打標機設(shè)計說明書

1、第43頁遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 1 緒論1.1 打標機的發(fā)展歷史打標機就是將以設(shè)計好的圖形、文字、產(chǎn)品序列號、商標等通過合適的工藝手段標記在產(chǎn)品的表面。根據(jù)工藝的不同，標記可分為永久性和可去除兩種。奧斯汀標系統(tǒng)有限公司作為標記和打標行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)有半個世紀的歷史。1968年她的前身成立于瑞典，是世界上電解液打標機的發(fā)明者，隨著公司的發(fā)展壯大，在20世紀70年代，由瑞典遷到德國佐林根；隨后，公司先后開發(fā)了氣動針式打標機，噴墨打標機和激光打標機，形成了全系列標志系統(tǒng)的研發(fā)，生產(chǎn)和銷售體系，并且研發(fā)出環(huán)保耐久的電解液和優(yōu)質(zhì)的打標模板，得到全世界標記行業(yè)的一致好評。1973年，美國TELESI

2、S公司研發(fā)出全球第一臺氣動打標機；1984年法國TECHNIF公司研制出全球第一臺手持式氣動打標機。打標技術(shù)目前在工業(yè)上的應(yīng)用正被人們逐漸重視，各種新型的打標系統(tǒng)層出不窮，它以其獨特的優(yōu)點正在取代傳統(tǒng)的標記方法，如：沖壓、印刷、化學(xué)腐蝕等,在各種機械零部件、電子元器件、集成電路模塊、儀器、儀表、電機銘牌、工具甚至食品包裝等物體表面上,標記出漢字、英文字符、數(shù)字、圖形等，從而在這些領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。國際上一些發(fā)達國家已將該技術(shù)作為工業(yè)加工的進行研制和推廣?，F(xiàn)在它已經(jīng)引起了越來越多生產(chǎn)廠家的重視，給產(chǎn)品生產(chǎn)注入新的活力。1.2 我國打標機發(fā)展?fàn)顩r我國引進打標機比較晚，1997年重慶捷達公司從加

3、拿大引進打標機系統(tǒng)，這是最早氣動打標機生產(chǎn)基地，也是國內(nèi)氣動打標機的發(fā)源地。在重慶本地經(jīng)銷打標機企業(yè)有五十多家，但真正的生產(chǎn)企業(yè)不多，大概只有五六家左右，大多數(shù)是打標機經(jīng)銷商和貼牌商，由于打標機是1997年開始從國外引進，并開始研究和生產(chǎn)。最早打標機主要應(yīng)用于發(fā)動機、活塞、摩托車車架、汽車大梁等行業(yè)的應(yīng)用，由于打標機打印速度比較快，每個廠一般有一兩臺就行了，打標機的使用壽命一般有五六年。整個打標機當(dāng)時在國內(nèi)需求量不是很大，所以打標機主要是中小企業(yè)生產(chǎn)，這些企業(yè)一般人都不是很多，最多五十生產(chǎn)工人左右，現(xiàn)在的企業(yè)在網(wǎng)上一家比一家說的大，一家比一家說的好，但實際你走進工廠最多可能只有一兩個人或者四五

4、個人，很多都沒有自己的核心技術(shù)，沒有固定的生產(chǎn)車間，沒有必要的檢測手斷，只經(jīng)過簡單的組裝就出廠，導(dǎo)致在使用過程中故障不斷。還有就是很多都是經(jīng)銷商或貼牌商；還有很多是業(yè)務(wù)人員在外買的打標機，然后隨便貼上一個品牌，很多客戶采購氣動打標機根本就不知道打標機是什么樣的，質(zhì)量好壞的的一個憑定標準，當(dāng)購買過后打標機用了不長時間就壞或者根本就不穩(wěn)定，當(dāng)在打電話售后服務(wù)時，很多公司都不在了，或者售后服務(wù)費用很高，所以客戶購買設(shè)備一定要到生產(chǎn)廠家購買，還有就是在用戶選購前做好充分的市場調(diào)查，不要一味地看重價格，更重要的是摸清對方的公司實力，以避免遭受不必要的經(jīng)濟損失。國家自“六.五”計劃起支持打標加工項目，“七

5、.五”末至“八.五”初期開始出現(xiàn)激光加工系統(tǒng)的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。國家科委已將打標技術(shù)列為“八五火炬計劃”進行研制和推廣。這必將為我國打標技術(shù)的發(fā)展提供強大動力。1.3 電化打標機原理及特點打標機按打標工藝不同可分為氣動打標機、電化打標機和激光打標記等。他們打標條件不同，使用范圍也不一樣。他們之間的區(qū)別見表1.1。表1.1 電化打標與其它常見工藝標刻的比較與區(qū)別打標工藝速度性能效果與精度圖像文字變更激光振鏡打標快好精度高效果好易于變更激光掩模打標快較好精度較高不易變更化學(xué)腐蝕較快好精度不高不易變更照相腐蝕較快好精度不高不易變更噴墨噴碼快較差精度較高易于變更機械壓痕快較差精度不高不易變更熔?？旌镁炔?/p>

