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毕业设计(论文)
题目全自动开箱机结构设计
专业机械设计制造及其自动化专业
学号*********
学生海滨
指导教师盖玉先
答辩日期2015、6、28
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摘要
瓦楞纸箱在传统包装材料上一直占有重要地位。目前生产的纸箱开箱机存在
性能不稳定等许多细节问题,如纸箱摆放时容易翻倒。以往的储料方式采用动力
输送,由于各个厂商使用的纸箱材质及厚度各不相同,使得使用过程中常出现纸
箱送料不到位和送过料等现象。纸箱成型方法不佳导致成型后形状不够标准。针
对上述问题,设计了瓦楞纸箱自动开箱机,根据重力下滑原理采用重力下滑机构
自动供料,设计气动滑轨取料和气动折侧盖机构。此外通过在上箱机构、真空吸
箱机构、摇臂输箱机构、纸箱导轨、压实撞杆、主机架上添加丝杠、光杠,使开
箱机所开纸箱的尺寸柔性可调。纸箱自动开箱机通过PLC控制,使吸取纸箱、纸
箱成型、纸箱折侧盖、推送纸箱、纸箱胶带封底等工作过程完全实现自动化。合
理设计各个机构的尺寸与结构,避免最终总装的时候发生干涉。
关键词:开箱机械;自动开箱机;纸箱成型;瓦楞纸箱
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Abstract
Corrugatedcartonpackagingmaterialhasoccupiedanimportantposition
isnotstableandmanyotherdetails,
differentcartonmaterialandthickness,useprocessoftenappearsthe
phenomenonsuchascartonmaterialdoesnotreachthedesignedpositionand
,moldingmethodsresultinpoor
,corrugatedcartonboxmachine
,vacuum
box,rockerarmlostcase,cartonguidecompactionimpactbars,mainfame,so
thatoutofthemachinebythesizeofthecartonsflexible
,sothatdraw
carton,cartonforming,cartonfoldingsidecover,pushcarton,cartonsealing
structureofthevariousorganizationsinordertoavoidinterferenceinthefinal
assembly.
Keywords:opencartonmachine,opencartonmachine
automatically,cartonformer,
corrugatedcarton
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目录
摘要……………………….............................………………………………….…..Ⅰ
Abstract……………………………….........………………………………………..Ⅱ
第1章绪论
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第2章自动开箱机的整体设计
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第3章自动开箱机各个机构设计
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第4章重要零部件的校核
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第5章开箱机的使用
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结论..................................................................................-34-
参考文献............................................................................-34-
致.............................................................................................
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第1章绪论
在传统的包装材料中,瓦楞纸箱一直占据重要的地位。瓦楞纸箱作为运输包
装材料,既经济、轻便又堆放省力、易于处理。瓦楞纸箱是高功能、低成本的良
好运输容器,是当今世界各国所采用的最重要的包装形式之一。经济发达的纸箱
工业产值占整个包装工业产值的40%左右。
我国的包装工业起步于上个世纪的70年代末,80年代初,进口了大量包装材
料和包装机械,这对加快我国的包装工业的发展起了十分重要的作用。我国的包
