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片材成型机 Sheet forming machine设计题目： 片材成型机 学生姓名学院名称专业名称班级名称学 号指导教师教师职称完成时间摘 要这篇文章主要讲述片材成型机的设计原理，片材成型机设计是应用专业知识完成一台专机设计，通常在机械制造等行业有着显著的用途。根据设计的要求，本次设计的题目是关于片材成型机的设计，片材成型机是一台装置中含有填料、脱模剂、固化剂等，的夹心结构，两面用薄膜覆盖。其主要工作原理由放料到翻转再到下一步加热过程最后形成片材。它适用于各行各业、各种场合中的定时、计时及控制的自动化。本论文以机器成型过程分析为主，首先明确加工时所用的工件材质与形状，从而确定其扭转装置、定位、加热、夹紧装置等部分。其次计算气动或电动系统设计，以达到方向控制、调速回路包括液压缸同步动作回路以及其他部分准确运行的目的。 片材成型机的设计内容主要是应用专业知识完成一台专机设计。片材成型机是一台加入装置稠剂，填料，脱模剂，固化剂等组成的聚酯树脂，浸渍，玻璃纤维纱，两面用薄膜覆盖，形成夹心结构的一种不饱和聚酯玻璃纤维增加复合材料的生产设备。关键词：片材成型机；聚酯树脂；旋转驱动器；加热器AbstractThis paper focuses on the analysis of the machine forming process. First, the material and shape of the workpiece used in processing are clarified, so as to determine its torsion device, positioning, heating, clamping device and other parts. Secondly, calculate the design of the pneumatic or electric system to achieve the purpose of directional control, speed control circuit including hydraulic cylinder synchronous action circuit and other parts to run accurately.The design content of the sheet forming machine is mainly to apply professional knowledge to complete the design of a special machine. Sheet forming machine is a kind of unsaturated polyester glass fiber which is filled with polyester resin composed of thickener, filler, mold release agent, curing agent, etc., impregnated, glass fiber yarn, covered with film on both sides to form a sandwich structure Increase production facilities for composite materials.Key words: sheet molding machine; polyester resin; rotary drive; heater目 录1 绪论11.1 设计背景11.2国内片材与片材成型机的发展状况21.2.1 片材的发展现状21.2.2 片材成型机机的发展31.2.3 国内片材成型机的发展趋势31.3 设计来源31.4 设计内容31.4.1 片材成型机的分类32 总体设计方案62.1 设计构想62.2 该设计课题应满足的基本要求72.2.1 主要技术要求72.2.2 机床硬件要求72.2.3 人机适应性的要求72.3 总方案的设计72.3.1 重要技术指标72.3.2 总体方案设计82.3.3 总体方案的设计修改和优化82.4 详细设计82.5 片材成型机的工作原理简析82.6 设计整体综合评价93 零件的选型93.1 三十度梯形丝杠、30度梯形丝杠用螺帽93.2 气缸103.3 定位误差的分析与计算103.3.1 夹具装夹工艺基准用夹具装夹加工时的工艺基准113.3.2 定位误差的概念113.3.3 定位误差产生的原因及其计算113.4 导向轴133.5 聚氨酯垫圈143.6 螺栓143.7 旋转气缸：153.7.1 定义153.7.2 旋转气缸结构153.7.3 选型153.8 联轴器193.8.1 转矩校核203.9 微型光传感器203.10 轴承203.11 加热装置213.12 带223.13 伺服电机的计算选择24总 结26致 谢271绪论什么是片材成型机？