6、不易變更氣動沖針中速較好精度不高易于變更電化打標機又叫電腐蝕打標機，電化打標機、電蝕打標機、金屬電印打標機、電蝕刻打標機、金屬刻字機、金屬印字機、金屬打標機、金屬電化打標機。標記過程是基于電化學(xué)理，通過在導(dǎo)電產(chǎn)品的表面上覆蓋一個標記模板，使電流和電解液在導(dǎo)電體和模板之間相互作用而產(chǎn)生清晰耐久的標識。根據(jù)導(dǎo)電產(chǎn)品的不同材質(zhì)，通過選擇的電解液和控制標記電流，電解液標記可以在產(chǎn)品表面留下不同顏色（黑色和白色）不同深度的標記。通過設(shè)計制作模板，可以在產(chǎn)品上標記任何形狀，適用于所有導(dǎo)電產(chǎn)品。典型應(yīng)用領(lǐng)域有：餐具、工具、醫(yī)療儀器設(shè)備、管件軸承。產(chǎn)品特點：1、電子模塊制作，功能擴展性強，具有定時打標，自動、

7、半自動打標功能，可連續(xù)生產(chǎn)使用。2、打標操作簡單，具有定時打標，自動、半自動打標功能，可連接生產(chǎn)線使用。3、打標速度快，一次可在2秒內(nèi)完成，可打印各種商標圖形，產(chǎn)品名稱，技術(shù)指 標。 4、圖案、文字、符號美觀、清晰。 5、標記永久保持、又不損傷產(chǎn)品外觀。 6、防偽性強，不易仿冒。 7、標記成本是傳統(tǒng)制標成本的三分之一。1.4 我國氣動行業(yè)的發(fā)展氣動技術(shù)作為現(xiàn)代傳動與控制的重要技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。中國的氣動工業(yè)還是個朝陽工業(yè)，伴隨著現(xiàn)代化建設(shè)進程，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴大。近幾年來，各類中、外氣動生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營機構(gòu)如雨后春筍迅速發(fā)展。氣動系統(tǒng)的優(yōu)點：獲?。嚎諝馐侨≈槐M用之不絕

8、的。輸送：空氣通過管道容易傳輸，可集中供氣，遠距離輸送。存貯：壓縮空氣可以貯存在貯氣罐中。溫度：壓縮空氣對溫度的變化不敏感，從而保證運行穩(wěn)定。防暴：壓縮空氣沒有爆炸及著火的危險。潔凈：無油潤滑的排出氣體干凈，通過管路和元件排出的氣體不會污染空氣。元件：氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，價格相對低。  過載安全：氣動工具和執(zhí)行元件超載可達到停止不動，而無其它危害。我國的氣動工業(yè)發(fā)展起步晚、起點低，在發(fā)展過程中缺乏國家重點投入，并受國家基礎(chǔ)工業(yè)水平和相關(guān)產(chǎn)業(yè)水平所限，曾經(jīng)歷了較長時期的低水平、封閉式的慢速發(fā)展過程。進入九十年代以來，隨著國家對外開放和現(xiàn)代化建設(shè)的步伐加快，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多，并愈

9、來愈多地接觸到國外同行的先進產(chǎn)品與技術(shù)，行業(yè)的發(fā)展才步入較快階段。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，我國氣動行業(yè)雖然有了長足進步，但還是個小行業(yè)，無論在生產(chǎn)規(guī)模還是技術(shù)水平上，都還不能滿足不斷提升的市場需求和現(xiàn)代化建設(shè)要求，與國際先進水平的差距也甚為懸殊。國家的改革開放與現(xiàn)代化建設(shè)，推動了氣動行業(yè)的高速發(fā)展；國際同行的關(guān)注與投入，也加大了氣動領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展與市場競爭的力度。1.5 課題的來源及現(xiàn)實意義電化刻字機在國內(nèi)發(fā)展并非先進，國內(nèi)幾家有流水線式刻字機的單位也不多，而且生產(chǎn)過程復(fù)雜，雇傭工人多，時間長，生產(chǎn)效率低，成本大。通過氣動系統(tǒng)設(shè)計，可改善這些問題。氣動系統(tǒng)靠PLC控制，實現(xiàn)機電氣一體化，符合行業(yè)發(fā)展

10、規(guī)律。通過本環(huán)節(jié)的鍛煉力爭能把以前所學(xué)的知識融會貫通，從而達到溫故而知新的目的，提高解決實際工程課題的能力。     2 氣壓系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計參數(shù)升降缸上升高度 150mm水平缸移動距離 400mm擺動缸載荷 18N·m齒形帶運動速速 2m/s一次打標數(shù)目 1個達標時間 3個/s打標循環(huán)周期 0.8s系統(tǒng)最大壓力 0.2MPa 3 明確工作要求及制定系統(tǒng)方案3.1 氣壓系統(tǒng)組成及設(shè)計要求氣動技術(shù)是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)傳遞動力和控制信號的系統(tǒng)。典型的氣動系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件及輔助元件等部分組成。本設(shè)備中采用空氣壓縮機作為氣壓發(fā)生裝置，以氣缸作為執(zhí)行

