穿件式打包机毕业设计

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)毕业设计（论文）题目穿剑式打包机专业机械设计制造及其自动化学号学生指导教师刘会英答辩日期1各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT ）可加2哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语：学号：专业：机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）题目：穿剑式打包机工作起止日期：_2014_ 年 03 月 03 日起_2014_ 年 06 月 20 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：_指导教师签字：指导教师职称：评阅人评阅意见：_3_评阅教师签字：_评阅教师职称：_答辩委员会评语：_根据毕业

2、设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语：_4_答辩委员会主任（签字）：职称：_答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员（签字）：_年月日5哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书姓名：院 （系）：专业：机械设计制造及其自动化班号：任务起至日期：2014 年 03 月 03 日起至2014 年 06 月 20 日止毕业设计（论文）题目：穿剑式打包机立题的目的和意义：穿剑式打包机专为体积大的纸箱、栈板等打包而设计，它打包机的功用是使包装带能紧贴于被捆扎包件表面，保证包件在运输、贮存中不因捆扎不牢而散落，同时还应捆扎整

3、齐美观。广泛应用于外贸出口、家具、电子电器产品、食品饮料、印刷造纸、制瓶、玻璃、陶瓷、工艺品、半成品周转及参展物品机械的中转等行业。6技术要求与主要内容：1）设计穿剑式打包机结构，设计总体方案，确定运动分配、 整体布局等。2）穿剑送带系统设计。3）送退带系统设计。4）粘接捆扎系统设计。设计内容及工作量：1）总体设计装配图A0 一张。2）丝杠穿剑系统装配图A1 一张。3）凸轮及送退带系统装配图A0 一张。4）设计说明书一份，外文翻译3000 字。进度安排：第 12 周：查阅国内外文献资料，充分了解课题研究内容，做好设计前期准备；第 34 周：完成开题报告的撰写，并进行整体系统分析；第 57 周：

4、完成机械结构的设计和改进，绘出完整的三维立体模型；第 810 周：穿剑系统、送退带系统、粘接捆扎系统设计，画出总装配图；第 1112 周：对所设计内容进行检查修改，进一步完善图纸；第 1314 周：撰写论文并准备答辩。7同组设计者及分工：无指导教师签字_年月日教研室主任意见：教研室主任签字_年月日8摘 要自 20 世纪 80 年代中期以来，包装技术的发展与应用越来越广泛和深入，产品的包装需求也越来越大，需要打包的产品体积也越来越大。由此，本论文针对穿剑式打包机机械结构进行了设计，包括： 1、总体结构设计 2 、穿剑结构设计 3 、送退带结构设计 4 、粘接捆扎结构设计，并且对其中的部分结构进行

5、了改进。穿剑结构设计运用了精密滚珠丝杠传动，使其在行程较长时不出现抖动，有利于保证扫描精度，运动稳定，采用混合式步进电机直接连接滚珠丝杠，响应更加快速准确，同时因无中间部件，使机械结构简单化，精度较高。送退带机构采用齿轮传动，捆扎机构采用凸轮机构，从而实现整个产品打包工作。关键词： 包装技术；穿剑式打包机；穿剑；送退带；粘接捆扎AbstractSince the 20th century, the mid-1980s, the development and application of packaging technology more widely and deeply, packagin

6、g is also growing demand for the product, the volume of the product needs to be packaged is also growing. Thus, this thesis wearing sword-type packer mechanical structure design, including: 1, 2 overall structural design, structural design to wear a sword 3, 4 sent back with the structural design, s

7、tructural design of the adhesive strapping, and part of them structural improvements. Wear a sword structural design using a precision ball screw drive, it does not appear when you shake the longer the trip, the scan will be simplified and . Send back with organizations to adopt gear, tying mechanis

8、m uses a cam mechanism, enabling the entire productpackaging work.Keywords:packaging technology, wearingsword-type balers,wearing a sword目录摘要. .1Abstract.1第一章绪 论.41.1课题背景及研究的目的和意义.41.2国内外发展现状 .5第二章整体方案设计 .72.1引言.72.2设计思路 .72.2.1打包机的原理 .72.2.2穿剑式打包机的设计思路 .92.3方案选择 .92.3.1机械系统设计 .102.3.2控制系统设计 .112.4本

