果铆接操作台与木板对齐的话，围板的长短不一致，这样铆接操作台就会影响甚至挡住其旋转，所以铆接操作台会向后缩入一定距离，此距离为夹具的宽度。因此要将需要铆接的围板进行铆接.需要一个伸缩装置来移动围板，使之能够到达铆接操作台。在这里就选用液压缸来无锡太湖学院学士学位论文20带动整个夹紧装置伸缩，使工件能够进入和离开铆接工作台，从而进行铆接操作。图 3.8 伸缩装置简图1液压缸 2夹紧装置 3轴围板包装箱自动生产线合围装置设计213.5 铆接铆接3.5.1 定位定位当围板经过以上操作到铆接工作台上，没有铆接的半面铰链由于约束不够，因此可能不会移动到所需要的位置，为了使者半面铰链到正确的位置且与需要铆接的没有铰链的围板一端上的孔对齐，在铆接操作台约束的基础上，有加了一个可移动的挡块，由挡板来对动定位铰链（如图 3.9） 。ab图 3.9 移动挡块1移动挡板 2铆接操作台 3挡块3.5.2 送钉装置送钉装置由于要达到自动化生产线生产，因此需要设计配套的自动供料装置，操作人员只要在铆接前将散乱的铆钉倒入储料仓，来解决生产线中的供料问题。下面将根据装配工艺的需要来确定自动供钉装置的功能和结构组成。1 铆钉的选择和规格铆钉的选择和规格自动供钉装置的操作对象是装配过程中用到的不同型号和具有不同规格尺寸的铆钉。目前大型壁板组件铆接装配所用的通常是实心铆钉,主要有两种类型:凸头铆钉(平锥头、半圆头、扁圆头)和沉头铆钉(钉头锥度 a=90/及 a=120)。沉头铆钉主要用于暴露在气流中的表面,因而其它零件与蒙皮铆合时基本采用沉头铆钉。本文研究所针对的是围板的铆接装配，因此选用 120沉头铆钉。这些铆钉的参数尺寸及公差如表 3-6 中所示无锡太湖学院学士学位论文22表 3-6 围板铆接选用的铆钉尺寸及公差d456铆钉名称简图允差0.08D789.511.5允差0.180.22120沉头铆钉H上表单位均为（mm）根据常用实心铆钉的直径，铆钉孔的直径尺寸要比铆钉干的直径略大,直径为 d 的铆钉其孔径 d0=d+0.1。铆钉的长度 L 是根据不同铆接件的夹层厚度和铆钉的公称直径来确定的,通常有以下三种计算方式:(1)按公式计算： （3.22）212max10ddLd 式中：铆钉孔最大直径；铆钉最小直径。max0d1d(2)根据夹层厚度和铆钉直径来确定铆钉长度。(3)按下表经验公式计算：表 3-7 铆钉长度计算公式铆钉直径 d（mm）2.633.54.05.06.07.08.0铆钉长度 L（mm）d4 . 1d3 . 1d2 . 1d1 . 1本论文在围板上进行铆接，选取的铆钉直径 d=5.0mm；=10mm。有次可求得铆钉长度 L=16mm。由于铆接是把所需要的金属产品穿孔，空的直径大小可根据常规铆钉来做，小铆钉1.5mm，1.8mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm，3.2mm，3.5mm，4.0mm，5.0mm 直径更大有直径 22mm 的。本论文合围时铆接采用的是小铆头为 5mm 的铆钉，通过对铆钉小头尾部面进行敲击或加压，一般实心铆钉杆变形增粗就可以铆住产品了。铆钉一般选用 1T 材料。图 3.10 铆钉2 自动供钉装置的功能需求自动供钉装置的功能需求围板包装箱自动生产线合围装置设计23自动供钉装置所要完成的工作是把杂乱堆叠在料斗中的铆钉按照工艺要求输送到装配工位,因此这套装置应该具备以下几个功能：(1) 实现料斗中堆积铆钉的离散；(2) 实现铆钉的自动定向并形成有序的排列；(3) 实现有序铆钉的单个分离输送；(4) 实现与铆接机工作台上送钉滑块的对接，通过滑块将铆钉送入已钻好的装配孔中；整个过程包括以下步骤：铆钉整理成列、铆钉定向、分离出单个铆钉、铆钉输送至装配工位，该过程如图 3.10 