11、機構(gòu)，將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能。在它們之間通過管道以及附件進行能量傳遞；通過各種閥作為控制機構(gòu)進行控制。通常氣壓系統(tǒng)的一般要求是：1、保證工作部件所需要的動力；2、實現(xiàn)工作部件所需要的運動、工作循環(huán)，保證運動的平穩(wěn)性和精確性；3、要求傳動效率高；4、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工作安全可靠，操作容易，維修方便等。 5、應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟及滿足環(huán)保要求。3.2 設(shè)備的工作要求具有自動打標功能。傳輸帶將餐具運送到吸嘴下，由吸嘴吸到打標器下，延時，開始打標。打標后再由另一吸嘴將其送到下一傳送帶上。在傳送帶上實現(xiàn)清洗、消毒以及包裝等工作。1、運動要求：打標完成一次時間t<1s，氣缸要求運行速度快，運行平穩(wěn)。各缸之間

12、順序動作。根據(jù)實際工作條件，氣缸運行速度可用節(jié)流閥進行調(diào)節(jié)。電機帶動傳送帶速度根據(jù)實際情況可調(diào)節(jié)。2、動力要求：由于餐具質(zhì)量較輕，因此系統(tǒng)壓力較低。各部件皆為輕質(zhì)材料，對推動部件力也較小。3、工作環(huán)境：室內(nèi)工作，室溫，灰塵較少。4、其他：本設(shè)備由機電氣共同作用完成，PLC程序控制各閥的工作狀態(tài)實現(xiàn)對缸的控制，電器部分要注意防靜電，防水。3.3 制定系統(tǒng)方案1、執(zhí)行機構(gòu)的確定 本系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)是以氣缸帶動執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行運動的機械結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要初步選擇兩個缸分別完成吸嘴升降運動以及水平移動。一個擺動缸完成打標動作。兩個調(diào)速電機帶動傳送帶實現(xiàn)打標物件的運輸。2、氣缸動作回路 升降缸主要實現(xiàn)支撐以及吸嘴提

13、起放下物件，此動作由PLC控制換向閥實現(xiàn)，系統(tǒng)要求動作平穩(wěn)?；芈凡捎秒p單向節(jié)流閥進行節(jié)流調(diào)速。在缸停止時，采用單向閥進行鎖緊。水平缸要實現(xiàn)對吸嘴的水平移送動作，此動作由PLC控制換向閥實現(xiàn)。在缸的回路上用單向節(jié)流閥調(diào)速；當(dāng)吸嘴提起物件升降缸上升后，水平移動缸向有運動，將物件送到打標處。3、擺動馬達回路 擺動馬達要實現(xiàn)物件的打標動作，馬達的轉(zhuǎn)動與停止用換向閥控制系統(tǒng)采用雙單向節(jié)流閥，實現(xiàn)對馬達的速度控制。裝有單向閥以實現(xiàn)對馬達的鎖緊作用。 4、控制機構(gòu)確定 采用PLC程序?qū)Ω鏖y的控制，在控制屏上操作時間順序等的控制。4 回路設(shè)計4.1 氣缸工作程序根據(jù)工作要求可知，系統(tǒng)有升降缸（A缸）和水平缸（

14、B缸）。要控制的執(zhí)行元件數(shù)目是四個，即：升、降、右動和左動。相應(yīng)地把他們編成號為A1、A0、B1和B0。用a1、a0、b1和b0分別表示與動作A1、A0、B1和B0相對應(yīng)的行程輸出信號。即a1對應(yīng)于缸A活塞桿伸出終端位置的輸出信號；a0對應(yīng)于缸A活塞桿收回終端位置的輸出信號；b1對應(yīng)于缸B活塞桿伸出終端位置的輸出信號；b0對應(yīng)于缸B活塞桿收回終端位置的輸出信號。氣缸動作示意圖如圖4.1。 圖4.1 氣缸動作示意圖本系統(tǒng)為多缸多往復(fù)系統(tǒng)，其工作程序如下： A1 B1 A0 A1 B0 A0圖4.2 氣缸工作程序圖4. 2 畫信號動作狀態(tài)線圖系統(tǒng)信號動作狀態(tài)圖，各線條、符號表達的意思為：粗實線 動

15、作線，即D線。是個執(zhí)行元件的動作狀態(tài)線。起點是該動作程序的開始處，終點是該動作變化的開始處； 細實線 信號線，即X線。是執(zhí)行元件的行程信號線。起點與同組中動作狀態(tài)線起點相同，終點是和上一組中產(chǎn)生該信號動作狀態(tài)線終點相同； 圓圈 動作線和信號線的起點位置； X號 動作線和信號線的終點位置； 粗虛線 由多往復(fù)運動產(chǎn)生的補齊動作狀態(tài)線；細虛線 由多往復(fù)運動產(chǎn)生的補齊信號線；波浪線 障礙信號線，有型和型之分。在單往復(fù)系統(tǒng)中，只有型障礙信號。X-D（信號動作）組程 序執(zhí)行信號表達式123456A1B1A0A1B0A01a0(A1)A12a1(B1)B13b1(A0)A04a0(A1)A15a1(B0)B

