1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 基于 SolidWorks 的纸箱自动钉合设备的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 本课题国内外研究动态 包装机械是包装工业的骨干，影响着各类包装制品工业的技术水平和产品档次。国外包装和食品机械水平高的国家主要是美国、德国、日本、意大利和英国。而德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位。 2002 年德国包装机械产值达40 亿欧元，其产量的 77%为出口产品。最近几年，这些国家包装和食品机械设备发展都加大了技术开发力度，使智能化、高效化 、资源高利用化的高新产品不断涌现呈现出新的趋势。我国纸箱包装工业自 19
2、95 年起，纸箱纸板产量始终居世界第三位，仅次于美日。 2002 年产量达 148 亿米， 2003 年达 158 亿米，居世界第二，超过日本，仅次于美国。 2005 至 2008 年，我国瓦楞纸板年消耗量更是达 200 亿米，数量之大，实属罕见。但是，支撑一个行业发展的关键问题却不是数量，而是质量与水平。国内纸箱包装工业相对水平较低，这可从生产线性能及供应商所占市场得到有力证明。 纸箱包装历来被认为是一种环保、可靠、有效的包装方式。同时为食品 /饮料工业带来巨大的好处 。饮料生产厂商充分利用纸板箱包装自己的产品，使其完美呈现在顾客面前。目前饮料厂的自动化生产线中已有越来越多的机器在使用先进的
3、包装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率。纸板箱平板被运往饮料生产厂，既给厂房节省了空间又易成型。随着全世界的生活消费品需求不断增长，纸板箱制造业也在繁荣的发展中。纸箱制造行业竞争非常激烈，更多的客户要求以较低的成本价格实现更高的产量。原料和能源费用不断上升，促使企业在制造过程中尽量节省各项成本。因此，企业也对包装机器提出了三点新要求 :最大化的产能 /最优秀的品质和柔性的改进升级，以 适应不同大小的包装和最小化的物料损失。 快速发展的我国包装工业和食品加工业，需要大量高质量包装机械和食品加工机械，这给包装机械制造行业带来了很大的商机有关方面计，包装机械市场发展将呈现以下特占：包装机械技术
4、含量日趋增加、包装机械市场日趋垄断化、包装机械零邢件生产专业2 化、产品向多功能与单一高速两极化。 选题的依据和意义 从 20 世纪 80 年代起 ,我国开始从日本、意大利及台湾地区引进纸箱先进设备 ,90 年代从美国、德国、法国等发达国家引进国际先进设备 ,然后仿制逐步得到发展 ,现在已能生产比较先进的瓦楞纸板生产线和水性印 刷开槽机 ,平压模切机等设备。随着纸箱市场的发展 ,目前对纸箱设备提出了更高的要求 ,为进一步开拓高档、高速、高效、宽幅、高科技含量的纸箱设备指明了方向。在设备上能赶上世界先进水平业内专家给出以下三点： (1) 面对国外微型瓦楞纸板迅猛发展的现状及我国的实际需求 ,纸箱
5、机械厂需要加大开发、生产微型瓦楞辊的力度 ,以促进我国微型瓦楞纸盒的发展。 (2)瓦楞纸板生产线要研究开发高速吸附式瓦楞辊 ,提高设备运行的稳定性、适当限制技术含量低、降低故障、高耗低效的单面瓦楞机的制造。 (3)设备机械企业必须调整生产结构 ,克服大而全 ,采用 专业化的模式达到集中力量、精益求精、不断改进、不断创新、不断开发。 纸箱的最后一道工序是接合，现主使用钉接、粘接和胶带外贴种形式。由于传统习惯认为粘接不牢靠，所以目前国内接合方式最普遍的还是钉接法。钉接法最主要设备是钉箱机，钉箱机就 是用金属钉沿搭接 部 分中线 将瓦楞纸箱两搭舌 钉合 在一起的机械。它作为整体纸箱成型过程中最后一道
6、工序的关键设备，属于包装机械的范畴。按钉合角度可分为直钉 、 斜钉 (与纸箱立边呈 45角 )和横钉 (与纸箱立边垂直 )，其中，斜钉又分为单斜钉和双斜钉，以双斜钉接头最为牢靠；按打钉强度又可分为单钉 、 双钉 、 加强钉。 目前国内市场上钉箱设备存在的主要问题有： 1.缺少统一标准。如 SXD120 和 Dx48 都表示长度为 1200 毫米的双斜钉箱机。前者用 3 个有关汉字的第一个汉语拼音字母及主规格的 1/10 表示，后者却用两个字母和英寸表示，给使用单位的造型管理带来麻烦。 2.双速传送。现用钉箱机大部分采用单级或双级三角带提供传速动力，与电机只有一种速比，在钉大小不同纸箱需变速时不
7、能很好适应。 3.钉箱要多次重复同样、单调的动作，劳动强度较大且生产效率偏低。 4.因设备型号和内部结构不同，机头不能互换（有时同型号机头也不 能互换），不利于维修。 5机头和毡座空隙决定着所钉纸板厚度。由于所钉厚度不能变，纸板再薄也要走完全程，纸板稍厚便感到“心有余而力不足”，明显影响钉箱质量和速度。 3 6.不同型号规格零件的名称和功能却一样，给维修带来诸多不便。 7.进料多是轴承配合齿轮，外加顶丝调整方式，容易出现送料不畅现象。 随着包装技术的不断发展，对瓦楞纸箱的外观要求也越来越高，比如精美的印刷图案、整齐漂亮的钉线封箱等。 显然，目前国内市场上仍广泛采用的手工钉合工艺，劳动强度较大且