所示：铆钉定向铆钉离散铆钉排列保持铆钉姿态铆钉分离铆钉输送确定铆钉位置（铆钉孔）图 3.11 送钉装置流程图3 自动供钉装置的结构组成自动供钉装置的结构组成自动供钉装置按照功能需求应该包括如图 3.11 所示的机构模块:料仓铆钉料斗搅拌器定向机构剔除器隔料器送料道上料机构铆钉孔图 3.12 供料系统结构组成图 3.10 中每个模块所实现的功能以及该机构的必要性见表 3-3：驱动装置无锡太湖学院学士学位论文24表 3-8 料斗式供料机构组成情况序号构件主要作用是否必需1料斗存放散乱的铆钉是2定向机构使铆钉从散乱的状态下火的定向排列以保证其在送料过程中规则的运动是3送料道靠铆钉自重传送铆钉是4料仓储存已定向排列的铆钉是5隔料器限制从料仓进入送料道的铆钉数量，以便逐个供给是6上料机构把逐个供给的铆钉按照生产要求的节拍和位置送到工作地点是7驱动装置带动各个机构运转，提供动力是8剔除器剔除掉排列不正确或多余的工件否9搅拌器防止工件形成拱形堵塞否4 铆钉整理定向模块铆钉整理定向模块自动供料系统的主要功能就是有自动定向功能,即针对装配对象零件的结构特性与状态特性进行整理,使其在参数坐标系中对具有特定外形特征的几何体进行定向布置 ,并限定时间、数量和运动轨迹,通常定向元件有不同断面形状的传输轨道、挡板、豁口、槽穴、护板、凸脊、台阶、空气喷嘴等。目前用于自动供料系统的分拣定向机构有多种形式,分别针对具有不同特征参数的零件,总的来讲分为振动式和非振动式供料,经过查阅总结出以下几种适用于铆钉、螺钉等大头件的料斗结构：振动料斗图 3.13 振动式料斗结构原理振动式料斗一般由顶盘和底盘两部分构成,结构如图 4.3 所示底盘包括了弹簧片、通电螺线圈、衔铁和减震器:当线圈通入交流电压达最大值时,电磁铁被吸住,带动料斗下围板包装箱自动生产线合围装置设计25降,同时弹簧变形;电压为零时,电磁铁被放开,弹簧恢复原形。一般采用三片沿圆周方向分布的弹簧,所以底盘提供的振动既有上下运动又有扭转运动。顶盘是盛放零件并利用振动力对其进行离散定向的场所,底部呈倒锥形,便于零件进入沿顶盘侧壁盘旋而上的螺旋轨道,零件从底部在振动力的作用下沿螺旋轨道爬升。零件的定向整理是通过螺旋轨道上一些简单的沟槽、挡板等定向结构来实现的,它能使零件转动、翻转就位、边缘排列等,以达到预定位置。定向正确的零件将从料斗顶端的出料口进入输料轨道。设计时除了保证定向外,还应考虑降低噪声,提高传送效率和减少对零件的损伤。因为电磁振动供料器是利用电磁力驱动和机械共振原理进行工作的,所以具有以下优点：(1) 没有电动机和变速传动机构,没有摩擦运动部体,滑,而且重量轻,便于维护;(2) 供料速度可调,可适应多种工件,调整方便;(3) 靠微小振动使工件单方向运动,无强烈搅拌、撞击机体不易损坏,使用寿命长;(4) 供料器是在近共振状态下工作的,所需激振力较小比较节能。还有直动插板料斗、摆动插板料斗、叶轮式料斗、倾斜转盘料斗。这几种针对铆钉的定向整理结构方案对比如表 3-9 所示：表 3-9 定向整理模块方案对比名称效率影响因素优点缺点振动式料斗振动平率、振动方向角、振幅、轨道倾角、轨道摩擦系数、填料高度供料效率最高，工件间摩擦力小，耗能低，技术较成熟送料速度通常0.8-2.5m、min结构复杂，外购件多，造价高，需要供货商安装调试直动插板料斗升降频率、选料槽倾角、选料槽长度、料槽摩擦系数、料仓储料量原理、结构简单，可自行加工，每个插板运动周期带出 1-6 个零件可靠性不容易确定，设计制造工作量大，多个参数需要通过实验确定最优值摆动插板料斗摆动频率、选料槽最大倾角、选料槽长度、料槽摩擦系数、料仓储料量与上相同，摆动运动平稳性不如平动与上相同叶轮式料斗叶轮转速、主动面长度、填料高度有多个选料槽，效率比插板式料斗稍高与上相同，叶轮外形及侧边沟槽加工较复杂倾斜转盘料斗转盘转速、槽数、料仓大小、填料高度转盘具有定向和搅动双重作用，效率稍高与上同，结构复杂通过比较，由于在合围过程中所需的供料效率要高，并且振动式料斗耗能低，技术较成熟，因此我选用振动式料斗。