PCB板专用贴标机结构设计毕设论文终稿提交阶段.docx
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PCB板专用贴标机结构设计毕设论文终稿提交阶段
PCB板贴标机结构设计
摘要：
中国PCB行业整体迅猛发展，已成为全球PCB最大生产国。
与此同时，也对PCB板贴标机提出了更高的要求。
贴标机实现对PCB板的贴标功能，其性能的优劣直接影响生产中标签质量的程度、生产效率以及生产成本。
所设计贴标机组能实现流水线作业，整机调节方便快捷，传送平稳。
贴标机主要由分料机构、供标机构、收料机构、覆标机构等组成一个整机。
本课题的主要研究内容是PCB板贴标机的结构设计。
其结构分为主传动部分和标站机构两部分：
贴标主传动由传送带和分料装置等主要部件；标站机构主要由送标和供标结构等组成。
本课题对自动贴标机的贴标过程作出设计理论，解决PCB板生产线中的重要组成部分，对贴标机外形和功能进行设计，对相关参数进行计算，绘制出自动贴标机的装配图和各部件的部件图和零件的零件图。
关键词：
贴标机分料机构贴标机构覆标机构装配图；
毕业设计（论文）外文摘要
Title:
TheStructureDesignofPrintedCircuitBoardLabelingMachine
Abstract:
TherapiddevelopmentofChina'sPCBindustryasawhole,hasbecometheworld'slargestproducerofPCB.Atthesametime,alsothePCBlabelingmachinerequiresahigher.ThedegreeofrealizationofthePCBlabelingmachinelabelingfunction,anditsperformancewilldirectlyaffectthequalitylabelproduction,productivityandproductioncosts.Thelabelingmachinedesignedtoachievepipelineoperations,convenientmachineadjustment,smoothtransmission.Labelingmachineismainlycomposedofthefeedingmechanismforstandardorganization,receivingagencies,coveredinstitutionstoformastandardmachine.
ThemaincontentofthisprojectistodesignthePCBlabelingmachine.Thestructureofthemainpartandthestandardtwo-parttransmissionstationsinstitutions:
Labelingthemaindriveofthemaincomponentsoftheconveyoranddosingdevices;markedmainlybythesendingstationagencyStandardandforthestandardstructureandothercomponents.
TheissueofthelabelingprocesstomakeautomaticlabelingmachinedesigntheorytosolvePCBboardproductionlineisanimportantpartofthelabelingmachineappearanceandfunctiondesign,therelevantparameterswerecalculated,plottedassemblydrawingautomaticlabelingmachinepartsandcomponentsandpartspartsdiagraminFig.
Keywords：
labelingMachine,feedingmechanism,labelagency,forstandardbodies,assemblydrawing
目录
第一章绪论1
1.1课题研究目的和意义1
1.2PCB板贴标机发展现状及发展趋势1
1.3PCB板贴标机的具体任务3
第二章PCB板贴标机的设计4
