1、 1 毕业设计文献综述 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 摘要： 简要介绍了钉箱机发展的现状，自动钉合的过程及原理，提出了自动钉箱机的设计方案，对整体工艺流程做出了详细的规划。 关键词： 钉箱机，自动钉合 Abstract:This paper introduces the development status nail box machine, automatic stapling process and the principle of automatic nail me put forward the design scheme of the
2、overall process of making a detailed plan Key words: nail me, automatic stapling 包装机械行业现状及其发展趋势 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。据预测，世界各国对包装机械的需求将会以每年 5的速度增长，到 2008 年，世界包装机械行业的产值将会超过 300 亿元。目前，世界各国尤其是四大包装机械强国美、日、德、意等都加 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 1， 2。 包装机械装备和生产线的更新换代遥遥领先的首推 日 本 ，在这个领域赚取了大量美
3、元。 东南亚 四小龙也步日本后尘，在包装机械装备和生产线的制造方面有不心表现；在欧共体中 ，意大利 的包装机械装备和生产线更新换代的步伐远远比其它成员国来得快。 我国瓦楞纸箱行业起步较晚， 1954 年才开始推广使用楞纸箱，比日本、美国晚 40年 60 年。改革开放后，中国经济迅速发展，从而使我国瓦楞纸箱行业得到迅猛的发展，其增长幅度居全球之首，其总产值位列中国国民经济第 14 位。我国各地区经济发展不平衡也造成瓦楞纸箱行业分布和发展的不平衡。目前，瓦楞纸箱行业已形成以广东为代表的珠三角地区，以浙江、江苏、上海为代表的长三角地区，以天津、北京、河北、山东为代2 表的环渤海湾地区等三大板块 3。
4、 近几年，中国包装行业的年增长率虽排名于传统行业之首，但要与国际市场接轨，就得加快包装科技开发，使其向经济、高效、多功能方向发展。根据中国国民经济发展规划和实现小康生活水平的需要，几年内要为包装工业、食品工业提供 1000 亿元至 2000 亿元的装备，为 “菜蓝子 ”提供 800 亿元至 1000 亿元的装备，这 对一些企业来讲是一个良好的发展机遇。同时，从有关部委获悉， “九五 ”期间，将给包装工业投资 100 亿元，扶持和改造大中型包装企业。 然而， 由于起步较晚，大部分设备都是通过引进 、 消化 、 吸收研制出来的 ， 与国际 先进 水平 相比 ， 高技术含量的产品少，自主开发能力较弱
5、，可靠性普遍不高，缺少完整的配套性设备，产品品种少 30%-40%，技术水平落后 20-30 年，而且低水平重复现象严重 4。国内目前需求量的 60%-70%，尤其是技术含量高的成套设备都依赖进口。相对于包装制品工业，包装机械是我国包装工业的弱势 5。因此，国内机械 设备企业必须调整生产结构 ,克服“大而全”的传统路子 ,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，才能不断缩小与国外先进水平的差距，在国际舞台上占有一席之地 6提高自动化程度，广泛采用现代先进的设计方法和技术，注重成套性和配套性，使之更具柔性、灵活性和可靠性，降低成本，改善生产流程，将是今后包装机械行
6、业的发展趋势 7， 8。 自动钉箱机的研究背景 瓦楞纸箱是用瓦楞纸板制成的运输包装纸箱，既轻便牢固，便于运输装卸，又能很好的起到保护商品的作用，同时还可回收利用，属于绿色环保产品，因 此得到了广泛的应用 9。其成型方式主要有三种：钉合成箱 、 粘合成箱及折叠成箱。订合采用镀锌或镀铜的低碳扁丝，并根据纸箱的大小，使用不同型号的扁丝。粘合采用黏合剂，并根据纸箱粘合的不同要求，使用不同种类的黏合剂，多数企业使用 Eh 乳胶这种黏合剂 10。目前在常规纸箱成型中使用的最广泛的还是钉线的钉合成箱。而钉箱机是钉合成箱的关键设备 11。 三种 成型方式的结合强度 差异较 大， 应用时应根据内装物的特征、瓦楞
7、纸板的种类和生产的批量来合理选用 。就目前国内而言，在常规纸箱成型中使用最广泛的还是钉合成箱。 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3 为整体纸箱成型过程中最后一道工序的关键设备，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 12。 不论哪种类型的钉箱机，其原理与结构都基本类似，主要由底座、机头、机身、托臂、传动离合送料等几部分组成，其中，最关键的部分是机头。而机头最重要的部件是冲头，随
8、着冲头上下往复运动，在很短时间内（半秒左右）完成一个工作循 环即送丝（含剪断）、压形、冲钉、悬空 4 个过程。现用冲头往复机构主要有凸轮、偏心轮和偏心轴三种形式，其中，凸轮式又称槽轮式。钉接的运行规律是由离合器调节而实现控制的 13。 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
9、箱需变速时不能很好适应。 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。 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 13。 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，
10、劳动强度较大且生产效率偏低，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 14。 从近年来纸箱设备展会展示的各种钉箱设备来看，其结构上基本有大同小异之处。但是，使用效果却是有一定差异的。实际上，不同的款式、不同的型号甚至就是相同的型号，由于机器的结构、性能、制造精度或制造技术等方面的差异，钉箱的质量效果也是存在一4 定的差异。与手动钉箱机相比，全自动、半自动的钉箱机不仅 生产效率高，而且钉箱的钉距均匀、美观。 全自动钉箱机与半自动钉箱机所不同的是：其瓦楞纸板是自动送进的，由送纸机构把纸板折叠并送入钉箱部位进行钉箱，可极大地减轻操作时的劳
11、动强度。而半自动钉箱机是由人工将纸板折叠并送进机头钉箱的，操作劳动强度相对比较大。半自动钉箱机一般是卧式结构，分 别 为单片式和双片式钉箱机两种类型，其中，单片钉箱机只能限于订单片成型的纸箱，而双片式钉箱机结构上比较复杂，其功能比较齐全，既能够订单片纸箱又可以订两片成型的纸箱。 所以， 大部分企业 在选购钉箱机时，一定要根据 自身 的实际情况 ，从产 品结构、生产特点和长远的发展趋势来考虑。 常言 来说，既有单片又有双片成型的纸箱，则宜选用半自动双片式钉箱机；长线的产品、比较固定规格的纸箱宜选用高速全自动的钉箱机；若工厂生产规模比较大，品种多又杂，则可以考虑选购不同型号的全自动和半自动的钉箱机
12、若干台，这样在生产调度上更具灵活性和互补性，可较好地满足生产要求。 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。 纸箱自动钉合机构的设计思想及方案确定 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
13、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5 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
14、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的难易程度，我们选择了第二种方案。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
15、位，同时也便 于后期的堆码操作 15。 结语 总之， 本文所述的纸箱自动钉合设备是基于我国目前订箱机的现状而设计的。企业进行技术改造，更新设备。无形之中就提高了工作效率，提升了产品品质，降低了生产成本，也增加了企业参与市场竞争的实力，这是是大势所趋。无论是机器生产也好。手工作业也罢，给客户提供优质的外包装是纸箱生产企业永恒的主题，也是纸箱生产企业不懈的追求。本文 通过分析钉合机构的工作原理，结合瓦楞纸箱钉合的特点，阐述了如何制定纸箱自动钉合的机构。 参考文献 1 Anon. Packaging machinery demand on the riseJ. Official Board Mark
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