片材成型机是一台装置中含有填料、脱模剂、固化剂等的夹心结构，两面用薄膜覆盖。其主要工作原理由放料到翻转再到下一步加热过程最后形成片材。其次计算气动或电动系统设计以达到方向控制、调速回路包括液压缸同步动作回路以及其他部分准确运行的目的。图1 三维片材成型机总图1.1 设计背景现如今，世界各地一直在进行综合国力的竞争，为了提高我国综合国力，在所有生产部门实现生产自动化机械化就显得格外重要，与此同时我们就需要创造出大量的并且在种类繁多的同时还要更加新颖优良的机械，输入到各个行业当中，为其高速发展创造更好的条件。任何科技创新技术的成果产生，无一不需要机械方面的支持。综上，机械工业成为了国家综合国力发展的基石。为了可以满足各个行业日益增长的需求，创造出更多新型产品就变得尤为重要，同时在当今社会对于创造型人才的需求。现如今世界的大环境大背景下，人们正在经历着一场全新的技术革命，新型的概念，理论，方法，工艺层出不穷，作为各行各业的基础工业，机械制造业借此机会迎来了新的“跳板”，现在的制造业一改往日风采，向更快，更高，更强的目标发展。现如今，片材成型机的片材加工技术发展已经非常成熟，而且在装配、零件购买方面也比较方便。另外设备操作简单，购买价格、维修费用都相对比较实惠，所以，就以目前的市场情况来讲，片材成型机的使用已经非常普遍了。片材成型机在这几年的发展非常迅速，在各行业都有很好的应用，常见的就有塑料包装、食品包装、医药、广告装饰等行业。 此外，片材成型机工作流程简单，易操作，带来的效益可观，因此广受关注，我们可以预想到未来片材成型机市场具有更加广阔的前景和发展潜力。随着国内需求量日渐增长，热成型的片材用量也在大幅度升高，并且其用途越发广泛。塑料片材成型机的发展将会进一步加快，其前景无可限量。综合以上几款片材成型机的状况，作为新机械人我们务必肩负起在创新的同时，还需要考虑到性价比和环境污染问题。 1.2 国内片材与片材成型机的发展状况1.2.1 片材的发展现状在工业化发展需求很高的今天，这种现状导致了各种类型的片材成型机的使用需求更多。从日常生活用品、汽车领域到重工业、道路施工，不同类型作用的片材层出不穷，这种现状导致了各种类型的片材成型机的使用需求更多。在我国GDP逐年升高的情况下，人民生活水平随之升高，渐渐人们的关注焦点从便捷发展发展到了健康环保，去年更是多地实现垃圾分类计划。对于片材方面，我们不止要求性能，环保也加入进来。近年来BOPS片材以环保并且性能好又一次进入了人们的视野。在环保方面有两大突出优点：一是对使用过的制品可全部回收循环使用；二是再回首分化过程中，不产生任何对人体健康有危害的物质1。在2013年英国一塑料生产商研制出了大型的双片板材，其所产生的片材主要用于道路施工的方面。该片材以塑料为原料，加工形成新型道路板材，其通过加热成型加工成高密度的聚乙烯材料，从而形成真空双片板材 2。该板材由于可以对临时道路起到保护作用而应用广泛其材板载重达到50t。此类片材现在的运用频率已经非常高了。在片材发展需求都越来越快越来越高的今天，片材成型机的需求量也越来越多。1.2.2 片材成型机机的发展很久之前的型塑料气压热成型机，针对国内设备加热板温度分布不均的问题，采取分段控制，使加热板有效成型面积内温度精度达到以内3。在不停止挤出机的操作的情况下连续地进行树脂片材挤出机的冲洗和树脂片材的成型4。对于一次性使用并且硬度小的板材，0600-K全自动固相成型机，其质量和性能测定均符合国家有关标准5。询价和订购时就机械性能，涂层附着力和表面条件要求达成一致6。对于汽车机械制造方面，压力成型机在汽车内饰片材方面更加重要，凯孚尔所开发的全自动压力成型机逐渐广泛应用。，其不仅安装空间容纳大，并且通过乙烯类创新，其性能也进一步提高7。2019年一款新型聚氨酯片材内旋成型机出现，其设计采用三位辅助设计软件对成型机零、部件进行设计，并且进行虚拟配置。变频调速电机通过V带调速驱动转筒。其频率高、精度高、低功耗的优点吸引了大家的广泛关注8。1.2.3 国内片材成型机的发展趋势未来，对于片材成型机的要求会越来越高，一方面要求其损耗低，适用于多种材料的同时还要便于更换其工件，另一方面要求其效率高，并且操作简单安全向全自动化迈进。同时还要考虑维护片材机方面9。但对于一些指向性生产片材的公司，他们的要求可能是该片材成型机适用于其所需片材即可，主要要求更偏向于性价比问题、效率问题和操作维修更换问题。