目前自动供料系统的拣定向机构有多种形式，针对围板的工艺生产要求拟定送料机构为振动式供料机构，振动料斗工作平稳，适应于做过精加工的各种小零件，振动料斗具有一定的通用性，当用于尺寸质量相近的不同部件是，只需要更换定向机构。当圆筒做扭转振动时，工件将沿着螺旋形送料槽逐渐上升，并在上升过程中进行定向，自动剔除位置不正确的工件，上升工件最后从料斗上部分的出口进入送料槽。送料槽是将铆钉送到压紧机构进行加工的桥梁。根据料斗与工件加工时的方位和相对位置关系、料斗的形式、铆钉的形状和大小、生产面积的大小等因素，根据设计要 求，选用槽型曲线形送料轨道，保证在送钉过程中能顺利流畅稳速移动，不发生阻塞或滞留现象，因此其倾斜角和弯度的大小是设计的关键。无锡太湖学院学士学位论文26图 3.14 铆钉定向模块5 铆钉隔料分离模块铆钉隔料分离模块隔料分离模块的作用是把已经在料仓或轨道上定向排列整齐的零件逐个从零件序列里分离出来，使其单独进入装配或加工工位。本文针对的零件时铆钉，一般情况下铆钉通过前文所述的定向整理模块作用后，会在熟料轨道上形成整齐的队列，每次铆接上料时由于孔位置不一致，因此需要铆钉一个一个上，因而需要有隔料机构将单个铆钉分离出来。隔料机构有平动式隔料机构、旋转式隔料机构、钳爪式夹持机构等。这几种隔料机构对比如下表所示：表 3-10 隔料分离模块方案对比名称优点缺点平动式隔料机构结构简单，低频率运动，效率较低需借助重力或震动使零件前行旋转式隔料机构结构较简单，效率较高，运动平稳结构稍复杂，需零件有前进动力钳爪式夹持机构夹持精准，无需借助零件重力机械结构及控制系统复杂，占据空间大，效率不高本论文选用的是平动式隔料机构。平动式隔料机构通常往复直线运动，将单个零件从零件序列中分离。图 3.15 平动式隔料机构（a）垂直或倾斜式轨道分离滑板；（b）横向滑动分离装置围板包装箱自动生产线合围装置设计27结构一如图 3.13（a）所示，隔料器有两个销子 1、2，销间的距离间隙等于带分离的尺寸，分离滑板的运动到左端，零件下落，并由销 2 挡住，当分离滑槽再次运动时，销2 释放零件，同时下一个零件由销 1 挡住。这类隔料机构大多应用在中等生产率的情况下，即 50-70 件/min，当生产率更高时，隔料器每次往复的时间很短，工件由于惯性有可能吧能进入隔料位置，这样工作就不可靠了。结构二如图 3.13（b）所示，零件在输料槽终端，有推杆使零件分离并转移位置。这类隔料机构可以兼做上料器，构造最简单，当上料机构送零件到下一工位时，上料机构的侧面将料仓的通道隔断，完成隔料功能。缺点是隔料时料槽内零件的重力或前进动力都作用在上料机构的隔断面上，使上料机构运动阻力大，且容易磨损。在隔料机构中,气缸不需要承受多大的负载,只要能克服滑块和导套之间的摩擦阻力就可以了,因而气缸选型主要考虑因素是行程根据隔料滑块的尺寸设计,需要行程为 12-15 的气缸,经过查询供货商的产品目录,确定选用 MISUMI 的产品,型号为 Msccs12-12-A -ER4-VT-KFS 的行程指定型薄型气缸,汽缸内径是 12rn-14rn,工作气压 0.05-1MPa。6 铆钉输送模块铆钉输送模块铆钉输送模块主要是指与料斗出料口对接的刚性轨道,除了输送已排列好的零件以外,还在一定程度上起到料仓的作用,用来储存一定数量位姿正确的零件。对轨道的要求是工件能在其中流畅稳速地移动,不能发生阻塞或滞留现象,因此其倾斜角度、弯度和型槽的大小是设计关键。