显示器生产线用胶粘带粘带机定位及固定机构设计毕业设计说明书.docx
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显示器生产线用胶粘带粘带机定位及固定机构设计毕业设计说明书
河北工业大学
毕业设计说明书
作者：
李振中学号：
112489
学院：
机械工程学院
系（专业）：
机械设计制造及其自动化专业
题目：
显示器生产线用胶粘带粘带机——
定位及固定机构设计
指导者：
戴士杰教授
评阅者：
2015年5月15日
毕业设计（论文）中文摘要
显示器生产线用胶粘带粘带机——
定位及固定机构设计
摘要：
显示器生产线上，对于阴极摄像管，安装时需要先进行粘带，故用粘带机进行四周粘带处理。
即显示器生产线用粘带机是显示器自动生产线所必须的设备，它主要用来完成显示器屏幕侧边四周的胶带的自主粘贴工作，也为后续防爆带安装做准备的工作。
粘带机的定位及固定机构主要实现显示器粘带前的回转中心定位以及固定显示器并为其转动提供动力。
定位机构使用气缸驱动的多连杆机构，分别从四个方向夹紧显示器，使显示器的中心与回转中心重合。
固定机构主要由真空吸盘，提供吸紧力，使显示器随显示器支架同时运动。
显示器在定位机构与回转机构的垂直运动由气缸完成。
粘带时需要的回转运动由减速电机完成。
关键词：
粘带机固定机构定位机构气动驱动多连杆机构减速电机
毕业设计（论文）外文摘要
TitleTapestickingmachineofdisplayproductionline—
Thedesignofpositioningandfixingmechanism
Abstract
Whenthedisplayismanufacturedontheproductionline,theadhesivetapeisfirstgluedaroundthemonitor.Sotheadhesivetapemachineisthenecessaryequipmentintheproductionline.Itautomaticallycompletesstickingadhesivetape,andpreparesfortheinstallationoftheexplosionproofdevice.
Thepositioningandfixingmechanismoftheadhesivetapemachinearedesignedforlocatingthecenterofthemonitorandfixingthemonitor.Andthemachinealsoprovidesthepowerformonitorrotation.Thepositioningmechanismisamultilinkmechanismwhichisdrivenbyacylinder,anditclampsthemonitorfromfourdirections.Soitmakesthecenterofthemonitorcoincidewiththecenterofrotation.Fixedmechanismprovidessuctionwhichmakesthemonitorrotatebyvacuumsuction.Theverticalmotionofthedisplayisdrivenbythecylinder.Androtarymotionisdrivenbythemotor.
Keywords：
Tapestickingmachine,fixedmechanism,positioningmechanism,pneumaticdrive,multilinkmechanismanddecelerationmotor
1绪论
自显示器诞生以来，显示器（display）通常被称为监视器。
显示器是属于电脑I/O设备，即输入输出的设备[1]。
它是一种将电子文件通过特定的传输设备显示在屏幕上再经过反射到人眼的显示工具。
根据制造材料的不同，显示器可分为：
阴极射线管显示器（CRT），等离子显示器PDP，液晶显示器LCD等等。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
而显示器生产线上，对于阴极摄像管，安装时需要先进行粘带，故用粘带机进行四周粘带处理。
即显示器生产线用粘带机是显示器自动生产线所必须的设备，它主要用来完成显示器屏幕侧边四周的胶带的自主粘贴工作，也为后续防爆带安装做准备的工作。
“显示器生产线用粘带机粘带封切机构设计”包括粘带固定直角坐标机器人、切带直角坐标机器人、上带机构以及支撑架体等部分。
我们的设计要求实现显示器胶带首端及末端的固定，以及胶带末端的切断，胶带的上带等。
其工作过程如下：
当显示器固定后，首先，粘带固定直角坐标机器人将胶带首端固定在显示器上，旋转一圈后，再由切带直角坐标机器人将胶带切断，最后粘带固定直角坐标机器人将胶带末端固定在显示器上。
直角坐标机器人都由气动驱动。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
1.1功能分析
通过对课题所需解决问题的了解和查阅相关文献，对于粘带机的定位和固定机构设计有了新的认识。
定位和固定机构主要分成两大部分：
带吸紧功能的可上下移动的回转工作台和多连杆机构的定位机构。
工作台主要由支架和吸盘构成，用来支撑显示器和提供显示器回转所需的动力。