16、06B0(A0) A0備用 圖 4.3 氣缸信號動作狀態(tài)線圖 4.3 畫氣缸回路原理圖根據(jù)系統(tǒng)要求，合理分配各執(zhí)行元件設(shè)計如圖4.4所示的氣動系統(tǒng)原理圖。 圖4.4 氣缸回路原理圖 此外，由于系統(tǒng)有很多電控閥的使用，電磁鐵工作順序表如下表4.1 。 表4.1 電磁鐵動作表1DT2DT3DT4DT5DT升降缸上升+升降缸下降+水平缸前進+水平缸后退+擺動缸擺動+5 載荷的組成和計算5.1 氣缸載荷的組成氣缸載荷主要有工作負載、運動部件導(dǎo)軌摩擦負載、運動部件慣性力、各密封處的摩擦阻力等。1、工作負載常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的物件的作用力。這些作用力的方向與活塞運動方向相同為負，相反為正。

17、2、導(dǎo)軌摩擦負載 (5.1) 式中 運動部件的重力，N; 外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力，N; 摩擦系數(shù)。 3、慣性負載慣性負載是運動部件在啟動加速或制動減速時的慣性力，其值可按牛頓第二定律算出 (5.2) 式中 重力加速度，N/kg； 時間內(nèi)的速度變化值，m/s； 啟動，制動速度轉(zhuǎn)換時間，一般機械取s，對輕載低速運動部件取小值，對重載高速部件取大值。行走機械一般m/s2。以上三種載荷之和稱為氣壓缸的外載荷 (5.3)4、密封處的摩擦阻力缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為： (5.4)式中 氣缸的機械效率，一般取 0.900.95. 因為，因此有 (5.5) 5、總載荷

18、(5.6) 5.2 氣缸載荷的計算5.2.1 升降缸的載荷計算1、工作負載 N式中 氣缸上負載質(zhì)量，N；重力加速度，N/kg。2、慣性負載 取 m/s2，由公式(5.2)可得： =30N3、導(dǎo)軌摩擦力在豎直方向無導(dǎo)軌，4、外載荷由公式（5.3）得 =196+30+0 N =226N5、摩擦阻力Fm 取m=0.95，由公式(5.5)可得： =12N6、總載荷由公式(5.6)可得： =226+12=238N5.2.2 水平缸的載荷計算1、導(dǎo)軌摩擦負載 水平滑道材料為鋁，故取=0.04由公式(5.1)可得： N =16 N 2、慣性負載 取 m/s2，由公式(5.2)可得： N3)工作負載水平氣缸在

19、水平方向=03)外載荷 由公式(5.3)可得： N =7.1N 4)摩擦阻力 Fm 取m=0.95，由公式(5.5)可得： N =0.5N6、總載荷由公式(5.6)可得： =7.7+0.5=8.2N5.2.3 擺動缸的載荷計算計算擺動缸載荷轉(zhuǎn)矩時要考慮擺動缸的機械效率，一般取=0.80.89。 (5.7) 已知載荷轉(zhuǎn)矩為 N·m， 機械效率取=0.85 ,由公式(5.7)可得： N·m6 氣壓系統(tǒng)元件的選擇6.1 氣缸的選擇6.1.1 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。系統(tǒng)工作壓力選定得是否合理，關(guān)系到整個系統(tǒng)的合理程度。因為氣缸工作壓力一般在0.11

20、MPa之間，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜大于1040KN。在本氣壓系統(tǒng)中，其中升降缸具有最大工作壓力。根據(jù)以上計算可知系統(tǒng)最大負載約為236N,故初選系統(tǒng)的工作壓力為0.2MPa。6.1.2 氣缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸計算由 (6.1) (6.2)得 = (6.3)= (6.4) 式中 無桿腔活塞負載，N；有桿腔活塞負載，N；活塞直徑，m；氣缸工作壓力，Pa； 考慮總阻力及動特性參數(shù)的負載率。一般負載率取值在0.30.5之間，要求運動速度高時取0.3左右，運動速度低時取0.5，豎直放置時取0.3左右。活塞桿直徑，當(dāng)用上式計算時，活塞桿直徑可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，按=0.20.3計算。計算出缸徑后，應(yīng)按參考文獻4表

21、6.1 進行圓整，選擇相近的標準缸徑。表6.1 缸筒內(nèi)徑系列 mm810121620253240506380（90）100（110）125(140)160(180)200(220)2503204005006301、升降缸內(nèi)徑升降缸由無桿腔負載，由公式（6.3）得=4.9410-4m=49.4mm由上表將缸內(nèi)徑圓整為=50mm由=0.20.3，則，=（0.20.3）=(1015)mm。由文獻1經(jīng)標準化可取=12mm。2、水平缸內(nèi)徑水平缸也由無桿腔負載，由公式（6.3）得=1.1610-4m=12mm根據(jù)上表可直接確定=12mm由=0.20.3，則，=（0.20.3）=(2.43.6)mm。經(jīng)標準