9、章小结 .12第三章机械系统设计 .123.1整体设计 .123.2送退带机构各零部件的设计.133.2.1捆扎机架的设计 .133.2.2传动轴的设计 .133.2.3滚动轴承的选用 .133.2.4传动齿轮的设计 .133.2.5摩擦轮的设计 .133.2.6滚珠丝杠的选型计算 .133.3其他零部件的设计 .133.3.1电动机的选择 .133.3.2捆扎带材料的选择 .143.3.3捆扎形式的选择 .153.4.4捆扎带接头形式的选择 .153.4三维建模 .153.4.1Solidworks 简介 .153.4.2打包机送退带机构 .163.4.3捆扎粘结机构 .173.5本章小结

10、.17第四章控制系统设计 .174.1控制系统概述 .184.2步进电机控制系统 .184.2.1步进电机的选择 .184.2.2步进电机的控制 .194.3气动控制的系统 .194.3.1气缸概述 .204.3.2气缸型号的选择 .204. 4 PLC 设计 .204.5 硬件及梯形图程序设计21控制方案设计21资源分配表21接线图22控制流程图22梯形图控制程序的设计22结 论22参考文献42致 谢43第一章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义随着电子技术、计算机技术、自动化技术的快速发展，对机电一体化产品的技术含量、性能、功能要求也越来越高。包装带捆扎机作为一种典型捆扎机机电一体化产品

11、正被越来越多的行业应用在产品包装工序上。捆扎机械是包装设备中的一个主要分支 ,是将一个或多个包装物用捆扎带 (绳)紧束一起的机器 ,使包装件便于运输、保管和装卸 ,属于外包装设备。市场上出现较多的捆扎机是对一些体积较小的物件的打包，而像一些体积较大的物件的打包的专用打包机却不多，因此，本课题研究目的是研究一种新型的打包机，以解决此类问题。目前，我国很多企业的包装水平跟不上生产设备的更新速度，包装质量不高。虽然国内少数企业凭借自身的雄厚经济实力，从国外引进了部分全自动打捆设备，但其高昂的价格增加了生产成本，绝大多数企业仍在使用半自动或人工打包设备，这样既使生产效率降低，也浪费了大量劳动力，为此，

12、根据我国包装行业的实际需求和发展趋势，研发高质量，高可靠性的全自动打捆机以替代进口，以非常必要，而且形势紧迫。1.2国内外发展现状包装带捆扎机国外发展现状国外捆扎机械的应用, 起始可追溯到本世纪初期, 如美国的SIGNODE公司、德国的 CYKLOP公司等就涉足捆扎行业 , 以生产钢带捆扎设备为主, 但其规模和生产技术水平都还较低。直到上世纪的五十年 , 塑料材料的问世, 使以塑料带作为捆扎材料成为现实, 极大地促进了塑料带捆扎机的发展。较早的如日本的下岛株式会社、株式会社 , 日鲁工业株式会社等。至 2001 年，日本的塑料带捆扎机总产量达 94 万台 , 约占包装机械总量的 19.5%,

13、总产值达 300 亿日元。每年约有 30%的出口 , 几乎占领了全部东南亚市场。由于他们能成功地引进和消化吸收别国的经验 , 不断改进发展，并且结构较为简单 , 可靠性高 , 在国际市场上有很大的竞争能力。 其中最大的生产厂家为下岛株式会社 , 于 1969 年开始正式生产自动捆扎机 , 主要从事产品开发 , 产品质量控制和推销工作 , 其零部件加工和装配均通过扩散的办法在国内设有 17 家分公司和 270 个代销点 , 并在 35 个国家和地区设有代理点。产品品种达 200 多个 , 正常生产品种为 29 种。美国的SIGNODE公司则是一家以钢带捆扎机为主 , 塑料带、聚酯带捆扎工具为辅的

