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河南机电高等专科学校毕业设计说明书1、.~①我们‖打〈败〉了敌人。②我们‖〔把敌人〕打〈败〉了。1绪论1.1研究的背景钢排钉具有其它排钉所不具有的特性，因此钢排钉不能被替代。随着房地产、装饰行业的飞速发展，在市场对钢排钉的需求逐年增加的情况下，现有钢排钉的生产方式不能很好的满足需求。人工排钉，不但效率低，而且胶水释放的有毒气体影响工人的身体健康，并且在冬季胶水还要有一定的温度，更增加了毒气的挥发。这显然大大地影响了钢排钉的规模化生产。在钢排钉的生产过程中，分离、涂胶、烘干、切断在工程中较容易实现。比如分离工序就可以采用较常用的电磁振动器完成，这种技术已经非常成熟，市场上销售此种类的设备也较多。难以实现的就是自动定向、排列，因为钢排钉所用的钢钉是T字形而非常见的圆形，比较特殊，常规方法不易实现。在这种情况下，高效的自动排钉装置不仅提高生产率还能降低对工人的危害。由钢排钉的生产工艺可知，钢排钉不能用纸、塑、直等排钉的生产工艺进行自动化生产。如果采用普通排钉的生产工艺的话，就必须先对原材料（钢丝）进行热处理（淬火）及镀锌，然后把这些钢丝做成线带。但是热处理后钢丝的强度、硬度大幅度提高，势必造成制钉的困难，且对模具的硬度要求很高，同时先前镀上的锌也会在剧烈振动中脱落。1.2研究的意义随着国内经济的迅速发展，建筑业也得到了大规模发展，房子装修中必不可少的钢排钉的需求量也逐年增加。同时随着经济全球化的快速发展，世界产业格局的重新调整，中国逐渐成为世界的加工厂。国外的劳动密集型企业不断把工厂搬到了中国，现在呈现出这样的现象：国外的企业在中国进行生产，然后把产品重新销售到本国，属于劳动密集型的钢排钉行业也不例外。目前，很多钢排钉生产企业都有对外出口的业务，且销量越来越大。河南机电高等专科学校毕业设计说明书2面对市场对钢排钉需求的不断增加，而钢排钉产量却提高不大（手工作业生产效率毕竟比较低），现在设计出一种钢排钉自动成型设备非常适合市场的需求。它不但能大大提高企业的生产效率，同时还能充分利用现有的钢钉生产设备，大大降低生产成本。鉴于以上原因，本文主要针对钢排钉自动化生产过程中的核心部分——钢排钉自动成排装置进行了研究设计。如果此装置够研制成功，那么整套钢排钉自动生产设备的关键技术也就解决了。通过对钢排钉生产特点的分析，运用相对运动原理及磁钢吸引钢钉的特性，提出了一种在生产过程中钢排钉自动成排的新技术。实验表明，该技术的运用，提高了钢钉自动排列的效率，为钢排钉的自动化生产提供了新方法。1.3研究内容为适应钢排钉的自动化生产，现对一种钢排钉自动成排装置进行了设计与研究。其以钢钉在条形磁钢的磁场中改变方向的原理以及钢钉本身的特点为基础，采用PLC对气动及电气进行自动控制，以实现钢排钉的自动成排。研究的主要内容有：1）收集资料，对钢排钉自动成排装置的相关资料进行研究。2）对钢排钉自动成排装置的电气控制部分进行设计，包括电气线路的设计、可编程控制器I/O接口信号的确定、控制程序的设计与调试。3）根据设计要求做出一台钢排钉自动成排装置。1.4.排钉的应用及特点排钉，是把规则排列的单个钉子用粘结剂或其它方式粘接起来的一种新型木工用钉。排钉被放入特制的射钉枪中，以电或压缩空气为动力，通过冲击作用射入木板、塑料或其它复合材料中。它在建筑、装修、家具、包装、装潢、沙发、皮鞋、皮具等行业得到越来越广泛的应用，排钉的使用将逐步取代用榔头打进钉子的陈旧紧固方式。射钉枪又称射钉器，由于外形和原理都与手枪相似，故常称为射钉枪。射钉枪，由于其效率高，钉受力均匀，使用方便等优点而广泛用于包装、广告、装潢及家具制造，制鞋业等方面，而作为其“子弹”的排钉，也就有了大量的需求。河南机电高等专科学校毕业设计说明书3排钉的最大优点是工作效率高，省工省时，其工效是用榔头操作的数倍。另一个优点是工艺性能好，所以在装修和家具生产中大量采用排钉，以取得造型效果。20世纪80年代初，排钉在发达国家得到广泛应用，其用量已占全世界木工用钉消费总量的15％～20％。90年代，随着我国对外开放的发展及建筑、装修、家具等行业的繁荣，这种新型钉，开始在我国应用，且用量逐年增加。与此同时，生产排钉的工艺、技术、设备也随之由国外引进。在沿海一带及内地部分省市已新建数家生产排钉的企业，形成金属制品行业的一个新领域。1.5排钉的类型及生产特点目前，市场上排钉的类型主要有：纸排钉、塑排钉、钢排钉等，单个钉的形状有F、T、U型等。