2.1PCB板贴标机总体结构设计及方案确定4
2.2详细方案的设计6
2.3贴标机标站的设计6
2.4分料装置的设计10
2.5输送装置的设计11
2.6调整部分14
参考文献17
致谢18
第一章绪论
1.1课题研究目的和意义
随着经济的发展，人们生活水平的提高，每一种流通的商品都需要注明生产日期保质期等相关信息，包装是信息的载体，对商品贴标是实现的途径。
[1]。
为产品或包装件贴上标签，不但有助于产品的美观，更重要的是可以实现对产品销售的追踪与管理，特别在医药、食品等行业，如出现异常可准确及时的启动产品召回机制。
追溯至20世纪70年代，欧洲等发达国家就开始应用条形码来管理商品。
将条形码打印并贴附在产品或者商品上一件繁琐的工作，传统的贴标是靠人工手动贴标，先将打印机打印的条形码标签剥离，然后贴在产品上[2]。
不仅工人劳动强度大、贴标顺序难以一一对应；而且不便于管理、误差较高和造成条形码标签的二次污染。
随着自动化技术的发展和制造行业的产品管理水平的提高，越来越多的厂家倾向于使用一种高速自动贴标机器[3]。
本课题研究的主要内容是完成PCB板专用贴标机的结构设计，实现平面自动贴标签。
1.2PCB板贴标机发展现状及发展趋势
社会在不断地发展和进步，同时也带动着各行各业的不断进步，而行业的前进也间接的推动着社会的发展，他们之间相互推动着[4]。
而今制造业的发展，从半自动到自动化再到非标自动化的顺势发展态势，包装机械做出了很大的贡献，尤其是包装机械中贴标机的进步，更是使得制造业如雨后村笋，蓬勃发展[5]。
贴标机的发展历程同时也象征着自动化的进展，从最初简单的模仿，到后来半自动化的设计，再到之后全自动化设计，直至现在的非标自动化，这一切的一切都印证着自动化的步伐[6]。
在自动化不断发展过程中，我们不断模仿和引进国外技术、产品，与此同时我们也融合了国内传统的工艺，并设计出适合我国特色工厂生产模式的贴标机。
随着我国生产型企业对产品质量要求的提高和成本的降低，贴标机的需求不断增多[7]。
贴标机经历了以下几个阶段：
1）半自动贴标机
所谓半自动贴标机，也就意味着是需要人工辅助的贴标机，它是不能独立运作的贴标机，并且在一定的程度上降低了人们的工作难度，提高了贴标的效率。
而现在我们仍能看到众多生产厂家依然在运用半自动贴标机进行生产[8]。
比如：
超市的价格标签机就是很典型的半自动化贴标机运用。
半自动贴标机便于使用、应用范围广、价钱便宜，在企事业单位，工矿企业中有广阔的市场前景。
图1为半自动贴标机。
2）全自动贴标机
随着生产企业对生产效率、生产成本的要求不断提高，贴标机也应运而生设计开发出了全自动化的贴标机。
全自动贴标机无需人工贴标工作，而仅需要技术人员维护管理设备，就可配合全自动贴标机进行自动化生产。
图2为全自动贴标机。
3）PCB板贴标机的发展趋势
第一，操作实现自动化，使用更便捷。
全自动贴标机的出现适应了各种企业的生产需求，能够与流水生产线完美结合[9]。
第二，机械整体性优良，易于组装和维修。
安装方便成为了新型贴标机的另外一大优势。
整体结构制造也是的维修拆装更加便利[10]。
第三，可在复杂环境下生存。
传统贴标机很容易受环境影响，不能正常贴到包装上，这大大影响了生产效率[11]。
现代化的贴标机完全能够适应各种恶劣工作环境，耐热抗寒，性能优越。
市场在变，需求也在变，贴标机的发展不是一成不变的。
未来的贴标机一定朝着科技含量更高，质量更好，操作更简易的方向不断发展[12]。
1.3PCB板贴标机的具体任务
PCB板贴标机用于对PCB板的贴标，本次所设计的贴标机可将标签可靠的贴在PCB板的上表面，具有紧凑的机械结构，并可实现全自动的连续贴标。
主要参数要求：
贴标精度：
±1mm；
贴标速度：
40～120件/分钟；
适用产品尺寸：
长：
40mm～400mm宽：
40mm～200mm高：
0.2mm～150mm
适用标签尺寸：
长：
6mm～150mm宽：
（底纸宽度）：
15mm～130mm
整机尺寸：
约2100mm×700mm×1300mm（长×宽×高）；
适用电源：
220V/50HZ；
设计的贴标机需满足以下功能要求：
1、可将标签可靠的贴在PCB板的上表面
要实现这一功能，系统必须完成以下操作：
准确运送和准确定位被贴标件PCB板，精确进给贴标的材料标签纸，将标签牢固地贴在PCB板的上表面，以及在贴标完成后，成品被顺利取出[13]。