22、化可取=3mm。6.1.3 計算氣缸所需流量及實際工作壓力實際工作壓力有公式： （6.5）式中 活塞受力面積，m2。升降缸=0.12MP水平缸 = =0.07 MPa6.1.4 耗氣量計算一個氣缸的耗氣量與其直徑、行程、動作時間及及連接管道容積等有關(guān)。在實際應(yīng)用中，一般連接管道容積比氣缸容積小得多，故可忽略不計。氣缸一個往復(fù)行程壓縮空氣消耗量可按下式計算： （6.6）式中 雙作用活塞缸壓縮空氣耗量，m3/s； 氣缸一個往返行程所用時間，s； 氣缸容積效率，一般取=0.90.95； 氣缸行程，m。使用氣缸無桿腔工作，其公式可簡化為： (6.7)式中 汽缸內(nèi)徑，m。1、升降缸的耗氣量計算已知缸徑=

23、50mm，行程s=150mm，全程行程需要時間t=0.4s，取=0.9。由式(6.7)可算出壓縮空氣量： m3/s2、水平缸的耗氣量計算已知缸徑=12mm，行程s=400mm，全程行程需要時間t=0.4s，取=0.9。由式(6.7) 可算出壓縮空氣量： m3/s3、擺動缸耗氣量計算擺動缸的耗氣量由文獻3,899可知公式 (6.8)式中 標準狀態(tài)耗氣量，dm3/min； 擺動馬達容積，cm3； 頻度（循環(huán)次數(shù)），/min； 工作壓力，MPa。根據(jù)擺動缸載荷轉(zhuǎn)矩和設(shè)備的實際情況，由文獻1參考擺動缸各產(chǎn)品系列，可選擇QGB1-75型擺動缸。其各參數(shù)為：=184cm3、=50/min、工作壓力=0.1

24、51MPa、擺動角度、葉片數(shù)=1。所以，擺動缸的耗氣量可由公式(6.8) 算的： =54.73 dm3/min將其化成標準單位（m3/s）：×10-3/60 m3/s=9.1217×10-4 m3/s=9.12×10-4 m3/s6.1.5 氣缸型號的選擇根據(jù)計算的尺寸和氣壓系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù),由文獻6選擇液壓缸：升降缸為：QGB50×200-MF2移送缸為：10Y-1SD12N450擺動缸為：QGB1-75在氣缸工作中，當(dāng)，活塞桿承受推力負載時，細長桿受壓力往往會產(chǎn)生彎曲變形。氣缸承受縱向推力負載達到極限力以后，活塞桿會產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，該極限

25、力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。此時需要進行壓桿穩(wěn)定性的校核。由于升降缸 ，移送缸，所以這兩個缸的活塞桿都需要進行壓桿穩(wěn)定性的校核。當(dāng)細長比時, (6.9)當(dāng)細長比時, (6.10)式中 活塞桿計算長度，m； 活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑，實心桿m； 活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量，實心活塞桿m4； 活塞桿橫截面積，實心桿 m2； 末端條件系數(shù)； 活塞桿材料的彈性模量，對于鋼Pa； 材料試驗強度值，對于鋼Pa； 系數(shù)，對于鋼。 1、升降缸： mm=m 由參考文獻6，表3-5，取即： 應(yīng)按公式(6.9)驗算：=1.13×10-2m2N即：所選升降缸滿足要求。2水平缸： m 由參考文獻4，表3-5

26、，取即： 應(yīng)按公式（6.10）驗算： mm4 N 即：所選水平缸滿足要求。6.2 控制元件的選擇1選擇類型根據(jù)系統(tǒng)對控制元件壓力及流量要求，按照氣動回路原理圖初選個控制閥如下： 主控換向閥： 、閥均為Q25DC-L系列三位五通電磁換向閥，通經(jīng)待定； 安全閥： 因系統(tǒng)壓力較小，可選A27W-10型安全閥; 單向節(jié)流閥： 根據(jù)實際情況，可初選XQ系列單向節(jié)流閥； 減壓閥： 由系統(tǒng)壓力可初選QTYA系列減壓閥； 單向閥： 初選XQ系列。2 選擇主控閥： 對升降缸換向閥的選則：因升降缸要求壓力P1=0.2MPa，流量Q1=5.910-4m3/s，由參考文獻6表6-2，選電磁閥的通徑為6。其額定流量Q=

27、6.910-4m3/s，由參考文獻1可知，符合標準要求，故選換向閥型號為Q25DC-6.對水平缸換向閥的選則：水平移動缸要求壓力P<0.2MPa,流量Q2=1.310-4m3/s，同上步方法，選其型號為Q25DC-3。 表6.2 標準控制閥各通徑對應(yīng)的額定流量公稱通徑mm3681015202532405010-3m3/s0.1940.6941.3891.9442.7785.5568.33313.8919.4527.78m3/h0.72.5571020305070100L/min11.6641.6783.34116.7166213.4500833116616663、其他閥的選擇（1）安全閥

