手套自動(dòng)翻邊和脫模裝置設(shè)計(jì)
手套自動(dòng)翻邊和脫模裝置設(shè)計(jì),手套自動(dòng)翻邊和脫模裝置設(shè)計(jì),手套,自動(dòng),以及,脫模,裝置,設(shè)計(jì)
摘要
科技的發(fā)展推動(dòng)著生產(chǎn)力的提高，現(xiàn)如今的社會是一個(gè)邁向自動(dòng)化的社會，用自動(dòng)化的機(jī)械代替人工進(jìn)行重復(fù)且繁重的生產(chǎn)作業(yè)是大勢所趨。PLC以及伺服電機(jī)和氣缸是現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的設(shè)備，這些設(shè)備的應(yīng)用大大降低了自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)成本，為自動(dòng)化機(jī)械的普及提供了條件。
纖維手套是一種消耗量巨大的醫(yī)用產(chǎn)品，在纖維手套的生產(chǎn)中卷邊和翻面是最繁重的兩個(gè)步驟，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)是通過人工來完成這兩個(gè)步驟，然而人工操作不僅效率低下，且由于手套的消耗量大故需要雇傭許多工人來進(jìn)行生產(chǎn)，這使得手套的生產(chǎn)成本過高。
本次設(shè)計(jì)采用PLC控制技術(shù)，通過伺服電機(jī)以及氣缸的運(yùn)動(dòng)，完成手套加工中最為繁重的卷邊以及翻面過程，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞 手套；自動(dòng)；卷邊；脫模
Abstract
The development of science and technology promotes the improvement of productivity. today's society is a society moving towards automation. it is the general trend to use automation machinery instead of manual to carry out repetitive and heavy production operations. Plc, servo motors and cylinders are widely used in automation industry at present. the application of these equipment greatly reduces the production cost of automation equipment and provides conditions for the popularization of automation machinery.
Fiber gloves is a kind of medical product with huge consumption. curling and turning over are the most complicated steps in the production of fiber gloves. traditional production technology is to finish these two steps manually. however, manual operation is not only inefficient, but also needs to employ many workers to produce gloves because of the high consumption of gloves, which makes the production cost of gloves too high.
Plc control technology is adopted in this design, and through the movement of servo motor and cylinder, the heaviest curling and turning process in glove processing is completed, thus reducing the labor intensity of workers and reducing the production cost.
Keywords Gloves Automatic edge curl Release
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 研究目的及意義 1
1.2 纖維手套生產(chǎn)現(xiàn)狀 1
1.3 國內(nèi)外手套卷邊焊接和翻面機(jī)的發(fā)展 1
1.4 纖維手套卷邊焊接和脫模裝置綜述 1
1.4.1卷邊裝置 1
1.4.2 焊接裝置 2
1.4.2 翻面裝置 2
2 手套自動(dòng)卷邊焊接和脫模裝置整體方案設(shè)計(jì) 3
2.1 纖維手套特性分析 3
2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 3
2.3方案設(shè)計(jì) 3
3 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 4
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 4
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 4
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式 4
3.1.2 計(jì)算負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 5
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 5
