地毯自動碼垛機的設計含12張CAD圖

地毯自動碼垛機的設計含12張CAD圖,地毯,自動,碼垛,設計,12,十二,cad 1虛擬現(xiàn)實技術在工程產(chǎn)品和過程設計與開發(fā)中的應用1.簡介虛 擬 現(xiàn) 實 技 術 （ VR） 支 持 和 加 快 產(chǎn) 品 的 設 計 ， 促 進 創(chuàng) 意 的 實 現(xiàn) 和 傳 遞 ， 對 協(xié) 同 工 作 極有幫助[1]。它被認為是人機交流新的維度，將直觀的計算機圖形與交互的三維空間 結合起來[2]。虛擬現(xiàn)實技術是一種主要的機械工程化工具，有利于獲得更好的新產(chǎn)品 設計或者改善已有的產(chǎn)品設計[3,4]。顯著的效益、效率和靈活性的流程以及產(chǎn)品的功 能性使得在其他工程作業(yè)領域虛擬現(xiàn)實技術也得到了廣泛應用[5,6]。在制造復雜產(chǎn)品 通常能夠縮短生產(chǎn)周期， 虛擬制造技術使得制造商能夠更便利的與各種專業(yè)領域的工程 師 合 作 。 在 這 種 情 況 下 ， 為 了 發(fā) 現(xiàn) 和 整 合 有 效 解 ， 需 要 快 速 、 創(chuàng) 新 和 整 合 性 活 動 。 在 各 種產(chǎn)品的設計和制造階段，虛擬技術的使用需要不同的能力和技能，如對需求的理解， 計 算 機 和 軟 件 的 應 用 ， 數(shù) 據(jù) 轉 換 和 處 理 ， 信 息 呈 現(xiàn) 的 理 解 ； 同 時 也 包 括 見 識 、 經(jīng) 驗 、 好 奇心、和天賦。最好的工程師在生產(chǎn)周期中的每個階段理解什么是他/她所需要的，更 好的理解他/她需要傳遞的信息，控制接下來的產(chǎn)品設計階段的進程。這也適用于之后 將用于設計三維虛擬原型和進一步產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)的收集；也適用于創(chuàng)造和提高虛擬 3D 原型的技術， 這些后續(xù)將用于設計數(shù)控、 其他程序和準備的問題和建議。 對虛 擬現(xiàn)實技 術 [ 7,8]應 用 最 重 要 的 方 面 ， 下 文 將 展 開 討 論 ：創(chuàng)新： 本文介紹的方法可以加快產(chǎn)品設計、 多階段的發(fā)展和制造； 實施的解決方案， 很難用傳統(tǒng)的方法實現(xiàn)。這種方法起源于 VR 技術在產(chǎn)品設計領域和機械工程公司的多 次嘗試使用； 由于接觸機械加工技術的發(fā)展， 企業(yè)專家和部門的 IDEFO 圖支持和合作廠 商和客戶之間良好的合作使得目標得以實現(xiàn)[9]?？?學 意 義 ： 跨 學 科 的 傳 播 使 新 的 信 息 得 以 開 發(fā) ， 知 識 和 經(jīng) 驗 得 以 傳 遞 和 接 受 ， 也 保 證了技能的獲得與提升，以及經(jīng)驗的積累等。實 用 意 義 ： 改 進 的 技 術 交 流 和 替 代 思 想 更 快 速 產(chǎn) 生 。 設 計 球 面 元 素 ， 并 把 它 用 于 二 維圖形是復雜和耗時的過程。 它要求那些拖延時間和耗費生產(chǎn)成本技術的創(chuàng)新。 除此之 外，2D 技術需要使用多個參考點，它們影響表現(xiàn)（測量）誤差。22.虛擬現(xiàn)實技術的使用發(fā)展2.1 虛擬模型和物理實物間的關系 用戶界面的可用性是多種工業(yè)產(chǎn)品成功的一個關鍵點。 這種假設導致了許多設計方法學， 用于解決評價工業(yè)產(chǎn)品的用戶友好性的介紹。 這些大多數(shù)方法遵循根據(jù)用戶的需 求， 在設計過程中讓用戶參與式設計[10]。 三維模型可能成功地應用于產(chǎn)品設計和制造 的 不 同 階 段 ： 快 速 設 計 與 工 件 的 改 進 ； 快 速 設 計 和 表 面 幾 何 形 狀 的 精 確 性 提 高 ； 更 多 方 法 的 快 速 產(chǎn) 生 ， 用 于 對 產(chǎn) 品 部 分 的 結 構 和 性 能 進 行 快 速 ； 制 造 商 和 客 戶 之 間 ， 制 造 商 和 消費者之間， 與廠家的各部門更好的合作。 虛擬三維原型可以在任何時候通過使用軟件 進 行 改 進 。 產(chǎn) 品 在 生 產(chǎn) 和 設 計 階 段 的 早 期 ， 技 術 解 決 方 案 得 以 實 施 。 改 進 的 原 型 被 轉 移 到 程 序 中 ， 這 些 程 序 創(chuàng) 造 了 數(shù) 控 程 序 的 機 械 加 工 的 產(chǎn) 品 。 表 面 和 產(chǎn) 品 幾 何 保 持 不 變 ， 但 產(chǎn) 品 性 能 有 了 提 高 。 加 工 工 藝 變 得 更 加 簡 單 ， 減 少 了 工 裝 步 驟 ， 減 少 機 械 加 工 時 間 ， 使 生產(chǎn)商能為客戶提供更具競爭力的價格。在推薦案例中， 制造商從客戶 （圖 1） 獲得了初級 3D 原型。 這是一個焊接結構， 組 成的各種長度的方形管的壁厚為 3mm，有不同的幾何形式和尺寸的板材。板面對面分別 位于不同的初始位置和復雜的角度。 他們中的大多數(shù)應以機械加工獲得表面精度和確定 位置的孔（公差 t，表 1）。開發(fā)的產(chǎn)品，利用虛擬現(xiàn)實技術，共分為以下幾個階段：?? 幾何形狀、產(chǎn)品結構、機械加工可能性的評 價；?? 發(fā)展階段?? 數(shù)控程序的創(chuàng)建圖 1 產(chǎn) 品 的 原 始 三 維 模 型三維模型檢驗結果放在顯示屏上。模型改進想法的提出是為了提高產(chǎn)品的使用性 能。 這些改善可以滿足顧客在一段時間變化之后的需求。 為了執(zhí)行這些想法并付諸行動， 需 要 決 定 采 取 什 么 行 動 。 選 擇 必 要 的 三 維 和 二 維 CAD 軟 件 和 測 量 工 具 進 行 討 論 。表 1 產(chǎn) 品 的 幾 何 機 械 特 點元素 元 素 在 直 角 坐 標 系 中 的 幾 何 位 置精度 機 械 加 工 方 法Φ6H7 ⊥ /‖ +0.0150定 中 心 、 鉆 孔 、 擴孔Φ8H7 ⊥ /‖ +0.015 定 中 心 、 鉆 孔 、 擴3元素 元 素 在 直 角 坐 標 系 中 的 幾 何 位 置精度 機 械 加 工 方 法0 孔Φ10H7 ⊥ /‖ +0.0180定 中 心 、 鉆 孔 、 擴孔M8 ⊥ /‖ ±0.2 定 中 心 、 鉆 孔 、 割M10 ⊥ /‖ ±0.2 定 中 心 、 鉆 孔 、 割M12 ⊥ /‖ ±0.2 定 中 心 、 鉆 孔 、 割磨， 表面 粗糙度 ra3.2⊥ /‖ ±0.2 粗 磨 、 精 磨磨， 表面 粗糙度 ra3.2∠ 10/⊥ ±30“/±0.1 粗 磨 、 精 磨磨， 表面 粗糙度 ra3.2∠ 22/∠ 80 ±30“/±0.1 粗 磨 、 精 磨磨， 表面 粗糙度 ra3.2∠ 82/∠ 89 ±30“/±0.1 粗 磨 、 精 磨磨， 表面 粗糙度 ra3.2∠ 55/⊥ ±30“/±0.1 粗 磨 、 精 磨3.2.2 物理模型的數(shù)字化因為數(shù)控機床能加工元素整體尺寸不大于 1700x1000x350 毫米， 所以這種方法是必要 的 。 有 時 候 制 造 商 獲 得 的 訂 單 要 求 超 過 了 數(shù) 控 機 床 本 身 的 制 造 能 力 。 在 這 種 情 況 下 ， 面 對生產(chǎn)廠家的技術能力， 要求或者訂單必須被取消 。 要求和訂單的取消可能導致失去客 戶 。 為 了 保 持 競 爭 力 ， 制 造 商 必 須 盡 可 能 努 力 得 到 訂 單 。 在 上 述 情 況 下 ， 產(chǎn) 品 的 整 體 尺 寸 2100x1400x206 毫米。 這種焊接結構要求加工機床工作臺較大但主軸定位的傾斜和轉 向相對于坐標加工焊接結構的可能性較小。 在這種情況下 ， 廠家用于生產(chǎn)特定的技術工 具， 作為一個起點或補償或傾斜的元件： 主軸。 