一般用于铆钉之类大头件的有以下两种形式的轨道：(1) 开放式轨道可以用于振动供料器出口处，起到对铆钉主动定向的作用，如图 3.13（a） 。(2) 闭合式轨道适用于输送已定向的铆钉,防止在输送过程中有铆钉翻转、脱离轨道或者相互骑压、边缘重叠等现象出现,如图 3.14(b)。图 3.16 铆钉输送轨道(a)开放式轨道 （b）闭合式轨道两种轨道优缺点对比如表 3.6 所示：表 3-11 轨道输送模块方案对比无锡太湖学院学士学位论文28名称优点缺点开放式轨道排除故障容易，适用作倾斜导轨，利用零件的重力作用输送可能有铆钉凸头重叠现象需要外加拨杆闭合式轨道零件传输可靠，避免骑压重叠，适用于作水平导轨考振动输送不易排故障为了简化机构,先确保供钉装置的可行性,将其功能确定为同一时间只针对单一规格的铆钉(同直径、长度、沉头角度)进行自动供给。因为从需求分析中可以看到,侧壁板装配时用到的铆钉公称直径、长度和沉头只有微小差异,所以可以将装置设计的具有一定通用性,当人为更换料斗内的铆钉后,该装置均可适用于前文需求分析中提到的铆钉。7 自动供钉装置总体结构设计自动供钉装置总体结构设计经过比较目前常见的自动供料机构,可以看出振动式供料器具有效率高、适用范围广的优点,有专门的供应商,并且广泛应用在多种产品的自动装配线上,所以本文研究的装配系统也选择振动供料器来完成铆钉的离散与定向排列。整个自动供钉装置结构如图 3.14所示,主要由储料仓、振动盘(分为底盘和顶盘)、隔料器、柔性输钉管道这几部分构成。图 3.17 自动供钉装置结构储料仓为储备铆钉的场所,因为振动盘对填料高度有一定的限制,所以盘内不能容纳足够多的铆钉,所以当振动盘内的铆钉不足时,储料仓下部出口打开向盘内添加铆钉。振动供料器有底盘提供多方向微小幅度的振动,使盘内堆积的铆钉离散并排列有序的沿顶盘的螺旋轨道向上爬升,这些爬升的铆钉在通过轨道上一系列起定向整理作用的结构之后,最终在振动盘出口的刚性轨道上形成方向一致的整齐排列。隔料器安装在振动盘出口轨围板包装箱自动生产线合围装置设计29道末端,每个铆接加工周期只容许一个铆钉通过,可以利用铆钉自重和振动的推挤作用使其自动落入设置在隔料器下方的管道中。8 振动盘顶盘设计与底盘选型振动盘顶盘设计与底盘选型振动盘的顶盘呈圆盆形,底部为圆锥形隆起,可以使铆钉聚集在盘底边缘,便于进入螺旋料轨。料斗内壁附有升角为的螺旋料轨(料轨可以做成整体结构车削加工,也可以将盘体和料轨分别加工然后焊接),铆钉在振动作用下沿料轨有序的爬升,出料口设置在盘顶,出料口附近设置定向料槽,可以使铆钉呈大头朝上式整齐排列。振动供料器顶盘的结构参数一般由经验公式确定，各个尺寸参数如图 3.15 所示：图 3.18 振动盘顶盘基本尺寸这些结构参数的经验公式及计算结果见表 3-7：表 3-12 振动盘顶盘尺寸设计序号几何尺寸名称计算公式设计结果1螺旋料轨厚度 s)(31mms 1mm2螺旋料轨螺距 tmmsht5 . 126mm3螺旋料轨宽度 bmmdb3219mm4螺旋料轨旋升角3125螺旋料轨向振动盘内壁倾角2010156顶盘内径 D内）（）（内mmL126D192mm7顶盘中径 D中）（中mmtantD240mm8顶盘外径 D外）（中外mme2bDD265mm9顶盘壁厚 e)(31mme 3mm10顶盘高度 H)(32mmtH 78mm11顶盘底部锥角525表中： h铆钉在料轨上的高度（mm）； L铆钉的最大长度； d铆钉最大沉头直径；无锡太湖学院学士学位论文30根据铆钉的尺寸及重量,振动盘的底盘选择微型电磁全半波振动底盘,这个系列的振动底盘具有高振动量和小的振幅,适应于可动框架 10mm 左右的微小工件。具体型号的选择依据是以上顶盘的尺寸参数设计,底盘需要与顶盘尺寸匹配,因此选 AX-150 微型电磁全半波振动底盘。