28、 A27W-10型安全閥公稱壓力為1MPa,符合系統(tǒng)要求，初選可用。（2）單向節(jié)流閥 升降缸流量為Q1=5.910-4m3/s，根據(jù)閥的應(yīng)用條件，XQ系列中可選XQ100600。水平缸流量為Q2=1.310-4m3/s，可選XQ100400.（3）減壓閥 根據(jù)系統(tǒng)所要求的壓力、流量，同時考慮A、B缸因連鎖關(guān)系不會同時工作的特點，即按其中流量、壓力消耗最大的一個缸（升降缸）選擇減壓閥。由供氣壓力不大于1MPa, 選擇減壓閥為TYA-L8。（4）單向閥 根據(jù)開啟壓力，工作需要壓力以及溫度環(huán)境等，選則單向閥型號為XQ11-04A。6.3 氣動輔件的選擇1、油水分離器 其類型主要根據(jù)過濾精度要求而定。

29、油水分離器的通徑原則上由流量確定，并要求和減壓閥相同。根據(jù)所選減壓閥，油水分離器選則型號為QSL-8。2、油霧器 根據(jù)油霧顆粒徑大小和流量來選擇。當(dāng)與減壓閥、油水分離器串聯(lián)使用時，三者通徑要相一致。故選油霧器QYW-8型可符合條件。3、消聲器 配于主控閥的排氣口，起到消聲、濾塵的作用。根據(jù)氣缸運動所需壓力，選消聲器QXS-L6型。7 管徑及壓力損失的確定7.1 管徑的確定管道管徑一般根據(jù)流量和流速要求即允許的壓力損失計算，計算公式為： （7.1）式中 計算管段內(nèi)壓縮空氣流量，m3/h； 計算管段內(nèi)壓縮空氣流速，m/s。在本設(shè)備中，根據(jù)各管徑與氣動元件通徑相一致的原則：升降缸進氣管管徑為6；水平

30、缸進氣管管徑為3。同時考慮升降缸與水平缸不同時工作的特點，按其中用氣量最大的升降缸主控閥的通徑初步確定QC段的管徑也為6。7.2 驗算壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失，管路的局部壓力損失?？偟膲毫p失為： （7.2）本設(shè)備因水平缸管徑較細，損失要比升降缸的大，因此驗算水平缸氣路的壓力損失是否在允許范圍內(nèi) （7.3）7.2.1 沿程壓力損失沿程壓力損失可由式 （7.4）求得，式中： 沿程壓力損失,MPa； 管內(nèi)徑,m； 管徑長度,m； 管中流速，m/s； 沿程阻力系數(shù)，由雷諾數(shù)Re和管壁相對粗糙度確定。（A）氣源處管道的沿程壓力損失式（7.4）中 管內(nèi)徑，=0.006m； 管徑長度，根據(jù)實際情

31、況可確定=2m； 管中流速，=19.25m/s；，是運動粘度，在室溫下，取=1.5710-5，所以=；塑料管路取=0.02，所以=。 根據(jù)Re、由參考文獻1得=0.0231。 在室溫下，壓力0.2MPa時，值可由式、算出，Kg/m3；= 3.69.8=35.28N/m2。= N/m2MPa（B）進氣段沿程壓力損失 m/s =由Re1、查得=0.018= N/m2 MPa（C）總的沿程壓力損失 MPa7.2.2 局部壓力損失 （A）流經(jīng)管路中的局部壓力損失 （7.5） （7.6） 各局部阻力系數(shù)可查有關(guān)手冊： 入口局部阻力系數(shù)，=0.5； 、 分別為三通管局部阻力系數(shù)，=2，=1.2；、 流經(jīng)截

32、止閥處局部阻力系數(shù)，=3.1；、 彎頭局部阻力系數(shù)，分別為=0.29，=0.58； 軟管處局部阻力系數(shù)，近似計算： =； 出口局部阻力系數(shù)，=1。 = 134.08 N/m2 MPa（B）流經(jīng)元、輔件的壓力損失 流經(jīng)減壓閥的壓力損失較小可忽略不計，其余損失： （7.7）式中 流經(jīng)分水濾氣器的壓力損失； 流經(jīng)油霧器的壓力損失； 流經(jīng)換向閥的壓力損失。查表得：=0.002 MPa，=0.0015 MPa，=0.0015 MPa。 =0.02+0.015+0.015=510-3 MPa(C)總的局部壓力損失 +510-3 =0.0051 MPa 7.2.3 總壓力損失 =6.6110-4+0.050

33、1=5.0710-3 MPa考慮排氣口消聲器等未計入的壓力損失： （7.8）式中 =1.051.3 取=1.1則 =1.15.0710-3=5.5710-3 MPa所以 故選擇管道以及各閥能夠滿足系統(tǒng)要求。8空氣壓縮機的選擇在選擇空氣壓縮機之前，將氣缸壓縮空氣耗量換算為自由空氣耗量,即 （8.1）式中 自由空氣耗量，m3/s； 氣缸工作壓力（表壓），Pa； 標準大氣壓，=0.1013MPa。由式 得 m3/s m/s m/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s氣缸的理論用氣量為： (8.2)式中 一臺設(shè)備上的氣缸總用氣量； 用氣設(shè)備臺數(shù)，本設(shè)備中=2； 一臺設(shè)備上的用氣