這樣的技術工具所需額外的時間 、 機器、 高 級 專 家 、 材 料 和 能 源 。 此 外 ， 由 于 制 造 商 必 須 使 用 幾 個 參 考 點 來 確 保 復 雜 鏈 的 測 量 和 增加設置錯誤的概率， 這種技術工具可能不能足夠建立一個參考點和加工焊接結構 。 設 計師對產(chǎn)品的改進取決于他/她的制造工藝和設計技巧的知識。在開發(fā)階段，設計師的圖 2 虛 擬 環(huán) 境 中 的 三 維 模 型 生 成 過 程4圖 6 用 于 定 位 原 始 模 型 的 球 形 元 素 的 草 圖主 要 輸 出 是 一 種 三 維 原 型 。 產(chǎn) 品 的 三 維 虛 擬 原 型 成 為 中 介 與 客 戶 、 設 計 師 、 技 術 專 家和運營商的中間橋梁。 所描述的方法旨在提高機械加工技術的發(fā)展， 節(jié)約產(chǎn)生額外技 術設施的開支， 降低實際生產(chǎn)行為和避免錯誤的大量參考點。 產(chǎn)品開發(fā)圖解和推廣應用 的方法在圖 2 中展示。為了提高產(chǎn)品的加工性，在 3D 模型中引入了虛擬的球形元件， 在圖 3 中展示 。 工具固定在一個矩形管中。 作為球形元素的固定件 一個 M6 深 3mm 的孔被使用 。 在制造具有精度要求和幾何表面嚴格定 位控制的產(chǎn)品時，球形元件發(fā)揮了重要作用。這個元素結合其機械 功能和工程師的想法，提高產(chǎn)品的可加工性和創(chuàng)造更好的機會去設計產(chǎn)品制造加工的數(shù)控項目， 從而減少工裝數(shù)量 和 可 能 出 現(xiàn) 的 安 裝 （ 測 量 ） 誤 差 。 致 力 于 開 發(fā) 客 戶交付的水平的 3D 原型，滿足了生產(chǎn)工藝和程 序體， 設計師創(chuàng)造了一個球形元件的三維虛擬樣 機（圖 4）。球形元素的虛擬三維 CAD 原型已經(jīng)在通信與 3D 程序設計項目上創(chuàng)造了基礎性地位（圖 5） 。 表 2 的得到的數(shù)據(jù)是在測量實 驗室通過測量球形元件的球體模型所獲 得。球形元件的三維模型的發(fā)展過程已 經(jīng)牽涉到了測量實驗室的專家，他必須圖 3 球 形 元 件 的 實 物 圖圖 4 球 形 元 素 的 虛 擬 三 維 模 型 的 設 計 步 驟圖 5 測 量 之 后 球 形 元 件 的 草 圖測量出球形元件的實體模型和設計滿足要求的草圖。虛擬的球形元件的三維模型在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中被整合成為一種虛擬的三維模型， 且 三維模型由顧客發(fā)送，使得能夠額外增加一個 3mm 厚的 M6 的孔。其技術特征的位置是 由程序員使用他/她在制造工藝和機器性能相關的知識挑選的，這些知識將用于開發(fā)產(chǎn) 品的機械加工過程的選擇。所需尺寸的草圖被交付給了設計師（圖 6）。所涉及的示意圖 7 求 元 素 在 三 維 模 型 定 位 中 的 作 用5圖包含一個主要模型的產(chǎn)品的類型和孔的位置。 然后設計師用他的設計技巧將孔和三維 虛擬樣機整合起來（圖 7）。表 2 球形元素整合到初始模型的數(shù)據(jù)元素 長 L， mm T W，mm 直徑 D，mmT X,mm T Y,mm T球 125.45 ±0.2 - 30 ±0.02 (442) ±0.2 40 ±0.2孔 3 ±0.2 - M6 ±0.2 (442) ±0.2 40 ±0.2經(jīng)過三維虛擬樣機的改進， 整合成額外的球形 元 件 （ 圖 8） ， 在 2D 環(huán)境下產(chǎn)品新的預測產(chǎn)生了 這些數(shù)據(jù)被用于數(shù)控程序的發(fā)展從而生產(chǎn)一個實 際產(chǎn)品（圖 9）。圖 9 實 際 產(chǎn) 品3.結 論球 形 元 件圖 8 三 維 虛 擬 產(chǎn) 品 的 原 型科學價值的體現(xiàn)：虛擬樣品的體驗、設計以及集成的可能性可以打下良好的基礎， 從中結合虛擬原型固化現(xiàn)有的并獲取關于虛擬樣機在產(chǎn)品設計與制造領域的實施過程 中新的具體的知識。 這樣的經(jīng)歷也有助于保持和提高一個人的創(chuàng)新能力、 適應能力和競 爭潛力。實用價值的體現(xiàn)： 虛擬現(xiàn)實技術的融合提高生產(chǎn)者實施各種技術解決方案， 使這個 過程更快的可能性。 它有助于將已經(jīng)獲得的知識傳遞到流程和產(chǎn)品中以及為利用在早期 階段的產(chǎn)品或工藝的發(fā)展階段收集到的信息，提供了更好的機會。創(chuàng)新點： 這種方法將經(jīng)典和虛擬現(xiàn)實技術聯(lián)系起來。 虛擬現(xiàn)實技術的使用促進了球 形元件向三位虛擬樣機和數(shù)控程序編制的整合。品6參 考 文 獻1. Paolo Leoncini, Mariano Guida, CIRA Italian Aero-space Research Centre Via Maiorise, Capua (CE) Italy. 2009. From CAD models to virtual reality simu-lations: Catia to VR geometry and Dynamics data translation by a VBA plug-in approach. 13''' Intema-tional research/expert conference “Trends in the devel-opment of machinery and associated technology“ TMT 2009, Hammamet, Tunisia, 16-21 October: 613-616.2. Jian-Ping Li, Thompson, G. 2003. Modelling of me-chanical failures in a virtual reality design environment. Reliability and Maintainability Annual Symposium - RAMS: 507-512. http://dx.doi.org/10.1109/RAMS .2003.1182040.3. Alcinia Z. Sampaio, Ana R. Gomes, Augusto M. Gomes, Joana P. Santos, Daniel P. Rosario.2011.Collaborative maintenance and constmction of build-ings supported on Virtual Reality technology. The Third Intemational Conferences on Advances in Mul-timedia: 80-86.4. D'Adderio, L. 2001. Crafting the virtual prototype:how firms integrate knowledge and capabilities across organizational boundaries. Joumal: Research Policy-RES POLICY, vol. 30, no. 9: 1409-1424. http://dx.doi.org/10.1016/S0048-7333(01)00159-7.5. Frenkel, J., Schubert, Ch., Kunze, G., Jankov, K.2009. Using modélica for interactive simulations of technical systems in a Virtual Reality environment. Proceedings 7th Modélica Conference, Como, Italy, Sep. 20-22:531.6. Kuehn, W. 2006. Digital factory- integration of simu-lation enhancing the product and production process towards operative control and optimisation. Interna-tional Joumal of Simulation 7(7): 27-39.7. Mujber, T.S., Szecsi, T., Hashmi, M.S.J. 2004. Virtu-al reality applications in manufacturing process.Jour-nal of Materials Processing Technology 155-156: 1834-838. http://dx.doi.Org/10.1016/j.jmatprotec.2004.04.401.8. Shin, J., Joo, J., Choi, I., Han, S. H. and Cho, H.2000. 