3.2 氣缸的選擇計(jì)算 5
3.2.1 卷邊推板氣缸選擇計(jì)算 5
3.2.2 卷邊支座氣缸選擇計(jì)算 7
3.2.3 焊模氣缸選擇計(jì)算 8
3.2.4 脫模爪氣缸選擇計(jì)算 9
3.2.5 脫手套氣缸選擇計(jì)算 11
3.2.6 托手套氣缸選擇計(jì)算 11
3.2.7 脫模手模氣缸選擇計(jì)算 12
4 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 14
4.1 減速器的選擇計(jì)算 14
4.1.1 確定減速器的工作條件 14
4.1.2 初選減速器 14
4.2 直線導(dǎo)軌的選擇 15
4.2.1 卷邊推板導(dǎo)軌選擇 15
4.2.2 卷邊支座導(dǎo)軌選擇 16
4.2.3 焊模導(dǎo)軌選擇 16
5 PLC控制程序設(shè)計(jì) 18
5.1 可編程控制器 18
5.1.1 選擇PLC型號 18
5.1.2 輸入輸出點(diǎn)的分配 18
5.1.3 程序運(yùn)行框圖 20
5.1.4 控制程序設(shè)計(jì) 20
結(jié)論 21
致謝 22
參考文獻(xiàn) 23
附錄 24
附錄1 24
26
1 緒論
1.1 研究目的及意義
手套是一種常見的日常生活用品，在許多場合都有他們的身影，纖維手套作為醫(yī)療、古玩鑒賞等領(lǐng)域常用物品，需求巨大且消耗速度非?？?，以前的手套生產(chǎn)大多是通過針織及物理縫合的方式進(jìn)行生產(chǎn)，因?yàn)閱渭痔椎睦麧櫤艿?，所以需要大批量的生產(chǎn)來降低成本，且需要的生產(chǎn)場所占地面積很大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展各種新技術(shù)逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)生活，超聲波縫合技術(shù)便是其中之一，這種方式生產(chǎn)的手套只需要將兩塊纖維布重疊然后用焊接手模進(jìn)行邊緣縫合即可，生產(chǎn)速度極快且成本低廉。但是，生產(chǎn)好的手套需要進(jìn)過翻邊以及翻面處理，使得手套更美觀使用時(shí)間更長，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中這兩步由人工進(jìn)行操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，隨著超聲波縫合技術(shù)的應(yīng)用，人工方式顯然無法滿足如此快速的生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)便是想要設(shè)計(jì)一臺機(jī)床代替人工進(jìn)行卷邊及翻面，工人只需將手套套到手模上，如此便大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
1.2 纖維手套生產(chǎn)現(xiàn)狀
纖維手套作為日用品其初始產(chǎn)品通過超聲波縫合技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)可以滿足市場的需求，然而經(jīng)過進(jìn)一步的卷邊焊接和翻面加工成的最終產(chǎn)品卻仍然有非常大的市場缺口。目前的手套卷邊及翻面機(jī)械，都是用于橡膠手套的生產(chǎn)，對于纖維手套依舊沒有相應(yīng)的機(jī)器，雖然市場上已經(jīng)有了纖維手套的翻面機(jī)，但是卷邊操作依舊靠人工進(jìn)行。
由上述分析可知，目前市場上需要一種集卷邊和脫模于一體的機(jī)械，來減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，相比于傳統(tǒng)人工卷邊效率可以提高幾十倍。
1.3 國內(nèi)外手套卷邊焊接和翻面機(jī)的發(fā)展
超聲波縫合技術(shù)應(yīng)用于纖維手套生產(chǎn)的時(shí)間并不長。我國是一個(gè)紡織品生產(chǎn)及出口大國，擁有非常廣闊的紡織機(jī)械應(yīng)用市場，但是對于纖維手套卷邊焊接和翻面機(jī)的研究依舊非常少，這與我國的機(jī)床設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)，在以前，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展長期處于落后時(shí)期人工成本相對低廉，并且由于設(shè)計(jì)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)不足機(jī)床主要依賴進(jìn)口，這也是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問題之一。國外由于人口、社會生產(chǎn)模式等原因，對于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)沒有合適的發(fā)展空間，所以沒有相關(guān)的機(jī)械的設(shè)計(jì)。
1.4纖維手套卷邊焊接和脫模裝置綜述
1.4.1卷邊裝置
卷邊是通過手模上的焊接模板與卷邊推板所實(shí)現(xiàn)，其原理類似于兩塊平板之間預(yù)先留有縫隙，將一塊布料夾在兩塊平板之間，讓其中一塊平板作平行的相對運(yùn)動(dòng)從而使布料產(chǎn)生卷邊。
1.4.2 焊接裝置
焊接裝置依舊是采用超聲波焊接，通過焊模將重疊的手套腕口進(jìn)行焊接，使得手套的腕口擁有更大的強(qiáng)度，使用時(shí)更可靠。
1.4.2 翻面裝置
翻面裝置是通過手模與翻面手模預(yù)先對頂，之后脫模爪勾住手套的腕口拉向翻面手模，使得手套翻面后套到翻面手模上，從而完成手套的翻面動(dòng)作。
2 手套自動(dòng)卷邊焊接和脫模裝置整體方案設(shè)計(jì)
2.1 纖維手套特性分析
無紡布又稱不織布，其為定向的或隨機(jī)的纖維構(gòu)成。之所以稱其為布是因?yàn)槠渚哂胁嫉耐庑魏湍承┬阅堋?