14、跨国公司 , 属于美国 ITW上市公司。在美国和其他六个国家设有分公司该公司自 1913 年就开始从事捆扎机械的生产 , 为 100 多个国家的工业产品包装提供服务 , 并为各国用户提供 24 小时内的配件供应服务 , 他们不仅具有巨大的生产能力 , 而且还有一支精益求精的研制和开发队伍 , 通过对捆扎机械各功能部件的反复试验和多方案对比 , 生产出的捆扎机械具有很好的可靠性和最佳的经济寿命 , 虽然价格昂贵 , 但仍然是国际市场上的强手。包装带捆扎机国内发展现状我国包装机械工业是在改革开放以后发展起来的。由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。行业从无到有，从小到大，逐步

15、发展起来。目前国内产品与国外相比，市场竞争能力偏低。目前我国包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况。 而随着我国进入世贸组织 (WTO)，国际先进的技术、设备和管理经验的进入势必会对我国刚刚发展起来的包装机械工业造成巨大冲击， 企业面临着前所未有的严峻考验。国际市场上的抢手。 我国捆扎机械生产自 1976 年开始。随着我国社会经济的不断发展和各行业对改善产品包装产品质量的要求日益迫切，使捆扎机械不论在生产能力、生产技术、整机性能等方面都有了很大的提高。目前我国已能生产二十多个品种的捆扎机和三个品种的捆结机，基本上能满足国内需求，其中半自动捆扎机的整个性能已接近国外先

16、进水平，故每年有较大的批量出口，而全动捆扎机仍与国外有较大的差距。与国外捆扎机械生产技术水平相比，国产机差距主要为：品种单一，生产力低。虽然经过二十多年的发展，但只能生产 20 多个品种，还不及国外一个公司的品种数，而且只能生产通用型的产品，如钢带自动捆扎机的生产至今仍是一个空白，无法满足一些特殊行业的需要：据调查 2006 年全国产量已达 19000 台，但仍太大落后于国外的水平。我国捆扎机械的生产起步较晚，主要是靠引进国外的整机经消化改进二次开发生产的。因此在生产中着重于产品的整机性能而忽视了对零部件的研究，导致在捆扎速度、接头粘接方式和送带轨道等主要技术性能方面不硬国外先进水平。 工作可

17、靠性较差，其中特别是捆扎带和元器件的质量不稳对整机影响较大。包装带捆扎机存在的主要问题自动捆扎机的工作过程主要由送带、收紧、切烫、粘结四个环节组成，因此送带机构、夹压机构、封口机构设计的合理与否，将直接影响到捆扎质量和效率。当捆扎物人工搁置在规定的位置后，手动将捆扎带塞入焊接处并触动微开关，第一顶紧杆将带端压紧，同时机械装置和执行机构保证反时针方向收带，达到一定的捆紧力后焊接，稍后切刀上顶切带，最后机械送带，完成一个捆件的捆扎过程 。在设计过程中需解决几个难题。第一个难题是如何实现捆扎速度的可调，以适应不同的捆扎要求。其次是依靠摩擦轮退带收紧过程中，如何判断包装带捆扎纸箱的捆紧力已达到要求而自

18、动停止退带收紧。然后是凸轮总成的精确设计，受凸轮控制的剪切、夹压机构的合理协调运行。最后是如何避免以往捆扎机械中都伴有烟尘、气味的情况，保护操作者的身心健康及环境保护的问题。本课题所做的主要工作本文研制的包装带打捆机，以大型的纸箱、栈板、托盘等为捆扎对象对象，研发的主要内容包括 : 送、退带捆紧机构的研究、 剪切、熨烫机构的设计、气动执行系统的设计、捆扎形式的选择，捆扎材料的选用等。包装带捆扎机的工作过程包括六个主要步骤 : 送带、顶紧、退带拉紧、再顶紧、切带加热、顶紧粘结、复位。整个包装带捆扎机的研究也主要围绕这几个重要的动作来展开。第二章整体方案设计2.1引言穿剑式打包机是专为体积大的纸箱