2、全自动的连续贴标
贴标过程的各项操作均为自动执行，无需人工干预，并通过控制系统完成对各项操作动作的协调控制和连续执行。
3、较低的设计和制造成本
综合运用机电一体化技术，降低整个贴标机的设计制造成本，使其具有较好推广性[14]。
4、具有紧凑的机械结构
根据个执行机构的运动规律，简化贴标机传动装置，合理安排贴标机个机构的布局，使所设计的贴标机结构紧凑，所占空间位置小，使用方便。
第二章PCB板贴标机的设计
2.1PCB板贴标机总体结构设计及方案确定
本贴标机的用途：
使用标签对PCB板表面进行贴标。
选择和拟订工艺过程是贴标机设计第一阶段任务，是贴标机设计的基础。
工艺过程方案是否合理和先进，将直接影响所研制的贴标机结构、外姓尺寸、机构的运动方式的具体和贴标的质量。
根据所用标签纸的种类和工艺过程的不同，常用全自动PCB板贴标机可分为不干胶贴标机和浆糊贴标机。
不干胶贴标机是采用不干胶卷筒贴标纸，在采用理瓶机配套自动进瓶过程中，连续将卷筒标签纸撕下，按要求的位置贴到瓶身上的自动化包装机械。
该设备控制系用电脑编程及全中文液晶触摸屏、文本式及按钮式等形式，是现代的机电一体化产品，具有优良和可靠的工作性能。
浆糊贴标机采用普通纸标签，采用涂浆取签的方式进行贴标。
以下是两种贴标机设计方案的论证过程。
方案一为浆糊贴标机，其工艺路线图如图3所示。
根据系统功能需求可将整个贴标过程分为以下工序：
PCB板定位，PCB板上糊，送标，标签裁剪，贴标签，成品取出。
贴标机的一次工作过程为：
1）纸盒先沿水平方向运动到工位Ⅰ，此时完成上糊动作；
2）到工位Ⅱ后，标签进给，标签前端粘上胶水，由贴标装置将其固定在纸盒上，当到达某一特定距离时，切刀将标签切断；
3）标签和纸盒以基本相同的线速度运动，途中贴标装置将标签扶平、压实；
4）纸盒和标签运动到工位Ⅳ后，由机械手取出成品，至此完成一次贴标工作。
方案二为不干胶贴标机，如图4所示。
其贴标过程为依次为：
放产品，分料，输送，产品检测，贴标，覆标，输送，收料。
①放产品到分料机构上。
②产品在分料机构的作用下，分离成单张的产品。
③产品在输送带的带动下，自动向右侧贴标机构运行。
④产品在输送带作用下，经过检测传感器，PLC收集到检测信号。
⑤进入到贴标工位，标签覆在工件上。
⑥覆标滚轮将标签压紧。
⑦产品在输送带的作用下前行。
⑧产品落在收料机构上。
综合以上两个方案，方案一机器结构简单，使用、更换规格方便。
方案二清洁卫生、不发霉，贴标后美观、牢固、不会自行脱落，生产效率高。
故选取方案二。
2.2详细方案的设计
贴标机由以下几部分组成：
分料机构，输送机构，收料机构，覆标机构，贴标头，电箱，总开关等。
1.分料机构：
用于将层叠的产品分离成单张。
2.输送机构:
将产品输送到贴标位置，贴标后，输送到收料机构。
3.收料机构：
承接完成贴标输送过来的产品。
4.覆标机构：
将贴附在产品上的标签压紧。
5.贴标头：
贴标的核心部件，实现贴标功能。
6.电箱：
贴标机电气控制中心，排布各种控制器和PLC。
7.总开关：
整台机器的总电源开关。
2.3贴标机标站的设计
1）供标和贴标装置设计
标签是通过标签输送装置来实现运动的，其传送速度取决于PCB板传送的速度。
其工作过程为：
在PCB板到达与标签位置相切时，步进电动机启动，带动牵引辊拉动底纸，在剥离板的作用下，标签与底纸分离，标签落在PCB板上经覆标机构覆压后贴在PCB板上，底纸缠绕在牵引辊上。
当一个标签完全经过时，测物电眼发出信号，步进电动机停转，一次贴标过程完成。
整个标站由X轴简易滑台固定在桌面上，并且X轴简易滑台可以实现标站上下方向的60mm的调整，以适应不同厚度PCB板的贴标工作。
2）标签传动的选择
贴标过程要求标签传送平稳可靠，传动精确，因此在这里选用同步带轮与步进电动机配合使用。
同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，可精密传动,传动平稳，能吸震，噪音小，传动速比范围大，传动效率高，运动时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，是一种啮合传动，因而具有齿轮传动、链传动和平带传动的各种优点。
3）覆标机构的设计
A:
覆标机构的功能和运动要求是:
