穿件式打包机

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）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QQ695939903，如果需要代做也请加上述QQ,代做免费讲解。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：_ _指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见：_ _ _ _ _ 评阅教师签字：_ _ 评阅教师职称：_ _答辩委员会评语：_ 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：_ 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：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。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 Since the 20th century, the mid-1980s, the development and application of packaging technology more widely and deeply, packaging 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, structural 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 help ensure accuracy, movement stable hybrid stepping motor directly connected to a ball screw, respond more quickly and accurately, while because there is no intermediate member, the mechanical structure can be simplified and high precision. Send back with organizations to adopt gear, tying mechanism uses a cam mechanism, enabling the entire product packaging work. Keywords: packaging technology, wearing sword-type balers, wearing a sword 目 录摘 要.1Abstract2第一章 绪 论61.1课题背景及研究的目的和意义61.2 国内外发展现状6第二章 整体方案设计92.1 引言92.2 设计思路92.2.1 打包机的原理92.2.2 穿剑式打包机的设计思路102.3 方案选择112.3.1机械系统设计112.3.2控制系统设计132.4 本章小结13第三章 机械系统设计143.1 整体设计143.2 送退带机构各零部件的设计143.2.1 捆扎机架的设计143.2.2 传动轴的设计153.2.3 滚动轴承的选用193.2.4 传动齿轮的设计203.2.5 摩擦轮的设计243.2.6滚珠丝杠的选型计算253.3其他零部件的设计293.3.1 电动机的选择293.3.2 捆扎带材料的选择303.3.3 捆扎形式的选择303.4.4 捆扎带接头形式的选择303.4三维建模313.4.1 Solidworks 简介313.4.2 打包机送退带机构323.4.3 捆扎粘结机构323.5 本章小结33第四章 控制系统设计344.1控制系统概述344.2步进电机控制系统344.2.1步进电机的选择344.2.2 步进电机的控制354.3气动控制的系统354.3.1 气缸概述364.3.2气缸型号的选择364.4 PLC设计364.5硬件及梯形图程序设计384.5.1控制方案设计384.5.2资源分配表384.5.3 PLC接线图394.5.4 PLC控制流程图404.5.5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1800mm1500mm2000mm。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2.3.2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3.2.1 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。3.2.2 传动轴的设计3.2.3 滚动轴承的选用3.2.4 传动齿轮的设计3.2.5 摩擦轮的设计3.2.6滚珠丝杠的选型计算3.3其他零部件的设计3.3.1 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：Y 160L-6 额定功率：11KW；满载转速：970r/min。