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Intemationai Joumal of Human-Computer Studies 68: 254-269. http://dx.doi.Org/10.1016/j.ijhcs.2009.12.004.7在應用程序的設計與開發(fā)工程制品過程中虛擬現(xiàn)實技術的使用 總結：本 文 應 用 虛 擬 現(xiàn) 實 （ VR） 技 術 ， 加 快 新 產(chǎn) 品 及 工 藝 設 計 。 在 效 率 、 過 程 靈 活 性 和 新 產(chǎn) 品 的 功 能 上 面 的 改 善 均 可 以 使 用 這 種 技 術 。 本 文 介 紹 的 方 法 ， 可 以 加 快 工 業(yè) 生 產(chǎn) 。 這 種 方 法 來 源 于 在 機 械 工 程 領 域 的 產(chǎn) 品 和 工 藝 設 計 和 開 發(fā) 多 次 嘗 試 利 用 虛 擬 現(xiàn) 實 技 術 。 由 于 企 業(yè) 專 家 和 部 門 、 制 造 廠 商 和 客戶 之 間 的 緊 密 合 作 ， 目 標 實 現(xiàn) 了 。 科 學 的 價 值 表 現(xiàn) 為 跨 學 科 的 交 流 ， 能 夠 開 發(fā) 新 的 信 息 ， 傳 遞 和 接 受知 識和經(jīng)驗， 獲取 和改善技 能， 積累 經(jīng)驗等 。 實際 價值表現(xiàn) 在技術的 交流和思 想的快速 更新迭代 。 設 計 球 形 元 件 ， 實 現(xiàn) 二 維 圖 形 的 同 時 ， 減 少 了 耗 時 的 過 程 。關 鍵 詞 ： 三 維 虛 擬 樣 機 ， 球 形 元 件 ， 緊 密 合 作 ， 專 家 ， 生 產(chǎn) 商 ， 客 戶2012 年 11 月 2 日 投 稿2013 年 8 月 21 日 錄 用地 毯 自 動 碼 垛 機 的 設 計摘要隨著科技的發(fā)展和進步， 人民生活水平不斷提高。 方塊地毯， 作為一種用于 地面鋪設的新型地毯， 具有使地面效果舒適、 美觀的效果。 目前方塊地毯的需求 量逐年上升 ， 但我國方塊地毯產(chǎn)業(yè)裝備距離高度自動化還有不少差距 ， 集中體現(xiàn) 在在縱橫切之后到自動包裝之前的后整理工作仍舊依靠手工完成， 嚴重制約了生 產(chǎn)效率和包裝質量 。 因此 ， 基于經(jīng)濟 、 工作效率角度出發(fā) ， 利用機械設備實現(xiàn)方 塊毯碼垛自動化變得勢在必行。本文研究了國內方塊地毯的使用、 生產(chǎn)情況， 隨后又介紹了碼垛技術的概念、 發(fā)展歷史、 應用現(xiàn)狀、 存在的技術難點以及該技術未來發(fā)展趨勢。 根據(jù)設計要求 并結合實際生產(chǎn)需要進行了整體方案的設計， 主要包括壓實裝置、 換向裝置、 質 檢裝置、 翻轉裝置、 碼垛裝置、 推出裝置六個部分， 并對每個裝置展開方案的詳 細設計。 緊接著對系統(tǒng)的機械結構進行具體的設計 ， 計算校核設計參數(shù)， 利用三 維設計軟件進行建模分析，驗證設計方案的合理性。最后， 論文對地毯自動碼垛機設計方案的總結， 并對該課題未來研究方向提 出了相關建議。關鍵詞：碼垛技術，方塊地毯，包裝機械，自動化DESIGN OF THE TILE CARPET AUTOMATIC PALLETIZINGABSTRACTWith the development of science and technology, people's living standard has been improved rapidly. Tile carpet, as a new type of carpet that is used on the ground to make the environmente comfortable and beautiful. Recently, the demand for carpet is increasing year by year, but the carpet production in China has not yet fully realized the automation level. so far, lots of work still need finished manually, obviously in the aspect of cutting after finishing work manual. The production efficiency and packaging quality can not be guaranteed. Therefore, it is an imperative thing to achieve the title carpet pallet automation using of machinery and equipment based on the view of economy and work efficiency.This paper studies the domestic usage and production of tile carpets , then introduces the concept of palletizing technology, development history, application status and existing technical problems and future development trend of the technology. It introduces the overall scheme design according to the design requirements and combined with the actual production requires the overall scheme design, mainly including compaction device, reversing device, inspection device, flip device, pallet device, uninstall device. And, it discuses each part of the plan in detail. Then the paper analysis the design of mechanical structure of the system specifically, calculates the design parameters, and uses the 3D design software to modeling, make analysis, and validate the rationality of design scheme.Finally, the artical makes a summary about the title