地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)含12張CAD圖

地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)含12張CAD圖,地毯,自動(dòng),碼垛,設(shè)計(jì),12,十二,cad 1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程產(chǎn)品和過(guò)程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用1.簡(jiǎn)介虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 技 術(shù) （ VR） 支 持 和 加 快 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計(jì) ， 促 進(jìn) 創(chuàng) 意 的 實(shí) 現(xiàn) 和 傳 遞 ， 對(duì) 協(xié) 同 工 作 極有幫助[1]。它被認(rèn)為是人機(jī)交流新的維度，將直觀的計(jì)算機(jī)圖形與交互的三維空間 結(jié)合起來(lái)[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種主要的機(jī)械工程化工具，有利于獲得更好的新產(chǎn)品 設(shè)計(jì)或者改善已有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)[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(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用[5,6]。在制造復(fù)雜產(chǎn)品 通常能夠縮短生產(chǎn)周期， 虛擬制造技術(shù)使得制造商能夠更便利的與各種專(zhuān)業(yè)領(lǐng)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(dòng) 。 在 各 種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造階段，虛擬技術(shù)的使用需要不同的能力和技能，如對(duì)需求的理解， 計(jì) 算 機(jī) 和 軟 件 的 應(yīng) 用 ， 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 和 處 理 ， 信 息 呈 現(xiàn) 的 理 解 ； 同 時(shí) 也 包 括 見(jiàn) 識(shí) 、 經(jīng) 驗(yàn) 、 好 奇心、和天賦。最好的工程師在生產(chǎn)周期中的每個(gè)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(lái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的進(jìn)程。這也適用于之后 將用于設(shè)計(jì)三維虛擬原型和進(jìn)一步產(chǎn)品開(kāi)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(shù)， 這些后續(xù)將用于設(shè)計(jì)數(shù)控、 其他程序和準(zhǔn)備的問(wèn)題和建議。 對(duì)虛 擬現(xiàn)實(shí)技 術(shù) [ 7,8]應(yīng) 用 最 重 要 的 方 面 ， 下 文 將 展 開(kāi) 討 論 ：創(chuàng)新： 本文介紹的方法可以加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 多階段的發(fā)展和制造； 實(shí)施的解決方案， 很難用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)。這種方法起源于 VR 技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域和機(jī)械工程公司的多 次嘗試使用； 由于接觸機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展， 企業(yè)專(zhuān)家和部門(mén)的 IDEFO 圖支持和合作廠 商和客戶(hù)之間良好的合作使得目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)[9]。科 學(xué) 意 義 ： 跨 學(xué) 科 的 傳 播 使 新 的 信 息 得 以 開(kāi) 發(fā) ， 知 識(shí) 和 經(jīng) 驗(yàn) 得 以 傳 遞 和 接 受 ， 也 保 證了技能的獲得與提升，以及經(jīng)驗(yàn)的積累等。實(shí) 用 意 義 ： 改 進(jìn) 的 技 術(shù) 交 流 和 替 代 思 想 更 快 速 產(chǎn) 生 。 設(shè) 計(jì) 球 面 元 素 ， 并 把 它 用 于 二 維圖形是復(fù)雜和耗時(shí)的過(guò)程。 它要求那些拖延時(shí)間和耗費(fèi)生產(chǎn)成本技術(shù)的創(chuàng)新。 除此之 外，2D 技術(shù)需要使用多個(gè)參考點(diǎn)，它們影響表現(xiàn)（測(cè)量）誤差。22.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用發(fā)展2.1 虛擬模型和物理實(shí)物間的關(guān)系 用戶(hù)界面的可用性是多種工業(yè)產(chǎn)品成功的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。 這種假設(shè)導(dǎo)致了許多設(shè)計(jì)方法學(xué)， 用于解決評(píng)價(jià)工業(yè)產(chǎn)品的用戶(hù)友好性的介紹。 這些大多數(shù)方法遵循根據(jù)用戶(hù)的需 求， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中讓用戶(hù)參與式設(shè)計(jì)[10]。 三維模型可能成功地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造 的 不 同 階 段 ： 快 速 設(shè) 計(jì) 與 工 件 的 改 進(jìn) ； 快 速 設(shè) 計(jì) 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(duì) 產(chǎn) 品 部 分 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 能 進(jìn) 行 快 速 ； 制 造 商 和 客 戶(hù) 之 間 ， 制 造 商 和 消費(fèi)者之間， 與廠家的各部門(mén)更好的合作。 虛擬三維原型可以在任何時(shí)候通過(guò)使用軟件 進(jìn) 行 改 進(jìn) 。 產(chǎn) 品 在 生 產(chǎn) 和 設(shè) 計(jì) 階 段 的 早 期 ， 技 術(shù) 解 決 方 案 得 以 實(shí) 施 。 改 進(jìn) 的 原 型 被 轉(zhuǎn) 移 到 程 序 中 ， 這 些 程 序 創(chuàng) 造 了 數(shù) 控 程 序 的 機(jī) 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(jiǎn) 單 ， 減 少 了 工 裝 步 驟 ， 減 少 機(jī) 械 加 工 時(shí) 間 ， 使 生產(chǎn)商能為客戶(hù)提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。在推薦案例中， 制造商從客戶(hù) （圖 1） 獲得了初級(jí) 3D 原型。 這是一個(gè)焊接結(jié)構(gòu)， 組 成的各種長(zhǎng)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(duì)面分別 位于不同的初始位置和復(fù)雜的角度。 他們中的大多數(shù)應(yīng)以機(jī)械加工獲得表面精度和確定 位置的孔（公差 t，表 1）。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，共分為以下幾個(gè)階段：?? 幾何形狀、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、機(jī)械加工可能性的評(píng) 價(jià)；?? 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(yàn)結(jié)果放在顯示屏上。模型改進(jìn)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(shí)間變化之后的需求。 為了執(zhí)行這些想法并付諸行動(dòng)， 需 要 決 定 采 取 什 么 行 動(dòng) 。 選 擇 必 要 的 三 維 和 二 維 CAD 軟 件 和 測(cè) 量 工 具 進(jìn) 行 討 論 。表 1 產(chǎn) 品 的 幾 何 機(jī) 械 特 點(diǎn)元素 元 素 在 直 角 坐 標(biāo) 系 中 的 幾 何 位 置精度 機(jī) 械 加 工 方 法Φ6H7 ⊥ /‖ +0.0150定 中 心 、 鉆 孔 、 擴(kuò)孔Φ8H7 ⊥ /‖ +0.015 定 中 心 、 鉆 孔 、 擴(kuò)3元素 元 素 在 直 角 坐 標(biāo) 系 中 的 幾 何 位 置精度 機(jī) 械 加 工 方 法0 孔Φ10H7 ⊥ /‖ +0.0180定 中 心 、 鉆 孔 、 擴(kuò)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?yàn)閿?shù)控機(jī)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(shí) 候 制 造 商 獲 得 的 訂 單 要 求 超 過(guò) 了 數(shù) 控 機(jī) 床 本 身 的 制 造 能 力 。 