無紡布具有防潮、透氣性好、質(zhì)量輕、不易助燃、易分解、無毒無刺激性、顏色多樣、價(jià)格低等特點(diǎn)。大多數(shù)無紡布采用聚丙烯材料為原料，經(jīng)過高溫融化、噴絲、鋪綱、熱壓卷取連續(xù)一步法生產(chǎn)而成。
無紡布沒有經(jīng)緯線，易于剪裁和縫紉，并且質(zhì)量輕容易定型，這給連續(xù)化的機(jī)械生產(chǎn)提供了條件。
2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求
生產(chǎn)效率：生產(chǎn)過程的主要時(shí)間為套手套這一步驟，這一過程大約需要15s時(shí)間，故決定生產(chǎn)速度為2雙/分鐘。
生產(chǎn)物品：纖維手套
機(jī)器材料：機(jī)器的整體材料采用45號鋼。
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤1s轉(zhuǎn)過90°，故轉(zhuǎn)速n=15r/min。
氣缸工作氣壓：氣缸的工作氣壓P=0.6MPa
2.3方案設(shè)計(jì)
1）本次設(shè)計(jì)中有兩種方案可供選擇，具體如下：
流水線生產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：可設(shè)置雙邊進(jìn)料生產(chǎn)速度快。
缺點(diǎn)：占地面積大、不易于搬運(yùn)。
2）轉(zhuǎn)盤式生產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、易于移動(dòng)。
缺點(diǎn)：單次加工周期長、加工有間隔期。
經(jīng)對比我選擇第二種方案，理由為在我國紡織類企業(yè)大多為中小企業(yè)，企業(yè)的車間面積不大，不適于放置多條流水線，其次從事此類的工作人員大多為中年人，企業(yè)的人員不固定，甚至有時(shí)需要搬遷工廠。故機(jī)械占地面積小且易于搬運(yùn)非常重要。
3 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算
電動(dòng)機(jī)的選擇包括選擇類型、結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）、轉(zhuǎn)速和型號。
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型
電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)視具體情況而定，簡單來說就是要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平負(fù)載還是垂直負(fù)載等）、轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度等要求，主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度。供電電源是直流還是交流，電壓范圍。
本次設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)需要驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，在工作時(shí)電動(dòng)機(jī)需要間歇啟動(dòng)，在轉(zhuǎn)盤上有四個(gè)工位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤需要一定的位置精度，故電機(jī)需要有分度功能。
綜上所述，我選擇伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式
由實(shí)際分析可知從一個(gè)工位到下一個(gè)工位所轉(zhuǎn)過的角度為90°，設(shè)定電機(jī)加減速時(shí)間為ta=td=0.1s，勻速時(shí)間為tb=0.8s，循環(huán)時(shí)間為tc=15+0.1+0.1+0.8=16s，轉(zhuǎn)過角度θ=90°，據(jù)此得到如圖3-1電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)間速度曲線。
3.1.2 計(jì)算負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
轉(zhuǎn)盤質(zhì)量計(jì)算：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表3-1-42鋼板每平方米面積理論質(zhì)量得在鋼板厚度為20mm時(shí)鋼板每平方米理論質(zhì)量為157.0kg，轉(zhuǎn)盤面積為S=a×b=0.6×0.6=0.36m2故轉(zhuǎn)盤質(zhì)量m1=S×157.0=0.0036×157.0=56.52kg，由于轉(zhuǎn)盤被切去一部分，故質(zhì)量折合為m=50kg.
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
《理論力學(xué)》表12-1
=50÷12×（0.62+0.62）
=3.0kg·m2
式中 JZ——表示剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位kg·m2；
m——表示剛體的質(zhì)量，單位kg；
a——表示剛體的長度，單位m；
b——表示剛體的寬度，單位m。
假設(shè)減速機(jī)減速比為1：i，則折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為：
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表17-1-11
=3.0÷i2
=kg·m2
3.1.2 校核電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
查臺達(dá)伺服電機(jī)產(chǎn)品目錄預(yù)選伺服電機(jī)為ECMA-C109-07-C型，電動(dòng)機(jī)功率P=750W，查電動(dòng)機(jī)說明書得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=1.93×10-4kg·m2，nmax=3000r/min,由于電動(dòng)機(jī)3000r/min使用時(shí)轉(zhuǎn)速過高，故通過電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n電=1500r/min，計(jì)算實(shí)際所需傳動(dòng)比：
i1==1500÷15=100
由臺達(dá)伺服電機(jī)產(chǎn)品選型手冊知當(dāng)負(fù)載慣量過大時(shí)將會影響電動(dòng)機(jī)的精度，查選型手冊得當(dāng)負(fù)載慣量<3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時(shí)電機(jī)可符合應(yīng)用要求，則：