装机械在技术引进,消化吸收中得到发展。纸箱自动开箱机是进20余年来随着包
装工业的发展和运输集装化发展集机、电、光、气一体化的高技术,高智能,高
竞争的新型包装设备。
近10年来,中国瓦楞纸箱***发展迅速。国纸箱机械企业模仿引进设备,
由于国外引进的设备价格昂贵而国纸箱企业大多数无法接受,从而为国机械设备
企业打开销路。形成目前比较先进的纸箱包装机械。但是,根据目前纸箱生产的
发展对纸箱包装机械的要求越来越高,为纸箱包装机械企业进一步开拓高速、高
档、高效、高科技的纸箱机械设备指明了方向和发展趋势。通过设计优化开箱机
的各个结构,使全自动纸箱开箱机的开箱能力更快速,更稳定,更优化。
目前国外多家包装机械厂生产的全自动纸箱开箱机存在性能不稳定等许多细
节问题,如纸箱摆放时容易翻倒。以往的自动开箱机储料方式采用动力输送,而
在实际生产过程中,由于各个使用厂商的纸箱材质,厚度等各不相同,导致在生
产过程中经常出现纸箱送料不到位或送过料等问题。此外,由于开箱机采用的纸
箱成型方法不佳导致成型的纸箱形状不标准。
我国的纸箱包装机械行业目前总体的生产状况是结构简单,技术含量低的产
品多,高技术附加值、高生产率的产品少;单机多,成套流水线少,完整的配套
性尤差;重生产加工,轻研究开发,自主开发的创新产品很少。省机械科学研究
所研发的ZF5050全自动纸箱开箱机继承了传统FJ6050胶带封箱机的工作效率高,
封箱质量好等优点。并且封贴平整、牢固、无明显折皱、左右对称偏差小于5mm。
随着科学技术的发展和市场竞争的加剧,客户对成品机械性能的要求也越来越高。
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一是高生产率,以满足交货期的要求和降低工艺流通成本的需要;二是适应产品
更新的需要,纸箱包装机械要具有高的柔性和灵活性;三是对一些产品,还要求
纸箱包装机械和生产机械相衔接;四是设备故障少,出现故障能进行远程诊断服
务;五是购置设备投资尽可能少,价格要尽可能低一些;六是对环境污染少,包
括噪声和粉尘。
包装机械的最大特点是动作复杂、频繁,且有较多的执行元件。在这种场合
使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器,而这些中间继电器在用PLC控
制的情况下,就可以对其部的辅助继电器进行编程后来取代。国外在各种包装机
上已经大量采用了PLC来取代传统的继电器控制屏。我国包装机械目前控制部件
大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话,则可以简化机械结构,机械
和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实
现,使机器在某种程度上实现智能化,大大降低其故障率,提高其性能。
本课题是对瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构设计,使所设计的纸箱自动开箱
机可以自动完成对瓦楞纸箱的取箱、开箱、封箱。并且可以完成纸箱板的自动进
给,纸箱自动开箱机所开纸箱板的尺寸柔性可调。为使设计的纸箱自动开箱机结
构鲜明,设计过程简便,从而将纸箱自动开箱机总体结构分为了主机架、上箱机
构、纸箱成型机构、真空吸箱机构、摇臂输箱机构、纸箱前盖折边机构、纸箱侧
盖折边机构及抬高机构、纸箱导轨机构、纸箱胶带封底机构、压实撞杆机构、纸
箱后盖折边机构。通过对各个结构的优化设计特别是纸箱导轨机构和胶带封底机
构,将各个机构总装在主机架上,最终完成纸箱自动开箱机的总体结构设计。
本章主要介绍了课题的背景及研究的目的意义;介绍了纸箱包装机械设备的
现状以及目前大部分纸箱自动开箱机存在的问题;还介绍了本课题的主要研究容
与研究方法。
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第2章自动开箱机的整体设计
本课题所设计的瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构由主机架、上箱机构、纸箱
成型机构、真空吸箱机构、摇臂输箱机构、纸箱前盖折边机构、纸箱侧盖折边机
构、纸箱胶带封底机构、纸箱导轨机构、压实撞杆机构总装而成。瓦楞纸箱自动
开箱机的总装结构如图2-1所示。
图2-1总装结构示意图
瓦楞纸箱自动开箱机也叫纸箱板打开,纸箱板由真空吸箱机构的气动吸盘吸
取运动至纸箱折边机构正上方,在此过程中经过纸箱成型装置,纸箱板在成型装
置阻力与气动吸盘的吸力作用下运动展开。纸箱的前盖、后盖以及侧盖分别在一
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定程序作用下,由纸箱前盖折边机构、纸箱后盖折边机构和纸箱侧盖折边机构折
叠。折叠好的纸箱由摇臂输箱机构推入纸箱导轨。纸箱在纸箱导轨的皮带驱动下
向前运动,经过纸箱胶带封底机构时由胶带密封。纸箱自动开箱机是大批量纸箱
板自动进给、自动开箱、自动封箱的流水线生产设备。纸箱自动开箱机采用PLC+
显示屏控制,一次完成纸箱的吸箱、开箱、成型、折底、封底等包装工序,各个
工序完全自动化。纸箱自动开箱机的大体功能如图2-2所示。由于纸箱自动开箱机
的高度自动化[10],大大方便生产,提高了企业的生产效率,降低了生产成本,是