在 這 種 情 況 下 ， 面 對(duì)生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力， 要求或者訂單必須被取消 。 要求和訂單的取消可能導(dǎo)致失去客 戶(hù) 。 為 了 保 持 競(jìng) 爭(zhēng) 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(jié)構(gòu)要求加工機(jī)床工作臺(tái)較大但主軸定位的傾斜和轉(zhuǎn) 向相對(duì)于坐標(biāo)加工焊接結(jié)構(gòu)的可能性較小。 在這種情況下 ， 廠家用于生產(chǎn)特定的技術(shù)工 具， 作為一個(gè)起點(diǎn)或補(bǔ)償或傾斜的元件： 主軸。 這樣的技術(shù)工具所需額外的時(shí)間 、 機(jī)器、 高 級(jí) 專(zhuān) 家 、 材 料 和 能 源 。 此 外 ， 由 于 制 造 商 必 須 使 用 幾 個(gè) 參 考 點(diǎn) 來(lái) 確 保 復(fù) 雜 鏈 的 測(cè) 量 和 增加設(shè)置錯(cuò)誤的概率， 這種技術(shù)工具可能不能足夠建立一個(gè)參考點(diǎn)和加工焊接結(jié)構(gòu) 。 設(shè) 計(jì)師對(duì)產(chǎn)品的改進(jìn)取決于他/她的制造工藝和設(shè)計(jì)技巧的知識(shí)。在開(kāi)發(fā)階段，設(shè)計(jì)師的圖 2 虛 擬 環(huán) 境 中 的 三 維 模 型 生 成 過(guò) 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(hù) 、 設(shè) 計(jì) 師 、 技 術(shù) 專(zhuān) 家和運(yùn)營(yíng)商的中間橋梁。 所描述的方法旨在提高機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展， 節(jié)約產(chǎn)生額外技 術(shù)設(shè)施的開(kāi)支， 降低實(shí)際生產(chǎn)行為和避免錯(cuò)誤的大量參考點(diǎn)。 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)圖解和推廣應(yīng)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(gè)矩形管中。 作為球形元素的固定件 一個(gè) M6 深 3mm 的孔被使用 。 在制造具有精度要求和幾何表面嚴(yán)格定 位控制的產(chǎn)品時(shí)，球形元件發(fā)揮了重要作用。這個(gè)元素結(jié)合其機(jī)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(jī)會(huì)去設(shè)計(jì)產(chǎn)品制造加工的數(shù)控項(xiàng)目， 從而減少工裝數(shù)量 和 可 能 出 現(xiàn) 的 安 裝 （ 測(cè) 量 ） 誤 差 。 致 力 于 開(kāi) 發(fā) 客 戶(hù)交付的水平的 3D 原型，滿足了生產(chǎn)工藝和程 序體， 設(shè)計(jì)師創(chuàng)造了一個(gè)球形元件的三維虛擬樣 機(jī)（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(shè)計(jì)項(xiàng)目上創(chuàng)造了基礎(chǔ)性地位（圖 5） 。 表 2 的得到的數(shù)據(jù)是在測(cè)量實(shí) 驗(yàn)室通過(guò)測(cè)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(guò)程已 經(jīng)牽涉到了測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)家，他必須圖 3 球 形 元 件 的 實(shí) 物 圖圖 4 球 形 元 素 的 虛 擬 三 維 模 型 的 設(shè) 計(jì) 步 驟圖 5 測(cè) 量 之 后 球 形 元 件 的 草 圖測(cè)量出球形元件的實(shí)體模型和設(shè)計(jì)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(shí)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(gè) 3mm 厚的 M6 的孔。其技術(shù)特征的位置是 由程序員使用他/她在制造工藝和機(jī)器性能相關(guān)的知識(shí)挑選的，這些知識(shí)將用于開(kāi)發(fā)產(chǎn) 品的機(jī)械加工過(guò)程的選擇。所需尺寸的草圖被交付給了設(shè)計(jì)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(gè)主要模型的產(chǎn)品的類(lèi)型和孔的位置。 然后設(shè)計(jì)師用他的設(shè)計(jì)技巧將孔和三維 虛擬樣機(jī)整合起來(lái)（圖 7）。表 2 球形元素整合到初始模型的數(shù)據(jù)元素 長(zhǎng) 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(guò)三維虛擬樣機(jī)的改進(jìn)， 整合成額外的球形 元 件 （ 圖 8） ， 在 2D 環(huán)境下產(chǎn)品新的預(yù)測(cè)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(gè)實(shí) 際產(chǎn)品（圖 9）。圖 9 實(shí) 際 產(chǎn) 品3.結(jié) 論球 形 元 件圖 8 三 維 虛 擬 產(chǎn) 品 的 原 型科學(xué)價(jià)值的體現(xiàn)：虛擬樣品的體驗(yàn)、設(shè)計(jì)以及集成的可能性可以打下良好的基礎(chǔ)， 從中結(jié)合虛擬原型固化現(xiàn)有的并獲取關(guān)于虛擬樣機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的實(shí)施過(guò)程 中新的具體的知識(shí)。 這樣的經(jīng)歷也有助于保持和提高一個(gè)人的創(chuàng)新能力、 適應(yīng)能力和競(jìng) 爭(zhēng)潛力。實(shí)用價(jià)值的體現(xiàn)： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合提高生產(chǎn)者實(shí)施各種技術(shù)解決方案， 使這個(gè) 過(guò)程更快的可能性。 它有助于將已經(jīng)獲得的知識(shí)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(jī)會(huì)。創(chuàng)新點(diǎn)： 這種方法將經(jīng)典和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)系起來(lái)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用促進(jìn)了球 形元件向三位虛擬樣機(jī)和數(shù)控程序編制的整合。品6參 考 文 獻(xiàn)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(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工程制品過(guò)程中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用 總結(jié)：本 文 應(yīng) 用 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) （ VR） 技 術(shù) ， 加 快 新 產(chǎn) 品 及 工 藝 設(shè) 計(jì) 。 在 效 率 、 過(guò) 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(shù) 。 本 文 介 紹 的 方 法 ， 可 以 加 快 工 業(yè) 生 產(chǎn) 。 這 種 方 法 來(lái) 源 于 在 機(jī) 械 工 程 領(lǐng) 域 的 產(chǎn) 品 和 工 藝 設(shè) 計(jì) 和 開(kāi) 發(fā) 多 次 嘗 試 利 用 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 技 術(shù) 。 由 于 企 業(yè) 專(zhuān) 家 和 部 門(mén) 、 制 造 廠 商 和 客戶(hù) 之 間 的 緊 密 合 作 ， 目 標(biāo) 實(shí) 現(xiàn) 了 。 科 學(xué) 的 價(jià) 值 表 現(xiàn) 為 跨 學(xué) 科 的 交 流 ， 能 夠 開(kāi) 發(fā) 新 的 信 息 ， 傳 遞 和 接 受知 識(shí)和經(jīng)驗(yàn)， 獲取 和改善技 能， 積累 經(jīng)驗(yàn)等 。 實(shí)際 價(jià)值表現(xiàn) 在技術(shù)的 交流和思 想的快速 更新迭代 。 設(shè) 計(jì) 球 形 元 件 ， 實(shí) 現(xiàn) 二 維 圖 形 的 同 時(shí) ， 減 少 了 耗 時(shí) 的 過(guò) 程 。關(guān) 鍵 詞 ： 三 維 虛 擬 樣 機(jī) ， 球 形 元 件 ， 緊 密 合 作 ， 專(zhuān) 家 ， 生 產(chǎn) 商 ， 客 戶(hù)2012 年 11 月 2 日 投 稿2013 年 8 月 21 日 錄 用地 毯 自 動(dòng) 碼 垛 機(jī) 的 設(shè) 計(jì)摘要隨著科技的發(fā)展和進(jìn)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(shè)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(guó)方塊地毯產(chǎn)業(yè)裝備距離高度自動(dòng)化還有不少差距 ， 集中體現(xiàn) 在在縱橫切之后到自動(dòng)包裝之前的后整理工作仍舊依靠手工完成， 嚴(yán)重制約了生 產(chǎn)效率和包裝質(zhì)量 。 