预制板生产线自动划线机设计_框式结构方案

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书1┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊预制板生产线自动划线机设计框式结构方案机械设计制造及其自动化陈彬089054160指导教师：吴玉国教授摘要近年来，建筑技术不断发展，施工工艺进一步创新，预制板便是其中之一。预制板以其低廉的成本、出色的性能得到了广泛的应用。而运用于预制板的自动化生产线上的自动划线机，是提高预制板产量的重要组成部分。国外设计出的自动划线机投入大、精度过高，而预制板划线要求的实际精度并不高；国内的预制板行业技术落后，没有自动化生产线，更没有针对预制板的自动划线装置。本次设计正是为了解决这些问题，设计出满足预制板划线精度、结构简单且价格低廉的自动划线机。本次设计出的预制板自动划线机使用螺杆螺母的螺旋传动以达到划线装置的升降要求；使用伺服电机带动滚珠丝杠达到横向进给的要求；使用伺服电机带动齿轮沿齿条移动达到纵向进给的要求。控制单元采用计算机数控系统，半闭环控制。通过设计计算和校核，为预制板自动划线机投入使用打下了理论基础。关键词：数控；预制板；划线；伺服进给；半闭环控制AbstractInrecentyears,constructiontechnologydevelopment,furtherinnovationin安徽工业大学毕业设计（论文）说明书2┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊constructiontechnology.Precastslabhasbeenwidelyused,becauseofitslowcost,excellentperformance.Automaticscribingmachinewhichisusedintheautomatedproductionofprecastslabisanimportantparttoimprovetheproduction.Theautomaticscibingmachinewhichisdesignedbyforeignengineersisbiginvestment,itsaccuracyistoohigh,whiletheactualaccuracyofprecastslabscribingisnothigh;Thetechnologyofdomesticprecastslabindustryisbackwardness.Ourcountrydon’thaveautomatedproductionline,especiallytheautomaticscibingmachine.Thisdesignpreciselyinordertosolvetheseproblems,designedtomeettheprecisionofrecastslabscribing,thestructureissimpleandinexpensiveautomaticscibingmachine.Inmydesign,theautomaticscibingmachineofprecastslabisusedscrewnutscrewdriveinordertoachievetheriseandfallofscribongequipment;usedservomotordriveballscrewtoachievetherequirementsofthehorizontalfeed;usedservomotordrivegearmovealongtheracktoachievetherequirementsofthelongitudinalfeed.Thecontrolunitisusedcomputernumericalcontrolsystem,semi-closedloopcontrol.Throughcalculationandverification,tolaythefoundationforputtingintouseofautomaticscibingmachine.Keywords:CNC;Precastslab;Scribing;Servofeed;Semi-closedloopcontrol安徽工业大学毕业设计（论文）说明书3┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论1.1预制板简介近年来，建筑技术不断发展，施工工艺进一步创新，预制板便是其中之一。预制板，主要指工程上要用到的水泥模件或水泥板件，主要由混凝土制作而成。预制板在建筑上用处很多，如下水道上盖住的水泥板；房顶上做隔热层的水泥板；房屋的外墙体等。预制板有实心和空心两种。制作空心预制板，是将预制板不受力的位置空出来，达到减轻重量和节省造价的目的。而实心的预制板整体性更好，更加结实。预制板有以下几个优点：（1）缩短了建筑的周期，由于预制板可以与其他施工同时进行，使时间得到充分的利用；（2）设计和尺寸上灵活性，预制板使用的模板不同，加工制作的方法不同，最终得到的形状也各不相同；（3）预制板厂成批生产预制板容易实现自动化，产品的质量更加容易得到保证；（4）使用预制板的建筑容易拆除和重建；（5）预制板便于运输和安装，节省了运输和建筑成本；（6）与现浇板相比，制作成本低，同时抗震性能得到了极大提高。目前，预制板以其低廉的成本、出色的性能得到了广泛的应用，也是我国经济体制改革的重点之一。未来，预制板行业向着完整的预制发展，就是将电气设备等预制在其中。1.2预制板的生产工艺简介预制板的制作的原材料主要是钢筋混凝土。其生产过程有：原材料的验收与存储；混凝土的制备；钢筋的制备；构件的成型；构件的养护；构件的养护和堆放等。其生产流程如图1.1。图1.1预制板生产流程根据制作的场所不同，又可以分为现场就地制作与预制板厂制作。本次设计主要研究预制板厂的制作。根据其工艺的不同，预制板厂的制作又可以分成台座法、机组流水法、传送带流水法四大类。台座法，构件的成型、养护、脱模等生产过程均在光滑平整的混凝土地坪或专门制成的胎模或特制的混凝土槽中进行。机组流水法，将生产组织分为四个工段，每个工段配备相应的工人及其设备，构件随同模板在制作工程中沿着工艺流水线，从一个工段到另一个工段，适用于永久性、中小型构件厂采用。