工作台的上下移动、回转分别由活塞杆不回转[2]的气缸和减速电机实现。
定位机构用于定位显示器的回转中心，用多连杆机构既可以完成准确的定位，又可以节省空间和驱动元件，复合现代设计的要求。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
1.2定位及固定工作流程设计
显示器在生产线上的传送依靠托盘和动力滚筒流水线实现。
当粘带工序的上一个流程完成后，经由动力滚筒线传送至粘带工位，滚筒停止，支架气缸的作用下，将显示器托起至定位机构工作位置；定位机构工作，使显示器的中心与支架的回转中心重合，吸盘与显示器依靠真空吸紧，定位完成；气缸下降至粘带位置，粘带贴合后，吸盘带动显示器做回转运动，粘带切断；气缸下降至托盘位置，显示器复位回托盘上；流水线开始工作，显示器被传送到下一个工位。
流程如下图：
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
图1定位及固定工作流程
2定位机构设计
2.1机构设计
当显示器固定后，由粘带固定直角坐标机器人将胶带首端固定在显示器上，旋转一圈后，先由切带直角坐标机器人将胶带切断，再由粘带固定直角坐标机器人将胶带末端固定在显示器上。
直角坐标机器人都由气动驱动[3]。
显示器定位过程在整个自动粘带过程中只占有很短的时间，但是定位工作本身对整个流程至关重要。
定位机构如下：
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
注：
1.显示器相对位置
2.铸直角连接件
3.多连杆定位机构—摆杆
4.铝型材机架
5.驱动气缸
6.气缸连接底座
图2显示器定位机构——俯视图
注：
1.多连杆机构定位机构
2.连杆与机架螺栓连接
3.定位用橡胶压杆
图3显示器定位机构——主视图
选择多连杆机构作为定位机构，可以大幅减少定位机构的零件数量和驱动元件的数量。
在完成同样的定位要求的情况下，多连杆机构能够节约更多空间，并且更加快捷。
使用气缸作为驱动元件，气缸响应速度快，在保证足够的驱动力的同时，体积小巧，容易控制。
机构原理如下图：
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
图4机构原理图
驱动机构视为曲柄滑块机构，执行定位机构可以视为四连杆机构[4]，复合机构实现横纵两个方向上同时进行夹紧定位，使定位过程效率更高。
考虑到显示器的形状，如机构简图所示，连杆机构一部分用圆环代替，使定位机构能在更合理的位置工作。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
使用Adams软件设置各项参数进行运动仿真分析得到如下数据：
图5机构简图
图6速度加速度分析
2.2气缸选型
定位机构中对气缸的要求比较低，有良好的反应速度，工作稳定即可。
根据机构要求，选用SMC气缸CDM2系列熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
表1CDM2气缸参数表
因气缸在机构中的运动为首先带负载气缸伸出，然后气缸无负载收回。
故选择弹簧压回型气缸[5]，当定位运动完成后，即可断开气压，气缸在弹簧作用下自动收回。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
两个气缸共同推动显示器，完成显示器定位工作。
显示器与塑料摩擦系数取
=0.35，显示器质量m=25kg，所需推力为
=87.5N。
根据气压传动的气压
，取
。
求出缸径最小值
=14.9mm。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
气缸的两个极限位置如下图：
图7气缸的极限位置
由上图可知气缸的行程近似为30mm，故气缸具体型号为CDM2B20F-50S，即缸径为20mm行程为50mm带弹簧压回的气缸。
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
3支架与吸盘机构设计
3.1支架与吸盘结构
支架与吸盘一同固定在回转伸缩气缸-电机机构上，完成对显示器的支撑与吸紧，并保持显示器的中心与机构的回转中心重合。
如图所示:
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
注：
1.显示器支架塑料接触脚
2.金属显示器支架
3.固定显示器用真空吸盘
4.吸盘、支架与气缸之间的连接
图7显示器支架与固定用吸盘
3.2吸盘选型
真空吸盘，又称真空吊具，是真空设备执行器之一[6]。
一般来说，利用真空吸盘抓取制品是最廉价的一种方法。
真空吸盘品种多样，橡胶制成的吸盘可在高温下进行操作，由硅橡胶制成的吸盘非常适于抓住表面粗糙的制品；由聚氨酯制成的吸盘则很耐用。
另外，在实际生产中，如果要求吸盘具有耐油性，则可以考虑使用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。
通常，为避免制品的表面被划伤，最好选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘材料采用丁腈橡胶制造，具有较大的扯断力，因而广泛应用于各种真空吸持设备上。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