因此 ， 基于經(jīng)濟(jì) 、 工作效率角度出發(fā) ， 利用機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)方 塊毯碼垛自動(dòng)化變得勢(shì)在必行。本文研究了國(guó)內(nèi)方塊地毯的使用、 生產(chǎn)情況， 隨后又介紹了碼垛技術(shù)的概念、 發(fā)展歷史、 應(yīng)用現(xiàn)狀、 存在的技術(shù)難點(diǎn)以及該技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行了整體方案的設(shè)計(jì)， 主要包括壓實(shí)裝置、 換向裝置、 質(zhì) 檢裝置、 翻轉(zhuǎn)裝置、 碼垛裝置、 推出裝置六個(gè)部分， 并對(duì)每個(gè)裝置展開(kāi)方案的詳 細(xì)設(shè)計(jì)。 緊接著對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì) ， 計(jì)算校核設(shè)計(jì)參數(shù)， 利用三 維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性。最后， 論文對(duì)地毯自動(dòng)碼垛機(jī)設(shè)計(jì)方案的總結(jié)， 并對(duì)該課題未來(lái)研究方向提 出了相關(guān)建議。關(guān)鍵詞：碼垛技術(shù)，方塊地毯，包裝機(jī)械，自動(dòng)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(shù)概述 21.3 碼垛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 31.3.1 國(guó)外碼垛技術(shù)研究現(xiàn)狀 31.3.2 國(guó)內(nèi)碼垛技術(shù)研究現(xiàn)狀 42 碼垛機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 52.1 地毯自動(dòng)碼垛機(jī)設(shè)計(jì)要求 52.2 地毯碼垛機(jī)總體設(shè)計(jì) 53 系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 113.1 壓實(shí)裝置 113.2 換向裝置 113.3 質(zhì)檢裝置 123.4 翻轉(zhuǎn)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(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 194.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù) 194.2 電機(jī)選型 194.2.1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定 204.2.2 電動(dòng)機(jī)容量確定 204.2.3 電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù) 204.3 裝置尺寸設(shè)計(jì) 204.4 氣缸選型 214.4.1 氣動(dòng)技術(shù)概述 214.4.2 氣缸選型 224.5 傳動(dòng)零件的校核 234.5.1 軸的校核 234.5.2 鍵的校核 265 結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29致謝 3111 緒 論1.1 引言生活水平的不斷提高， 人類(lèi)對(duì)于居住辦公環(huán)境的關(guān)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(lèi) 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(jiǎn) 單 、 保 養(yǎng) 或 清 洗 方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(guó)方塊毯的發(fā)展剛剛起步， 無(wú)論從產(chǎn)品品牌上還是從生產(chǎn)加工技術(shù)層面上 看 都 還 不 及 發(fā) 達(dá) 國(guó) 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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化， 例如： 山東威海山花地毯集團(tuán)有限公司， 一個(gè)作為我國(guó)方塊地毯供 應(yīng)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(chǎng)一方面， 方塊地毯的需求量日益增長(zhǎng)， 傳統(tǒng)的手工碼垛效率已不能滿足實(shí)際2需求； 另一方面 ， 人工碼垛的質(zhì)量不能得到保證， 且國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本也在逐年上 升。 生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展不僅可以保護(hù)工人的安全 ， 獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品， 而且可以 改 善 由 人 力 勞 動(dòng) 帶 來(lái) 的 生 產(chǎn) 效 率 低 下 的 問(wèn) 題 [3]。 國(guó) 內(nèi) 企 業(yè) 從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始對(duì)碼垛技術(shù)展開(kāi)研究 [4],迄今為止經(jīng)過(guò) 30 多年的有條不紊的持續(xù)發(fā)展， 我國(guó)的碼 垛技術(shù)也在快速發(fā)展， 包裝機(jī)械自動(dòng)化程度也達(dá)到了一定的高度。 綜合這些因素， 結(jié)合所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)， 基于現(xiàn)有的碼垛技術(shù)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 優(yōu)化設(shè)計(jì)一款 地毯自動(dòng)碼垛機(jī)，以求改善生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，從而提高方塊毯的生產(chǎn)效率。1.2 碼垛技術(shù)概述碼垛技術(shù)就是以集成單元化思想把雜亂無(wú)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(guò) 碼 垛 后 的 物 體 ， 具 有 占 地 面 積 少 ， 搬 運(yùn) 快 捷 ， 存 儲(chǔ) 方 便等諸多優(yōu)點(diǎn)。 碼垛技術(shù)， 作為物流自動(dòng)化領(lǐng)域的新興技術(shù)之一， 近年來(lái)得到了 飛 速 發(fā) 展 ， 現(xiàn) 已 廣 泛 應(yīng) 用 于 石 油 化 工 、 食 品 、 建 材 、 交 通 等 領(lǐng) 域 ， 發(fā) 揮 著 越 來(lái) 越 重 要 的 作 用 [6]。碼 垛 技 術(shù) 主 要 分 為 兩 類(lèi) （ 如 圖 1-3所 示 ） ， 一 類(lèi) 為 人 工 碼 垛 ， 另 一 類(lèi) 為 機(jī) 器 自 動(dòng) 碼 垛 [4]。圖1-3 兩 種 碼 垛 方 式人工碼垛是人工將碼垛臺(tái)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(pán)上。 該碼垛方式的靈活性相對(duì)較好， 生產(chǎn)初期也不需要承擔(dān)設(shè) 備的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)。 但是人工碼垛仍然存在很多的局限性， 例如對(duì)衛(wèi)生有嚴(yán)格要求的產(chǎn) 品、 危害人體健康的產(chǎn)品， 人工碼垛會(huì)導(dǎo)致很多質(zhì)量為問(wèn)題， 其碼垛效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不及機(jī)器碼垛。 機(jī)器自動(dòng)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(yīng)用于小批量生產(chǎn)、 產(chǎn)品重量輕、 形狀不一的場(chǎng)合。 用機(jī)器代替人工勞動(dòng)， 不僅解決工人長(zhǎng)時(shí)間勞動(dòng)3提高了生產(chǎn)效率。 因?yàn)槊恳环N碼垛都有其優(yōu)缺點(diǎn)， 所以一般在實(shí)際應(yīng)用中這兩種 碼垛方式仍然并存。生產(chǎn)力在發(fā)展的同時(shí)， 碼垛技術(shù)也迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)， 急需向跟上發(fā)展的步伐。 同時(shí)， 各大廠商都以 “廣而少” 的生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)利益最大化， 碼垛設(shè)備的通用性 面臨巨大的考驗(yàn)。 碼垛機(jī)需要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)器可以適應(yīng)多個(gè)產(chǎn)品， 一臺(tái)機(jī)器可以適 應(yīng) 多 條 生 產(chǎn) 線 ， 從 而 減 少 生 產(chǎn) 成 本 [7]。 隨 著 自 動(dòng) 化 碼 垛 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 自 動(dòng) 碼 垛堆積設(shè)備也得到了大量應(yīng)用，且已卓見(jiàn)成效。