carpet automatic palletizing design , and puts forwards some suggestions about the future research direction of thesubject.Key words: Palletizing technology, Tile carpet, Packaging machinery, Automation目 錄1 緒論 11.1 引言 11.2 碼垛技術概述 21.3 碼垛技術發(fā)展現(xiàn)狀 31.3.1 國外碼垛技術研究現(xiàn)狀 31.3.2 國內碼垛技術研究現(xiàn)狀 42 碼垛機總體方案設計 52.1 地毯自動碼垛機設計要求 52.2 地毯碼垛機總體設計 53 系統(tǒng)的機械結構設計 113.1 壓實裝置 113.2 換向裝置 113.3 質檢裝置 123.4 翻轉裝置 133.4.1 方案選擇 133.4.2 工作原理 153.5 碼垛整理裝置 163.5.1 方案選擇 163.5.2 工作原理 173.6 地毯推出裝置 183.7 整體裝置 184 機械設計計算 194.1 設計基本參數(shù) 194.2 電機選型 194.2.1 電動機轉速確定 204.2.2 電動機容量確定 204.2.3 電動機技術參數(shù) 204.3 裝置尺寸設計 204.4 氣缸選型 214.4.1 氣動技術概述 214.4.2 氣缸選型 224.5 傳動零件的校核 234.5.1 軸的校核 234.5.2 鍵的校核 265 結論 28參考文獻 29致謝 3111 緒 論1.1 引言生活水平的不斷提高， 人類對于居住辦公環(huán)境的關注度也在持續(xù)升溫。 方塊 毯 （ 如 圖 1-1 所 示 ） ， 一 種 按 照 鋪 裝 方 法 和 形 狀 大 小 分 類 的 新 型 地 毯 [1]。 由 于 其 具 有 輕 巧 （ 主 要 有 50cm×50cm,60cm×60cm 兩 種 規(guī) 格 ） 、 鋪 裝 簡 單 、 保 養(yǎng) 或 清 洗 方便等諸多優(yōu)點，在家居生活或是商用辦公裝修都被廣泛采用。圖 1-1 方 塊 地 毯我國方塊毯的發(fā)展剛剛起步， 無論從產(chǎn)品品牌上還是從生產(chǎn)加工技術層面上 看 都 還 不 及 發(fā) 達 國 家 的 發(fā) 展 水 平 [2]。 但 從 方 塊 地 毯 的 生 產(chǎn) 上 看 ， 其 產(chǎn) 線 并 未 完 全 實現(xiàn)自動化， 例如： 山東威海山花地毯集團有限公司， 一個作為我國方塊地毯供 應生產(chǎn)的龍頭企業(yè)， 其方塊毯縱橫切之后的碼垛整理工作主要依靠人工完成 （如 圖 1-2 所示）。圖 1-2 方 塊 地 毯 生 產(chǎn) 現(xiàn) 場一方面， 方塊地毯的需求量日益增長， 傳統(tǒng)的手工碼垛效率已不能滿足實際2需求； 另一方面 ， 人工碼垛的質量不能得到保證， 且國內勞動力成本也在逐年上 升。 生產(chǎn)自動化的發(fā)展不僅可以保護工人的安全 ， 獲得高質量的產(chǎn)品， 而且可以 改 善 由 人 力 勞 動 帶 來 的 生 產(chǎn) 效 率 低 下 的 問 題 [3]。 國 內 企 業(yè) 從 20 世紀 80 年代開始對碼垛技術展開研究 [4],迄今為止經(jīng)過 30 多年的有條不紊的持續(xù)發(fā)展， 我國的碼 垛技術也在快速發(fā)展， 包裝機械自動化程度也達到了一定的高度。 綜合這些因素， 結合所學的機械設計相關知識， 基于現(xiàn)有的碼垛技術， 取長補短， 優(yōu)化設計一款 地毯自動碼垛機，以求改善生產(chǎn)線的自動化水平，從而提高方塊毯的生產(chǎn)效率。1.2 碼垛技術概述碼垛技術就是以集成單元化思想把雜亂無章的物體， 以某一模式將物料整齊 有 序 的 擺 放 在 一 起 [5]。 經(jīng) 過 碼 垛 后 的 物 體 ， 具 有 占 地 面 積 少 ， 搬 運 快 捷 ， 存 儲 方 便等諸多優(yōu)點。 碼垛技術， 作為物流自動化領域的新興技術之一， 近年來得到了 飛 速 發(fā) 展 ， 現(xiàn) 已 廣 泛 應 用 于 石 油 化 工 、 食 品 、 建 材 、 交 通 等 領 域 ， 發(fā) 揮 著 越 來 越 重 要 的 作 用 [6]。碼 垛 技 術 主 要 分 為 兩 類 （ 如 圖 1-3所 示 ） ， 一 類 為 人 工 碼 垛 ， 另 一 類 為 機 器 自 動 碼 垛 [4]。圖1-3 兩 種 碼 垛 方 式人工碼垛是人工將碼垛臺先放置在固定的位置上， 再依次把所需碼垛的物料 整齊的排列在托盤上。 該碼垛方式的靈活性相對較好， 生產(chǎn)初期也不需要承擔設 備的購買費。 但是人工碼垛仍然存在很多的局限性， 例如對衛(wèi)生有嚴格要求的產(chǎn) 品、 危害人體健康的產(chǎn)品， 人工碼垛會導致很多質量為問題， 其碼垛效率也遠遠 不及機器碼垛。 機器自動碼垛， 在保證工人安全作業(yè)的情況下， 既提升碼垛速度， 又減少產(chǎn)品的損耗，使得碼垛效率大大提升。人工碼垛一般應用于小批量生產(chǎn)、 產(chǎn)品重量輕、 形狀不一的場合。 用機器代替人工勞動， 不僅解決工人長時間勞動3提高了生產(chǎn)效率。 因為每一種碼垛都有其優(yōu)缺點， 所以一般在實際應用中這兩種 碼垛方式仍然并存。生產(chǎn)力在發(fā)展的同時， 碼垛技術也迎來了新的挑戰(zhàn)， 急需向跟上發(fā)展的步伐。 同時， 各大廠商都以 “廣而少” 的生產(chǎn)方式實現(xiàn)利益最大化， 碼垛設備的通用性 面臨巨大的考驗。 碼垛機需要實現(xiàn)一臺機器可以適應多個產(chǎn)品， 一臺機器可以適 應 多 條 生 產(chǎn) 線 ， 從 而 減 少 生 產(chǎn) 成 本 [7]。 隨 著 自 動 化 碼 垛 技 術 的 飛 速 發(fā) 展 ， 自 動 碼 垛堆積設備也得到了大量應用，且已卓見成效。1.3 碼垛技術發(fā)展現(xiàn)狀目前 ， 國內外都在研究并使用自動碼垛技術來極高生產(chǎn)效率 ， 創(chuàng)造更多的經(jīng) 濟效益。 越來越多的行業(yè)開始引入自動碼垛設備， 人們也感受到了自動碼垛帶來 的好處。 我國碼垛技術起步較國外晚， 其發(fā)展水平還不能與國外的發(fā)展水平相抗 衡，仍需繼續(xù)加大力度研發(fā)。1.3.1 國外碼垛技術研究現(xiàn)狀(1)20 世 紀 60 年 代 ， 美 國 成 為 首 個 研 制 出 替 代 人 工 碼 垛 的 機 器 (后 被 稱 為 碼 垛 機 ） [4]的 國 家 ， 而 后 一 些 歐 洲 工 業(yè) 發(fā) 達 地 區(qū) 也 意 識 到 碼 垛 技 術 的 重 要 意 義 ， 相 繼開始研究半自動及全自動碼垛機， 隨著生產(chǎn)的需求， 碼垛機在結構和外觀上也 在 不 斷 改 進 和 完 善 [8]。(2)國 外 碼 垛 機 器 人 快 速 發(fā) 展 ， 碼 垛 技 術 逐 漸 成 熟 。 20 世 紀 后 期 ， 碼 垛 技 術 在日本得到推廣， 首次將機器人和碼垛技術結合運 用 。 1993 年， OKURA 公司到 中 國 進 行 技 術 交 流 時 稱 其 包 裝 碼 垛 機 的 最 大 處 理 能 力 可 達 2400 袋 /小 時 。 德 國（ KUKA） 、 瑞 典 （ ABB） 等 國 家 也 研 制 出 了 碼 垛 機 器 人 [9]， 如 圖 1-4 所示。圖 1-4 碼 垛 機 器 人4(3)碼 垛 技 術 的 未 來 發(fā) 展 呈 智 能 化 趨 勢 ， 一 臺 機 器 與 多 個 傳 感 器 配 合 使 用 成 為重要的一個研究方向 [10]。1.3.2 國內碼垛技術研究現(xiàn)狀（ 1） 20 世 紀 80 年 代 ， 國 內 相 關 機 構 或 人 員 開 始 注 意 碼 垛 技 術 并 積 極 開 展 研究， 到現(xiàn)在國內已經(jīng)擁有與之相關的專業(yè)科技和制造團隊 ， 如宜昌機械廠、 哈 工大學機器人研究所等 [11]。 