34、執(zhí)行元件個數(shù)，=3； 氣缸在一個周期內(nèi)單程作用次數(shù)。本系統(tǒng)中，升降缸一個周期內(nèi)單程作用兩次，故=2；水平缸一個周期內(nèi)單程作用一次，故=1；擺動缸一個周期內(nèi)單程作用一次，故=1。 一臺設(shè)備中某一氣缸在一個周期內(nèi)的平均用氣量m3/s； 某個氣缸一個單行程時間，s；s； 某設(shè)備一次工作循環(huán)時間，。由式(8.2) 得氣缸的理論用氣量 m3/s空壓機的供氣量： （8.30） 式中 利用系數(shù)，可取=0.95； 漏損系數(shù)，=1.151.5,本系統(tǒng)中取=1.2； 備用系數(shù)，=1.31.6，本系統(tǒng)中取=1.4； 一臺設(shè)備在一個周期內(nèi)的平均用氣量； 用氣設(shè)備臺數(shù)，=1。 m3/s m3/s計算空氣壓縮機的供氣壓力

35、，以選擇空氣壓縮機的排氣壓力 （8.4）式中 用氣設(shè)備使用的額定壓力； 氣動系統(tǒng)總壓力損失。 MPa 根據(jù)系統(tǒng)所需壓力、流量等參數(shù)，查參考文獻1選用 4S-1.2/5型空氣壓縮機，該空氣壓縮機的額定排氣壓力為 0.5MPa ，額定排氣量為 1.2 m3/s。9 PLC電氣步進控制系統(tǒng)PLC電氣步進控制系統(tǒng)是以PLC（即可編程控制器）為核心的氣動控制系統(tǒng)。PLC電氣步進控制系統(tǒng)要求設(shè)備具備電磁換向閥、電觸點行程開關(guān)以及電氣按鈕，在PLC程序模塊里輸入滿足設(shè)備工作要求的PLC程序，如圖9.1。 圖9.1 PLC電氣步進控制系統(tǒng)組成 由控制行程開關(guān)和電磁換向閥的PLC梯形圖如下，此程序可控制打標部分

36、的工作，提高了生產(chǎn)率。 10 氣動系統(tǒng)的維護及故障處理10.1 維護保養(yǎng)10.1.1 維護的中心任務(wù) 保證氣動系統(tǒng)情節(jié)干燥的壓縮空氣；保證氣動系統(tǒng)的氣密性；保證油霧潤滑元件得到必要的潤滑；保證氣動系統(tǒng)元件得到規(guī)定的工作條件，以保證氣動執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)定的要求進行工作。維護工作應(yīng)有記錄，以利于今后的故障診斷預(yù)處理。10.1.2 維護管理的考慮方法維護管理時，首先應(yīng)充分了解元件的功能、性能及構(gòu)造。在購入元件設(shè)備時，首先應(yīng)按照廠家的樣本等對元件的性能、功能進行調(diào)查。廠家的實驗條件與設(shè)備實際使用條件一般是不同的，因此，不應(yīng)忽視兩者之間的不同對產(chǎn)品性能的影響。在選用元件時，必須考慮下述事項：1、理解決定元件

37、型號而進行的實驗條件及其理論基礎(chǔ)，盡可能根據(jù)確實的數(shù)據(jù)來掌握元件的性能；2、調(diào)查、研究各種實際使用條件對氣動執(zhí)行元件適用場合、性能的影響；3、了解在最惡劣的使用條件下，元件性能上有無裕度。10.1.3 維護檢修原則和項目元件定期檢修項目有日常維護、每周一次的維護、三個月到一年的定期維護以及大修。日常維護主要是在設(shè)備開始運轉(zhuǎn)及結(jié)束時，應(yīng)養(yǎng)成排水的習(xí)慣。在氣罐、豎管的最下端及及配管端部、過濾器等需要排污的地方必須進行排水。定期檢修時主要檢查過濾器杯內(nèi)有無污物、濾芯是否堵塞、自動排水器是否正常；減壓閥調(diào)壓功能是否正常，壓力表有無竄動現(xiàn)象；油霧器油杯內(nèi)有無雜質(zhì)等污物、油滴是否正常；電磁閥電磁鐵處有無振

38、動噪聲、排氣口是否漏氣；氣缸運動是否平穩(wěn)。一般來說，一年到兩年間大修。10.2 常見故障診斷與對策10.2.1 氣源故障 氣源的常見故障：減壓閥故障，管路故障，壓縮空氣處理組件故障等。 減壓閥有時壓力調(diào)不高，或壓力上升緩慢，要考慮調(diào)壓彈簧斷裂或膜片破裂，過濾網(wǎng)被堵塞等，應(yīng)更換及拆下清洗；管路接頭處泄漏時可從聲音上來判斷漏氣的部位，應(yīng)及時修補或更換。若管路中聚積有冷凝水時，應(yīng)及時排掉；壓縮空氣處理組件中，當(dāng)油霧器不滴油時，應(yīng)檢查進氣口的氣流量是否低于起霧流量，是否漏氣，油量調(diào)節(jié)針閥是否堵塞等；如果油杯底部沉積了水分，應(yīng)及時排除；當(dāng)密封圈損壞時，應(yīng)及時更換。10.2.2 氣動執(zhí)行元件故障 由于氣缸