1.3 碼垛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前 ， 國(guó)內(nèi)外都在研究并使用自動(dòng)碼垛技術(shù)來(lái)極高生產(chǎn)效率 ， 創(chuàng)造更多的經(jīng) 濟(jì)效益。 越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始引入自動(dòng)碼垛設(shè)備， 人們也感受到了自動(dòng)碼垛帶來(lái) 的好處。 我國(guó)碼垛技術(shù)起步較國(guó)外晚， 其發(fā)展水平還不能與國(guó)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(guó)外碼垛技術(shù)研究現(xiàn)狀(1)20 世 紀(jì) 60 年 代 ， 美 國(guó) 成 為 首 個(gè) 研 制 出 替 代 人 工 碼 垛 的 機(jī) 器 (后 被 稱(chēng) 為 碼 垛 機(jī) ） [4]的 國(guó) 家 ， 而 后 一 些 歐 洲 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 地 區(qū) 也 意 識(shí) 到 碼 垛 技 術(shù) 的 重 要 意 義 ， 相 繼開(kāi)始研究半自動(dòng)及全自動(dòng)碼垛機(jī)， 隨著生產(chǎn)的需求， 碼垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和外觀上也 在 不 斷 改 進(jìn) 和 完 善 [8]。(2)國(guó) 外 碼 垛 機(jī) 器 人 快 速 發(fā) 展 ， 碼 垛 技 術(shù) 逐 漸 成 熟 。 20 世 紀(jì) 后 期 ， 碼 垛 技 術(shù) 在日本得到推廣， 首次將機(jī)器人和碼垛技術(shù)結(jié)合運(yùn) 用 。 1993 年， OKURA 公司到 中 國(guó) 進(jìn) 行 技 術(shù) 交 流 時(shí) 稱(chēng) 其 包 裝 碼 垛 機(jī) 的 最 大 處 理 能 力 可 達(dá) 2400 袋 /小 時(shí) 。 德 國(guó)（ KUKA） 、 瑞 典 （ ABB） 等 國(guó) 家 也 研 制 出 了 碼 垛 機(jī) 器 人 [9]， 如 圖 1-4 所示。圖 1-4 碼 垛 機(jī) 器 人4(3)碼 垛 技 術(shù) 的 未 來(lái) 發(fā) 展 呈 智 能 化 趨 勢(shì) ， 一 臺(tái) 機(jī) 器 與 多 個(gè) 傳 感 器 配 合 使 用 成 為重要的一個(gè)研究方向 [10]。1.3.2 國(guó)內(nèi)碼垛技術(shù)研究現(xiàn)狀（ 1） 20 世 紀(jì) 80 年 代 ， 國(guó) 內(nèi) 相 關(guān) 機(jī) 構(gòu) 或 人 員 開(kāi) 始 注 意 碼 垛 技 術(shù) 并 積 極 開(kāi) 展 研究， 到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)擁有與之相關(guān)的專(zhuān)業(yè)科技和制造團(tuán)隊(duì) ， 如宜昌機(jī)械廠、 哈 工大學(xué)機(jī)器人研究所等 [11]。 現(xiàn)階段， 我國(guó)自主制造的碼垛機(jī)在產(chǎn)品型號(hào)、 機(jī)器性 能 方 面 都 取 得 了 可 觀 的 成 績(jī) ， 基 本 滿 足 生 產(chǎn) 需 要 [8]。（2）碼垛機(jī)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(jī)器 人 研 究 所 研 制 的 碼 垛 機(jī) 器 人 ， 工 作 效 率 可 達(dá) 800 袋 /小 時(shí) 。 國(guó) 內(nèi) 自 主 研 制 生 產(chǎn) 的 ZM1000 托 盤(pán) 式 全 自 動(dòng) 碼 垛 機(jī) 工 作 效 率 可 達(dá) 1000 袋 /小 時(shí) [5]。 高 速 碼 垛 是 碼 垛 技 術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，我國(guó)也跟國(guó)外一樣，正在積極開(kāi)展研發(fā)工作。（3）碼垛技術(shù)在我國(guó)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(guó)的碼垛技術(shù)經(jīng)過(guò)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(jì)能力的限制還未采用自動(dòng)碼垛技術(shù)。 目前我國(guó)的自動(dòng)碼垛 技術(shù)在一些特定產(chǎn)品上技術(shù)還不夠成熟， 例如聚丙烯自動(dòng)碼垛機(jī) [10]大部分從國(guó)外 購(gòu)買(mǎi)。（4）國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)的性能還不及發(fā)到國(guó)家水平。從生產(chǎn)加工角度來(lái)看，由于 國(guó)內(nèi)加工方法有限和加工精度不夠， 國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)普遍存在使用壽命不足和維修工 作頻繁的特點(diǎn)。機(jī)器中控制系統(tǒng)的主要元器件也無(wú)法同國(guó)外先進(jìn)的元器件相比， 這也在一定程度上影響了設(shè)備的性能。52 碼 垛 機(jī) 總 體 方 案 設(shè) 計(jì)2.1 地毯自動(dòng)碼垛機(jī)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)中的地毯自動(dòng)碼垛機(jī)， 需要實(shí)現(xiàn)地毯自動(dòng)隔一間一翻轉(zhuǎn)、 碼垛、 整理 功 能 ， 滿 足 自 動(dòng) 疊 放 要 求 ， 實(shí) 現(xiàn) 地 毯 自 動(dòng) 隔 一 間 一 翻 轉(zhuǎn) 、 碼 垛 、 整 理 功 能 ， 滿 足 自動(dòng)疊放要求。 該設(shè)計(jì)可以有效解決人工碼垛生產(chǎn)效率低下、 碼垛質(zhì)量不過(guò)關(guān)等 問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)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(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)；（2）裝置的設(shè)計(jì)需要考慮方塊地毯材質(zhì)的特殊性；（3）快速、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)裝置的關(guān)鍵工作（翻轉(zhuǎn)、碼垛、整理）；（4）整體從安全、經(jīng)濟(jì)、適用等角度出發(fā)，進(jìn)行整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行地毯自動(dòng)碼垛機(jī)參數(shù)計(jì)算前， 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要， 對(duì)該裝置要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了模塊化處理 [13]，圖 2-1 為整個(gè)生產(chǎn)流程的總體設(shè)計(jì)方案框架。2.2 地毯碼垛機(jī)總體設(shè)計(jì)圖 2-1 設(shè) 計(jì) 方 案 框 架地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要包括以下六個(gè)模塊： 地毯壓實(shí)裝置、 地毯換 向 裝 置 、 地 毯 質(zhì) 檢 裝 置 、 地 毯 翻 轉(zhuǎn) 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(shí) 傳 送 帶 換 向 裝 置 增速 傳送帶 （用于 地毯 間 距 的 調(diào) 整 ）碼 垛 整 理 裝置 翻 轉(zhuǎn) 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(dòng)碼垛機(jī)實(shí)現(xiàn)了地毯從縱橫切之后到包裝前的所有工作， 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線碼垛 的自動(dòng)化。(1)地 毯 壓 實(shí) 裝 置 當(dāng)方塊毯經(jīng)過(guò)縱橫切之后 ， 需要進(jìn)入下一級(jí)傳送帶 ， 為后續(xù)的工作做好準(zhǔn)備。方 塊 地 毯 材 質(zhì) 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(jìn) 入下一級(jí)傳送帶時(shí)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象， 設(shè)計(jì)了地毯壓實(shí)裝置， 主要原理為物體壓在地 毯表面， 物體隨著地毯的移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步帶動(dòng)地毯的順利傳送。 裝置大致框圖 如圖 2-2 所示，大體設(shè)計(jì)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(jī)架，壓實(shí) 機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分，其中支架直接與皮帶支架連接。2）壓實(shí)動(dòng)作主要由軸上套圓柱式橡膠輥?zhàn)油瓿桑?）壓實(shí)過(guò)程為間歇式，利用氣動(dòng)技術(shù)推動(dòng)軸的上下運(yùn)動(dòng)控制，氣缸安裝在 機(jī)架上。 