JL<3×JM，3.0/i2<3×1.93×10-4，i2>5181,i>72.0
輸出轉(zhuǎn)速：
=1500÷72.0
=20.8r/min
由于n1>n，所以選擇的ECMA-C1-09-07-C型電動(dòng)機(jī)符合要求無需再選。
3.1.2 校核電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩
本次設(shè)計(jì)中的電動(dòng)機(jī)主要驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，并不是為了承受載荷，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的阻力很小，故忽略扭矩的計(jì)算。
3.2 氣缸的選擇計(jì)算
選擇合適的氣缸是使機(jī)械正確運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，氣缸過大則會造成推力浪費(fèi)成本增加，氣缸過小則會無法推動(dòng)負(fù)載使得機(jī)械無法正常工作。
3.2.1 卷邊推板氣缸選擇計(jì)算
推板質(zhì)量計(jì)算：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表3-1-42鋼板每平方米面積理論質(zhì)量得在鋼板厚度為5mm時(shí)鋼板每平方米理論質(zhì)量為39.25kg，推板面積為：
S=a×b=0.4×0.1=0.04m2，故推板質(zhì)量：
m=S×39.25=0.04×39.25=1.57kg，取m=1.6kg。
氣缸行程：s=30mm
氣缸運(yùn)行耗時(shí)：t=0.3s
氣缸軸向負(fù)載力：
F=mg 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=1.6×9.8
=15.68N
式中 F——?dú)飧纵S向負(fù)載力，單位N；
m——負(fù)載質(zhì)量，單位kg。
氣缸的平均速度：
V= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=30÷0.3
=100mm/s
式中 V——?dú)飧灼骄俣?，單位mm/s
氣缸所需實(shí)際推力：
F0= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=15.68÷0.5
=31.36N
式中 F0——?dú)飧讓?shí)際推力，單位N；
β——?dú)飧棕?fù)載率，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6；
氣缸所需理論推力：
F1= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=31.36÷0.85
=36.9N
式中 F1——?dú)飧姿枥碚撏屏?，單位N；
η——?dú)飧仔?，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6。
氣缸缸徑：
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=
=8.8mm
式中 D——?dú)飧赘讖?，單位mm；
P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，單位MPa。
故選取單作用彈簧壓回氣缸，缸徑為10mm，活塞桿直徑為4mm。
3.2.2 卷邊支座氣缸選擇計(jì)算
卷邊支座質(zhì)量計(jì)算：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表3-1-42鋼板每平方米面積理論質(zhì)量得在鋼板厚度為10mm時(shí)鋼板每平方米理論質(zhì)量為78.50kg，推板面積為：
S=a×（b1+b2）=0.4×（0.1+0.2）=0.12m2，故卷邊支座質(zhì)量：
m1=S×78.5=0.12×78.5=9.42kg，由于卷邊支座上安裝有卷邊推板與推板氣缸，故負(fù)載質(zhì)量為：
m=m1+1.6=9.42+1.6=11.02kg
氣缸行程：s=10mm
氣缸運(yùn)行耗時(shí)：t=0.1s
氣缸軸向負(fù)載力：
F=μmg 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=0.25×11.02×9.8
=27.0N
式中 m——負(fù)載質(zhì)量，單位kg。
氣缸的平均速度：
V==10÷0.1=100mm/s 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
式中 V——?dú)飧灼骄俣?，單位mm/s
氣缸所需實(shí)際推力：
F0= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=27.0÷0.5
=54.0N
式中 F0——?dú)飧讓?shí)際推力，單位N；
β——?dú)飧棕?fù)載率，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6；
氣缸所需理論推力：
F1= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=54.0÷0.85
=63.5N
式中 F1——?dú)飧姿枥碚撏屏?，單位N；
η——?dú)飧仔?，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6。
氣缸缸徑：
D= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=
=12.6mm
式中 P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，單位MPa。
故選取單作用彈簧壓回氣缸，缸徑為16mm，活塞桿直徑為6mm。
3.2.3 焊模氣缸選擇計(jì)算
焊模質(zhì)量確定：焊模由廠家設(shè)計(jì)制造，質(zhì)量約為m1=10Kg
焊模推板質(zhì)量確定：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表3-1-42鋼板每平方米面積理論質(zhì)量得在鋼板厚度為10mm時(shí)鋼板每平方米理論質(zhì)量為78.50kg，推板面積為：
S=a×b=0.2×0.1=0.02m2，推板質(zhì)量：
m2=S×78.5=0.02×78.5=1.57kg，取m2=1.6kg
故負(fù)載質(zhì)量：
m=m1+m2=10+1.6=11.6kg
氣缸行程：s=30mm
氣缸運(yùn)行耗時(shí)：t=0.3s
氣缸軸向負(fù)載力：
F=mg 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=11.6×9.8
=113.68N
式中 m——負(fù)載質(zhì)量，單位kg。
氣缸的平均速度：
V==30÷0.3=100mm/s 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
式中 V——?dú)飧灼骄俣龋瑔挝籱m/s
氣缸所需實(shí)際推力：