在本机构上，吸盘的主要作用使显示器可靠的固定在支架上，并且为显示器回转提供动力。
由于显示器的质量比较大，玻璃材质表面为不规则曲面，故选用SMC真空吸盘ZPX系列。
ZPX系列真空吸盘主要参数如下图：
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
图9显示器用真空吸盘主要参数
根据显示器的尺寸500mm*380mm，显示器质量约为25kg，选择真空吸盘直径为125mm。
参考真空吸盘选型表，选择ZPX125HN-B01-B12，即吸盘直径为125mm重载型丁腈橡胶吸盘，安装形式为内螺纹M12。
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
4主气缸与回转驱动设计
4.1主气缸选择
主气缸作为支撑支架与吸盘并且作为整个机构回转中心需要有足够的结构强度，良好的对心性，足够的驱动能力，并且方便控制[7]。
根据以上工作要求，选择SMC气缸MB系列。
MB系列能提供足够的驱动能力，并且气缸的活塞杆不回转，因此可以驱动吸盘带动显示器回转运动。
MB系列气缸参数如下表：
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
表2MB系列气缸参数
根据活塞速度小于1m/s，设定负荷率为
=50%；气缸所需推理计算为：
M：
负载质量为M=25kg+5kg=30kg
：
负荷率=50%
：
摩擦系数，在垂直运动情况下取1
故
，根据气压传动的气压
，取
。
求出缸径最小值
=63.6mm。
根据行程460mm，直径大于63.6mm，杆不回转型得到具体型号为MBKB80-500。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
4.2回转驱动机构
回转驱动机构选择减速电机驱动。
减速电机是指减速机和电机（马达）的集成体。
这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机[8]。
通常由专业的减速机生产厂，进行集成组装好后，与电机一体成套供货。
减速电机的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用广泛等。
它的级数可分为单级、两级和三级齿轮减速电机，安装布置方式主要有展开式、同轴式和分流式[9]。
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
显示器尺寸：
显示器质量：
m=20-25kg取m=22.5kg
显示器转动惯量：
以回转周期为：
t=2s
角速度：
角加速度：
转矩：
转速：
功率：
电机转速：
由上述参数和减速电动机参数表选择钧宝电机系列ZF18-0.1-49.3BB，即立式安装轴颈为18mm功率为100w减速比为49.3的减速电机，BB代表单项电220v有电磁刹车器[10]。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
4.3主气缸与回转驱动的连接
4.3.1连接用铝型材选型
工业铝型材一种以铝为主要成份的合金材料，铝棒通过热熔，挤压从而得到不同截面形状的铝材料，但添加的合金的比例不同，生产出来的工业铝型材的机械性能和应用领域也不同[11]。
在本生产线，通过对气缸尺寸，支架尺寸和显示器的重量的综合考量，选择3030B型铝型材，用来构成连接各部分的机架结构。
其中主要直角连接均选择ZZJ-20-1型连接件。
铝型材与支撑板连接选用一字螺母Y-14M6。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
4.3.2连接方案
主气缸下部分为动力输入，电机的动力通过减速机输出到动力输出轴，半联轴器直接与电动机连接。
同时半联轴器与支架的轴承座通过圆锥滚子轴承连接，圆锥滚子轴承型号为30206。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
主气缸不仅承担提升显示器的功能，还是回转运动中负责中间传动的动力传送轴。
这要求主气缸有杆不回转的特点，并且气缸的安装也必须满足回转的条件，否则整个方案失效。
将气缸整体看作一个可以伸缩的传动轴，对轴用轴承进行约束，使其满足方案设计要求。
方案设计简图如下：
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
注：
1.气缸上部轴承座
2.气缸上部轴承衬套
3.气缸主体
4.半联轴器/回转主轴
5.下连接板
6.上连接板
7.30206圆锥滚子轴承
8.气缸导气孔
9.气缸下部轴承座
10.主驱动减速电机
图11主气缸安装示意图
气缸的上半部分，设计一个类似轴套的辅助零件，用来固定轴承，配合另外的轴承和支架，使得上半部分有良好的约束。
气缸下半部分的机构有两个功能：
第一，约束气缸，使其在固定的回转中心平稳旋转；第二，传送又半联轴器的动力，驱动显示器回转[14]。
充分考虑零件的装拆配合，得到上述示意图。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
5总装图
经过选型和计算，将各部分零件与机构结合一起，得到装配图，即：
图12总装配图
5.1装配零件的具体参数