現(xiàn)階段， 我國自主制造的碼垛機在產(chǎn)品型號、 機器性 能 方 面 都 取 得 了 可 觀 的 成 績 ， 基 本 滿 足 生 產(chǎn) 需 要 [8]。（2）碼垛機器人也在快速發(fā)展，其工作效率得到很大的提升。哈工大機器 人 研 究 所 研 制 的 碼 垛 機 器 人 ， 工 作 效 率 可 達 800 袋 /小 時 。 國 內 自 主 研 制 生 產(chǎn) 的 ZM1000 托 盤 式 全 自 動 碼 垛 機 工 作 效 率 可 達 1000 袋 /小 時 [5]。 高 速 碼 垛 是 碼 垛 技 術領域的一個重要研究方向，我國也跟國外一樣，正在積極開展研發(fā)工作。（3）碼垛技術在我國包裝行業(yè)中是“新生兒” [12]，在化工業(yè)、制造業(yè)、農(nóng) 業(yè)中均被廣泛使用。 雖然我國的碼垛技術經(jīng)過了三十幾年的發(fā)展， 但是現(xiàn)在仍然 還有很多企業(yè)由于經(jīng)濟能力的限制還未采用自動碼垛技術。 目前我國的自動碼垛 技術在一些特定產(chǎn)品上技術還不夠成熟， 例如聚丙烯自動碼垛機 [10]大部分從國外 購買。（4）國產(chǎn)碼垛機的性能還不及發(fā)到國家水平。從生產(chǎn)加工角度來看，由于 國內加工方法有限和加工精度不夠， 國產(chǎn)碼垛機普遍存在使用壽命不足和維修工 作頻繁的特點。機器中控制系統(tǒng)的主要元器件也無法同國外先進的元器件相比， 這也在一定程度上影響了設備的性能。52 碼 垛 機 總 體 方 案 設 計2.1 地毯自動碼垛機設計要求本設計中的地毯自動碼垛機， 需要實現(xiàn)地毯自動隔一間一翻轉、 碼垛、 整理 功 能 ， 滿 足 自 動 疊 放 要 求 ， 實 現(xiàn) 地 毯 自 動 隔 一 間 一 翻 轉 、 碼 垛 、 整 理 功 能 ， 滿 足 自動疊放要求。 該設計可以有效解決人工碼垛生產(chǎn)效率低下、 碼垛質量不過關等 問題。在設計過程中，該裝置需要滿足如下要求：（1）需要在方塊地毯生產(chǎn)流水線的基礎上進行設計；（2）裝置的設計需要考慮方塊地毯材質的特殊性；（3）快速、準確實現(xiàn)裝置的關鍵工作（翻轉、碼垛、整理）；（4）整體從安全、經(jīng)濟、適用等角度出發(fā)，進行整個裝置的設計。 在進行地毯自動碼垛機參數(shù)計算前， 根據(jù)實際生產(chǎn)需要， 對該裝置要實現(xiàn)的功能進行了模塊化處理 [13]，圖 2-1 為整個生產(chǎn)流程的總體設計方案框架。2.2 地毯碼垛機總體設計圖 2-1 設 計 方 案 框 架地毯自動碼垛機的總體設計主要包括以下六個模塊： 地毯壓實裝置、 地毯換 向 裝 置 、 地 毯 質 檢 裝 置 、 地 毯 翻 轉 裝 置 、 地 毯 碼 垛 整 理 裝 置 、 地 毯 推 出 裝 置 。 地縱 橫 切 后 的 方 塊 毯壓 實 傳 送 帶 換 向 裝 置 增速 傳送帶 （用于 地毯 間 距 的 調 整 ）碼 垛 整 理 裝置 翻 轉 裝 置 合 格 地 毯 檢 次 裝 置不 合 格地 毯 推 出 裝 置回 收 箱6毯自動碼垛機實現(xiàn)了地毯從縱橫切之后到包裝前的所有工作， 實現(xiàn)了生產(chǎn)線碼垛 的自動化。(1)地 毯 壓 實 裝 置 當方塊毯經(jīng)過縱橫切之后 ， 需要進入下一級傳送帶 ， 為后續(xù)的工作做好準備。方 塊 地 毯 材 質 特 殊 ， 背 襯 材 料 一 般 為 彈 性 或 高 分 子 材 料 [14]。 為 了 防 止 地 毯 在 進 入下一級傳送帶時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象， 設計了地毯壓實裝置， 主要原理為物體壓在地 毯表面， 物體隨著地毯的移動而運動進一步帶動地毯的順利傳送。 裝置大致框圖 如圖 2-2 所示，大體設計如下：1）裝置位于縱橫切傳送帶后端傳送帶的接頭處上方，大致分為機架，壓實 機構，執(zhí)行機構三個部分，其中支架直接與皮帶支架連接。2）壓實動作主要由軸上套圓柱式橡膠輥子完成；3）壓實過程為間歇式，利用氣動技術推動軸的上下運動控制，氣缸安裝在 機架上。 氣缸執(zhí)行動作利用安裝在該段傳送帶上的光電開關對地毯的進入檢測信 號進行控制。(2)地 毯 換 向 裝 置圖 2-2 壓 實 裝 置 框 架 圖方塊毯生產(chǎn)過程工序復雜繁多，占地面積較大。從節(jié)省占地面積角度出發(fā)， 設 計 地 毯 換 向 裝 置 。 該 裝 置 可 快 速 實 現(xiàn) 地 毯 速 度 方 向 的 90°轉 變 ， 調 整 生 產(chǎn) 線 的 布置，減少生產(chǎn)占地。換向裝置的主要原理是利用皮帶運輸線擺放位置的不同， 如圖 2-3 所示，實現(xiàn) 90°的換向。壓 實 裝 置機架 壓 實 組 件 執(zhí) 行 元 件固 定 在 皮 帶 運輸 線 的 頭 端軸 上 套 圓 柱 式橡 膠 輥 子 氣 缸 +光 電 檢 測氣 缸 運 動輥 子 運 動 ， 壓在 地 毯 表 面7圖 2-3 換 向 原 理 圖 根據(jù)查閱相關資料，初步選擇有以下兩個方案： 1 )皮 帶 運 輸 線 。 皮 帶 輸 送 線 ， 又 被 成 為 皮 帶 運 輸 機 ， 可 以連 續(xù) 或 間 歇 的 運 送物料 [15]，具有耐油、耐腐蝕、防靜電等優(yōu)點。2)輥道運輸線。 輥道運輸線主要分為動力式和無動力 式兩種 [16]。 該運輸線運 輸平穩(wěn)，便于保養(yǎng)，可用于箱體、包狀等較大物件的輸送。由于方塊地毯縱橫切之后的運輸速度較快， 地毯的換向必須保證準確， 換向 之后地毯的位置不會發(fā)生偏移， 否則對后續(xù)的工作造成影響 。 輥道運輸線相較于 皮帶運輸線與方塊毯的接觸面積小， 且摩擦小， 換向更為容易， 所以選擇輥道運 輸 線 作 為 地 毯 的 換 向 裝 置 。 且 考 慮 到 速 度 90°換 向 幅 度 較 大 ， 需 要 將 原 來 的 速 度 方向瞬間變?yōu)?0，此時在輥道運輸線的兩側加以擋板以防地毯沖出輥道運輸線， 影響后續(xù)工序。(3) 地毯質檢裝置 地毯在生產(chǎn)過程中，由于一些不可控因素存在一定的次品率。次品的存在，一方面影響了整個產(chǎn)品的質量， 對企業(yè)的品牌進行沖擊 ， 另一方面可能危害人的 身體健康。 針對這些次品， 設計地毯檢次裝置 ， 用于地毯次品的檢測和剔除。 該 裝置總體設計為：1)裝置整體分為三個部分 ： 檢測系統(tǒng) 、 剔除裝置、 回收箱。 檢測系統(tǒng)位于皮 帶運輸線的頭端上方。 剔除裝置放在檢測系統(tǒng)之后 ， 位于皮帶的側邊。 回收箱位 于剔除裝置的對面，放在皮帶運輸線側邊。2）檢測系統(tǒng)分為工業(yè)相機（與分析系統(tǒng)相連）、光源兩個部分，剔除裝置 由氣缸擋板組成。當檢測到地毯進入到制定區(qū)域時，工業(yè)相機對地毯進行拍照， 分析系統(tǒng)對信號進行分析處理， 并將分析結果傳遞給剔除裝置 ， 剔除裝置對處理8結果進行處理。 利用擋板推動傳送帶上的地毯次品， 讓其掉進回收箱， 主要運動 過程如圖 2-3 所示。圖 2-3 質 檢 過 程 示 意 圖(4)地 毯 翻 轉 裝 置 地毯碼垛時需要面對面碼垛或者背對背碼垛， 經(jīng)過縱橫切后的地毯全部是正面朝上或背面朝上。 面對這種情況， 設計地毯翻轉裝置， 實現(xiàn)地毯的隔一間一翻 轉，為后續(xù)的碼垛工作打好基礎。針對翻轉功能，有以下兩種方案可供選擇：1)利 用 翻 轉 皮 帶 或 機 器 人 實 現(xiàn) 進 行 地 毯 的 翻 轉 ；2)利 用 翻 轉 桿 帶 動 方 塊 毯 實 現(xiàn) 地 毯 的 自 動 翻 轉 。