氣缸執(zhí)行動(dòng)作利用安裝在該段傳送帶上的光電開(kāi)關(guān)對(duì)地毯的進(jìn)入檢測(cè)信 號(hào)進(jìn)行控制。(2)地 毯 換 向 裝 置圖 2-2 壓 實(shí) 裝 置 框 架 圖方塊毯生產(chǎn)過(guò)程工序復(fù)雜繁多，占地面積較大。從節(jié)省占地面積角度出發(fā)， 設(shè) 計(jì) 地 毯 換 向 裝 置 。 該 裝 置 可 快 速 實(shí) 現(xiàn) 地 毯 速 度 方 向 的 90°轉(zhuǎn) 變 ， 調(diào) 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(yùn)輸線擺放位置的不同， 如圖 2-3 所示，實(shí)現(xiàn) 90°的換向。壓 實(shí) 裝 置機(jī)架 壓 實(shí) 組 件 執(zhí) 行 元 件固 定 在 皮 帶 運(yùn)輸 線 的 頭 端軸 上 套 圓 柱 式橡 膠 輥 子 氣 缸 +光 電 檢 測(cè)氣 缸 運(yùn) 動(dòng)輥 子 運(yùn) 動(dòng) ， 壓在 地 毯 表 面7圖 2-3 換 向 原 理 圖 根據(jù)查閱相關(guān)資料，初步選擇有以下兩個(gè)方案： 1 )皮 帶 運(yùn) 輸 線 。 皮 帶 輸 送 線 ， 又 被 成 為 皮 帶 運(yùn) 輸 機(jī) ， 可 以連 續(xù) 或 間 歇 的 運(yùn) 送物料 [15]，具有耐油、耐腐蝕、防靜電等優(yōu)點(diǎn)。2)輥道運(yùn)輸線。 輥道運(yùn)輸線主要分為動(dòng)力式和無(wú)動(dòng)力 式兩種 [16]。 該運(yùn)輸線運(yùn) 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(yùn)輸速度較快， 地毯的換向必須保證準(zhǔn)確， 換向 之后地毯的位置不會(huì)發(fā)生偏移， 否則對(duì)后續(xù)的工作造成影響 。 輥道運(yùn)輸線相較于 皮帶運(yùn)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(yùn) 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(lái) 的 速 度 方向瞬間變?yōu)?0，此時(shí)在輥道運(yùn)輸線的兩側(cè)加以擋板以防地毯沖出輥道運(yùn)輸線， 影響后續(xù)工序。(3) 地毯質(zhì)檢裝置 地毯在生產(chǎn)過(guò)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(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量， 對(duì)企業(yè)的品牌進(jìn)行沖擊 ， 另一方面可能危害人的 身體健康。 針對(duì)這些次品， 設(shè)計(jì)地毯檢次裝置 ， 用于地毯次品的檢測(cè)和剔除。 該 裝置總體設(shè)計(jì)為：1)裝置整體分為三個(gè)部分 ： 檢測(cè)系統(tǒng) 、 剔除裝置、 回收箱。 檢測(cè)系統(tǒng)位于皮 帶運(yùn)輸線的頭端上方。 剔除裝置放在檢測(cè)系統(tǒng)之后 ， 位于皮帶的側(cè)邊。 回收箱位 于剔除裝置的對(duì)面，放在皮帶運(yùn)輸線側(cè)邊。2）檢測(cè)系統(tǒng)分為工業(yè)相機(jī)（與分析系統(tǒng)相連）、光源兩個(gè)部分，剔除裝置 由氣缸擋板組成。當(dāng)檢測(cè)到地毯進(jìn)入到制定區(qū)域時(shí)，工業(yè)相機(jī)對(duì)地毯進(jìn)行拍照， 分析系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理， 并將分析結(jié)果傳遞給剔除裝置 ， 剔除裝置對(duì)處理8結(jié)果進(jìn)行處理。 利用擋板推動(dòng)傳送帶上的地毯次品， 讓其掉進(jìn)回收箱， 主要運(yùn)動(dòng) 過(guò)程如圖 2-3 所示。圖 2-3 質(zhì) 檢 過(guò) 程 示 意 圖(4)地 毯 翻 轉(zhuǎn) 裝 置 地毯碼垛時(shí)需要面對(duì)面碼垛或者背對(duì)背碼垛， 經(jīng)過(guò)縱橫切后的地毯全部是正面朝上或背面朝上。 面對(duì)這種情況， 設(shè)計(jì)地毯翻轉(zhuǎn)裝置， 實(shí)現(xiàn)地毯的隔一間一翻 轉(zhuǎn)，為后續(xù)的碼垛工作打好基礎(chǔ)。針對(duì)翻轉(zhuǎn)功能，有以下兩種方案可供選擇：1)利 用 翻 轉(zhuǎn) 皮 帶 或 機(jī) 器 人 實(shí) 現(xiàn) 進(jìn) 行 地 毯 的 翻 轉(zhuǎn) ；2)利 用 翻 轉(zhuǎn) 桿 帶 動(dòng) 方 塊 毯 實(shí) 現(xiàn) 地 毯 的 自 動(dòng) 翻 轉(zhuǎn) 。方案 1） 中翻轉(zhuǎn)皮帶雖然可以實(shí)現(xiàn)地毯的翻轉(zhuǎn)工作， 但是實(shí)際流水線上地毯 的 碼 垛 需 要 面 對(duì) 面 碼 垛 或 是 背 對(duì) 背 碼 垛 ， 所 以 前 面 的 基 礎(chǔ) 工 作 之 一 -翻 轉(zhuǎn) 也 需 要 是隔一間一進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。 翻轉(zhuǎn)皮帶無(wú)法實(shí)現(xiàn)地毯的隔一間一翻轉(zhuǎn)動(dòng)作， 即使采用兩 個(gè)路徑匯聚的形式 （翻轉(zhuǎn)的皮帶和不翻轉(zhuǎn)的皮帶匯聚到一起最后一起運(yùn)輸至下一 個(gè)工位） ， 該方法占地面積增大， 對(duì)各個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性提出了更嚴(yán)峻的考驗(yàn)。 機(jī)器人雖已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械加工場(chǎng)合， 其工作效率、 安全性等都有不凡表 現(xiàn)。但對(duì)于一般的小企業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)器人的使用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出能夠承擔(dān)的范圍?？紤]到方案 1）中的成本及裝置的復(fù)雜性，采用方案 2）。將皮帶運(yùn)輸線做 成分段式的形式， 將翻轉(zhuǎn)桿放在皮帶斷的中間分段空隙處， 利用伺服電機(jī)控制翻 轉(zhuǎn)桿的翻轉(zhuǎn)角度， 讓其在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)， 從而保證方塊地毯的順利翻 轉(zhuǎn)。地毯的隔一翻一采用傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，當(dāng)計(jì)數(shù)為奇數(shù) 1 時(shí)，地毯翻轉(zhuǎn)；當(dāng)計(jì)數(shù)為偶數(shù) 2 時(shí)， 地毯不翻轉(zhuǎn)， 直接進(jìn)入下一級(jí)傳送帶。 一個(gè)循環(huán)后， 傳感器計(jì)數(shù)清零，為下一次工作循環(huán)做好準(zhǔn)備。大致設(shè)計(jì)圖如圖 2-4 所示。地 毯 進(jìn) 入 信 號(hào) 工業(yè) 相機(jī)拍照， 分析 信號(hào)下 一 級(jí) 傳 送 帶 Y 分 析 信 號(hào) 傳 遞 給 剔 除 裝 置 （ 氣 缸 擋 板 ） N 回 收 箱9分 段 皮 帶 運(yùn) 輸線翻轉(zhuǎn)(5)地 毯 碼 垛 整 理 裝 置圖 2-4 翻 轉(zhuǎn) 皮 帶地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的核心動(dòng)作之一就是碼垛， 針對(duì)這個(gè)動(dòng)作， 主要根據(jù)人工碼 垛整理的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。地毯碼垛裝置代替了人工碼垛，且碼垛質(zhì)量得到保證。 碼垛的初步設(shè)計(jì)方案有以下兩種方式可供選擇：1)地 毯 直 接 掉 落 到 升 降 臺(tái) 上 ， 每 掉 一 塊 地 毯 ， 升 降 臺(tái) 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(guò)程分為兩級(jí)。地毯先掉落到一級(jí)平臺(tái)，然后進(jìn)行二級(jí)掉落， 如圖 2-6 所示。圖 2-6 方 案 （ 2） 示 意 圖一 平二 級(jí) 平 臺(tái)地 毯 降 落升 降 臺(tái) 下 降10整理的動(dòng)作主要設(shè)計(jì)思路如下： 碼垛的平臺(tái)四周加四塊擋板， 一是防止碼垛 好的地毯移動(dòng)位置， 影響包裝質(zhì)量， 二是擋板作為整理動(dòng)作的一個(gè)零件。 整理的 動(dòng)作主要采用氣缸推動(dòng)擋板進(jìn)行水平移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 四塊擋板中兩對(duì)邊各一塊擋板 進(jìn) 行 移 動(dòng) （ 如 圖 2-7 所 示 ） ， 其 余 兩 塊 擋 板 位 置 固 定 不 動(dòng) 。 每 當(dāng) 地 毯 掉 落 時(shí) ， 擋 板伸縮一次，進(jìn)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(shí)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(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)， 地毯推出動(dòng)作設(shè)定為氣缸 推動(dòng)完成。 地毯推出裝置主要由檢測(cè)開(kāi)關(guān) （位于傳送帶上） 、 執(zhí)行元件、 升降臺(tái)、 收集臺(tái)四個(gè)部分組成，升降臺(tái)利用地毯碼垛裝置中方案（2）中的二級(jí)平臺(tái)，將 其設(shè)計(jì)成氣缸控制的升降臺(tái)。 