传送带流水法，是模板在一条呈封闭环形的传送带上移动，成型过程中的各个工序是沿着传送带循环分布在各个工作区中进行的。适用于制作大批量定型构件的永久性预制板厂。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书4┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊由此可见，本次研究的预制板自动划线机主要运用于机组流水法与传送带流水法的预制板厂。划线所用的模板，主要是装拆式模板，其材料主要有木材、钢材和钢丝网水泥等。制作空心装配构件时，为了形成相应的孔洞，有木内模与胶囊内模法。此外还有翻转式模板、固定式胎模、水平式拉模、折页式钢模。此外，预制板的生产工艺过程主要还包括预制构件的成型，分为振动法、振动加压法、挤压法、推压法和离心法；预制构件的养护，目前普遍采用的是自然养护和蒸汽养护，今年来，又出现了热模养护和热板混凝土等先进的养护技术。1.3国内外关于预制板划线的研究现状国外，预制板应用广泛，例如迪拜的MIRDIF别墅群（图1.2）等都是大量的使用混凝土预制构件。而针对模板生产中的划线问题，国外的公司已经设计出生产线，其成本巨大，由于预制板的自动划线的精度并不高，而国外生产线采用直线电机等高精度设备，是生产线的成本大为增加，国内引进更是价格昂贵。（a）迪拜的MIRDIF别墅群（b）迪拜的MIRDIF别墅群三维模型（c）预制板应用效果图1（d）预制板应用效果图2图1.2迪拜的MIRDIF别墅群图1.3是EBAWE公司的预制板生产线，图1.4是EBAWE公司的预制板生产线的自动划线装置安徽工业大学毕业设计（论文）说明书5┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图1.3EBAWE公司的预制板生产线图1.4EBAWE公司的预制板自动划线装置反观国内，虽然近些年预制板行业发展迅速，但是技术落后，基本停留在早期的楼板阶段如图1.5，在生产过程中，一般采用人工装拆模板，预制板厂一般使用内振拉模机，生产的产品单一，形状简单，很难满足不同建筑的要求，自动化程度低。尚无专门针对预制构件模板的自动划线装置，而国外的整套生产线引进价格很高。图1.5国内预制楼板1.4本课题的研究意义结合国内外预制板自动划线机的现状来看，国外设计出的自动划线机成本高、精度过高，而预制板要求的实际精度并不高。国内的预制板行业技术落后，没有自动化生产线，更没有针对预制板的自动划线装置。展望未来的建筑行业，向着周期短、安全可靠的方向发展。本次设计正是为了解决这些问题，设计出满足预制板划线精度、结构简单且价格低廉的预制板自动划线机。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书6┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第2章总体方案的设计2.1总体方案的初步选择通过阅读大量有关机床设计和数控技术方面的资料，积极总结前人的设计的思想，找出设计中的优点和需要改进的地方，结合自己的设计选择性的吸收，对预制板自动划线机进行了全新的整体设计，包括其进给系统、控制系统等。根据划线装置的要求，机械结构部分初步考虑以下六种总体设计方案如图2.1所示。图2.1（a）表示划线装置1沿X轴方向移动，而预制板模板2沿Y轴这样两个方向叠加，在预制板的模板2上划出所需要的图形。图2.1（b）表示的方案与（a）类似，划线装置1沿Y轴方向移动，预制板模板2沿X轴方向移动。图2.1（c）表示预制板模板2沿X轴、Y轴方向移动。前三种方案的结构简单、容易实现，缺点都是，预制板模板的移动使增加了厂房的面积，增加了前期投入成本。图2.1（d）门式结构，门式结构的优点是结构紧凑，厂房面积较小，但是门式结构移动时倾覆力矩较大，由于整个“门”移动，工厂员工操作不够安全，且装置距离地面较近，零件易受到粉尘等污染。图2.1（e）为框式结构划线装置1沿X轴、Y轴方向移动，结合了上述划线装置的优点，占地面积小，结构简单，实现容易，克服了“门式”结构不够安全易受污染的缺点。图2.1（f）表示将预制板模板2立起来划线，结构更为紧凑，但需要额外增加机械装置使预制模板立起来，增加固定装置，同样增加的制造成本。综上，选用图2.1（e）方案。在控制方面主要考虑，计算机数控系统。按数控系统的进给伺服系统有无位置检测装置，数控机床可分为开环数控机床和闭环数控机床两种。闭环数控机床根据检测装置安装的位置有可分为全闭环数控机床和半闭环数控机床两种。开环数控机床没有位置检测装置，信号单向，简单，制造成本较低，价格便宜,精度不高。半闭环数控机床带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部;不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，可获得稳定的控制特性，而且调试比较方便。闭环数控机床带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上，控制精度高；但系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。本次设计选用半闭环控制方式。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书7┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（a）（b）（c）（d）（e）（f）图2.1设计方案简图1—划线装置；2—预制板模板2.2总体方案的设计设计出的预制板自动划线机使用螺杆螺母的螺旋传动以达到划线装置的升降要求；使用伺服电机带动滚珠丝杠达到横向进给的要求；使用伺服电机带动齿轮沿齿条移动达到纵向进给的要求。控制单元采用计算机数控系统，半闭环控制。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书8┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第3章自动划线机机械结构设计3.1划线装置的设计3.1.1划线装置的外形设计根据预制板划线的要求，结合市场现有的设备仪器，划线装置如图3.1所示