1.3 设计来源本次设计的题目源于制造业生产，根据生产需求对片材成型机的进一步完善。1.4 设计内容1.4.1 片材成型机的分类市面上的片材成型机大概分为五类分别是：挤压式片材成型机，加热式片材成型机，集成吸塑片材成型机，气压式片材成型机，离心式片材成型机挤压式片材机：在片材生产中，挤出法是最简单的方法。其下层方法有压层法、压延法等，挤压式片材机也可用来生产板、片、薄膜等。压延法：压延法是将加热塑化的料加入到压延机辊筒之间，经一定量的相应方向旋转的水平辊筒挤压，将其延展，连续性生产有一定厚度宽度的片材。但由于聚烯烃树脂压延效果差，不适用压延法。压层法：压层法属于间歇式生产硬板的方法，将多层压延生产出来的各种片材等增强材料经热固性树脂浸渍，干燥的半成品，在一定压力下冷却成型出所要片材。浇注法：浇注法主要生产有机玻璃板材。将甲基丙烯酸甲酯预聚体浇入模具，经水浴或热风加热聚合，将其脱模我们可以得到一个透明度高而且表面光滑的片材 。流延法：树脂用溶剂配成具有一定粘度的塑料溶胶液，通过流涎嘴流至不锈钢带或铝片上，该不锈钢带或铝片应表面光洁并且连续运转，后溶剂挥发，片材成型为我们所需要的。该方法主要用于电影胶卷等由三醋酸纤维素所产生的片材。图2 挤压式片材成型机2.支撑板1.底座4.入料斗3.固定板5.电动机A6.绞龙8.出料管10.挤压辊11.转轴12.内筒13.固定杆14.活动块15.轴承A19.轴承C20.调节螺杆21.安装板24.废料箱25.收料箱28.水箱29.水泵30.连接管气压式片材成型机：片材在链轨装置输送下先经过加热装置加热软化，再有成型装置进行气压成型（正压或负压均可），再进行后续加工，得到所需片材。图3.气压式片材成型机2.上卷机构1.机架4.送片机构3.过度放卷机构21.上料位置22.工作位置24.主动链轮25.第一从动链轮23.送卷电机27.送卷链条26.第二从动链轮28.送卷支座29.链条张紧机构31.过度支座32.过度放卷座41.送片电机42.送片压辊43.送片张紧辊50.片材卷291.安装座292张紧轮离心式片材成型机：是利用离心力成型管状制品的方法。将物料放入模具中，使物料绕单轴高速旋转。此时，物料在离心力的作用下，分布在模具的近壁部。加热式片材成型机：热成型是将热塑性片材加热使物料软化，将物料拉伸至模具上并将物料保持在合适的位置上。同时通过冷却使其定型。加热可以通过对流加热或辐射加热均可。这种类型的片材成型机绝大多数与其他类型片材成型机混合搭配使用，加热物料使物料变软，使物料后期更好的热塑变形。图4.加热式片材成型机1.箱体2.反光板3.红外辐射器6.散热风扇7.通风口10.夹具11.保温层图5.加热式片材成型机4.管体散热孔5.管头散热孔8.夹具孔9.电线孔集成吸塑片材成型机：这种片材成型机适应性强，可以适用于不同形状不同材料的原料。目前国内大部分的吸塑成型片材设备在技术上属于半自动阶段，需要人为手动辅助，吸塑片材成型机经常会不同作用的机器分开始用，所以耗能高，生产速度低，耗费人力成为他的缺点。吸塑机的发展将会偏向自动化，更加突出提效，减能和减耗的方发展 图6.集成吸塑式片材成型机2.总体设计方案2.1 设计构想在机械加工过程中，零件加工效率低下会导致后续其他工作的问题，同时加工难度高，常常会将其分开进行加工，在通过压装工艺组成一体。导致了很大程度上浪费了成本和人工资源。基于这个问题，我们想研制一台可以在流水线生产作业自如，机电一体化自动化的压装设备，为我们最大程度降低成本的同时提高工作效率。其机械部分的改进要求能够准确装夹定位，且装夹力可以调节控制，并且控制部分采用PLC，能根据工人的熟练程度控制生产节奏，以及可以精准自如的检测出各个输出动作是否存在问题，并及时反馈，以确保安全生产。2.2 该设计课题应满足的基本要求2.2.1 主要技术要求（1）片材成型机的工件形状应为：树脂薄膜、工件规格为;（2）片材成型机中片材的夹紧行程：;（3）片材旋转的角度（联轴器旋转的角度）：180 ;（4）加热器：;（5）加热器移动部分行程：;（6）移动时间（变速）；（7）外形尺寸：；（8）保证操作人员的生命安全；（9）定位精度：；2.2.2 机床硬件要求对于机床硬件要求，其刚度、强度、稳定性、灵活性和机床本身的精度等需要满足要求。灵活性包括两种灵活性，一种是时间上的灵活性，另一种是空间上的灵活性。动态、静态、热态刚度都是刚度的一种。在机床的精度之中，几何精度，运动精度，转动精度，传动精度，定位精度和加工精度都包括在内。2.2.3 人机适应性的要求在我们的设计和制造过程中，我们应该首先考虑尽量减少噪音，其次应尽量减少整个设计加工过程中，对人体和环境所产生的有害物质，尽可能保护人体和环境。