方案 1） 中翻轉皮帶雖然可以實現(xiàn)地毯的翻轉工作， 但是實際流水線上地毯 的 碼 垛 需 要 面 對 面 碼 垛 或 是 背 對 背 碼 垛 ， 所 以 前 面 的 基 礎 工 作 之 一 -翻 轉 也 需 要 是隔一間一進行翻轉。 翻轉皮帶無法實現(xiàn)地毯的隔一間一翻轉動作， 即使采用兩 個路徑匯聚的形式 （翻轉的皮帶和不翻轉的皮帶匯聚到一起最后一起運輸至下一 個工位） ， 該方法占地面積增大， 對各個設備之間的協(xié)調性提出了更嚴峻的考驗。 機器人雖已經(jīng)廣泛應用于各種機械加工場合， 其工作效率、 安全性等都有不凡表 現(xiàn)。但對于一般的小企業(yè)來說，機器人的使用成本遠遠超出能夠承擔的范圍?？紤]到方案 1）中的成本及裝置的復雜性，采用方案 2）。將皮帶運輸線做 成分段式的形式， 將翻轉桿放在皮帶斷的中間分段空隙處， 利用伺服電機控制翻 轉桿的翻轉角度， 讓其在各個時間點實現(xiàn)精確運動， 從而保證方塊地毯的順利翻 轉。地毯的隔一翻一采用傳感器進行計數(shù)控制，當計數(shù)為奇數(shù) 1 時，地毯翻轉；當計數(shù)為偶數(shù) 2 時， 地毯不翻轉， 直接進入下一級傳送帶。 一個循環(huán)后， 傳感器計數(shù)清零，為下一次工作循環(huán)做好準備。大致設計圖如圖 2-4 所示。地 毯 進 入 信 號 工業(yè) 相機拍照， 分析 信號下 一 級 傳 送 帶 Y 分 析 信 號 傳 遞 給 剔 除 裝 置 （ 氣 缸 擋 板 ） N 回 收 箱9分 段 皮 帶 運 輸線翻轉(5)地 毯 碼 垛 整 理 裝 置圖 2-4 翻 轉 皮 帶地毯自動碼垛機的核心動作之一就是碼垛， 針對這個動作， 主要根據(jù)人工碼 垛整理的思想進行設計。地毯碼垛裝置代替了人工碼垛，且碼垛質量得到保證。 碼垛的初步設計方案有以下兩種方式可供選擇：1)地 毯 直 接 掉 落 到 升 降 臺 上 ， 每 掉 一 塊 地 毯 ， 升 降 臺 下 降 一 次 ， 如 圖 2-5 所示。圖 2-5 方 案 （ 1） 示 意 圖2)地毯的掉落過程分為兩級。地毯先掉落到一級平臺，然后進行二級掉落， 如圖 2-6 所示。圖 2-6 方 案 （ 2） 示 意 圖一 平二 級 平 臺地 毯 降 落升 降 臺 下 降10整理的動作主要設計思路如下： 碼垛的平臺四周加四塊擋板， 一是防止碼垛 好的地毯移動位置， 影響包裝質量， 二是擋板作為整理動作的一個零件。 整理的 動作主要采用氣缸推動擋板進行水平移動來實現(xiàn)。 四塊擋板中兩對邊各一塊擋板 進 行 移 動 （ 如 圖 2-7 所 示 ） ， 其 余 兩 塊 擋 板 位 置 固 定 不 動 。 每 當 地 毯 掉 落 時 ， 擋 板伸縮一次，進行地毯的整理工作。固定固 定(6)地 毯 推 出 裝 置圖 2-7 整 理 示 意 圖為了實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性，需要將碼垛好的地毯推出，以便后面的包裝工作。 地毯推出裝置需要在地毯碼垛裝置的基礎上進行設計， 地毯推出動作設定為氣缸 推動完成。 地毯推出裝置主要由檢測開關 （位于傳送帶上） 、 執(zhí)行元件、 升降臺、 收集臺四個部分組成，升降臺利用地毯碼垛裝置中方案（2）中的二級平臺，將 其設計成氣缸控制的升降臺。 在升降臺的最低位置側邊設置地毯推出裝置， 主要 采用氣缸推動擋板，擋板推動碼垛好的地毯。整個裝置布局圖如圖 2-8 所示。圖 2-8 推 出 裝 置 布 局 圖收 集 臺 升 降 平 臺 氣 缸 擋 板111233 系 統(tǒng) 的 機 械 結 構 設 計3.1 壓實裝置壓實裝置的主要目的是防止地毯縱橫切之后進入下一級傳送帶時打滑， 所以 當?shù)靥簞傔M入下一級傳送帶時， 用輥子壓實地毯。 一是增大地毯與傳送帶的摩擦， 二是輥子在壓實的同時自身轉動， 有助于地毯跟傳送帶同步運動。 考慮到地毯生 產(chǎn)流水線的特征， 壓實動作只能是間歇式， 采用氣缸的伸縮控制該動作的間歇性。 綜上所述， 地毯壓實裝置主要由機架、 推動氣缸、 壓實輥三部分組成 ， 三維設計 模型 [17]如圖 3-1 所示。圖 3-1 地 毯 壓 實 傳 送 帶1-機 架 2-推 動 氣 缸 3-壓 實 輥在設計過程中， 根據(jù)地毯縱橫切實際情況和地毯自身屬性， 且考慮到每塊方 塊地毯的厚度不一，軸與輥子采用軸承配合，軸與支架直接采用軸孔過度配合， 使實際運動過程中輥子壓實地毯的效果更好， 保證了地毯的質量要求。 機架的高 度不宜過高，這保證了壓實動作的快速性。當光電開關檢測到地毯開始進入該級傳送帶時 ， 氣缸開始工作 ， 活塞桿推動 帶有壓實輥的橫梁向下移動 。 當?shù)靥和耆M入傳送帶時 ， 壓輥剛好壓在方塊毯表 面，每個壓實輥在傳送帶的帶動下轉動，從而帶動方塊毯與傳送帶一起運動。3.2 換向裝置換向裝置采用傳統(tǒng)的動力式輥道運輸線。 由于地毯的傳送速度快， 為防止由12于慣性原因 ， 地毯在進入該段運輸線時沖出輥道線外 ， 在輥道線的兩側邊進行了 添加側邊擋板設計 。 該裝置保證了換向動作的準確性 ， 對后續(xù)工序起著非常重要 的作用，三維模型如圖 3-2 所示。圖 3-2 換 向 裝 置 -輥 道 運 輸 線整個輥道運輸線的長度根據(jù)壓實皮帶段的寬度而定， 寬度由方塊地毯的外觀 尺寸而定。 方塊地毯相對來說， 質地不算太軟， 也不易出現(xiàn)地毯從各個滾筒之間 間隙劃出的情況。地毯從壓實傳送帶傳送過來， 進入輥道運輸線。 輥道運輸線兩側邊裝的擋板 有效防止地毯掉落。 緊接著地毯在動力輥道的推動下改變傳送方向， 向新的傳送 方向移動。3.3 質 檢 裝 置考慮到方塊地毯的次品率較低，地毯的質檢裝置采用了擋板來剔除殘次品， 讓其自動掉入回收箱， 從成本角度出發(fā)而不單獨再設置殘次品的回收傳送帶 。 三 維模型如圖 3-3 所示。圖 3-3 地 毯 質 檢 裝 置13該 質 檢 裝 置 主 要 采 用 視 覺 檢 測 原 理 [18]， 這 種 技 術 主 要 原 理 是 利 用 機 器 視 覺 完成檢測。 用機器校驗產(chǎn)品的質量， 檢測精度得以優(yōu)化。 視覺檢測核心技術主要 有圖形的自動生成、圖形的自動獲取、圖形的定位于分割、圖形的識別與檢測。地 毯 質 檢 裝 置 主 要 包 括 光 源 、 相 機 、 剔 除 擋 板 裝 置 [19]組 成 。 光 源 和 相 機 的 位置在實際使用時高度可以調節(jié)，當光電傳感器檢測到方塊毯進入特定區(qū)域時， 工業(yè)相機對地毯進行拍照。 工業(yè)相機與信息采集卡相連， 信息采集卡獲取信息后， 電腦對圖像進行處理分析。 分析結果信號與推動擋板裝置相連 ， 若檢測結果不合 格， 則推動裝置中的氣缸開始運動， 推動擋板向前移動， 擋板推動次品掉入次品 回 收 箱 （ 如 圖 3-4 所 示 ） ； 若 檢 測 合 格 ， 推 動 擋 板 裝 置 不 啟 動 ， 地 毯 繼 續(xù) 運 動 至 下一傳送帶。3.4 翻轉裝置圖 3-4 地 毯 質 檢 裝 置 工 作 狀 態(tài) 圖3.4.1 方案選擇 翻 轉 裝 置 主 要 是 實 現(xiàn) 方 塊 毯 的 自 動 隔 一 間 一 翻 轉 [20]， 裝 置 隔一 間 一 的 動 作是整個運動過程的核心。在設計過程中，有以下幾個階段：（1）翻轉桿（如圖 3-5 所示）在 180°旋轉氣缸的帶動下進行翻轉，翻轉桿 帶 動 地 毯 進 行 翻 轉 。 該 方 案 旋 轉 氣 缸 運 動 過 程 沒 有 停 歇 ， 方 塊 毯 在 翻 轉 過 程 中（ 0°-180°） 一 直 與 翻 轉 桿 接 觸 ， 地 毯 最 后 會 被 翻 轉 桿 壓 在 傳 送 帶 平 面 上 。 雖 然 實現(xiàn)了方塊毯的自動翻轉， 但是翻轉后的方塊毯不能順利通過傳送帶繼續(xù)傳到下 一級。14圖 3-5 翻 轉 桿（2）針對方案 （1） 中的不足， 重新制定了方案。 該方案對翻轉桿進行結構 調 整 ， 在 翻 轉 桿 中 間 部 分 增 加 凸 出 部 分 （ 如 圖 3-6 所 示 ） ， 用 于 需 要 翻 轉 方 塊 地 毯的截停， 使得翻轉過程更加順利。 