在整个粘带机的设计过程中，本人都尽力选择合理的装配方案。
在所用组成零件的选择上，尽力选择标准零件。
标准件的好处就是能够在市面上直接买到，由于标准件是批量生产的，因此价格相对低廉，质量也比较好保障。
另外，当元件有损坏的时候也可以直接购买规格相同的元件替换原有的元件[17]。
在结构设计上，力求实用与美观相结合，并增加材料的使用率，使设计的产品更加节约材料，同时降低了制造成本。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
5.1.1传感器的选择及参数
本粘带机共选择了两种三套传感器，分别是回归反射型光电传感器两套和滚珠摆杆型限位开关[18]。
传感器均为OMRON自动化公司生产。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
5.1.2回归反射型光电传感器
光电传感器主要作用为当气缸拖动显示器运动到定位高度或者粘带高度时，传感器将位置信号传输到控制器PLC，PLC控制电磁阀使气缸停止运动，待定位或者粘带完成后，气缸继续工作。
本机选用的具体型号为E3JK-R2M22M遮光ON光电传感器，与该传感器配合使用反射板型号为E39-R1[18]。
其具体参数如下：
注：
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
1.发射端与接收端
2.支架
3.散热孔
4.通信电缆
图13光电传感器
由于选用的传感器为回归反射型传感器，故需要选择反射板与其配合使用。
工作时，传感器发出红外光，经过反射板反射回到传感器的接受端；当显示器位置遮住传感器发出的红外光时，接收端无信号输入，传感器即反馈电信号到PLC控制器。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
5.1.3滚珠摆杆型限位开关
本机中限位开关的作用为：
当流水线将托盘传送至粘带工位时，限位开关被压下；PLC得到限位开关的电信号，流水线暂停，粘带的工序开始进行；粘带完毕，PLC控制流水线启动，托盘离开粘带工位后，限位开关自动弹起，等待下一个托盘到达。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
滚珠摆杆型限位开关密封性好，抗冲击性强，能在恶劣的环境下，保持稳定的性能以及非常长的使用寿命[21]。
其技术参数如下：
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
图14滚珠摆杆型限位开关
5.1.4动力滚筒生产线
动力滚筒生产线承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行[24]。
由于本机的功能特殊，故采用非通轴式动力滚筒，以便留出中间空出部分允许气缸及支架等上下运行。
其结构如下图：
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
注：
1.单侧对称动力滚筒生产线
2.滚筒内部驱动
3.显示器托盘
图15动力滚筒生产线
5.1.5托盘及支架的参数
托盘主要在生产线上装载并且托运显示器，是生产线的一部分。
托盘的使用使显示得到了很好的保护，同时提高了生产线的流动速度，提高了生产率。
托盘参数如下：
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
图16托盘
支架作为辅助气缸支撑显示器的零件，由于还要配合吸盘使用，故其外形较为特殊。
为满足使用空间的要求，同时为了方便制造并符合审美，支架最终设计如下：
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
图17支架
5.2标准件在装配中的使用
在连接机架与零件、机架之间的连接时，大多考虑使用的是标准连接件。
铝型材在搭建机架与连接方面，有着良好的适用性。
标准件选择包括：
钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
一、铸直角ZZJ-20-1
铸直角用于高强度连接，与内六角圆柱螺栓及一字螺母搭配使用，不仅不会破坏连接的两个零件的强度，还能在一定程度上增加其刚度。
具体连接如图：
懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
注：
1.一字螺母Y-10M5
2.内六角螺栓M5x10
3.铸直角连接件ZZJ-20-1
图18铸直角连接
二、地脚系列
机架的地脚包括三部分组合，从上到下依次是地脚底盖3030DG、地脚DJG50-M6、减震垫DJ50D；组合三部分与3030铝型材刚好契合。
具体连接如图：
謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
图19地脚连接
6气压控制原理
气压驱动成本低，动作可靠，不发热，无污染。
为完成机构的必要动作，机构位移需要由气缸驱动。
综合定位及固定机构、粘带切带机构，需要有杆气缸、无杆气缸以及吸盘共计8个气压驱动执行元件。
气缸及吸盘控制元件为电磁换向阀。
呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
图20气压控制原理图
气压控制主要分四个部分：
1、空气压缩装置