3.3.2 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。3.3.3 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。3.4.4 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，因为热熔搭接具有连接强度高、装置结够简单、操作简便等优。3.4三维建模3.4.1 Solidworks 简介SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，运行在微软Windows平台下的三维机械CAD软件，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。它是一个交互式的计算机辅助设计和计算机辅助制造系统， 具备当今机械加工领域所需的大多数工程设计和制图功能。它还是一个全三维、双精度的造型系统，使用户几乎能够精确地描述任何几何形体，通过对这些形体的组合, 就可以对产品进行设计、分析和制图。3.4.2打包机穿剑机构在启动打包机后的第一步是穿剑送带过程， 穿剑的过程由于是直线运动，采用丝杠传动来实现，其中关键是丝杠的建模。运用扫描-切除工具，丝杠的装配图如图4-1所示： 图4-1 丝杠装配图3.4.3 打包机送退带机构图4-2 齿轮传动装配图送退带机构采用了齿轮传动带动摩擦轮，最终装配图如图4-2所示。3.4.4 捆扎粘结机构 捆扎机构采用凸轮组推动压杆上下运动，三维视图如图4-3所示：图4-3 凸轮组装配图3.5 本章小结本章展示了打包机各个主要工作机构的三维模型图，通过建立三维模型，使得使清晰直观的了解了捆扎机的结构和工作原理。 第四章 控制系统设计4.1控制系统概述本文所设计的包装带捆扎机的控制系统主要包括：送退带机构电机的控制、剪切熨烫机构步进电机的控制、用来驱动包装带压板往复移动的气缸的控制。 其中送退带机构电机的选择已在第三章做过介绍，这里不再赘叙。4.2步进电机控制系统在捆扎系统中，由电机控制凸轮轴实现精确的运动，以此来实现第一顶杆，第二、三顶杆的精确运动，由于步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的数字/模拟变换器。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步距角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。因此，本文捆扎机构设计中选取步进电机。4.2.1步进电机的选择步进电机的选择主要考虑步距角、静力矩和保持力矩。步距角是在一个脉冲电信号的作用下，步进电机转过的机械角度。步距角的选择取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于小于此角度。目前市场上的步进电机的步距角一般由0.36/0.72、0.9/1.8、1.5/3。为了满足设计任务要求，选用步距角为0.9度的混合型步进电机。最大静转矩是指步进电机在通电状态下，使转子离开平衡位置的极限转矩值，它反映了步进电机承受外加转矩的特性。最大静转矩也叫保持转矩，是步进电机最重要的参数之一。静力矩一旦确定，步进电机就好确定了。4.2.2 步进电机的控制步进电机的控制与驱动流程图如图5-1所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动放大源电路三大部分。脉冲信号发生器是一个频率从几赫兹到几万赫兹连续可调的变频信号，可用8051来产生，也可用专门的硬件电路产生。脉冲信号发生器能够精确输出脉冲的数量和频率，因而能够准确的控制步进电机的转角和转速。脉冲信号分配器的作用就是能把输入的脉冲转化成环形脉冲，以便控制步进电机，并能进行正反转控制。经环形脉冲分配器输出的信号驱动功率很小，而步进电机绕组的励磁需要相当大的电流，所以还需进行功率放大才能驱动步进电机。另外，为了防止干扰，分配器送出的脉冲还需要进行光电隔离。图4-1 步进电机的控制与驱动流程图4.3气动控制的系统气压驱动的工作介质是空气，它来源方便，取之不尽，用之不竭，使用后直接排入大气而无污染，不需要设置专门的回收装置，气流动时压力损失少，节能，高效，适用于集中供气和远距离输送。动作迅速、反应快，调节方便、维护简单，系统有故障时，容易排除。工作环境适应性好，特别适合在易爆、易燃、潮湿、多尘、强磁、振动、辐射等恶劣条件下工作，排气不污染环境，在食品、轻工、纺织、印刷、精密检测等场合中应用更具有优势。成本低，具有过载保持功能。所以气压驱动的装置在工业中应用也是很广泛的。但排气噪声比较大，高速排气时应加消声器。4.3.1 气缸概述气动系统中使用的气动元件需要根据使用情况进行选用，包括气缸类型的选择、气缸型号的选择、气缸的控制方式。气缸类型的选择 ：选择气缸的类型应根据工作要求和使用条件。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。