驅動部分采用伺服電機驅動， 以實現(xiàn)翻轉過 程中翻轉桿的間歇運動， 讓翻轉后的地毯順利傳送出去。 此方案， 雖然可以實現(xiàn) 方塊地毯的自動翻轉，且地毯也能順利繼續(xù)傳送，但是每次地毯翻轉完成之后， 裝 置 復 位 需 要 繼 續(xù) 翻 轉 180°，全過程實現(xiàn) 360°的 翻 轉 。 在 該 過 程 中 ， 復 位 過 程 無疑對下一片傳送過來的地毯造成了影響。 從整個生產(chǎn)的合理性來看， 該方案需 要繼續(xù)優(yōu)化改進。圖 3-6 增 加 凸 出 部 分 的 翻 轉 桿針對上述兩個方案的問題，在修改了方案（2）的基礎上重新制定了新的方 案。 該方案在方案 2 上對裝置的結構進行了調整， 對截停功能和翻轉功能進行了 分離。 截停裝置采用氣缸推動擋板 ， 擋板上升和下降實現(xiàn)地毯的截停。 當檢測到 翻轉地毯時， 截停裝置進行工作， 上升截停需要翻轉的地毯； 當?shù)靥翰恍枰D 時， 該裝置維持不動， 地毯不進行翻轉， 順利進入下一級。 該裝置主要由地毯翻 轉裝置、地毯截停裝置、地毯輸送裝置、光電檢測控制裝置組成。裝置如圖 3-7 所示。15圖 3-7 翻 轉 裝 置 軸 測 圖為了看清楚截停裝置， 圖 3-8 中可以清楚的看出其所處位置 。 該裝置位于翻 轉桿前端，對地毯進行截停實現(xiàn)地毯的有效翻轉。3.4.2 工作原理圖 3-8 翻 轉 裝 置 正 視 圖（1）需翻轉地毯剛經(jīng)過入口檢測開關時，檢測信號傳遞到截停裝置，截停 裝置工作并推動擋板上升做好截停準備，此時入口計數(shù)傳感器為 1。（2）當翻轉地毯完全經(jīng)過入口檢測開關時，檢測信號傳遞到翻轉裝置，伺 服 電 機 開 始 工 作 ， 先 以 速 度 V1 轉 動 20°， 再 以 速 度 V2（ V2＞ V1） 帶 動 地 毯 轉 動 130°。此時翻轉桿與地毯均轉過 150°。當伺服電機轉過 150°時，為了保證地 毯掉落之后順利傳送出去，電機停止轉動，地毯則依靠自重掉落到輸送帶上。（ 3） 當 地 毯 剛 好 經(jīng) 過 出 口 光 電 檢 測 開 關 時 ， 此 時 入 口 計 數(shù) 傳 感 器 為 1， 并 將此信號傳遞到截停裝置，裝置復位為下一次翻轉做準備。（4）當?shù)靥和耆?jīng)過出口光電檢測開關時，將信號傳遞到翻轉裝置，電機 按原方向繼續(xù)轉動 30°，此時翻轉桿完成 180°翻轉，即復位（處于水平狀態(tài)）。 上 述 （ 1） -（ 4） 實 現(xiàn) 了 地 毯 的 一 次 翻 轉 ， 當 第 二 片 地 毯 傳 送 過 來 時 ， 入 口16光電檢測開關計數(shù)為 2 然后立馬清零， 截停裝置和翻轉裝置均不工作。 當?shù)靥航?jīng) 過 出 口 檢 測 開 關 時 ， 計 數(shù) 為 2， 然 后 立 馬 清 零 。 這 樣 第 二 片 地 毯 沒 有 經(jīng) 過 翻 轉 順 利通過傳送帶。 至此一個地毯隔一間一翻轉循環(huán)完成， 以后的地毯不斷重復這個 過程。工作過程中各個時間節(jié)點各裝置的狀態(tài)見表 3-1.表 3-1 地 毯 隔 一 間 一 翻 轉 過 程 各 裝 置 狀 態(tài)循 環(huán) 過 程 節(jié)點第 一 塊 地 毯 進 入 （ 需 要 翻 轉 的 地 毯 ） 各 裝 置 狀 態(tài)第 二 塊 地 毯 進 入 （ 不 需 要 翻 轉 的 地 毯 ） 各 裝 置 狀 態(tài)剛 好 經(jīng)過 入 口完 全 經(jīng)過 入 口剛 好 經(jīng)過 出 口完 全 經(jīng)過 入 口剛 好 經(jīng)過 入 口完 全 經(jīng)過 入 口剛 好 經(jīng)過 出 口完 全 經(jīng)過 入 口光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢 光 電 檢裝置 測 開 關 測 開 關 測 開 關 測 開 關 測 開 關 測 開 關 測 開 關 測 開 關入 口 傳 感 器 計 數(shù) 1 1 1 1 2→ 0 0 0 0出 口 傳 感器 計 數(shù) 1 1 1 1 2→ 0 0 0 0輸 送 帶 正 準 備 輸 送 帶 輸 送 帶地毯 上 接觸 上 上 地毯 不翻轉 ， 全程 隨著輸送 帶向前傳 動翻 轉 桿 0° 20° 150° 180° 180°截 停 裝 置 工 作 上 停 止 不升 動 復 位 狀 態(tài)3.5 碼垛整理裝置3.5.1 方案選擇（ 1） 地 毯 一 次 掉 落 到 升 降 臺 上 ， 升 降 臺 控 制 升 降 [21]。 雖 然 該 方 案 簡 單 ， 但 是由于生產(chǎn)出來的地毯厚度不一， 那么每次升降臺需要降落的高度難易確定， 碼 垛效果也不理想。（2）針對地毯厚度不均的問題，采用一分為二思想，地毯分為兩次掉落。17臺上。 同時， 地毯在二級平臺四周加四塊擋板， 其中兩側邊用兩個氣缸與板固定， 用 于 實 現(xiàn) 地 毯 的 整 理 工 作 。 一 級 平 臺 采 用 一 個 氣 缸 驅 動 ， 由 氣 缸 推 動 [15]實 現(xiàn) 平 臺的打開關閉。 考慮到方塊毯的尺寸規(guī)格， 這種方案地毯二級掉落容易出現(xiàn)位置 偏移，碼垛效果也不能得到保證。（3）為了解決方案 （2） 中所面臨的問題， 繼續(xù)采用一份為二思想， 對方案 進行了調整， 將一級平臺等分為兩個部分， 由兩個氣缸分別驅動。 同時， 對平臺 進行了面積較少處理， 直接改成三根軸， 使得地毯一級掉落變得更好， 碼垛效果 也達到最佳。裝置如圖 3-8 所示。3.5.2 工作原理圖 3-8 碼 垛 裝 置當光電開關檢測到地毯掉落時， 一級平臺的兩個氣缸工作， 伸縮條向外伸出， 地毯掉落至二級平臺， 同時兩側邊擋板的兩個氣缸開始工作， 推動擋板前進對碼 垛 的 地 毯 進 行 整 理 ， 此 時 碼 垛 裝 置 的 狀 態(tài) 如 圖 3-9 所 示 。 而 后 各 個 氣 缸 復 位 ， 進 行下一個工作循環(huán)。圖 3-9 碼 垛 裝 置 打 開 狀 態(tài)183.6 地 毯 推 出 裝 置地毯推出裝置需要在地毯碼垛整理裝置的基礎上進行設計， 利用碼垛裝置中 的二級平臺， 將其設計成升降平臺， 當?shù)靥捍a垛到設定數(shù)量后， 升降臺下降。 然 后， 利用氣缸推動擋板， 擋板推動地毯， 實現(xiàn)地毯的連續(xù)生產(chǎn) 。 緊接著所有裝置 復位，等待下一次工作。三維模型如圖 3-10 所示。圖 3-10 地 毯 推 出 裝 置如圖 3-8 所示， 裝置中升降臺和地毯推出擋板均采用氣缸控制， 地毯推出被 送到收集臺上， 收集臺采用中間鏤空形式， 便于后續(xù)地毯自動包裝時地毯抓手順 利抓取碼垛好的地毯，從總體上提高整個生產(chǎn)線的自動化水平。3.7 整 體 裝 置上述分別就地毯自動碼垛機的各個功能進行了分解介紹， 清楚的看到每個功 能可以有多個方案， 如何選擇每個方案中的最優(yōu)以及如何確定組合方案的最優(yōu)成 為了設計難點。 在該設計裝置中， 基本可以實現(xiàn)地毯從縱橫切之后到自動包裝之 前的全部工作。整個裝置三維模型圖如圖 3-11 所示。圖 3-11 整 體 裝 置 三 維 模 型 圖194 機 械 設 計 計 算4.1 設計基本參數(shù)（ 1） 方 塊 地 毯 有 兩 種 規(guī) 格 尺 寸 ： 500×500mm， 600×600mm（2）每片方塊地毯厚度為 5-10mm（3）方塊毯切塊的基本速度 60 片/分，每次切割成品為 4/8 片（因切割機而異）（4）裝箱數(shù)常規(guī)的有 4 片/8 片/10 片/12 片/箱4.2 電機選型在實際生產(chǎn)中， 電機的選型尤其重要， 選擇合適的電機對工作性能和經(jīng)濟性 能均有很大作用 。 電機功率選擇過大造成能源浪費 ， 功率過小又不能滿足實際生 產(chǎn)需要。圖 4-1 為整個裝置的三維圖。