空气压缩装置包括空气压缩机、冷却器、干燥器、清洁器、存储罐。
2、辅助保护装置
辅助保护装置包括气压表和安全阀。
3、执行元件
执行元件有三个，分别是：
MB80单杆双作用杆不回转型气缸、CDM2单杆单作用弹簧压回气缸、真空吸盘。
其中真空吸盘的使用需要辅助元件——真空发生器。
莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
4、控制元件
控制元件有三个两种，一种是三位四通电磁换向阀，有一个；另一种是两位三通电磁换向阀，有两个。
7PLC控制原理
PLC控制系统，ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的[19]。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
由于粘带机需要多达十几组输入输出控制信号，信号之间还包括时间控制、逻辑控制等，使用PLC控制系统完成机器的输入输出控制是十分必要的。
综合粘带机需要的各种执行元件、检测元件、控制开关、声光报警装备等，选用欧姆龙PLC系列型号为CPM2A-60CDR-D，得到如下PLC控制原理图：
納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。
图21粘带机PLC控制原理图
8用时计算
设计任务书中技术要求规定：
完成一台显示器的粘带工作时间要求小于20秒。
气缸各行程决定了每段用时，根据装配图得到下图：
風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
图21气缸行程图
现计算上述流程所需用时
（1）主气缸用时：
主气缸运动有三个部分，三部分行程分别为上升460mm到达定位高度、下降300mm到达回转高度、下降160mm到达气缸初始高度；根据SMC气缸运动速度，以460mm/s计算：
灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
气缸加速和减速时间误差以2s计，则主气缸用时
=4s。
（2）定位及吸紧：
定位同样由气缸驱动，考虑定位时气缸的行程只有200mm，计
=1s；
（3）显示器回转：
=2s
（4）粘带机粘带：
=5s
考虑电机驱动和气压驱动的响应时间，计
=3s，t=15s<20s，故满足技术要求。
结论
通过对所需完成功能进行分析、选择最优功能方案以及方案设计及计算，最终得到了满足任务要求的定位及固定机构。
通过速度控制，包括气缸的运动控制及支架和吸盘的旋转控制，整个工艺流程耗时也满足任务要求的20秒内。
在所用组成零件的选择上，尽力选择标准零件。
标准件的好处就是能够在市面上直接买到，由于标准件是批量生产的，因此价格相对低廉，质量也比较好保障。
配合粘带机部分构成完整的生产线用显示器生产线用胶粘带粘带机，并且满足组线的条件及性能。
铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
在显示器垂直运动的驱动选择上，使用了气缸作为动力来源。
由于气压传动较难实现精准的位置控制，故在配合光电传感器定位控制时，需要做细致调整。
液压驱动虽然是实现精准控制的更好选择，但由液压控制需要供油回油装置，容易产生污染，并需要单独设置油泵，故并不完全适合生产线使用。
综上所述，最终选择虽然控制调节困难，但更快捷合理的气压驱动。
攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
本设计参照各类技术资料和设计经验，解决了生产线用胶粘带粘带机的定位及固定机构设计问题，为解决此类机构的设计提供了较为可行的参考。
趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
参考文献
[1]周合江，刘宾.锅炉链式输送机托轮组改进[J].中国水泥，2014，21（01）：
5
[2]陆鑫盛，周洪.气动系统的优化设计[M].上海科学技术文献出版社，2000：
122
[3]徐炳辉主编.中国液压气动密封件气动手册[M].上海科学技术出版社，2005：
350.
[4]滕红华.真空吸盘吸持物体的动力学分析[J].包装工程.2004，9（02）：
11
[5]韩建海，章琛.真空吸盘的设计及应用[J].机床与液压.1992，13（03）：
9
[6]黄强.一种大跨距真空吸盘上料机的设计[J].冶金设备.2009，3（11）：
23
[7]毛丽青.直线电机在机床领域的应用及发展[J].机械工程师.2006，7（04）：
5
[8]叶云岳编著.直线电机原理与应用[M].机械工业出版社,2000：
76，214
[9]王凤岐，许红静，郭伟.计算机辅助夹具设计综述[J].航空制造技术.2003，8（11）:
13夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
[10]刘莉，汪劲松，陈恳.THBIP-I拟人机器人研究进展[J].机器人.2002，12（14）:
10-11视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
[11]张秀丽，郑浩.机器人仿生学研究综述
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