在升降臺(tái)的最低位置側(cè)邊設(shè)置地毯推出裝置， 主要 采用氣缸推動(dòng)擋板，擋板推動(dòng)碼垛好的地毯。整個(gè)裝置布局圖如圖 2-8 所示。圖 2-8 推 出 裝 置 布 局 圖收 集 臺(tái) 升 降 平 臺(tái) 氣 缸 擋 板111233 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)3.1 壓實(shí)裝置壓實(shí)裝置的主要目的是防止地毯縱橫切之后進(jìn)入下一級(jí)傳送帶時(shí)打滑， 所以 當(dāng)?shù)靥簞傔M(jìn)入下一級(jí)傳送帶時(shí)， 用輥?zhàn)訅簩?shí)地毯。 一是增大地毯與傳送帶的摩擦， 二是輥?zhàn)釉趬簩?shí)的同時(shí)自身轉(zhuǎn)動(dòng)， 有助于地毯跟傳送帶同步運(yùn)動(dòng)。 考慮到地毯生 產(chǎn)流水線的特征， 壓實(shí)動(dòng)作只能是間歇式， 采用氣缸的伸縮控制該動(dòng)作的間歇性。 綜上所述， 地毯壓實(shí)裝置主要由機(jī)架、 推動(dòng)氣缸、 壓實(shí)輥三部分組成 ， 三維設(shè)計(jì) 模型 [17]如圖 3-1 所示。圖 3-1 地 毯 壓 實(shí) 傳 送 帶1-機(jī) 架 2-推 動(dòng) 氣 缸 3-壓 實(shí) 輥在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 根據(jù)地毯縱橫切實(shí)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?zhàn)硬捎幂S承配合，軸與支架直接采用軸孔過(guò)度配合， 使實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中輥?zhàn)訅簩?shí)地毯的效果更好， 保證了地毯的質(zhì)量要求。 機(jī)架的高 度不宜過(guò)高，這保證了壓實(shí)動(dòng)作的快速性。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到地毯開(kāi)始進(jìn)入該級(jí)傳送帶時(shí) ， 氣缸開(kāi)始工作 ， 活塞桿推動(dòng) 帶有壓實(shí)輥的橫梁向下移動(dòng) 。 當(dāng)?shù)靥和耆M(jìn)入傳送帶時(shí) ， 壓輥剛好壓在方塊毯表 面，每個(gè)壓實(shí)輥在傳送帶的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)方塊毯與傳送帶一起運(yùn)動(dòng)。3.2 換向裝置換向裝置采用傳統(tǒng)的動(dòng)力式輥道運(yùn)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(jìn)入該段運(yùn)輸線時(shí)沖出輥道線外 ， 在輥道線的兩側(cè)邊進(jìn)行了 添加側(cè)邊擋板設(shè)計(jì) 。 該裝置保證了換向動(dòng)作的準(zhǔn)確性 ， 對(duì)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(yùn) 輸 線整個(gè)輥道運(yùn)輸線的長(zhǎng)度根據(jù)壓實(shí)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(duì)來(lái)說(shuō)， 質(zhì)地不算太軟， 也不易出現(xiàn)地毯從各個(gè)滾筒之間 間隙劃出的情況。地毯從壓實(shí)傳送帶傳送過(guò)來(lái)， 進(jìn)入輥道運(yùn)輸線。 輥道運(yùn)輸線兩側(cè)邊裝的擋板 有效防止地毯掉落。 緊接著地毯在動(dòng)力輥道的推動(dòng)下改變傳送方向， 向新的傳送 方向移動(dòng)。3.3 質(zhì) 檢 裝 置考慮到方塊地毯的次品率較低，地毯的質(zhì)檢裝置采用了擋板來(lái)剔除殘次品， 讓其自動(dòng)掉入回收箱， 從成本角度出發(fā)而不單獨(dú)再設(shè)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(zhì) 檢 裝 置13該 質(zhì) 檢 裝 置 主 要 采 用 視 覺(jué) 檢 測(cè) 原 理 [18]， 這 種 技 術(shù) 主 要 原 理 是 利 用 機(jī) 器 視 覺(jué) 完成檢測(cè)。 用機(jī)器校驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量， 檢測(cè)精度得以?xún)?yōu)化。 視覺(jué)檢測(cè)核心技術(shù)主要 有圖形的自動(dòng)生成、圖形的自動(dòng)獲取、圖形的定位于分割、圖形的識(shí)別與檢測(cè)。地 毯 質(zhì) 檢 裝 置 主 要 包 括 光 源 、 相 機(jī) 、 剔 除 擋 板 裝 置 [19]組 成 。 光 源 和 相 機(jī) 的 位置在實(shí)際使用時(shí)高度可以調(diào)節(jié)，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到方塊毯進(jìn)入特定區(qū)域時(shí)， 工業(yè)相機(jī)對(duì)地毯進(jìn)行拍照。 工業(yè)相機(jī)與信息采集卡相連， 信息采集卡獲取信息后， 電腦對(duì)圖像進(jìn)行處理分析。 分析結(jié)果信號(hào)與推動(dòng)擋板裝置相連 ， 若檢測(cè)結(jié)果不合 格， 則推動(dòng)裝置中的氣缸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)， 推動(dòng)擋板向前移動(dòng)， 擋板推動(dòng)次品掉入次品 回 收 箱 （ 如 圖 3-4 所 示 ） ； 若 檢 測(cè) 合 格 ， 推 動(dòng) 擋 板 裝 置 不 啟 動(dòng) ， 地 毯 繼 續(xù) 運(yùn) 動(dòng) 至 下一傳送帶。3.4 翻轉(zhuǎn)裝置圖 3-4 地 毯 質(zhì) 檢 裝 置 工 作 狀 態(tài) 圖3.4.1 方案選擇 翻 轉(zhuǎn) 裝 置 主 要 是 實(shí) 現(xiàn) 方 塊 毯 的 自 動(dòng) 隔 一 間 一 翻 轉(zhuǎn) [20]， 裝 置 隔一 間 一 的 動(dòng) 作是整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的核心。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有以下幾個(gè)階段：（1）翻轉(zhuǎn)桿（如圖 3-5 所示）在 180°旋轉(zhuǎn)氣缸的帶動(dòng)下進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)桿 帶 動(dòng) 地 毯 進(jìn) 行 翻 轉(zhuǎn) 。 該 方 案 旋 轉(zhuǎn) 氣 缸 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 沒(méi) 有 停 歇 ， 方 塊 毯 在 翻 轉(zhuǎn) 過(guò) 程 中（ 0°-180°） 一 直 與 翻 轉(zhuǎn) 桿 接 觸 ， 地 毯 最 后 會(huì) 被 翻 轉(zhuǎn) 桿 壓 在 傳 送 帶 平 面 上 。 雖 然 實(shí)現(xiàn)了方塊毯的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)， 但是翻轉(zhuǎn)后的方塊毯不能順利通過(guò)傳送帶繼續(xù)傳到下 一級(jí)。14圖 3-5 翻 轉(zhuǎn) 桿（2）針對(duì)方案 （1） 中的不足， 重新制定了方案。 該方案對(duì)翻轉(zhuǎn)桿進(jìn)行結(jié)構(gòu) 調(diào) 整 ， 在 翻 轉(zhuǎn) 桿 中 間 部 分 增 加 凸 出 部 分 （ 如 圖 3-6 所 示 ） ， 用 于 需 要 翻 轉(zhuǎn) 方 塊 地 毯的截停， 使得翻轉(zhuǎn)過(guò)程更加順利。 驅(qū)動(dòng)部分采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)過(guò) 程中翻轉(zhuǎn)桿的間歇運(yùn)動(dòng)， 讓翻轉(zhuǎn)后的地毯順利傳送出去。 此方案， 雖然可以實(shí)現(xiàn) 方塊地毯的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，且地毯也能順利繼續(xù)傳送，但是每次地毯翻轉(zhuǎn)完成之后， 裝 置 復(fù) 位 需 要 繼 續(xù) 翻 轉(zhuǎn) 180°，全過(guò)程實(shí)現(xiàn) 360°的 翻 轉(zhuǎn) 。 在 該 過(guò) 程 中 ， 復(fù) 位 過(guò) 程 無(wú)疑對(duì)下一片傳送過(guò)來(lái)的地毯造成了影響。 從整個(gè)生產(chǎn)的合理性來(lái)看， 該方案需 要繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。圖 3-6 增 加 凸 出 部 分 的 翻 轉(zhuǎn) 桿針對(duì)上述兩個(gè)方案的問(wèn)題，在修改了方案（2）的基礎(chǔ)上重新制定了新的方 案。 該方案在方案 2 上對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整， 對(duì)截停功能和翻轉(zhuǎn)功能進(jìn)行了 分離。 截停裝置采用氣缸推動(dòng)擋板 ， 擋板上升和下降實(shí)現(xiàn)地毯的截停。 當(dāng)檢測(cè)到 翻轉(zhuǎn)地毯時(shí)， 截停裝置進(jìn)行工作， 上升截停需要翻轉(zhuǎn)的地毯； 當(dāng)?shù)靥翰恍枰D(zhuǎn) 時(shí)， 該裝置維持不動(dòng)， 地毯不進(jìn)行翻轉(zhuǎn)， 順利進(jìn)入下一級(jí)。 