F0= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=113.68÷0.5
=227.36N
式中 F0——?dú)飧讓?shí)際推力，單位N；
β——?dú)飧棕?fù)載率，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6；
氣缸所需理論推力：
F1= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=227.36÷0.85
=267.48N
式中 F1——?dú)飧姿枥碚撏屏?，單位N；
η——?dú)飧仔剩瑱C(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6。
氣缸缸徑：
D= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=
=23.8mm
式中 P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，單位MPa。
故選取雙作用氣缸，缸徑為25mm，活塞桿直徑為10mm。
氣缸拉力校核：
Fe= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=×（252－102）×0.6×0.85
=189.76N
式中Fe——?dú)飧讓?shí)際輸出拉力，單位N。
因?yàn)镕e=189.76>F=113.68N，所以氣缸合適。
3.2.4 脫模爪氣缸選擇計(jì)算
脫模爪質(zhì)量：脫模爪質(zhì)量大約為m=1.5kg
氣缸行程：s=400mm
氣缸運(yùn)行耗時(shí)：t=2s
氣缸軸向負(fù)載力：
F=mg 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=1.5×9.8
=14.7N
式中 m——負(fù)載質(zhì)量，單位kg。
氣缸的平均速度：
V==400÷2=200mm/s 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
式中 V——?dú)飧灼骄俣?，單位mm/s
氣缸所需實(shí)際推力：
F0= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=14.7÷0.5
=29.4N
式中 F0——?dú)飧讓?shí)際推力，單位N；
β——?dú)飧棕?fù)載率，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6；
氣缸所需理論推力：
F1= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6
=29.4÷0.85
=34.6N
式中 F1——?dú)飧姿枥碚撏屏?，單位N；
η——?dú)飧仔?，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-6。
氣缸缸徑：
D= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=
=8.6mm
式中 P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，單位MPa。
故選取雙作用氣缸，缸徑為10mm，活塞桿直徑為4mm。
氣缸拉力校核：
Fe= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=×（102－42）×0.6×0.85
=33.6N
式中 Fe——?dú)飧讓?shí)際輸出拉力，單位N。
因?yàn)镕e=33.6>F=14.7N，所以氣缸缸徑合適。
氣缸撓度校核：
L/k=0.4÷0.002=200>85=85×=42.5 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
式中 L——?dú)飧装惭b長度，單位m；
k——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，單位m；
m——末端因數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7。
J===1.26×10-11m4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
式中 J——活塞桿橫截面慣性矩，單位m4。
Fk= 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23-4-7
=0.25×π2×2.1×1011×1.26×10-11÷0.42
=40.8N
式中 Fk——縱向彎曲極限力，單位N；
E——材料彈性模量，鋼材E=2.1×1011Pa；
F1==40.8÷2=20.4NF=115.29N，所以氣缸合適。
4 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
4.1 減速器的選擇計(jì)算
由于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，若伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，則會對電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生損傷，降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命甚至損壞電動(dòng)機(jī)，造成機(jī)器無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以通常電動(dòng)機(jī)需要連接減速器使用。
4.1.1 確定減速器的工作條件
選用的減速器必須滿足機(jī)械承載的額定功率及熱平衡需用率兩方面要求[13]。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械是用于于紡織業(yè)使用的機(jī)械，屬于輕工產(chǎn)品，機(jī)械每天工作8h，機(jī)器需要經(jīng)常啟動(dòng)以及制動(dòng)，故會產(chǎn)生輕微沖擊，減速器由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)功率750W，轉(zhuǎn)速n電=1500r/min。
4.1.2 初選減速器
計(jì)算傳動(dòng)比：
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊16-2-30
=1500÷15
=100
減速器選用功率：
P2m=P2KASA 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊16-2-23
=0.75×0.8×1.2
=7.2kW
式中 P2m——選用功率，單位kW；
P2——載荷功率（當(dāng)未給出載荷功率或轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以原動(dòng)機(jī)的額定功率P代替P2計(jì)算），單位kW；