自动化规模生产必不可少的设备。
图2-2机器功能示意图
(1)送料装置:送料装置即上箱机构。上箱机构的主框架上装有纸箱左右挡
板。纸箱左右挡板可以固定纸箱板,防止纸箱翻倒,其中纸箱左挡板通过丝母与
丝杠连接,从而可以通过旋转手轮调节纸箱左挡板的位置,以适应不同宽度的纸
箱板。上箱机构的底板倾斜,与水平面夹角为30°,上箱机构底板上通过光杠装
有重力下滑机构,从而无需添加任何驱动机构,上箱机构直接依靠纸箱与纸箱挡
板的自重即可自动完成进给,机械性能稳定可靠。
(2)取料装置:取料装置即真空吸箱机构。真空吸箱机构设计为曲柄滑块机
构,整个滑块在光杠上滑动,一个滑块上固定有支架,支架上装有吸盘,完成对
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纸箱的吸紧。另一个滑块通过曲柄连接气缸,整个机构由气缸驱动曲柄使滑块在
光杠上做直线往复式运动。
(3)成型推箱装置:成型装置为一个固定在主机架上的杆。当真空吸箱机构
吸取纸箱板向纸箱折边机构移动时,纸箱板碰到纸箱成型装置以后,在压痕处弯
折逐渐将纸箱板折成纸箱。已经成型的纸箱在折盖机构完成折盖后由推箱装置推
入纸箱导轨。推箱机构即摇臂输箱机构,摇臂通过滑块与光杠连接,由气缸驱动
滑块做直线往复式运动。气缸通过丝母与丝杠连接,从而可以通过旋转手轮调节
气缸底座固定板的位置,进而调节推动纸箱的极限位置。此机构的设计避免了对
不同纸箱加工时更换不同气缸的繁琐过程。只需要通过手轮调节气缸位置,既简
单容易操作,又节省了成本,提高了生产效率。
(4)折盖装置:折盖装置包括纸箱短边折边机构和纸箱长边折边机构。纸箱
短边折边机构分为两个部分,一部分完成纸箱的前盖折边,一部分完成纸箱的后
盖折边。纸箱前盖折边机构由气缸驱动齿条做直线往复式运动,齿条与齿轮相互
啮合,齿轮带动齿轮轴转动,齿轮轴上固定有拍击板,拍击板转动,从而完成纸
箱的前盖折边。纸箱后盖折边机构与纸箱前盖折边机构工作原理相同,均由气缸
驱动,齿轮齿条啮合完成。纸箱长边折边机构固定在支架上,整个装置由气缸驱
动,气缸底端与固定轴连接。气缸输出轴带动纸箱长边折边板转动,完成纸箱的
长边折边以及纸箱的抬高。
(5)输送装置:输送装置即纸箱导轨机构。纸箱导轨由两个部分组成,分别
通过丝母与丝杠连接。从而可以调节尺寸。丝杠分为旋向相反的两部分,从而旋
转手轮后纸箱导轨的左右两部分同时向两边运动或同时向中间运动[1]。保证了纸箱
导轨的中心不变,从而适应不同尺寸的纸箱使都可以满足纸箱的中心在胶带封底
装置的正上方,可以顺利地完成胶带封底。整个装置由两个电机通过主动轮与从
动轮带动皮带运动,依靠纸箱的摩擦力完成纸箱的输送与夹紧。
(6)封底装置:封底装置由胶带封底机构和压实撞杆机构组成。压实撞杆机
构通过丝母光杠可以调节纸箱压板的高度,从而适应不同高度的纸箱,纸箱压板
的主要作用是压紧纸箱,与纸箱导轨共同完成纸箱的定位夹紧,避免纸箱在外力
作用下抬高。胶带封底装置由单向滚筒、弹簧、锯齿形件,曲柄等连接而成,完
成纸箱的胶带封底过程。
主机架上装有上箱机构,主机架装有真空吸箱机构和摇臂输箱机构,真空吸
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箱机构下部对应位置装有纸箱长边闭合机构,摇臂输箱机构上装有纸箱前盖折边
机构。摇臂输箱机构运动尽头装有纸箱导轨机构,纸箱导轨中间装有胶带封底装
置和纸箱后盖折边机构,纸箱导轨上部对应位置装有压实撞杆机构。
纸箱板存储在上箱机构上,通过转动手轮带动丝杠转动,从而使丝杠丝母上
的纸箱左边固定板左右移动,与纸箱右边固定板共同夹紧纸箱板。光杠通过滑块
连接纸箱板挡板。上箱机构底板与水平面成30°夹角,通过纸箱与纸箱固定板的
自重自动完成纸箱的进给。真空吸箱机构由气缸驱动,吸盘固定在支架上,支架
与滑块相连,气缸驱动滑块在光杠上做直线往复式运动,吸取纸箱。纸箱在运动
过程中碰触成型装置自动打开成型。吸盘将纸箱吸取到纸箱折边机构的正上方之
后,纸箱短边折边机构折叠纸箱短边,纸箱长边折边机构折叠纸箱长边并抬高纸
箱。摇臂输箱机构将纸箱推入纸箱导轨,纸箱导轨的皮带输送纸箱经过胶带封底
装置,完成纸箱的封底。压实撞杆机构压紧纸箱,保持纸箱底部的平整。
上箱机构通过纸箱板与水平面成30°夹角,使整个机构依靠纸箱与纸箱挡板
的自重自动完成进给而不需要添加其他的驱动机构,机械性能稳定可靠。以往的
纸箱自动开箱机胶带封底装置采用类似于倒置订书机的结构,结构复杂,维修困
难,而且加工组装过程繁琐。本课题所设计的胶带封底装置通过曲柄、滚轮、弹
簧的应用,使封底装置更加简洁实用,性能更加稳定。
本章主要介绍了自动开箱机的总体结构,将自动开箱机分为了九个重要的组
成部分。对每个结构的设计思路,所要实现的功能做了介绍,初步确定了各个机
构的设计方案。介绍了自动开箱机的整个工作流程,同时分析了此设计方案对一
些结构的改进优化。
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第3章自动开箱机各个机构设计
主机架主要由支架、箱板、丝杠、光杠、底座轮、支座、控制箱、铝合金框
架等零件组成。主机架的结构示意图如图3-1所示。
图3-1主机架结构示意图
主机架的主要作用是将各个机构组装在一起,成为纸