該裝置主要由地毯翻 轉(zhuǎn)裝置、地毯截停裝置、地毯輸送裝置、光電檢測(cè)控制裝置組成。裝置如圖 3-7 所示。15圖 3-7 翻 轉(zhuǎn) 裝 置 軸 測(cè) 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(zhuǎn)桿前端，對(duì)地毯進(jìn)行截停實(shí)現(xiàn)地毯的有效翻轉(zhuǎn)。3.4.2 工作原理圖 3-8 翻 轉(zhuǎn) 裝 置 正 視 圖（1）需翻轉(zhuǎn)地毯剛經(jīng)過(guò)入口檢測(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)，檢測(cè)信號(hào)傳遞到截停裝置，截停 裝置工作并推動(dòng)擋板上升做好截停準(zhǔn)備，此時(shí)入口計(jì)數(shù)傳感器為 1。（2）當(dāng)翻轉(zhuǎn)地毯完全經(jīng)過(guò)入口檢測(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)，檢測(cè)信號(hào)傳遞到翻轉(zhuǎn)裝置，伺 服 電 機(jī) 開(kāi) 始 工 作 ， 先 以 速 度 V1 轉(zhuǎn) 動(dòng) 20°， 再 以 速 度 V2（ V2＞ V1） 帶 動(dòng) 地 毯 轉(zhuǎn) 動(dòng) 130°。此時(shí)翻轉(zhuǎn)桿與地毯均轉(zhuǎn)過(guò) 150°。當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò) 150°時(shí)，為了保證地 毯掉落之后順利傳送出去，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，地毯則依靠自重掉落到輸送帶上。（ 3） 當(dāng) 地 毯 剛 好 經(jīng) 過(guò) 出 口 光 電 檢 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 時(shí) ， 此 時(shí) 入 口 計(jì) 數(shù) 傳 感 器 為 1， 并 將此信號(hào)傳遞到截停裝置，裝置復(fù)位為下一次翻轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。（4）當(dāng)?shù)靥和耆?jīng)過(guò)出口光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)，將信號(hào)傳遞到翻轉(zhuǎn)裝置，電機(jī) 按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 30°，此時(shí)翻轉(zhuǎn)桿完成 180°翻轉(zhuǎn)，即復(fù)位（處于水平狀態(tài)）。 上 述 （ 1） -（ 4） 實(shí) 現(xiàn) 了 地 毯 的 一 次 翻 轉(zhuǎn) ， 當(dāng) 第 二 片 地 毯 傳 送 過(guò) 來(lái) 時(shí) ， 入 口16光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)為 2 然后立馬清零， 截停裝置和翻轉(zhuǎn)裝置均不工作。 當(dāng)?shù)靥航?jīng) 過(guò) 出 口 檢 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 時(shí) ， 計(jì) 數(shù) 為 2， 然 后 立 馬 清 零 。 這 樣 第 二 片 地 毯 沒(méi) 有 經(jīng) 過(guò) 翻 轉(zhuǎn) 順 利通過(guò)傳送帶。 至此一個(gè)地毯隔一間一翻轉(zhuǎn)循環(huán)完成， 以后的地毯不斷重復(fù)這個(gè) 過(guò)程。工作過(guò)程中各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)各裝置的狀態(tài)見(jiàn)表 3-1.表 3-1 地 毯 隔 一 間 一 翻 轉(zhuǎn) 過(guò) 程 各 裝 置 狀 態(tài)循 環(huán) 過(guò) 程 節(jié)點(diǎn)第 一 塊 地 毯 進(jìn) 入 （ 需 要 翻 轉(zhuǎn) 的 地 毯 ） 各 裝 置 狀 態(tài)第 二 塊 地 毯 進(jìn) 入 （ 不 需 要 翻 轉(zhuǎn) 的 地 毯 ） 各 裝 置 狀 態(tài)剛 好 經(jīng)過(guò) 入 口完 全 經(jīng)過(guò) 入 口剛 好 經(jīng)過(guò) 出 口完 全 經(jīng)過(guò) 入 口剛 好 經(jīng)過(guò) 入 口完 全 經(jīng)過(guò) 入 口剛 好 經(jīng)過(guò) 出 口完 全 經(jīng)過(guò) 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(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān) 測(cè) 開(kāi) 關(guān)入 口 傳 感 器 計(jì) 數(shù) 1 1 1 1 2→ 0 0 0 0出 口 傳 感器 計(jì) 數(shù) 1 1 1 1 2→ 0 0 0 0輸 送 帶 正 準(zhǔn) 備 輸 送 帶 輸 送 帶地毯 上 接觸 上 上 地毯 不翻轉(zhuǎn) ， 全程 隨著輸送 帶向前傳 動(dòng)翻 轉(zhuǎn) 桿 0° 20° 150° 180° 180°截 停 裝 置 工 作 上 停 止 不升 動(dòng) 復(fù) 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(tái) 上 ， 升 降 臺(tái) 控 制 升 降 [21]。 雖 然 該 方 案 簡(jiǎn) 單 ， 但 是由于生產(chǎn)出來(lái)的地毯厚度不一， 那么每次升降臺(tái)需要降落的高度難易確定， 碼 垛效果也不理想。（2）針對(duì)地毯厚度不均的問(wèn)題，采用一分為二思想，地毯分為兩次掉落。17臺(tái)上。 同時(shí)， 地毯在二級(jí)平臺(tái)四周加四塊擋板， 其中兩側(cè)邊用兩個(gè)氣缸與板固定， 用 于 實(shí) 現(xiàn) 地 毯 的 整 理 工 作 。 一 級(jí) 平 臺(tái) 采 用 一 個(gè) 氣 缸 驅(qū) 動(dòng) ， 由 氣 缸 推 動(dòng) [15]實(shí) 現(xiàn) 平 臺(tái)的打開(kāi)關(guān)閉。 考慮到方塊毯的尺寸規(guī)格， 這種方案地毯二級(jí)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(wèn)題， 繼續(xù)采用一份為二思想， 對(duì)方案 進(jìn)行了調(diào)整， 將一級(jí)平臺(tái)等分為兩個(gè)部分， 由兩個(gè)氣缸分別驅(qū)動(dòng)。 同時(shí)， 對(duì)平臺(tái) 進(jìn)行了面積較少處理， 直接改成三根軸， 使得地毯一級(jí)掉落變得更好， 碼垛效果 也達(dá)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(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到地毯掉落時(shí)， 一級(jí)平臺(tái)的兩個(gè)氣缸工作， 伸縮條向外伸出， 地毯掉落至二級(jí)平臺(tái)， 同時(shí)兩側(cè)邊擋板的兩個(gè)氣缸開(kāi)始工作， 推動(dòng)擋板前進(jìn)對(duì)碼 垛 的 地 毯 進(jìn) 行 整 理 ， 此 時(shí) 碼 垛 裝 置 的 狀 態(tài) 如 圖 3-9 所 示 。 而 后 各 個(gè) 氣 缸 復(fù) 位 ， 進(jìn) 行下一個(gè)工作循環(huán)。圖 3-9 碼 垛 裝 置 打 開(kāi) 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(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)， 利用碼垛裝置中 的二級(jí)平臺(tái)， 將其設(shè)計(jì)成升降平臺(tái)， 當(dāng)?shù)靥捍a垛到設(shè)定數(shù)量后， 升降臺(tái)下降。 然 后， 利用氣缸推動(dòng)擋板， 擋板推動(dòng)地毯， 實(shí)現(xiàn)地毯的連續(xù)生產(chǎn) 。 緊接著所有裝置 復(fù)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(tái)和地毯推出擋板均采用氣缸控制， 地毯推出被 送到收集臺(tái)上， 收集臺(tái)采用中間鏤空形式， 便于后續(xù)地毯自動(dòng)包裝時(shí)地毯抓手順 利抓取碼垛好的地毯，從總體上提高整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。3.7 整 體 裝 置上述分別就地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的各個(gè)功能進(jìn)行了分解介紹， 清楚的看到每個(gè)功 能可以有多個(gè)方案， 如何選擇每個(gè)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(shè)計(jì)難點(diǎn)。 在該設(shè)計(jì)裝置中， 基本可以實(shí)現(xiàn)地毯從縱橫切之后到自動(dòng)包裝之 前的全部工作。整個(gè)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(jī) 械 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算4.1 設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)選型在實(shí)際生產(chǎn)中， 電機(jī)的選型尤其重要， 選擇合適的電機(jī)對(duì)工作性能和經(jīng)濟(jì)性 能均有很大作用 。 