2.3 总方案的设计2.3.1 重要技术指标主要技术指标在整体方案设计中十分重要，主要技术指标的明确分析为后续的设计奠定了十分重要的基础，若主要技术指标没有明确分析出，则后续的设计几乎无法正常完成。在设计任务书中主要技术指标应满足应用范围，同时包括机床加工对象的材料、形状和尺寸等，具体任务书视情况而定， 其次在生产率上需规定加工对象在单位时间内完成的数量；在性能要求方面加工对象所要求的机床本身强度、刚度和噪声等的性能指标也十分重要。对于如何被推动的问题，电机带动成为首选，电机带动的方式方法分为直流、交流，均可作为参考方式。同时我们也可以选择不仅和伺服电机。驱动形式的不同会影响机床的成本、性能、运动方式和布局形式等，这些因素会导致工件加工精度的偏差。2.3.2 总体方案设计2.3.2.1 总体布局：丝杠支座组件、导向轴支座和聚氨酯型螺栓等部件的大概布局，在美化机床外观的同时可以使工作人员基本操作更加方便，最简洁的操作步骤会使操作人员的工作量减少，有更多的时间去完成其他工序2.3.2.2 局部设计：这里包括传送带、滚动丝杠轴和加热器部件等。细节设计的准确度会影响到工件在加工时精度等方面的要求，所以局部设计的细节在整个设计中十分重要。2.3.2.3 图纸绘制：设计的最后，进行机床的二维和三维的运动功能示意图，其中要有总体三维示意图和各部件的装配图以及总体的二维示意图，同时还需要绘制出重要零件的零件图。2.3.2.4 基本参数：设计基本参数包括零件尺寸参数、运动部件和动力系统的动力设计，其中需要涉及到各个参数的详细计算，这也是整体设计中的难点所在。2.3.3 总体方案的设计修改和优化对于之前所选择的方案我们需要进行反复斟酌和排查，在之前的基础上进行修改和优化，确保最终方案的可行性以及最优设计。在整个设计过程中，我们需要在设计的同时进行反思，不断进行否定或者肯定，防止整个实验设计到最后出现问题而无从下手更改。2.4 详细设计整个设计最大一部分就是详细设计了。从熟悉设计结构的工作原理，到确定结构原理方案到搭建三维示意图，再到设计绘制三维装配图，还有拆分绘制二维零件图和分析，还包括优化计算等都属于详细设计部分。这部分任务量相对于其他部分是最大的也是最繁琐的，考研我们的细心和耐心，需要一步一步去检查绘制，防止出现纰漏。2.5 片材成型机的工作原理简析树脂片需要人工将其放置于加工滑台上，当树脂片位于加工滑台后，人工按下启动按钮。首先树脂片被夹紧，滚动杆将片材压紧到基准面顶面上滚动杆180旋转，使调整型旋转驱动器低速旋转，树脂片U形弯曲，通过挡块调整接触角度。加热器向左移动，加热器开始定时器启动，使加热器移动到树脂片右端，对树脂片进行加热，同时进行移动，加热器移动，最后加热器停在树脂片左端，左端也叫行程端。加热器向右移动，加热的同时移动树脂片，加热器根据定时器时间进行关闭。加热器停在右端。通过测试来选择送风时加热、向右侧移动式加热器停止以及送风移动等过程的最佳条件。2.6 设计整体综合评价从最开始自己在网络搜说相关资料文献，到后来与导师探讨，对有疑问的地方进行询问，同时对片材成型机的加工性能进行深入分析，进行综合评价。最后仔细思考判断设计结果是否能达到自己的预期效果。经过多次探讨，反复修改设计，直到最后的设计达到自己的预期，达到导师的要求。3 零件的选型3.1 三十度梯形丝杠、30度梯形丝杠用螺帽螺纹在运动中必须作精确移动，梯形丝杠在此运动过程中起到了举足轻重的作用。梯形丝杠的圆钢材料务必是正规牌号，否则会使滚花刀、铣刀损耗迅速。装配时必须掌握好间隙大小。我们的 30度梯形丝杠选用MISUMI生产的MTSBRX18-755-F13-V10-T28-G4-Q12-S17-E10-AC14型。30度梯形丝杠用螺帽类型很多，例如法兰型、紧凑型、嵌入型等，这里我们选用由MISUMI生产的MTSFR18（法兰型）30度梯形丝杠用螺帽即可。图7. 30度梯形丝杠用螺帽图8. 30度梯形丝杠3.2 气缸气缸由活塞、活塞杆、缸筒、端盖、密封圈等构成，活塞在缸内进行往复运动为整个机构提供动力。这里我们选用SMC株式会社生产的MGPL20-100-Z73L型气缸。3.3 定位误差的分析与计算在大量生产过程中我们需要使用夹具对其进行装夹后再进行下一步操作，夹具应具有专一性。即对应工件有对应的夹具。专用夹具是在加工工艺设计中产生工序图的主要依据。加工工艺设计中，该以专用夹具生产工序图为其设计的根据。误差一定会出现在整个设计制造或者使用过程中，所以在使用夹具来加工某一批工件时，加工精度的参数由于契合不完全有缝隙或其他原因而产生误差，定位误差就是这些误差中的一种情况。当我们设计夹具定位方案时，我们应判断该方案的可行性及合理性，并且我们应该关注到夹具的设计方案是否满足工件的加工要求，这才是我们分析各个方案的最终目的。