6 5 4 321圖 4-1 裝 置 俯 視 圖1-壓 實 段 2-輥 道 段 3-增 速 段 4-檢 次 段 5-翻 轉 段 6-碼 垛 段設計過程中， 根據(jù)實際生產(chǎn)需求， 首先設定各個傳送帶的運行速度 （詳情見 表 4-1）。表 4-1 各 傳 送 帶 設 定 速 度階段 1 2 3 4 5 6設 定 速 度 30 40 50 50 50 60電機具體選型過程以階段 1 為例：已 知 ： 取 皮 帶 輥 輪 D=80mm； 皮 帶 速 度 V=30m/min； 傳 送 帶 上 地 毯 與 皮 帶20nP總 質 量 m=5Kg;摩 擦 系 數(shù) ????0.3 ；傳動效率 ????0.9 ； 選 用 Y 系 列 齒 輪 減 速 三相交流異步電動機。4.2.1 電動機轉速確定 滾軸轉速：式中：1000V?w ?D??1000 ??30 =119 r/min (4-1)3.14 ??80V: 皮 帶 傳 輸 速 度 ； D： 滾 筒 外 觀 直 徑取電動機轉速 nd=1500r/min， 減 速 器 傳 動 比 i=1500/119=12.6 4.2.2 電動機容量確定（1）滾輪所需輸入功率??FV ? Mg?V ??5 ??9.84 ??0.3 ??30 ? 442 W (4-2)（2）電動機所需功率4.2.3 電動機技術參數(shù)442? w ? ??a 0.9 491W （4-3）具體參數(shù)如表 4-2 所示：表 4-2 電 動 機 技 術 參 數(shù)型號 額 定 功 率 (w) nw DY801-4 550 1500 254.3 裝 置 尺 寸 設 計在地毯自動碼垛機的設計過程中 ， 大量的機械結構需要進行尺寸設計 ， 在設 計過程中需要根據(jù)實際需要并結合相關標準件進行尺寸的修改和完善。 本文以傳 送帶的設計為例，圖 4-2 為傳送帶的三維模型圖。PwPd21圖 4-2 傳 送 帶 三 維 模 型 圖（ 1） 根 據(jù) 方 塊 地 毯 的 尺 寸 規(guī) 格 ， 確 定 傳 送 帶 的 寬 度 700mm ， 傳 送 帶 長 度2000mm；（2）考慮到 2m 傳 送 帶 較 長 ， 將 傳 送 帶 一 分 為 二 ， 中 間 再 用 支 架 連 接 。 每 段 為1m；（3） 首先初步設定傳送帶滾輪的外觀直徑 D=40mm， 依次確定滾輪其余段直徑， 再根據(jù)兩端直徑確定軸承座組件，如圖 4-3 所示；圖 4-3 滾輪（4）考慮零件的定位、連接，如在槽鋼上打孔用于軸承座和槽鋼的固定；（5）綜合以上設計步驟，再對相關細節(jié)做出調整。4.4 氣 缸 選 型4.4.1 氣動技術概述 氣動技術 [22]， 廣泛應用于機械自動化技術中。 氣動傳動與液壓傳動雖然工作原理和系統(tǒng)組成相同， 但工作介質不同。 氣壓傳動的工作介質是低成本 （有時候 需要對空氣進行處理耗費一些財力） 的空氣， 流動損失小， 可集中供氣。 氣壓傳 動系統(tǒng)主要組成部分見表 4-3。22980.25 ??0.55 ??3.14D表 4-3 氣 壓 傳 動 系 統(tǒng) 組 成名稱 作用 常 見 裝 置能 源 裝 置 機 械 能 轉 化 為 壓 力 能 空 氣 壓 縮 機執(zhí) 行 元 件控 制 元 件壓 力 能 轉 化 為 機 械 能控制 和調節(jié)方 向、 流量 、 壓力氣 馬 達 、 擺 動 馬 達溢 流 閥 、 壓 力 閥輔 助 元 件工 作 介 質輔 助 作 用傳 遞 能 量 和 信 號消 音 器 、 過 濾 器空氣氣動傳動技術具有以下幾大優(yōu)點：（1）系統(tǒng)的介質來自于大自然，取材方便，環(huán)保無污染；（2）空氣的年度系數(shù)小，流通順暢，適于遠距離輸送；（3）適用性好，可承受惡劣環(huán)境，如粉塵環(huán)境、易燃環(huán)境等；（4）相應速度快且操作控制方便、省力。 當然氣動技術也不是百分百的好，存在一定的不足：（ 1） 能 量 的 轉 換 過 程 存 在 能 量 的 損 失 ， 所 以 轉 換 次 數(shù) （ 兩 次 ） 的 增 多 也 會 導致傳動效率低下的問題；（2）氣動元件制造精度高，發(fā)生故障后不易診斷且維修費用高；（3）由于空氣具有可壓縮性，也容易發(fā)生泄漏，所以不能保證定比傳動。 4 .4.2 氣缸選型 在整個裝置中 ， 氣缸被大量使用， 對于氣缸的選型以壓實裝置中的氣缸為例。壓實裝置中氣缸行程為 100mm， 運動速度為 0.1m/s， 設定活塞速度負荷率α =0.5，負荷質量 M=5Kg，（1）安裝方式：前端法蘭型（2）氣缸所需推力確定：F(N) ?（3）氣缸缸徑確定：g ??M ??9.8 ??50.5 ??98 N （4-4）F? ? ??15.06 mm （4-5）m 0.25 ??p ?π23根據(jù)以上計算，該氣缸的參數(shù)如下表 4-4 所示。表 4-4 氣 缸 技 術 參 數(shù)型號 缸徑 動 作 方 式 活 塞 速 度 緩沖 給油 接 管 口 徑（ mm）CDJ2B16-12016 雙 作 用 50-750mm/s 橡 膠 緩 沖 不 需 要 M5×0.84.5 傳 動 零 件 的 校 核在機械設計中， 傳動形式 [23]包括帶傳動 、 鏈傳動、 齒輪傳動、 蝸輪蝸桿傳動 等。 各個傳動方式均有其優(yōu)勢， 實際應用都比較廣泛。 在傳動過程中 ， 起主要作 用的傳動零件有軸、 鍵、 齒輪， 這些零件的壽命往往直接影響著整個裝置的使用 時 長 。 所 以 ， 對 設 計 的 傳 動 零 件 進 行 使 用 安 全 校 核 （ 強 度 校 核 、 壽 命 校 核 等 ） 是 設計過程中不可缺少的一步。4.5.1 軸的校核 軸一般用于傳遞運動 ， 對于機器的回轉運動也是不可或缺的一部分 。 軸的強度或剛度需要滿足實際需要 ， 必要的時候還要對軸的振動穩(wěn)定性進行校驗 ， 以下 以皮帶傳動滾筒上的軸的校核為例。（1）尺寸設計 傳動軸主要分為三個段， 一段用于皮帶的支撐， 一段用于皮帶套筒軸承的安裝，一段用于軸空間位置的固定安裝，其尺寸設計如圖 4-4 所示。（2）強度校核1）轉軸扭矩強度校核圖 4-4 傳 動 軸 尺 寸 圖軸上安裝一對軸承座， 與一個電機相連。 為方便計算， 現(xiàn)將軸受力予以簡化， 如圖 4-5 所示。24T r1TTT③ ② ①圖 4-5 軸 受 力 簡 圖轉軸右端扭矩 T 可根據(jù)轉軸電機參數(shù)計算而得：T ??9550 P ?n9550 ??0.55 ?1500 3.51 N·m （ 4-6）軸承處的扭矩r1 ? F ??r （ 4-7）根據(jù)材料力學知識，用截面法根據(jù)平衡方程計算各段的扭矩。 截面①：如圖 4-6 所示T1 T圖 4-6 截 面 ① 扭 矩 示 意 圖以 T1 表示截面①處的扭矩，由平衡條件列出平衡方程可得：（ 4-8）1 ??T ??0得： 1 ??T ? 3.51 N·m （ 4-9）同理，截面②，所受扭力如圖 4-7 所示：T2 Tr1圖 4-7 截 面 ② 扭 矩 示 意 圖T66525TTr2 Tr1 TT 2WW （ 4-13）TT2 ??T ??Tr1 ??T ??Fr1 ??r (4-10)截面③，所受扭力如圖 4-8 所示：T3圖 4-8 截 面 ③ 扭 矩 示 意 圖3 ????Tr2 ?T ??Tr1 ????Fr2 ?r2 ??T ??Fr1 ??r1(r1 ??r ) （ 4-11）圓形截面抗扭系數(shù)：?D3?t 16 （ 4-12）校核軸的強度條件時，采用最大切應力，計算公式如下：T?max ?max ＜ [?]t上述三個截面中可以看出：1 ??T3 ??T2（ 4-14）此處利用反向思維， 假設強度合格， 推算所能承受的轉矩， 再根據(jù)經(jīng)驗判定 該轉矩是否符合使用要求。max ??[?] ??Wt ? 70 ?3.51????0.025316???8 ??104 N·m （ 4-15）可以看出該軸能夠承受的最大扭矩符合要求，所以抗扭轉強度校驗合格。 2 )轉 軸 抗 彎 強 度 校 核 滾筒上支承皮帶和地毯的重量 ， 此處將該重力看做均布載荷， 軸上各點的受力情況簡化為如圖 4-7 所示。