電機(jī)功率選擇過(guò)大造成能源浪費(fèi) ， 功率過(guò)小又不能滿足實(shí)際生 產(chǎn)需要。圖 4-1 為整個(gè)裝置的三維圖。6 5 4 321圖 4-1 裝 置 俯 視 圖1-壓 實(shí) 段 2-輥 道 段 3-增 速 段 4-檢 次 段 5-翻 轉(zhuǎn) 段 6-碼 垛 段設(shè)計(jì)過(guò)程中， 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求， 首先設(shè)定各個(gè)傳送帶的運(yùn)行速度 （詳情見(jiàn) 表 4-1）。表 4-1 各 傳 送 帶 設(shè) 定 速 度階段 1 2 3 4 5 6設(shè) 定 速 度 30 40 50 50 50 60電機(jī)具體選型過(guò)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(zhì) 量 m=5Kg;摩 擦 系 數(shù) ????0.3 ；傳動(dòng)效率 ????0.9 ； 選 用 Y 系 列 齒 輪 減 速 三相交流異步電動(dòng)機(jī)。4.2.1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定 滾軸轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 nd=1500r/min， 減 速 器 傳 動(dòng) 比 i=1500/119=12.6 4.2.2 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)所需功率4.2.3 電動(dòng)機(jī)技術(shù)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(dòng) 機(jī) 技 術(shù) 參 數(shù)型號(hào) 額 定 功 率 (w) nw DY801-4 550 1500 254.3 裝 置 尺 寸 設(shè) 計(jì)在地毯自動(dòng)碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中 ， 大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì) ， 在設(shè) 計(jì)過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際需要并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行尺寸的修改和完善。 本文以傳 送帶的設(shè)計(jì)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(zhǎng) 度2000mm；（2）考慮到 2m 傳 送 帶 較 長(zhǎng) ， 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(shè)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(shè)計(jì)步驟，再對(duì)相關(guān)細(xì)節(jié)做出調(diào)整。4.4 氣 缸 選 型4.4.1 氣動(dòng)技術(shù)概述 氣動(dòng)技術(shù) [22]， 廣泛應(yīng)用于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)中。 氣動(dòng)傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)雖然工作原理和系統(tǒng)組成相同， 但工作介質(zhì)不同。 氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是低成本 （有時(shí)候 需要對(duì)空氣進(jìn)行處理耗費(fèi)一些財(cái)力） 的空氣， 流動(dòng)損失小， 可集中供氣。 氣壓傳 動(dòng)系統(tǒng)主要組成部分見(jiàn)表 4-3。22980.25 ??0.55 ??3.14D表 4-3 氣 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 組 成名稱(chēng) 作用 常 見(jiàn) 裝 置能 源 裝 置 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 化 為 壓 力 能 空 氣 壓 縮 機(jī)執(zhí) 行 元 件控 制 元 件壓 力 能 轉(zhuǎn) 化 為 機(jī) 械 能控制 和調(diào)節(jié)方 向、 流量 、 壓力氣 馬 達(dá) 、 擺 動(dòng) 馬 達(dá)溢 流 閥 、 壓 力 閥輔 助 元 件工 作 介 質(zhì)輔 助 作 用傳 遞 能 量 和 信 號(hào)消 音 器 、 過(guò) 濾 器空氣氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)具有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：（1）系統(tǒng)的介質(zhì)來(lái)自于大自然，取材方便，環(huán)保無(wú)污染；（2）空氣的年度系數(shù)小，流通順暢，適于遠(yuǎn)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(yīng)速度快且操作控制方便、省力。 當(dāng)然氣動(dòng)技術(shù)也不是百分百的好，存在一定的不足：（ 1） 能 量 的 轉(zhuǎn) 換 過(guò) 程 存 在 能 量 的 損 失 ， 所 以 轉(zhuǎn) 換 次 數(shù) （ 兩 次 ） 的 增 多 也 會(huì) 導(dǎo)致傳動(dòng)效率低下的問(wèn)題；（2）氣動(dòng)元件制造精度高，發(fā)生故障后不易診斷且維修費(fèi)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(dòng)。 4 .4.2 氣缸選型 在整個(gè)裝置中 ， 氣缸被大量使用， 對(duì)于氣缸的選型以壓實(shí)裝置中的氣缸為例。壓實(shí)裝置中氣缸行程為 100mm， 運(yùn)動(dòng)速度為 0.1m/s， 設(shè)定活塞速度負(fù)荷率α =0.5，負(fù)荷質(zhì)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(jì)算，該氣缸的參數(shù)如下表 4-4 所示。表 4-4 氣 缸 技 術(shù) 參 數(shù)型號(hào) 缸徑 動(dòng) 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(dòng) 零 件 的 校 核在機(jī)械設(shè)計(jì)中， 傳動(dòng)形式 [23]包括帶傳動(dòng) 、 鏈傳動(dòng)、 齒輪傳動(dòng)、 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 等。 各個(gè)傳動(dòng)方式均有其優(yōu)勢(shì)， 實(shí)際應(yīng)用都比較廣泛。 在傳動(dòng)過(guò)程中 ， 起主要作 用的傳動(dòng)零件有軸、 鍵、 齒輪， 這些零件的壽命往往直接影響著整個(gè)裝置的使用 時(shí) 長(zhǎng) 。 所 以 ， 對(duì) 設(shè) 計(jì) 的 傳 動(dòng) 零 件 進(jìn) 行 使 用 安 全 校 核 （ 強(qiáng) 度 校 核 、 壽 命 校 核 等 ） 是 設(shè)計(jì)過(guò)程中不可缺少的一步。4.5.1 軸的校核 軸一般用于傳遞運(yùn)動(dòng) ， 對(duì)于機(jī)器的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也是不可或缺的一部分 。 軸的強(qiáng)度或剛度需要滿足實(shí)際需要 ， 必要的時(shí)候還要對(duì)軸的振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn) ， 以下 以皮帶傳動(dòng)滾筒上的軸的校核為例。（1）尺寸設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸主要分為三個(gè)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(shè)計(jì)如圖 4-4 所示。（2）強(qiáng)度校核1）轉(zhuǎn)軸扭矩強(qiáng)度校核圖 4-4 傳 動(dòng) 軸 尺 寸 圖軸上安裝一對(duì)軸承座， 與一個(gè)電機(jī)相連。 為方便計(jì)算， 現(xiàn)將軸受力予以簡(jiǎn)化， 如圖 4-5 所示。24T r1TTT③ ② ①圖 4-5 軸 受 力 簡(jiǎn) 圖轉(zhuǎn)軸右端扭矩 T 可根據(jù)轉(zhuǎn)軸電機(jī)參數(shù)計(jì)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(xué)知識(shí)，用截面法根據(jù)平衡方程計(jì)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(qiáng)度條件時(shí)，采用最大切應(yīng)力，計(jì)算公式如下：T?max ?max ＜ [?]t上述三個(gè)截面中可以看出：1 ??T3 ??T2（ 4-14）此處利用反向思維， 假設(shè)強(qiáng)度合格， 推算所能承受的轉(zhuǎn)矩， 再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定 該轉(zhuǎn)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(zhuǎn)強(qiáng)度校驗(yàn)合格。 2 )轉(zhuǎn) 軸 抗 彎 強(qiáng) 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(diǎn)的受力情況簡(jiǎn)化為如圖 4-7 所示。