3.3.1 夹具装夹工艺基准用夹具装夹加工时的工艺基准夹具设计加工时一项规范关于基准方面，基准分为两类，一种是设计基准一种是工艺基准，在设计图上我们确定集合要素位置需要满足设计基准，在设计工艺工程中我们应满足工艺基准，定位误差与相关基准的计算分为下列三类（1）工序基准在工序图中应满足的基准为工序基准，我们可以理解为在工序图中展现出来让我们对照标准的基准，定位误差的计算分析我们需要用到零件图上展示出来的基准。（2）定位基准在加工过程中，加工位置的准确性需要依据定位基准来实现标准化。就是工件移动到加工面上时，两者之间的接触配合是否符合规则，此时我们应尽量满足加工精度高度准确，综上一般情况下定位基准应尽量选择设计基准作为其基准。（3）对刀基准（调刀基准）定位元件的加工面是否匹配可以完美重合共同体现了其对刀标准，用于在日常加工中若刀具所在位置发生偏差，我们可以根据该基准进行对刀具的调整。特别的是对刀基准不同于其他的基准，其不属于工件要素，他属于定位元件和其相关的加工面配合加工时所体现出来的要素，如果我们以定位元件为支撑板，则对刀基准就是该支撑板的加工面。3.3.2 定位误差的概念在夹具夹紧一批片材进行加工时，由于定位不准确导致夹具偏差夹紧片材未对齐而引起这批工件的生产发生了一定量的加工精度参数从而引起定位误差。定位误差是一个范围，应以其最大范围计算，定位误差是设计基准在整个实验中的加工精度方面所产生的最大变动量。3.3.3 定位误差产生的原因及其计算1）基准不重合误差：基准不重合误差是定位基准与设计基准不同而生成的误差。经图9可得，设计基准随着定位基准之间公差值的变化而发生改变，当加工参数与方向相同时=；当方向不同时，我们需要根据自身具体情况来进行分析计算，从而来确定与的关系，可得：定位基准与工序基准重合：在带有内孔的铣削平面定位过程的示意图中，必须保证过程尺寸AT。两个基准匹配， 没有基准和失配误差，但是由于制造间隙不准确，仍然存在定位基准位移误差。以下分析基于心轴的水平放置：水平放置心轴：合并心轴工件时，定位孔由于其自身的重力而接触心轴母线，并且心轴中心线在孔中心线上方。 由定位对的间隙引起的误差称为定位基准位移误差。 将上述两种情况总结概括可得基准补充和误差应为综上所述，定位误差产生原因及其两类的计算可推出，可推出定位误差的计算公式：式中：jw-基准位置误差；-基准不重合误差；-定位基准与对刀基准最大移动量；-设计基准相对定位基准的最大变动量；-定位误差； 、加工精度方向上可推出所产生的定位误差函数，具体形式根据我们所设计的集体方案分析总结确定。 2）以导向轴固定板为例计算定位误差定位基准与工序基准重合：以内孔定位铣平面的工序简图,要求保证工序尺寸AT。两基准重合，无基准不重合误差，但仍然存在由于制造不准确导致有间隙而引起的定位基准位移误差。以下按照心轴水平放置进行分析：心轴水平放置：当心轴工件组合后，由于自身具有重力作用，定位孔与心轴母线接触，心轴中心线位于孔中心线上方，由于定位副间隙造成的误差叫定位基准位移误差，该误差为：由于，即式中定位孔的最小直径（）定位孔的公差（）心轴的最大直径（）心轴的公差（）心轴与定位孔最小间隙（），。此种定位方式的定位误差因为定位精度为0.2，所以定位精度公差又因为所以符合要求，所以定位公差为0.0353.4 导向轴有以下两个特点1.表面镀硬铬，耐磨性好。2.可直接使用，加工省时且方便。用途为：1、 适用于自动机床，电子仪器，钟表的零部件。2、 液气压缸用及各种机器之精密轴心。线性导向轴基本形状为直线型，本设计中使用的导向轴为是MISUMI SFJ20-720数量为2个本设计中导向轴具体的参数如下表：图11. 导向轴的具体参数3.5 聚氨酯垫圈可以使链接元件之间更加牢固，常见的是中间带有圆孔的椭圆形薄片，可以减少震动。本设计中选择的聚氨酯为醚类，聚氨酯硬度为肖氏A90，精度为普通机类型为标准型，外径为40，内径为20，厚度为十毫米。这里我们采用MISUMI生产的URWH40-20-10的聚氨酯垫圈。图12. 聚氨酯垫圈3.6 螺栓前端形状为平头型。材质为不锈钢。头部形状为内六孔，基本形状为止动型，螺纹牙形种类为公制，粗牙。螺栓需要和螺母一起使用，螺栓与螺母的连接为可拆卸连接，方便了机器部分拆卸清洗或部分零件损坏的更换问题。此片材成型机我们选用内六角止动螺栓（MISUMI产MSSFS4-6型2个）、带垫圈内六角螺栓（MISUMI产SCBS3-12型4个、SCBS4-10型10个、SCBS5-16型2个、SCBS5-20型22个、SCBS6-25型18个、SCBS5-25型12个、SCBS8-25型10个、SCBS8-30型4个）图13. 螺栓的具体参数3.7 旋转气缸：3.7.1 定义该气缸利用压缩空气驱动输出轴，输出轴在一定角度范围内做往复回转运动，气动执行元件。