253.5.3 铆接装置铆接装置1 铆接机的概况及分类铆接机的概况及分类接机是铆接加工中的重要技术装备，与铆接工艺的互存、互动关系非常突出，铆接工艺的改进或者采用新的技术，都要与之相应的或新型的铆接机作为技术支撑。所以，在铆接技术的发展进程中，铆接机始终担负着重要的角色，起着积极的、直接的推动作用。生产过程即是铆接机和被铆件两大要素进行有权组合并加以运用，同时加上各个参数的调节和控制的过程。铆接机是生产中重要的基础技术装备，对产品的质量、生产效率、运行成本、劳动强度等有着直接的影响。图 3.19 卧式机型和径向机型图 3.20 落地式机型和摆碾式机型目前，国内外各种形式的铆接机较多，按铆接原理分：有冲压式、径向式、摆辗式、滚压式；按结构形式分：有立式机型、台式机型、卧式机型、落地式机型、悬挂式机型；围板包装箱自动生产线合围装置设计31按系统驱动类型分：电动式机型、液压式机型、气压式机型。以下列出了几种类型的铆接机。如图所示。铆接机的使用面很广，可应用各种所需铆接的工艺场合，下面介绍一些主要的应用范围：(1) 可铆接的材料：除了可铆接碳钢铆钉外，还可以铆接中碳钢及不锈钢铆钉，当然铜、铝铆钉更是在铆接范围之列。(2) 可铆接的形状：只要改变铆头的形状，就能铆接成各种形状，此外，径向铆接机还可以用于压印、压花和打标。(3) 径向铆接机还可实现在玻璃、塑料、陶瓷上的铆接。(4) 适用行业：铆接工艺可广泛用于精密机械、纺织器材、钢制家具、建筑五金、高低压电器、五金工具、汽车、摩托车配件等众多行业，特别是在汽车门锁、刮水器、离合器、后门撑杆、门铰链、玻璃升降器、化油器、手制动器、转向球接头、摩托车减震器等汽摩配件行业中应用更为广泛。262 自动钻铆技术分析自动钻铆技术分析按工作方式分，铆接可分为手工铆接和自动钻铆。手工铆接接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制，难以保证稳定的高质量连接。而自动钻铆是航空航天制造领域应自动化装配需要而发展起来的一项先进制造技术。自动钻铆技术即利用其代替手工，自完成钻孔、送钉及铆接等工序，是集电气、液压、气动、自动控制为一体的，在装配过程中不仅可以实现组件(或部件)的自动定位，同时还可以一次完成夹紧、钻孔、送钉、铆接安装等一系列工作。它可以代替传统的手工铆接技术，提高生产速率、保证质量稳定、大大减少人为因素造成的缺陷。随着我国航空航天产业在性能、水平等方面的不断提高，在铆接装配中发展、应用自动钻铆技术，己经势在必行。具体原因如下：(1) 自动钻铆技术减少操作时间：减少成孔次数，一次钻孔完成；自动夹紧，消除了结构件之间的毛刺，节约了分解、去毛刺和重新安装工序；制孔后在孔边缘的毛刺可以得到控制：送钉、定位、铆接。(2) 自动钻铆机提高制孔质量制孔孔径公差控制在士 O015mm 之内；内孔表面粗糙度最低为 Ra32urn；制孔垂直度在士 O5以内；制孔时结构件之间无毛刺，背部毛刺控制在 O12mm 之内；孔壁无裂纹。(3) 与手工铆接相比，在成本上有大幅度降低，通过比较人工与自动钻铆机安装相同数量的紧固件，所耗费的工时上，可以看出，对于大量同种类的紧固件的安装，自动钻铆机可以节约的工时成倍数增长。263 铆接铆接无锡太湖学院学士学位论文32 由于铆接是铆钉直接穿过木板上的孔，然后对铆钉小头进行敲击或加压，使小头部分变形增粗就可以铆住产品。因此之需要采用液压缸来推动铆头进行敲击加压。利用液压动力，在电控系统的指令下开展铆接运动，完成围板的铆接运动。铆接机是利用压力(液压或气动)和专用模具将铆钉直接压接成形，适用范围极其广泛。其原理概括的讲是铆钉头依靠轴向力、整体镦压成形。其原理图如图 3.21 所示。图 3.21 铆接原理图由原理可以看出，铆接铆钉需要动铆模和静铆模两种铆模。