KA——減速器工況系數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表16-2-8；
SA——減速器安全系數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表16-2-9。
查歐德克伺服電機(jī)減速器產(chǎn)品目錄，按電動(dòng)機(jī)功率P=750W，輸入轉(zhuǎn)速n輸入=1500r/min，傳動(dòng)比i=100，初選PLX-90-100-S2-P2型伺服電機(jī)減速器。
校核熱功率PG1：
P2t=P2f1f2f3 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊16-2-24
=0.75×1.15×0.56×1.1
=0.53kW
式中 P2t——計(jì)算熱功率，單位kW；
f1——環(huán)境溫度系數(shù)，按30℃查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表16-2-10；
f2——載荷率系數(shù)，每小時(shí)負(fù)載時(shí)間，按20%查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表16-2-11；
f3——公稱功率利用系數(shù)，按P2/P1查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表16-2-12。
查歐德克伺服電機(jī)減速器說明書得PLX-90-100-S2-P2的PG1=11>P2t=0.53kW,PG1通過。
校核尖峰載荷：
由于轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)減速器軸幾乎不承受載荷，故無需進(jìn)行尖峰載荷校核。
故選擇PLX-90-100-S2-P2型伺服電機(jī)減速器合適。
4.2 直線導(dǎo)軌的選擇
直線導(dǎo)軌是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按照預(yù)先設(shè)定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的裝置，直線導(dǎo)軌主要分為滾輪直線導(dǎo)軌，圓柱直線導(dǎo)軌，滾珠直線導(dǎo)軌。
本次設(shè)計(jì)采用滾珠直線導(dǎo)軌。
4.2.1 卷邊推板導(dǎo)軌選擇
導(dǎo)軌使用條件設(shè)定：導(dǎo)軌應(yīng)用于手套自動(dòng)卷邊和脫模裝置屬于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)設(shè)備，滑塊的行程為L=30mm，滑塊的速度與氣缸速度相同則運(yùn)行速度V=100mm/s，查閱說明書可得精度等級普通級（C級）即可，負(fù)荷為一般運(yùn)行狀態(tài)無沖擊和震動(dòng)。
選用系列產(chǎn)品：查上銀直線導(dǎo)軌選型手冊可得，其MGN系列產(chǎn)品適用于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)機(jī)器 。
假定滑塊尺寸及數(shù)目：根據(jù)上銀直線導(dǎo)軌選型手冊選擇MGN系列MGN-9H導(dǎo)軌，滑塊滑塊長度l=39.9，寬度W=20，數(shù)目為4。
計(jì)算單個(gè)滑塊承受的負(fù)荷：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊表1.3
=
=0.0003kN
式中 P——單個(gè)滑塊承受負(fù)荷，單位kN；
W——裝置本身重力，單位kN；
h——施力點(diǎn)與裝置中點(diǎn)距離，單位mm；
d——同一導(dǎo)軌上滑塊中心距離，單位mm；
F——外加作用力，單位kN；
l——施力點(diǎn)與著力點(diǎn)距離，單位mm。
計(jì)算滑塊最大負(fù)荷：
=0.0003+2.55×0.01
=0.0258kN
式中 PC——滑塊最大負(fù)荷，單位kN；
Pmax——單個(gè)滑塊最大負(fù)荷，單位 kN；
PZ——預(yù)壓力，單位kN。
計(jì)算滑軌的使用壽命：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊Eq1.3
=
=3.6×105km
式中 L——壽命，單位km；
fh——硬度系數(shù)，查手冊為1.0；
ft——溫度系數(shù)，查手冊為1.0；
C——基本動(dòng)額定負(fù)荷，查手冊得2.55kN；
fw——負(fù)荷系數(shù)，查手冊表1-2為1.1；
Pc——最大工作負(fù)荷，單位kN。
滑軌使用壽命時(shí)間：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊Eq.1.4
=
=1×106h
式中 Lh——壽命時(shí)間，單位h；
Ve——運(yùn)行速度。單位m/min
4.2.2 卷邊支座導(dǎo)軌選擇
由于推板導(dǎo)軌校核計(jì)算時(shí)擁有極大的使用時(shí)間余量，且導(dǎo)軌的使用條件也相似，故支座導(dǎo)軌可參考推板導(dǎo)軌的校核計(jì)算，無需另外校核。
支座導(dǎo)軌同樣選擇MGN-9H導(dǎo)軌，查上銀直線導(dǎo)軌選型手冊得所需導(dǎo)軌長度X=155mm。
4.2.3 焊模導(dǎo)軌選擇
導(dǎo)軌使用條件設(shè)定：導(dǎo)軌應(yīng)用于手套自動(dòng)卷邊和脫模裝置屬于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)設(shè)備，滑塊的行程為L=10mm，滑塊的速度與氣缸速度相同則運(yùn)行速度V=100mm/s，查閱說明書可得精度等級普通級（C級）即可，負(fù)荷為一般運(yùn)行狀態(tài)無沖擊和震動(dòng)。
選用系列產(chǎn)品：查上銀直線導(dǎo)軌選型手冊可得，其MGN系列產(chǎn)品適用于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)機(jī)器 。
假定滑塊尺寸及數(shù)目：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇MGN系列MGN-9H導(dǎo)軌，滑塊滑塊長度l=39.9，寬度W=20，數(shù)目為4。
計(jì)算單個(gè)滑塊承受的負(fù)荷：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊表1.3
=
=0.002kN
式中 P——單個(gè)滑塊承受負(fù)荷，單位kN；
W——裝置本身重力，單位kN；
h——施力點(diǎn)與裝置中點(diǎn)距離，單位mm；
d——同一導(dǎo)軌上滑塊中心距離，單位mm；
F——外加作用力，單位kN；
l——施力點(diǎn)與著力點(diǎn)距離，單位mm。
計(jì)算滑塊最大負(fù)荷：
=0.002+2.55×0.01
=0.0275kN
式中 PC——滑塊最大負(fù)荷，單位kN；