19、、栈板等打包而设计，它打包机的功用是使包装带能紧贴于被捆扎包件表面， 保证包件在运输、贮存中不因捆扎不牢而散落，同时还应捆扎整齐美观。广泛应用于外贸出口、家具、电子电器产品、食品饮料、印刷造纸、制瓶、玻璃、陶瓷、工艺品、半成品周转及参展物品机械的中转等行业。2.2设计思路打包机的原理图 2-1 打包机原理图打包机的原理如图 2-1 所示：打包物体处于打包机中间，首先右顶体上升，压紧带的前端，把带子收紧捆在物体上，随后左顶体上升，压紧下层带子的适当位置，加热片伸进两带子中间，中顶刀上升，切断带子，最后把下一捆扎带子送到位，完成一个工作循环。打包机是使用打包带缠绕产品或包装件，然后收紧并将两端通过

20、热效应熔融或使用包扣等材料连接的机器。打包机的功用是使塑料带能紧贴于被捆扎包件表面。它的工作流程为：带子送到位收到捆扎信号制动器放开，主电机启动 (1) 右顶刀上升，顶住右带于滑板处 (2) “T”型导板后退 (3) 接近开关感应到退带探头 (4) 主电机停转，制动器吸合(5) 打包机退带电机转动， 退带 0.35 秒(6) 带子收紧捆在物体上(7) 主电机二次启动，制动器吸合 (8) 大摆杆二次拉带，收紧带子 (9) 左顶体上升，压紧下层带子(10) 加热片伸进两带子中间(11) 中顶刀上升，切断带子 (12) 中顶刀下降 (13) 中顶刀再次上升，使两带子牢固粘合 (14) 中顶刀下降，

21、左右顶刀同时下降 (15)加热片复位 (16) 滑板后退 (17) “T”型导板复位 (18) 接近开关感应到送带探头 (19) 送带电机启动，带动带子送带 (20) 大摆杆复位 (21) 带子到位，带头顶到“ T”型导板上 (22) 接近开关感应到双探头 (23) 主电机停转，刹车吸合 (24) 打包机完成一个工作循环穿剑式打包机的设计思路在上述塑料包装机设计思路的基础上，研究穿剑式打包机，其中针对打包的各个步骤分为四个部分来设计：穿剑送带：货物到位后开启开关，剑穿过包装箱同时将包装带送至导轨捆扎过程：压头压住一段，另一端送带轮反转完成捆扎加热：待上一步骤完成后加热包装带，达到一定温度加热板

22、加热包装带加压熔接：封接压头并切断包装带本文着重对包装带捆扎机的机械部分进行设计，其中穿剑及送退带机构主要实现包装带的送带与退带，以及通过退带将捆扎物捆紧待加热，粘贴。夹压剪切机构主要实现包装带的顶紧固定，并在包装带通过热熔搭接器加热融化后实现对带的夹压，以便使带迅速粘结。在送退带机构电机反转进行退带时，为避免退回的带在机箱内缠绕齿轮及其它部件，本文将设计一个储带箱放在机箱内，存放多余的包装带，既增加了捆扎安全性，又使下次捆扎有足够的缓冲时间。为保证包装带捆扎机能够高效正常运转，特对本捆扎机的设计提出如下要求：各操作按钮灵活、可靠，电路控制动作正常，电气设备安全可靠. 指示灯显示正常，送退带正

23、常，无撕裂现象，每道捆扎时间应不大于 15s，捆紧力应可调，对采用宽度小于 13.5mm打包带的捆扎机，单道最大捆紧力应不小于 200N;用宽度不小于 13.5mm打包带的捆扎机，单道最大捆紧力应不小于 250N，接头外观无过熔现象，上、下层对齐，中心偏移量应不大于 1.5mm，接头末端未烫部分长大于 2mm。外观质量上应保持工作台面平整、光亮，防止锈点、凹陷等缺陷，最大捆扎体积为 1800mm× 1500mm×2000mm。2.3方案选择整个系统分为：机械系统和控制系统。机械系统分为：穿剑、送带、退带张紧机构，捆扎封接机构。控制系统为： PLC步进电机控制系统。机械系统设