39、裝配不當(dāng)和長期使用，氣動執(zhí)行元件（氣缸）易發(fā)生內(nèi)、外泄漏，輸出力不足和動作不平穩(wěn)，緩沖效果不良，活塞桿和缸蓋損壞等故障現(xiàn)象。當(dāng)氣缸出現(xiàn)內(nèi)、外泄漏時，應(yīng)重新調(diào)整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；若氣缸內(nèi)存在雜質(zhì)，應(yīng)及時清除；活塞桿上有傷痕時，應(yīng)換新。氣缸的輸出力不足和動作不平穩(wěn)，一般是因活塞或活塞桿被卡住、潤滑不良、供氣量不足等原因造成的。對此，應(yīng)調(diào)整活塞桿的中心；供氣管路是否被堵塞。氣缸的緩沖效果不良，一般是因緩沖密封圈磨損或調(diào)節(jié)螺釘損壞所致。此時，應(yīng)更換密封圈和調(diào)節(jié)螺釘。 氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩沖機構(gòu)不起作用而造成的。對此，應(yīng)調(diào)整活塞桿的中心位置；更換緩沖

40、密封圈或調(diào)節(jié)螺釘。10.2.3 換向閥故障 換向閥的故障有：閥不能換向或換向動作緩慢，氣體泄漏，電磁先導(dǎo)閥有故障等。換向閥不能換向或換向動作緩慢，一般是因潤滑不良、彈簧被卡住或損壞、油污或雜質(zhì)卡住滑動部分等原因引起的。對此，應(yīng)先檢查油霧器的工作是否正常；潤滑油的粘度是否合適。換向閥泄漏應(yīng)更換密封圈、閥桿和閥座，或?qū)Q向閥換新。若電磁先導(dǎo)閥的進、排氣孔被油泥等雜物堵塞，封閉不嚴，活動鐵芯被卡死，電路有故障等，均可導(dǎo)致?lián)Q向閥不能正常換向。11 氣動系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計氣壓傳動和控制是生產(chǎn)過程自動化和機械化的最有效手段之一，但其工作介質(zhì)（壓縮空氣）的制造成本高，能量的利用率又相當(dāng)?shù)?。提高氣動系統(tǒng)使用的經(jīng)濟性

41、，已成為當(dāng)前應(yīng)該重視的問題。 對氣動系統(tǒng)來說，減少耗氣量就是節(jié)能。氣動系統(tǒng)的節(jié)能可以從幾個方面著手： （1） 完善氣源系統(tǒng) 從壓縮空氣的生產(chǎn)、處理、輸送、分配的整個氣源系統(tǒng)全盤考慮，采取綜合措施。在選擇空壓機時，采用具有完善級間冷卻的多極壓縮機可節(jié)省能量、提高效率。將全廠集中的由大型空壓機供氣的空壓站，轉(zhuǎn)變?yōu)橛稍跉鈩酉到y(tǒng)附近的分布在廠區(qū)內(nèi)的多臺較小型空壓機供氣減少沿程損失小，可以降低出口壓力?？諌簷C進氣管道應(yīng)接到室外溫度較低，環(huán)境干凈，干燥的地方。過濾設(shè)備必須保持良好的工作狀態(tài)。消除氣動系統(tǒng)的泄漏，是氣動系統(tǒng)節(jié)能的另一個重要措施。（2） 采用氣電或氣液復(fù)合傳動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)

42、節(jié)能 由于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的應(yīng)用也進入了氣動控制技術(shù)的領(lǐng)域。用于控制氣動執(zhí)行元件的，由普通氣動元件組成的，復(fù)雜的氣動邏輯控制回路，現(xiàn)在已可由微型計算機或可編程序控制器代替。只要編制不同的程序便能實現(xiàn)氣動裝置生產(chǎn)自動化的不同過程。低功耗的氣動元件，作為可編程序控制器直接驅(qū)動的元件，實現(xiàn)復(fù)雜的大規(guī)模程序控制，可獲得很好的節(jié)能效果。（3） 開發(fā)節(jié)能氣動元件 開發(fā)氣動節(jié)能元件，可從以下幾方面進行：減少漏氣，降低能源消耗。開發(fā)防泄漏、耐磨性能好的、無給油的材料制成軟密封件。開發(fā)低功耗氣動元件，降低能量消耗。（4） 合理設(shè)計氣動系統(tǒng)、擇優(yōu)選取和合理使用氣動元件，減少耗氣量 把氣動流體力學(xué)、氣動系統(tǒng)動力學(xué)的理論與實驗相結(jié)合，運用計算機仿真技術(shù)，可對氣動系統(tǒng)進行優(yōu)化