Pmax——單個(gè)滑塊最大負(fù)荷，單位 kN；
PZ——預(yù)壓力，單位kN。
計(jì)算滑軌的使用壽命：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊Eq1.3
=
=3.0×105km
式中 L——壽命，單位km；
fh——硬度系數(shù)，查手冊為1.0；
ft——溫度系數(shù)，查手冊為1.0；
C——基本動(dòng)額定負(fù)荷，查手冊得2.55kN；
fw——負(fù)荷系數(shù)，查手冊表1-2為1.1；
Pc——最大工作負(fù)荷，單位kN。
滑軌使用壽命時(shí)間：
上銀直線導(dǎo)軌選型手冊Eq.1.4
=
=8.3×105h
式中 Lh——壽命時(shí)間，單位h；
Ve——運(yùn)行速度。單位m/min
5 PLC控制程序設(shè)計(jì)
5.1 可編程控制器
在可編程控制器（PLC）問世之前，在工業(yè)領(lǐng)域中繼電器-接觸器控制占有主導(dǎo)地位[12]。然而繼電器-接觸器控制具有很大的弊端，比如生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)非常的浪費(fèi)時(shí)間和資金。此外，在大型控制系統(tǒng)中如果用繼電器-接觸器控制，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)會有大量的繼電器，導(dǎo)致了控制系統(tǒng)會占用非常大的空間，消耗大量的電能，并且由于繼電器觸點(diǎn)為機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)觸點(diǎn)被頻繁使用時(shí)壽命較短，使得控制系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致生產(chǎn)停滯。
隨著時(shí)代的發(fā)展尤其是信息技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（PLC）逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。它具有可靠性高抗干擾能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)使用方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組合靈活方便、編程語言簡單易學(xué)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)、安裝調(diào)試方便維護(hù)工作量小的優(yōu)點(diǎn)[12]。
5.1.1 選擇PLC型號
西門子公司的PLC產(chǎn)品目前有SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列[12]。S7系列PLC是基于傳統(tǒng)控制要求的PLC產(chǎn)品，其中的S7-200系列主要應(yīng)用于低性能要求的小型PLC；S7-300系列主要應(yīng)用于低性能要求的模塊式中小型PLC，最大擴(kuò)展數(shù)32個(gè)；S7-400系列主要應(yīng)用于有較高性能要求的大型PLC，最多可以擴(kuò)展300多個(gè)模塊。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)所要控制的元件數(shù)量較少，控制系統(tǒng)屬于小型系統(tǒng)，故選用S7-200系列PLC即可滿足要求。
S7-200系列是西門子的一款小型PLC產(chǎn)品，它提供了4種基本輸入輸出擴(kuò)展模塊和6種不同型號的輸入輸出擴(kuò)展模塊，系統(tǒng)主要是由基本模塊、擴(kuò)展模塊、編程器、存儲器等構(gòu)成。S7-200系列具有體積小、擴(kuò)展性好、功能種類豐富、成本低的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用技術(shù)非常成熟的一種小型控制器。S7-200系列PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226四種型號，根據(jù)控制系統(tǒng)規(guī)模的不同選擇合適的S7-200系列PLC，如小型控制系統(tǒng)選用CPU221，其內(nèi)部擁有6個(gè)數(shù)字量輸入口與4個(gè)數(shù)字量輸出口，沒有模擬量的輸入輸出口。其余類型的CPU輸入輸出口可通過產(chǎn)品說明書查得。S7-200系列PLC可以讓用戶根據(jù)控制要求選擇多種不同的位置控制方式，比如通過高速脈沖輸出控制方式實(shí)現(xiàn)位置控制，或者通過EM253位置控制模塊，也可以通過串口通信控制方式。
5.1.2 輸入輸出點(diǎn)的分配
經(jīng)過分析控制系統(tǒng)的組成，轉(zhuǎn)盤由一臺伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩塊卷邊推板的運(yùn)動(dòng)各由一只氣缸驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)卷邊支座也是各由一只氣缸推動(dòng)，兩個(gè)焊模各由一只氣缸推動(dòng)，脫模手模由兩只氣缸推動(dòng)，脫模爪由兩只氣缸推動(dòng)，脫手套板由一只氣缸推動(dòng)，托手套板也由一只氣缸推動(dòng)。
綜上所訴，輸入點(diǎn)共18個(gè)，輸出點(diǎn)共16個(gè)，共計(jì)34個(gè)輸入輸出點(diǎn)。
控制系統(tǒng)占用PLC的34個(gè)輸入輸出口（I/O），其中18個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，S7-200系列的CPU226輸入輸出點(diǎn)數(shù)為24/16，足夠滿足要求。具體的輸入輸出點(diǎn)分配如下表5-1所示：
表5-1輸入輸出分配表
序號
名稱
輸入點(diǎn)
序號
名稱
輸出點(diǎn)
0
啟動(dòng)按鈕
I0.0
0
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)
Q0.0
1
停止按鈕
I0.1
1
卷邊推板氣缸伸出
Q0.1
2
重置按鈕
I0.2
2
卷邊推板氣缸縮回
Q0.2
3
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)限位
I0.3
3
卷邊支座氣缸伸出
Q0.3
4
卷邊推板氣缸伸出限位
I0.4
4
卷邊支座氣缸縮回
Q0.4
5
卷邊推板氣缸縮回限位
I0.5
5
焊模氣缸伸出
Q0.5
6
卷邊支座氣缸伸出限位
I0.6
6
焊模氣缸縮回
Q0.6
7
卷邊支座氣缸縮回限位
I0.7
7
脫模手模氣缸伸出
Q0.7
8
焊模氣缸伸出限位
I1.0
8
脫模手模氣缸縮回
Q1.0
9
焊模氣缸縮回限位
I1.1
9
脫模爪氣缸伸出
Q1.1
10
脫模手模氣缸伸出限位
I1.2
10
脫模爪氣缸縮回
Q1.2
11
脫模手模氣缸縮回限位
I1.3
11
脫手套氣缸伸出