24、计机械系统分为：穿剑、送带、退带张紧机构，捆扎封接机构。穿剑、送带、退带张紧机构主要完成捆扎带送入和退出，由丝杠、电机、摩擦轮、齿轮、小轨道等部件组成。送退带机构原理示意图如图 2-2 所示，在机器进入工作准备状态时，捆扎带通过摩擦轮正转，依靠摩擦力使捆扎带从储带箱中拉出送入轨道；当带碰到触动开关后，压紧机构的第一压头将带端压紧，同时电机带动摩擦轮开始反转，将多余的带从轨道中拉出退入储带箱中，已达到使纸箱捆紧的目的。图 2-2 送退带机构原理示意图捆扎封接机构原理示意图如图 2-3 所示。捆扎带在进行捆扎时，其带头和带尾都需要用夹压机构进行夹紧， 以便完成热熔搭接工作。夹压机构共有三个压头，由

25、安装在同一轴上的三个凸轮分别控制，其中的第一压头夹压带头，第二压头夹压带尾，两层带中间先由隔离器隔开，然后再由隔离器引导熨头进入两层带子中间，以待热熔搭接。捆扎带收紧捆绕在包装件上后， 为了使它在流通过程中不松散，就必须将捆扎带的两端构成牢固的连接，才能保证捆扎的可靠与安全。捆扎带在封接压头，即第三压头的作用下，由电热板对其加热使带表面熔融，然后经过加压冷却而得到熔接连接。图 2-3 捆扎封接机构原理示意图控制系统设计研制包装带捆扎机的一个重要任务就是要实现打捆过程的。气动控制方式与电气、液压控制方式一样，是实现生产过程自动化的常用的方式之一。随着电气控制技术在气动元件中不断的进步和发展，一系

26、列高性能的气动元件的出现，如快速响应的电磁阀，位置感应气缸等， 使得气动元件更加易于进行远距离的操作控制。 因此，气动系统在很多自动化设备中正得到越来越广泛的应用。在打捆过程中，包装带压板以及热熔搭接器的驱动由气缸来实现，相对于电机控制而言，气缸在实现来回伸缩控制方而有其独特的特点和优势 ; 具有动作实现简单，可大大减少辅助机构的设计 ( 相对于电机控制而言 ) 。气缸的运动过程由电磁阀进行控制， 简单易行。另外，实现捆扎速度可调通过凸轮轴上的步进电机来实现，机电配合的整个工作过程如下:首先，接通电源 , 单片机开始工作 , 气缸驱动压板伸至工作位置，同时烫头开始加热升温 , 温度的自动调节通

27、过单片机自动控制； 按下“送带”按钮 , 电机正转 , 驱动滚珠丝杠转动，导轨剑带着带穿越箱体底部，沿弓形架继续前进，将包装带缠绕捆扎物一周，当带碰到行程开关后，步进电机运转，第一顶杆将捆扎带顶紧；一定时间后电机反转，实现退带，对包装件进行捆紧，再过一定时间后停转，此时第三顶杆将带另一端顶紧；第二顶杆上升将包装带切断并迅速下移，热熔搭接器开始对包装带加热，第二顶杆再次上升，将两片包装带夹紧粘贴；气缸收缩，将压带侧板抽出，同时烫头掉电降温，捆扎完成。2.4本章小结本章主要根据全自动打包机的设计原理，提出了穿剑式打包机的设计思路，确定本设计需要做的工作量如下：穿剑式打包机机械系统三维图绘制机械系统

28、二维图及主要零部件二维图绘制PLC控制部分编程及仿真毕业论文报告第三章 机械系统设计3.1整体设计穿剑式打包机的结构包括机架、 PP包装带盘、储带箱、包装带送退带机构、弓形架、传动机构和自动控制装置等部分组成。捆扎机工作流程：包装带捆扎机采用聚丙烯塑料带作为捆扎材料，打捆完成后用热熔搭接法将捆扎带加热粘贴。当捆扎物运输至合适的位置后，打开开关机器完成穿剑，送带压紧、退带、捆扎粘结一系列工程。其中机械装置和执行机构保证反时针方向收带，达到一定的捆紧力后焊接，稍后切刀上顶切带，最后机械送带，完成一个捆件的捆扎过程。在捆扎过程中，由送退带机构完成送带、收带、拉紧等动作；在夹压、熨烫机构作用下完成包装