a.在贴标动作完成后，抚压标签在标签和PCB板同时从贴标剥离器到卷标机构的过程中，将整张标签在PCB板上抚平压实。
b.要求覆标机构工作时，在一定范围内具有一定的柔顺性，同时也要具有一定的刚度。
要求覆标机构具有柔顺性，以使得标签在抚压过程中不至于被划、扯坏，或造成标签和PCB板间相对速度的变化。
但又要具有一定的刚性，能够将标签在PCB板上压牢。
另外当标签贴附在PCB板上时，若产生了气泡或是褶皱，通过覆标装置能够尽量消除这些缺陷。
c.要求抚覆标构结构巧妙，运动可靠
考虑到PCB板在水平方向的移动有限，要使得覆标机构简单、紧凑，尽量接近贴标机构，从而使整个工艺操作运动连贯，且不能出现机构的干涉现象，因此在设计中要注意空间的约束条件，使贴标机的整体布局合理，而对于覆标机构自身来说还应具有一定的装配灵活性，使得机构的组装和位置调节方便。
B:
覆标动作实现方案
为使贴标机的结构简单，贴标机构完成贴标后，在瓶子、标签沿水平方向同时进给时，回转的标签压紧机构在标签上抚过，使标签完全粘附在PCB板上。
经分析可知，驱动电机种类选择由于贴标过程要求出标精确，所以主要考虑具有精确定位能力的步进电机和伺服电机。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中，用作执行元件，把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。
步进电机和伺服电机的区别在于：
1）控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。
也有一些高性能的步进电机步距角更小，如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。
以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。
对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
2）低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。
当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。
交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
3）矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。
交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
4）过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力，交流伺服电机具有较强的过载能力。
5）运行性能不同
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。
交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
6）速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。
交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。
但由于优质伺服电机价格高于步进电机，所以在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行机，考虑成本问题，本课题设计选择步进电机驱动。
2.4分料装置的设计
分料装置要求可完成对PCB板的输送，并能和贴标机的其他机构协调动作完成贴标功能。
因此它必须满足以下功能和运动要求:
a.可对多个PCB板进行准确分离，不会多分或少分
b.使PCB板掉落于传送带上固定位置
c.要求PCB板分离装置运动平稳，
通过以上分析，在PCB板分离装置设计时需要解决的主要有三个问题:
1）设计一种结构简单，成本低的分离装置，完成对PCB板的分离
2）设计PCB板的限位机构，确保PCB板分离后的输送精度
3）PCB板分离装置结构设计
设计结果如下图所示。
分料装置通过直线气缸的往复运动，使待贴标的PCB板按规定的频率落于传送带上传送至标站进行贴标，实现了对PCB板上料的控制。