Q1.3
12
脫模爪氣缸伸出限位
I1.4
12
脫手套氣缸縮回
Q1.4
13
脫模爪氣缸縮回限位
I1.5
13
托手套氣缸伸出
Q1.5
14
脫手套氣缸伸出限位
I1.6
14
托手套氣缸縮回
Q1.6
15
脫手套氣缸縮回限位
I1.7
15
提示喇叭發(fā)聲
Q1.7
16
托手套氣缸伸出限位
I2.0
17
托手套氣缸縮回限位
I2.1
5.1.3 程序運(yùn)行框圖
5.1.4 控制程序設(shè)計(jì)
PLC的控制程序是執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)想動(dòng)作的前提，在系統(tǒng)允許的前提下程序應(yīng)盡量簡單明了，本次設(shè)計(jì)的控制程序梯形圖見附錄1。
結(jié)論
通過在市場上的搜索，目前出現(xiàn)的機(jī)械中只有手套翻面機(jī)，在此基礎(chǔ)上我通過消化吸收，改進(jìn)了脫模機(jī)構(gòu)與手模，加裝了卷邊機(jī)構(gòu)與焊接機(jī)構(gòu)，使得加工步驟集成度更高加工時(shí)間進(jìn)一步縮短。
此機(jī)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 由原來的人工卷邊焊接和翻面變成了由各種機(jī)構(gòu)完成，操作人員只需完成簡單的套手套步驟，減少了加工人員，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
2. 主要零部件易于加工，使得成本降低，機(jī)器造價(jià)不高。
3. 機(jī)器占地面積小，適用于我國紡織業(yè)生產(chǎn)主要由中小企業(yè)組成的現(xiàn)狀。
4. 人手對手套的接觸時(shí)間短，符合醫(yī)用手套的生產(chǎn)需要盡量減少人體接觸防止手套有過多細(xì)菌滋生。
當(dāng)然，事物都有好有壞，機(jī)器同時(shí)也有不足之處：由于是為纖維手套設(shè)計(jì)，故無法滿足所有種類手套的卷邊焊接和脫模，而且機(jī)器無法滿足大規(guī)模流水線式的連續(xù)性生產(chǎn)。
綜上所述，盡管機(jī)器有不可忽視的缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)較多，機(jī)器的造價(jià)較低使得企業(yè)的前期投入較低，緩解了我國目前的中小企業(yè)資金不多的尷尬，具有很高的市場潛力。
致謝
三個(gè)月的時(shí)間一晃而過，畢業(yè)設(shè)計(jì)也已經(jīng)快要結(jié)束。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師韓翔教授對我的悉心指導(dǎo)與督促，使我能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這段時(shí)間里，我從一開始的迷茫與困惑到最后完成時(shí)的了然，讓我深深的感受到設(shè)計(jì)者的困難與艱辛，也讓我懂得了只有穩(wěn)扎穩(wěn)打才能夠設(shè)計(jì)出合格的機(jī)械產(chǎn)品。
最后，對所有在設(shè)計(jì)過程中積極協(xié)助我的同學(xué)表示感謝。
參考文獻(xiàn)
[1]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002．1．
[2]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)第四版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9
[3]黃靖遠(yuǎn),龔劍霞.機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1997．10
[4]王昆,何小柏,汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社,1995．12．
[5]朱龍根,黃雨華.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1997．5．
[6]華中理工大學(xué)等院校編.畫法幾何及機(jī)械制圖[M].高等教育出版社．1975．5
[7]甘永立.幾何量公差與檢測.第五版[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003．10.
[8]徐灝，邱宣懷，蔡春源.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第五版[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1992．
[9]武棟梁,吳英濤,解丹,武岳,徐東曉,侯建國.鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2017,48(16):69.
[10]孫恒,陳作模.機(jī)械原理（第八版）[M].北京:高等教育出版社,2001.
[11]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京:高等教育出版社,2010.
[12]漆漢宏,魏艷君,王振臣,楊秋霞.PLC電氣控制技術(shù)(第三版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.12.
[13]成大先.機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5版出版[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2012,28(01):21.
[14]Yong Wang,Desheng Ji,Kai Zhan. Modified sprocket tooth profile of roller chain drives[J]. Mechanism and Machine Theory,2013,70.
[15]Darya Plinere,Arkady Borisov. Evaluation of the Ontological Knowledge Model/ Ontolo?iskā zinā?anu mode?a novērtē?ana/ Оценка качества онтологической модели знаний[J]. Information Technology and Management Science,2015,17(1).
[16]D. Bontemps,F. Chopin,Y. Le Moullec,T. Morand,Y. Zanella,C. Pinto. LEMEDES-CO 2 : A Lab for Studying Degradation of Solvents used for CO 2 Capture Post-combustion Amine Based Systems[J]. Energy Procedia,2014,63.
附錄
附錄1
PLC控制程序梯形圖
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