29、带粘结锁紧，防止包装带的打滑松动。本捆扎机以气动系统作为打捆系统加热装置的主要执行件。3.2送退带机构各零部件的设计捆扎机架的设计由于碳素结构钢的韧性良好，冲压和焊接性能良好，是一般机械制造中的主要材料，广泛应用于制作一般机械零件，如支架、机架及焊接件等用的角钢、槽钢、垫板，因此选取捆扎机机架的材料为 Q235A。机架与支承件不仅起着连接和支承各种零部件相互位置的的作用，而且还其要保证捆扎过程的平稳。进退带机构的机架由机架底板、侧板和两块横板组成，通过螺栓连接，起着固定主、从动轴、以及齿轮、摩擦轮的作用；捆扎机构机架由两个机架底板、主机架侧板和辅助机架侧板组成，起着固定凸轮轴和凸轮的作用。传动

30、轴的设计滚动轴承的选用传动齿轮的设计摩擦轮的设计滚珠丝杠的选型计算3.3 其他零部件的设计电动机的选择电动机的作用是将电能转换为机械能，现代各种生产机械都广泛应用电机来驱动。在生产上主要用的是交流电动机，特别是三相异步电动机。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传动带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。三相异步电动机分成两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种型式：鼠笼式和绕线式。鼠笼式和绕线式只是在转子构造上的不同，它们的工作原理是一样的。鼠笼式电动机由于构造上简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，就成为生产上应用最广泛的

31、一种电动机。图 3-8 是三相异步电动机转子转动的原理图， 图中 N，S 表示两极旋转磁场，转子中只示出两根导条。当旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流。这电流与旋转磁场相互作用。而使转子导条受到电磁力 F。电磁力的方向可应用左手定则来确定。电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。图 3-8 电动机转子转动原理图要为一生产机械选配一台电动机，首先要考虑电动机的功率，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。如果电动机的功率选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济。因为这不仅使设备投资增加和电动机未被充分利用， 而且电动机经常不是

32、在满载荷下运行，它的效率和功率也都不高。如果电动机的功率选小了，就不能保证电动机和生产机械的正常运行，不能充分发挥机械的效能，并使电动机由于过载而过早地损坏。根据执行机构摩擦轮的功率和转速情况，选择电动机型号：Y160L-6 额定功率： 11KW；满载转速： 970rmin 。捆扎带材料的选择根据捆扎要求，选取成本较低、来源广泛、捆扎美观牢固的聚丙烯塑料带。因其可塑性好，断裂拉力强，耐弯曲，比重轻，使用方便等优点。已在各领域中广泛作用。捆扎形式的选择目前在我国常见的捆扎形式有如几种：单道、双道、十字交叉、井字、多道交叉等多种形式。对于纸箱的捆扎，根据我国现有的技术水平，大多数企业都只采用智能自动捆扎一道的捆扎机，如果要改变形式，则需要人工转位或是采用多台捆扎机联合完成。捆扎带接头形式的选择捆扎带的接头方式根据捆扎材料的不同而不同，大致可分为热熔搭接法，胶粘结、皮扣式及结扎式等。由于我们所设计的包装袋捆扎机的捆扎绳材料为聚丙烯塑料绳，故选用电热熔加热法。它是采用各种有效的加热方法，使塑料袋表层受热融化，将两个带端的熔化面搭接起来，该接头方式适用于聚丙烯塑料带。带接头的强度应不低于带子破断拉力的 80%，因此，必须要保证有足够的搭接面积，并且要对温度、压力、时间这三个工艺参数进行综合调节。电热熔加热法是最普遍使用的加热方法，因为热熔搭接具有