可以用于片材的分类、旋转、夹紧等。3.7.2 旋转气缸结构由活塞、阀座阀芯、活塞杆、缸筒、定位稍、阀体、端盖、轴用弹性挡圈、螺栓和密封件等组成。3.7.3 选型1.选择要点:在设计中可以根据机器的类型来选择气缸，根据以往的经验来说，我们需要选用标准的气缸2.选择安装的形式:安装的形式往往与安装所在的位置和使用气缸的目的相关，通常来说，大多数的安装都采用了固定的安装形式比如:轴向支座、前后法兰等等，在活塞直线运动时，缸体必须同一时间做比较大的圆弧摇摆，当机器需要往回转动的时候，进行来回的直线运动，应该使用回转气缸，如出现特殊情况亦可使用特殊的气缸来完成来回的直线运动。3.输出力大小：根据机器运转所需要的力的大小既是输出力大小，又因为气缸的载荷率是根据活塞杆的推力以及活塞杆的拉力确定的通过以上的两点条件我们可以得出气缸的内径，气缸工作压力最小不能超过两万N，气缸工作压力过大只能让气缸的体积不断增大。由图表可知气缸选型为SMC株式会社MGPL20-100-Z73L表1. 所选气缸参数根据本机械设备的设计特点及功能要求，片材成型机机中的气缸选用带导杆薄型气缸气缸。(1) 片材成型机的静载输出时缸径的计算含义：片材成型机的气缸在静载运动的时候片材成型机的气缸没有负载力的作用，当零件被片材成型机的气缸压住后才进行输出直至输出到最大推力。气缸活塞截面积为：式中：p工作压力（Pa）； F负载力（N）； A活塞截面积(m2)。其中F=80N，p=0.5MPa。当活塞以推力工作时，活塞直径可按下式计算：D=4Fp1=4660.51060.7=0.015(m)式中：气缸推或拉的效率，如图3.2所示。图3.2 气缸作静载输出时的效率(2) 片材成型机气缸的动载荷输出时的缸径的计算当片材成型机的气缸进行动载荷输出的过程中，其经受的所有力都是负载力，若想使片材成型机的气缸保持一定的运动速度运转，片材成型机的气缸所受到的负载力需要依据工作情况不同而取，一般情况下取，当气体工作压力较低或要求工件运动速度较快时应取。气缸活塞面积可按下式计算：pAF其中 F=W=1.266=80N；=0.5。当气缸以推力方式工作时，活塞直径：D=4Fp=4800.51060.5=0.02(m)为保证气缸的可靠性，所以本设计的活塞直径为20mm。(3) 片材成型机的活塞杆的计算片材成型机的气缸中的活塞杆按强度条件计算当片材成型机的气缸中的活塞杆的长度L比较小的时候例如：L10d，可以忽略长度的条件，只关注片材成型机的强度条件从而计算出片材成型机的气缸中的活塞杆的直径d，如下式所示：d4F1p式中：气缸推力（N）; 活塞杆材料的许用应力（Pa），; 材料的抗拉强度（Pa）； S安全系数，S。代入数据得：d46625.6106/1.4，故取d=2mm。片材成型机的气缸按纵向弯曲极限力计算片材成型机的气缸在承受片材成型机的轴向压力后，片材成型机的轴向弯曲由此产生，所以片材成型机的纵向力达到了片材成型机的纵向力的极限故极限力以后，会对活塞杆造成永久性弯曲从而导致变形的后果，进而会导致对气缸元件的可靠性造成不可回转的影响。该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程等均有一定的联系。当气缸的活塞杆长细比时，有：当气缸的活塞杆长细比时，有：式中：L活塞杆长度（m）；K活塞杆横截面回转半径，实心杆K=；I活塞杆断面惯性矩，实心杆I=；活塞杆面积；n系数；E材料弹性模量，钢取E=2.1Pa；f材料强度实验值，对钢取f=49Pa；a系数，钢取a=1/5000其中L=15mm，K=20/4=5mm，n=1/4代入数据得：=1247N经过计算验证可得，故d=20mm合格。(4) 缸筒壁厚的计算当气缸元件进行工作时，气缸中会存有一定压力的气体来作为压力介质，气缸缸筒此时会直接承受来自气缸内部的气体压力，因此该元件需要有一定的厚度，也有必要对此参数进行校核计算。由于普通型单活塞杆双作用气缸的缸筒壁厚与内径之比，所以可按薄壁筒公式对其进行计算：式中：缸筒壁厚（m）； D气缸筒内径（缸径）（m）； 气缸试验压力，一般取=1.5p； p气缸工作压力（Pa）； 缸筒材料许用应力（Pa）； ; 材料的抗拉强度（Pa）；本设计中气缸的缸筒部分采用铸铁HT150材料，其，D=63mm。代入数据得：=m由于计算所得出的缸筒壁厚度数值相对比较小，但考虑到机械加工的需求以及其两端可能需要安装缸盖等需要，故而取缸筒壁厚为=10mm。3.8 联轴器联轴器起到了两轴或轴与回转件连接的作用，同时联轴器可以防止其机构负荷过大达到过载保护的目的作为一种安全装置安装于此机器。这里我们选用MCGL40-12-RDC15型号SMC株式会社生产的。表2. 