8、生产效率偏低，已越来越不能满足生产发展的需要，迫切需要 生产效 率高，钉距均匀、美观 的半自动 /全自动钉箱机 的出现 。 因此，设计一款纸箱自动钉合机构，在瓦楞纸板完成裁切、压痕等工序操作后，进行自动折叠和钉合，实现瓦楞纸箱的自动化生产，将会具有很高的应用价值和良好的市场前景。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 纸箱自动钉合机构即钉箱机可分为送纸机构，传送机构，折叠机构以及钉合机构等几部分。在传输的过程中实现瓦楞纸板的自动折叠和钉合是完成本课题的关键。 该机构的设计思想就是使整个机构尽可能简捷，各零部件易于采购或制造，工作时，能够实现快速定位，准确钉合。整体思路上，首先明 确该机构所要
9、实现的功能，确定一个总体轮廓，然后根据各个零部件的特点和功能分别对其进行设计，再综合已有模型优化系统的总体布局。最后利用 Solidworks 软件对各零部件进行三维设计和装配，完成整个机构的工艺流程图。 通过分析自动钉合机构的原理及运作过程，本课题共构思了两个方案。 方案一，先成型后成箱，即先利用折叠机构将瓦楞纸板折叠成成型纸箱形状后进行钉合。具体做法是：首先在皮带两侧分别设置两个导向杆作为折叠机构。这两个导向杆可使纸箱板先沿两个侧边压痕翻折 90，而后再沿另两侧边翻折 90形成纸箱的形状。但是， 这个方案须在皮带两侧和成型后纸箱内侧各面分别设置挡板，用于控制其翻转角度的精度，同时，在纸箱板
10、内部上方还要放置一个支架，以配合钉头实现钉合并承受钉头钉合时产生的冲击力。另外，导向杆的高度还要与纸箱的宽度相一致，第二次翻折时还要注意纸箱两插舌的的内外次序，以满足纸箱的钉合要求。 方案二，先成箱后成型，即先将纸箱板折叠成易于钉合的形状而非方案一中的箱形。此方案也是在皮带两侧分别放置一个导向杆作为折叠机构，与方案一不同的是，纸箱板沿一个侧边压痕一次性翻折 180，同时在纸箱板内侧的中间部位设置一个压板，以配合钉头 实现钉合。另外，在实现钉合部位的皮带下方放置一支架来承受钉头钉合时的冲击力。 经过对这两种方案的详细分析，考虑到自动化生产的具体要求以及这两种方案实现4 的难易程度，我们选择了第二
11、种方案。这种方案既便于实现，又有利于钉合时两钉合侧边的准确定位，同时也便于后期的堆码操作。 三、研究步骤、方法及措施： 研究步骤 1、 纸箱自动钉合机构工作原理分析； 2、 各关键零件的设计；（送纸机构、传送机构、折叠机构、钉合机构） 3、 整体机构设计分析； 4、 自动顶箱机运行效果模拟 方法及措施 自主设计、研究，关键问题与指导老师沟通 ， 并 使用 SolidWorks 和其他软件造型、模拟。 四、参考文献 1 Anon. Packaging machinery demand on the riseJ. Official Board Markets, 2005, 81(2): 14-14
12、. 2 Anon. Packaging machinery spending to increaseJ. Official Board Markets, 2003, 79(20): 13-16. 3 王志星 .我国 瓦楞纸箱的现状、问题和建议 J. 上海 包装 , 2009, (3):63-64. 4 丁黎光 , 李伯胜 , 丁伟 . 包装生产线机械设备的自动化 J. 包装工程 , 2001, 22(4): 33-36. 5 王志星 . 瓦楞纸箱现状及发展趋势 J. 上海包装 , 2003, (6): 25-27. 6 汪 焕心 . 纸箱机械设备开发新动向 J. 包装工程 , 2006, (2
13、): 115-115. 7 蒋文燕 , 李小东 . 如何实施过程自动化 J. 印刷杂志 , 2006, (8): 37-39. 8 Gollmann, Kenneth J. Trends in packaging machinery developmentJ. Technical Papers, 1984, 34-39. 9 王本彦 . 钉箱与粘箱技术的应用与方法 J.出口商品包装 , 2008, (5):54-56. 10 高妹芬 , 王宁红 , 吴国荣 . 瓦楞纸箱业历史 、 现状和发展 J. 机电信息 , 2004, (5):28-31. 11 孙学福 . 如何选购钉箱机 J. 全球瓦楞工业 , 2007, (2): 99-102. 5 12 刘占胜 . 对瓦楞纸箱箱体的结合方法和结合强 度的研究 J. 技术漫谈 .1996,(8): 20-21. 13 李庆林 . 钉箱机还能钉几天 J. 包装世界 , 2000, (4): 75-75. 14 孙学福 . 半自动钉箱机全接触 J. 瓦楞纸箱商情 , 2004, (11): 57-58. 15 刘增晓 , 冯占营 , 吴建 , 常发亮 . 拣选式自动化仓库堆垛机作业路径简易优化算法 J.起重运输机械 , 2006, (8): 49-51.
