穿件式打包机毕业论文.docx
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穿件式打包机毕业论文
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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
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）可加费讲解。
哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语
姓名：
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：
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指导教师签字：
指导教师职称：
评阅人评阅意见：
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评阅教师签字：
_______________评阅教师职称：
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答辩委员会评语：
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根据毕业设计（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：
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答辩委员会主任（签字）：
职称：
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答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员（签字）：
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年月日
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。
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1~2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3~4周：
完成开题报告的撰写，并进行整体系统分析；
第5~7周：
完成机械结构的设计和改进，绘出完整的三维立体模型；
第8~10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11~12周：
对所设计内容进行检查修改，进一步完善图纸；
第13~14周：
撰写论文并准备答辩。
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
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
Abstract
Sincethe20thcentury,themid-1980s,thedevelopmentandapplicationofpackagingtechnologymorewidelyanddeeply,packagingisalsogrowingdemandfortheproduct,thevolumeoftheproductneedstobepackagedisalsogrowing.Thus,thisthesiswearingsword-typepackermechanicalstructuredesign,including:
1,2overallstructuraldesign,structuraldesigntowearasword3,4sentbackwiththestructuraldesign,structuraldesignoftheadhesivestrapping,andpartofthemstructuralimprovements.Wearaswordstructuraldesignusingaprecisionballscrewdrive,itdoesnotappearwhenyoushakethelongerthetrip,thescanwillhelpensureaccuracy,movementstablehybridsteppingmotordirectlyconnectedtoaballscrew,respondmorequicklyandaccurately,whilebecausethereisnointermediatemember,themechanicalstructurecanbesimplifiedandhighprecision.Sendbackwithorganizationstoadoptgear,tyingmechanismusesacammechanism,enablingtheentireproductpackagingwork.
Keywords:
packagingtechnology,wearingsword-typebalers,wearingasword
目录
摘要..............................................................................................................................................1
Abstract2
第一章绪论6
1.1课题背景及研究的目的和意义6
1.2国内外发展现状6
第二章整体方案设计9
2.1引言9
2.2设计思路9
2.2.1打包机的原理9
2.2.2穿剑式打包机的设计思路10
2.3方案选择11
2.3.1机械系统设计11
2.3.2控制系统设计13
2.4本章小结13
第三章机械系统设计14
3.1整体设计14
3.2送退带机构各零部件的设计14
3.2.1捆扎机架的设计14
3.2.2传动轴的设计15
3.2.3滚动轴承的选用19
3.2.4传动齿轮的设计20
3.2.5摩擦轮的设计24
3.2.6滚珠丝杠的选型计算25
3.3其他零部件的设计29
3.3.1电动机的选择29
3.3.2捆扎带材料的选择30
3.3.3捆扎形式的选择30
3.4.4捆扎带接头形式的选择30
3.4三维建模31
3.4.1Solidworks简介31
3.4.2打包机送退带机构32
3.4.3捆扎粘结机构32
3.5本章小结33
第四章控制系统设计34
4.1控制系统概述34
4.2步进电机控制系统34
4.2.1步进电机的选择34
4.2.2步进电机的控制35
4.3气动控制的系统35
4.3.1气缸概述36
4.3.2气缸型号的选择36
4.4PLC设计36
4.5硬件及梯形图程序设计38
4.5.1控制方案设计38
4.5.2资源分配表38
4.5.3PLC接线图39
4.5.4PLC控制流程图40
4.5.5梯形图控制程序的设计40
结论41
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，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
1.2.1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%,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。
1.2.2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。
1.2.3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。
1.2.4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、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
2.2.1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，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
2.2.2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。
2.3.1机械系统设计
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
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