所选联轴器的各项参数表3. 联轴器的材质表3.8.1 转矩校核联轴器转矩计算公式： 为工作情况系数， 为计算转矩，为输出功率，为工作转速，为理论转矩。代入计算得出：（因考虑其他因素，所以选取K=1.5)： 所以经计算可以确定选则的联轴器合适。3.9 微型光传感器微型光传感器在片材成型机中起到了十分重要的作用，我们选择OMRON株式会社生产的EE-SX670型微型光传感器，其体积小、重量轻、成本低的特点更加适用于片材成型机。3.10 轴承法兰型直线轴承被轴承带将其与支座进行一体化连接，使其变为相对来说更加紧凑的结构便于我们在日常使用时可以相对简单的安装到其相应位置，直线轴承与线性导向轴配合使用，他们共同作用在直线方向上进行导向运动。外壳与保持器形成一个轨道可以供钢珠沿着该轨道槽进行滚动循环，以导向轴为平行轨道，直线轴承平行于该轨道做直线往复运动，通过钢珠滚动，摩擦阻力可以降至相对较低的条件从而达到让其更加高效的工作。特点1可以有效利用空间条件，导向轴与直线轴承配合使用，可有效利用空间条件达到较高效率水准，这种方法适合小型机械设计。特点2 可根据不同的使用环境来进行不同直线轴承外筒材质的选择，外筒材质分为钢制和不锈钢，同时保持器也有不同材料制成的，不同材质会对不同环境条件有区分，其中不锈钢制可以适应相对恶劣的条件，而树脂制材料可以降低噪音。特点三具有互换性，由于轴与轴承可以随机组合使用，因此其互换性更加良好。特点4其可以根据我们所需要的各个条件而择优原则。特点5轴承相对于直线导轨其性价比更高。表4. 所选轴承参数图15. 轴承3.11 加热装置若要使片材达到成型温度，则需要将其用传送带运到指定区域进行处理加热10。在片料加热方面，我们可以选择接触式或辐射式。将片材传送的成型工位，闭合模具，压紧，使片材与加热板接触，以达到使工件迅速热塑的作用，这种方法即为接触式。加热一般采用加热器，其优点有效率高、耐用性强，成本低。辐射式加热器中的远红外线结构使用较为广泛，相较于在成型模具中加热，其生产率更高。在片材的加热系统中精密的温度控制是至关重要的，温度控制精度最好在1。有一种“注射合金”在其加热时使用溶剂进行浸取加热，它可以实现消除制品中粘合剂，并且可以不留痕迹11。在基于温度和片材成型机温度控制系统研究中对于吸塑机热砖进行温度测验，同时将其与之相关的设定温度进行比较，通过模拟实验输出同时对其进行温度控制，从而达到该温度控制对膜片的恒温烘烤，可以使片材更容易定性，从而达到提高产品质量的目的12。用最少的加热时间将其达到片材能变形所需要的温度，这是加热的最终目的，同时我们还需要注意不可以让片材表面温度过高，导致其超过自高承受温度，因此首先要研究片材在加热过程中片材温度的分布情况更为重要13。在加热过程中，时间和所需能量和品质是评价加热效果的的指标14。3.12 带在片材成型机的系统中，传送带装置是主要的执行装置，因此有必要对其进行计算校核，以保证机械系统的可靠性。在实际情况下，分析皮带输送机的能耗15。传送带运输能力计算：式中：输送量(t/h)；带速(m/s)；物料堆积密度(kg/m3)；传送带运行时物料的最大堆积面积(m2)；传送带的倾斜系数。传送带装置中的带速参数与传送带宽度、其输送能力、传送物料性质和其线路及其倾角相关。比如如果与向上倾角传送物料时相比，向下传送物料的传送速度应更低一些，而在传送带进行水平运输时，可以选择高带速传送。表5. 传送带倾斜角与倾斜系数的对应关系倾斜角/()2468101214161.000.990.980.970.950.930.910.89本文片材成型机的传送带装置倾斜角为0至2之间，查带式输送机技术手册（表3.2）可得倾斜系数。依据本文所给定的作业条件，物料的材料密度为2000kg/m3，传送带带速选取为0.5m/s，则可得截面积。传动带圆周驱动力可通过下式表示：式中：主要阻力(N)；附加阻力(N)；特种主要阻力(N)；特种附加阻力(N)；倾斜阻力(N)。在带式传输机中，和这两种阻力是所有传动带都会产生的，其他三种阻力有无则根据传送带的工况条件和工作性质来决定。其中传动带主要阻力可通过下式计算得到：式中：模拟摩擦系数 传送带输送长度(m)；承受负载的各个分支的托辊组每一米的长度其旋转部分受到的重量(kg/m)；返回过程中各个分支的托辊组每一米长度其旋转部分受到的重量(kg/m)；每米长度传送带的质量(kg/m)。承受负载的各个分支的托辊组每一米的长度其旋转部分受到的重量通过下式计算：式中：承载分支每组托辊旋转部分重量，kg；承载分支托辊间距(m)。已知本文片材成型机的传送带装置中，即3.13 伺服电机的计算选择伺服电动机为整个机构提供动力，电动机输出的动力通过中间介质联轴器传递给机构上的其他装置，带动传送带对目标片材完成运送。