由该工件外形尺寸特点，可确定铆头与工件的相对运动方式、工件的放置方式、动静铆头的布置方式以及工件的运动方式。(1) 确定相对运动方式由于工件为弧形，如果铆头相对于工件运动使铆头既完成定位工作又完成铆接动作，结构过于复杂；如果工件相对于铆头运动，由托架完成定位工作，铆头仅完成铆接工作，大大简化了结构设计。因此，选择工件相对于铆头运动的运动方式。(2) 确定工件放置方式铆钉由小头向上由下方气压缸推动顶头推动，从铆接操作台下方向上穿过围板上已钻好的孔，然后，铆头在从上方下压进行铆接。4 铆接力的计算铆接力的计算国外对铆接过程已经开始进行了研究。法国的 Langrand,B 等基于 FE 模型的材料疲劳特性模型特征的数值过程进行了铆接分析，并测量了再准静态和动态条件下应变速度的影响，提出了考虑铆钉材料的非线性因素。UrbanMR 等对于旋翼飞机机身结构中使用普通铆接的误差传播进行了测试和分析。BillyKelly 等仿真了铆钉的安装过程。VBlanehot 等人建立部分、轴对称和 3D 这 3 种可调整数值模型来仿真铆钉连接。我国在铆接过程研究方面还处于初级阶段。(1) 施加铆接力的最初阶段，由于铆接时发生弹性形变，还没有产生塑性变形，因此满足胡克定律 （3.23） EAlFlN式中：1 是铆钉杆原有长度：FN 为施加的铆接力；E 为弹性模量；A 为铆钉横截面积。围板包装箱自动生产线合围装置设计33设铆钉头部的微小变形为，铆钉半径为 d，则对公式(3.20)求导得：xd 4/2dAx 4/2dEFdEAFdldxxx故当施加力 F 时，铆钉头的变形为02244/dEFldEFdlx(2) 随着冲头逐渐下压，铆钉刚开始接触到孔周，尚未形成镦头，此时铆钉杆的受力状态与平面镦粗的受力状态相似1，如图 322 所示。图 3.22 镦粗时基元受力分析 根据平衡方程得0211xxxxxdldllF整理得 （3.24）dxlmKd2式中：，m 为摩擦因子，Y 为真实应力。mK3/YK (3) 铆钉杆塑性变形开始后，铆钉中部金属向下流动，近似于挤压型的金属流动；而铆钉镦头部分的金属向两侧流动，如图 323(a)所示。到了镦粗末期，作为极端情况，当纵向流动阻力大于横向流动阻力时，可以近似认为只有侧向金属流动，而没有轴向的金属流动，即只发生镦粗变形，这个阶段的铆接力达到最大1。此时，铆钉可以分为区和区，如图 3.23(b)所示。无锡太湖学院学士学位论文34 a 镦粗初期的金属流动 b 镦粗末期的金属流动图 3.23 镦粗的金属流动对于区，式(3.21)转化为3/YK （3.25）dxlKd2因为是镦粗变形，可以直观的认为xy按绝对值列出的简化屈服方程为 （3.26）xyxyddK,2将式(3.22)和(3.23)联立求解，得CxlKy2应用应力边界条件求积分常数 C，当yeyexx,故有yeexlKC2代入得 （3.27）yeeyxxlK2式中：表示铆钉镦粗的长度；是区边界处的垂直压应力。xxeye对于区，从式（3.20），推出mKYye32CxlKye2应用应力边界条件求积分常数 C，当,yeyexx得出2yeexlKC代入得围板包装箱自动生产线合围装置设计35 32)(32YxxlmYeye（3.28）故所需铆接力为 yeyssF21（3.29）把式(3.24)和(3.25)代入(3.26)得32)(3232)(32)(3221YxxlmYsYxxlmYxxlYsFeyeee整理得)32)(32()(x3221e1xxlmssxlsFes式中, 为铆钉杆面积；为铆钉镦头的圆环面面积。1s2s本设计中铆钉直径 d=5mm，铆接后镦头直径约为，钉杆原有长度 l=15mm，mmd100钢与钢接触有润
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