4.3.2气缸型号的选择捆扎机构所使用汽缸主要考虑气缸的导程，根据捆扎机构顶杆与热熔搭接器以及箱体壁之间的距离来确定所需气缸的导程，选择MAL型3225型号气缸。4.4 PLC设计可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。 图4-2 PLC控制原理图PLC实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。CPU类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成输入处理、程序执行、输出处理几个工作。I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。各I/O点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部I/O接线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。4.5硬件及梯形图程序设计4.5.1控制方案设计打包机的控制系统设计中，需要用到四台步进电机，电机1、电机2、电机3、电机4分别控制丝杠正反转、齿轮轴正反转、凸轮轴正转和气缸的运转。当启动开关时，打包机具体工作步骤如下：首先，电机1正转，丝杠带动剑直线运动，从而完成送剑；当剑触碰到行程开关1时，电机2正转，包装带在摩擦轮的带动下进入导轨，完成送带过程；当带端触碰限位开关2时，电机3启动，凸轮轴开始运转，当凸轮轴运转一周，限位开关3开启，电机2反转，包装带在摩擦轮的带动下退回储带箱，将带子紧紧捆扎在物体上，此时电机4启动，气缸伸出压板，烫头完成熨烫。最后电机1反转，剑退回。至此完成一个工作循环。将上述任务简化如下：四个电机按下启动按钮，从1到4间隔10秒依次启动，按下停止按钮，从4到1间隔10秒依次停止。4.5.2资源分配表输入设备PLC输入输出设备PLC输出代号功能代号功能SB1X正转按钮I0.0KM1X正转接触器Q0.0SB2X反转按钮I0.1KM2X反转接触器Q0.1SB3Y正转按钮I0.2KM3Y正转接触器Q0.2SB4Y反转按钮I0.3KM4Y反转接触器Q0.3SB5Z正转按钮I0.4KM5Z正转接触器Q0.4SB6Z反转按钮I0.5KM6Z反转接触器Q0.5SB7R正转I0.6KM7R正转接触器Q0.6SB8总停按钮I0.7HL1灯（自动）Q1.0SB9手动/自动I1.0HL2灯（手动）Q1.1SB10启动（自动）I1.1HL3灯（运行）Q1.2SB11停止（自动）I1.2HL4灯（故障）Q1.3 4.5.3 PLC接线图 图4-3 PLC接线图4.5.4 PLC控制流程图 图4-4 PLC控制流程图4.5.5梯形图控制程序的设计（见附录图14）结 论通过历时近3个月的筹备与研发，本文成功开发出的穿剑式打包机，能很好的满足对物品的捆扎要求，运行稳定。包装带捆扎机的研制成功，极大的提高了我国纸箱包装的自动化和标准化水平，减轻工人劳动强度。本论文是对包装带捆扎机研发工作的总结，所作的主要工作包括:(1) 国内企业对于包装捆扎机的需求以及应用前景的分析，了解和掌握国内与国际上关于包装带捆扎机的研究现状及其发展趋势;(2) 研究确定穿剑式打包机的工作流程和系统总体设计方案；(3) 关键机械部件送退带机构的研究分析。阐述了送退带机构的工作流程，捆扎形式的选择;(5)气动控制系统的设计。以气缸伸缩来带动包装带压板运动，实现包装带的压紧;穿剑式打包机的设计是一个实践性很强的设计项目，并具有广泛的应用前景。通过研制穿剑式打包机，我学习了机、电、气动及计算机控制一体化的现代化高科技设备的研究开发过程，在锻炼自己科研能力的同时，锻炼和提高我的实际动手能力及项目科研管理能力，可以深入到我国工业现代化装备的第一线，了解我国目前国有大中型工业企业的设备现状，深深的感受到我国的工业技术水平与国外先进水平还有很大差距，要不断缩小这种技术水平差距正需要我们当代科研技术工作者的不懈努力。 参考文献：1 忠峙.Signode 半自动捆扎机J.上海包装,1993(4):42-42.2 黄成楠.我国捆扎机械的现状与发展战略J.中国包装工业,1998(10):6-8.3 刘金棠.捆扎机烟尘净化工程简介J.劳动保护,1998(9):28-28. 4 陈润沾.包装机械行业产品质量现状分析及展望J.中国农业机械学会成立 40周年庆典暨2003年学术年会论文. 2003(11)：67-78.5王文虎,陈日新,黄建春.超声波焊接捆扎机智能控制系统J.电工技术,2002(11):22-23.6 马祖达,陈咏红.浅析我国包装与食品机械的现状和发展方向J.食品开发,2001(2). 7 尤德同,周重益.全自动捆扎机微机控制系统J.机械制造与自动化,1993(4):37-39. 8 陈润洁.包装机械行业产品质量现状分析及展望J.包装与食品机械,2004,22(1):23-28. 9 许林城,包装机械M.长沙:湖南大学出版社,1998.10滚珠丝杠及螺母座装配指导 山东华准机械有限公司 2012年3月版11 尹志强，机电一体化设计系统设计课程设计指导书J机械工业出版社12 孙忠，孙晋可编程控制器入门与应用J.中国电力出版社. 致 谢27