在电动机进行作业时，主要任务就是带动传送带滚轴转动，因此可将其输出的动力看作为两部分，首先是带动传送带滚轴转动所需要的动力，另外是在此过程中克服摩擦力和动能损失所需要的力。下式来对伺服电机进行选择：由表可知，电机转速： 负载： 负载扭矩： 马达起动扭矩：若，则符合要求因为0.0260.28所以，该电机符合要求 综合考量电动机整体性能，与机械系统中其他结构的配合，以及机械系统的结构紧凑性等的技术指标，选取东方马达株式会社，MSD540-011D作为本设计的伺服电机。 总 结毕业设计其实就是大学四年的综合答卷，将大学四年的所有学科结合在一起对我们进行一次整体的考察，这次毕业设计是我们提升自己能力的机会，同时也使我们认识到自己的不足，自己所掌握的观点过于片面。通过这次毕业设计我们明白了之前我们所学习的知识可以这样联合运用，同时也发现了自身知识储备欠缺还需要进一步学习的问题。对于以后我们要接触到的诸多设计内容来说，我们现在所学习的东西有些基础，同时我们的联合运用还不够熟练，比较生涩，这次毕业设计是一次考试，同时也是一次学习，这次毕业设计让我们了解到了联合运用的重要性，和一些基础方法，为我们之后的道路进行了铺垫。学习是一个长期积累的过程，以后的工作中、生活中应该不断向前辈们学习，取长补短，补充自己的知识储备，并且努力提高合素质。在毕业设计过程中，我总结出以下几点：1.一个项目设计的前提，需要先了解其的发展史，及其相关产品的优势和不足之处同时应与国外产品做出对比，对其不足进行讨论、设计、研究。这些完成之后我们才可以从加工工件是否自动化、操作性是否可行、加工的精准度以及产品质量、经济性、安全性等方面展开设计。2.机器的整个设计不仅包括机械结构部分(动力驱动装置、定位夹紧装置以及整个装置的强度校核)还需要包括电气前期设计考虑同时加工工艺分析，成本预算等几个环节也必不可少。3. 对于个人而言，在这个毕业设计环节中，需要先整体构思，查找相应文献，考虑其可行性，后将整个设备拆分成几个部分，对每个部分进行分开设计研究，根据综合情况及要求选择外购件，确定尺寸，同时还应考虑性价比问题，所有前期准备完成后需要校正核对。致 谢在近三个月左右的毕设中，从起初拿到题目的不知所措到做完整的毕业设计，离不开李海波老师的默默支持和细心指导。虽然今年的疫情影响我回学校的时间，缺少了面对面与老师交流的机会，但是李海波老师经常利用网络去帮我解决我在毕业设计课题中遇到的问题。在疫情期间，在老师和小组同学的帮助下，能利用网络完成一部分内容。在强度校核遇到的不懂的公式也通过老师的讲解，最后成为自己的知识，运用在实际问题中。在三维设计过程中，李老师详细的讲解了片材成型机的内部结构和工作原理，并将图纸和说明书中存在的问题指点，改正。期间老师也提供了许多相关资料，让我们更好的了解该产品。这次毕业设计不仅锻炼到整机设计能力，而且对于绘图软件的运用能力也得到了进一步的提升。与此同时，感谢培养我四年的学校，感谢老师和同学。在整个疫情的这段时间才发现学校的学习环境是多么舒适，在舒适的环境下更要努力学习，培养专业相关的知识，在未来工作岗位中发挥更大的作用参考文献1张萍，高德.BOPS片材现状及发展趋势J.包装工程，2008(10)：45-48.2.BigBear成功研制出大型HDPE双片材板J.塑料科技，2013，41(09)：89. 3张华林，王志强.BOPS片材及其深加工设备的开发应用J.包装世界，2000(05)：98-99.4TSUJIOKA KUNIO ， OKUMURA YASUO ， KOYAMA TORU ， HIROSE YOJI. FLUSHING METHOD FOR SHEET EXTRUDERP. ：JP2006123364，2006-5-18.5小骏.固相压力成型机J.上海包装，1987(02)：19-20. 6BS EN 10327-2004， 冷成形低碳钢持续热浸涂覆带材和片材.交货技术条件S.7.高性能的内饰片材预成型机J.国外塑料，2010，28(02)：58-59.8王坤.1 150型聚氨酯片材内旋成型机设计J.橡塑技术与装备，2019，45(16)：47-54.9MOON SANG-HO，MOON， SANG-HO. A DEVICE FOR REPAIRING THE DRUM OF SEAT MACHINEP. ：KR0138737，1998-05-15.10黄学佳，包能胜，谢荣生，蔡健伟.集成吸塑成型冲切一体化工艺的全自动片材设备的研制J.包装工程，2011，32(07)：72-75+121.11孟宪伍.热成型包装机械及材料的应用与展望J.中国包装，198
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