同时，分料装置通过铝型材固定于传送带上方，通过挡板的移动可实现不同尺寸大小PCB板的贴标和不同位置的贴标，适用于不同的产品规格。
2.5输送装置的设计
1）PCB板输送装置的运动分析
PCB板输送装置要求可完成对PCB板的输送，能够与贴标机的其他机构协调动作完成贴标功能。
因此必须满足以下功能和运动要求：
a、对PCB板进行连续输送；
b、按规定的运动路线输送PCB板，PCB板可在水平直线方向运动；
c、要求输送装置运动平稳，具有一定的定位精度和较高的位置精度，若定位误差较大，则会使标签不能贴在PCB板上或不能贴在指定位置，影响贴标质量。
通过以上分析，在PCB板输送装置设计时需要解决的主要问题有：
①设计一种结构简单，成本低的输送装置，完成对PCB板的输送；
②设计PCB板的限位机构，确保PCB板的输送精度；
③实现输送装置能够配合贴标机的其他机构完成精确的贴标。
2）PCB板输送装置的传动设计
系统中的PCB板为块状，常用的块状物品的运送方式有用链带式传送或推板式传送。
本系统采用带传送，结构简单，成本较低。
由于输送装置是连续工作，为了节省贴标的造价，而又保证机器质量，在该机构的动力部分选择宁波天峰电动机厂生产的一款直流电动机，该电动机的参数为，满载转速120prm、功率370W。
拟订的贴标速率120个／min，PCB板在输送带是连续摆放，假设电动机与传动辊之间不使用减速器。
每个PCB板消耗时间为
60／120=0.5s
所以PCB板的速度为
200cm／0.5s=4000mm／s=0.4m／s
即传动辊上皮带外缘的线速度是0.4m／s
传动辊的角速度为
（3.1）
即
根据
（3.2）
得
=0.4/4π
=0.03185m
即d=63.7mm
在一般的小型机械应用中，63.7mm的传动辊不难实现，所以在电动机与传动辊之间不使用减速器的假设成立。
3）带式传动装置的设计
带式传送机是一种广泛应用的连续输送机，可以用于散粒、块状物及成件物品的输送。
图9是带式传送机的原理图。
挠性输送带1绕在个辊上，由驱动辊驱动，张紧装置2用于调节输送带的张紧力，以保持输送装置的输送能力。
驱动辊驱动输送带的能力与输送带在驱动辊上的包角的大小有关，包角大时传动能力大，而转向辊就用于增大传动包角。
带式传送机的个辊轴轴承都采用滚动轴承，以减小运转中的摩擦阻力和功率消耗。
l、传动辊2、传达带3、文撑辊4、张紧辊
图9带式输送机原理
工业生产中带式输送机用于各种原料、半成品和成品的输送。
包装机械系统中带式输送机广泛应用于物品的给料和输送，其形式多种多样，如单条输送带的输送装置，用多条带组合的输送装置，串联或并列组合式输送装置，用与实现包装机械中的连续或周期间歇性给料输送及其他用途。
如在串联带式输送装置中，随着两条输送装置相对运动速度的不同，可实现不同要求的给料。
当一条带的速度大于另外一条带的速度时，可以实现周期间歇性给料；反之可以实现密集集合给料；在两条带式输送机并列组合的情况下，两条输送带的轮轴轴线垂直配置，它们夹持着物品进行输送，两条输送机互相平行且等速，但运转方向相反。
多条输送带并列组合的水平式平行配置的输送机，在一些自动糊盒机、装盒机、装箱机和封条贴条机中广泛用于给料或物料输送。
带式输送装置所用输送带有棉织帆布带、化纤织物带、钢带、金属丝网带等。
有些输送带进行了浸渍或涂敷表面防护层处理，用于改善输送带的性能。
如帆布带浸渍氯丁橡胶后，防潮，能抗酸、碱、油脂或石油的浸蚀，无味、无毒，能耐120。
C的高温，非常适宜于食品加工工业的应用。
涂敷有某些合成材料涂层的帆布带，能防潮，对酸、碱、油脂有抗侵蚀的能力，无味、无毒，能进行清理，但只能耐95—100。
C的温度，适用于输送糖果、糕点等物品。
未经处理的帆布带防潮、抗磨及耐酸、碱、油脂侵蚀的能力差，只能耐受75。
C的温度，适用于输送干燥物品，但因它柔软性好，能用较小直径的辊轴，因而结构紧凑[15]。
a、输送带宽度的选取
输送松散状态物品时，根据输送速度、生产能力及物品特性等进行计算后选取。
输送成件物品的输送带，按所输送的最大物件的对角线长度，再加约100mm余量确定所需的输送带宽度。
b、输送带的厚度选择
自动包装机所用带式输送装置多为轻载或或特轻载荷类型，要求其
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