根据生产工艺可以把它们分成两类：一类是纸排钉、塑排钉、直排钉；另一类是钢排钉。1.5.1纸排钉、塑排钉如图1-1所示图1-1纸排钉、塑排钉由于此类排钉的使用场合对强度、硬度要求不是太高，故在生产过程中省去了很多工序，目前能够实现自动化生产，且技术比较成熟。经调查，此类排钉所用材料主要为碳钢。一般生产过程如下：圆线材经压扁机搞直、压扁，并集于一定数量的线轴上，经上胶机上胶、烘干制成线带[1]，将线带送入成型主机中进行切断、成型、打头，从而完成整个制作程序。目前，生产此类排钉所用设备主要有：上胶机压扁机成型机。1.5.2钢排钉河南机电高等专科学校毕业设计说明书4钢排钉是众多排钉系列中的一种，因其强度高、硬度大，能够钉入到混凝土等比较坚硬的材料中，故称其为钢排钉如图1-2所示图1-2钢排钉钢排钉的特点：(1)单个钢钉的直径为2.2mm，长度分别为：18mm、26mm、38mm、46mm、50mm、64mm等不同规格。(2)钢排钉必须是40个钢钉为一排，顶部、侧面都必须平整不得翘曲。(3)钉排需有一定刚性和强度：拿住一端，另一端不得下沉和折断。(4)钉与钉之间必须紧密接触，不得有间隙。胶水涂挂均匀，不得起瘤和气泡，胶界限制在钉头下10mm。钢排钉是以盘圆线材（高、中或低碳钢）为原材料，经拉丝机数次拨拉（冷拉）至钢排钉要求之线径，由制钉机生产出规格钢钉，经热处理炉进行淬火处理，然后由抛光机进行抛光，再经镀锌设备进行电镀，最后由人工进行上胶，将钢钉粘成排而成合格产品。经调查，目前，钢排钉生产企业所用生产设备主要由：①制钉机、②拉丝机、③抛光机、④磨刀机、⑤轧尖机、⑥热处理炉、⑦镀锌设备以及人工排钉时所用的工具。1.5.3钢排钉与纸、塑、直等其它排钉的区别钢排钉与其它排钉有很大的区别。首先，它们的应用场合不同；其次，两类排钉所用的材料、生产设备及生产工艺都存在很大的区别。到目前为止，钢排钉生产过程还不能实现自动化，只能先生产出单个的钢钉，然后人工完成排钉；而纸、塑、直等河南机电高等专科学校毕业设计说明书5普通排钉的生产基本上都实现了自动化，且效率也比较高。1.6钢排钉自动化生产设备的发展与研究现状目前，在钢排钉自动化生产研究领域内，钢排钉的生产工艺过程逐步达成了共识，那就是该工艺过程包括以下几部分：分离、定向、排列、涂胶、烘干、切断等。其生产流程如图1-3所示。图1-3钢排钉生产流程图国内一些单位和个人对钢排钉生产设备作了一些研究：五邑大学的阳大志等人设计了一套钢排钉自动生产设备[2-3]，其中就包括以上几个部分，从原理上说是可行的，但是仍存在许多不足。例如：从定向装置可以看出其结构设计的不太合理，钢钉的定向缺少足够的动力，很大程度上取决于钢钉的重力及与轨道的磨擦阻力。如果阻力太大，钢钉就不能向前运行。尤其是排列装置，钢排钉所用钉大都是T字形的，钉头不是圆形的，而是矩形的，并且宽度与钢钉直径相同，要想采用常规的滑道方式挂住钉头，非常困难。经试验，此效果较差。一家广东企业研究出一种钢排钉自动生产的方案，并申请了专利。据介绍，该钢排钉机是借助于电机的振动力，使置于顶部料斗内的钢钉产生运动，使某些钢钉的“Ｔ”形头落在下方料斗底部的槽室内，钉尖在自重作用下自动下垂，从而在料斗槽内所开的许多槽齿内排列很多的钉。料斗可与水平面呈一定角度使钢钉在冲击振动下翻滚，防止其结团，卡料。细看其原理，会发现此方案中钢钉的定向是随机的，并且只要钢钉稍微震动就会掉落，另外排列这个非常重要的问题也没有解决。几年前，台湾的一家企业曾研制出一套生产钢排钉的设备，不过效果不理想。河南省鹤壁市的一家企业购买了此种设备，未能满足大量生产的要求被搁置。究其原因，此设备存在设计上的缺陷。河南机电高等专科学校毕业设计说明书6到目前为止，国内市场上几乎还没有一种真正自动化生产钢排钉的成套设备。经过查询，本人未查到国外钢排钉自动生产设备的相关信息。河南机电高等专科学校毕业设计说明书72电控系统的设计为了实现钢排钉自动成排装置的自动化功能，提高生产效率，本设计采用气动技术、自动检测技术与PLC（可编程控制器）控制技术相结合，对推钉电磁阀、吸钉电磁阀以及电磁铁进行控制。2.1控制过程分析目前，在工业自动化智能控制领域，PLC得到了广泛应用。考虑到本控制系统要求不是太复杂，又需要精确的定时，为了调试方便，特选用PLC作为控制主机。其输入信号为2个，输出信号3个。输入信号由推钉接近开关、钉头检测接近开关提供；输出点与电磁继电器或电磁铁相连，电磁继电器控制电磁阀，电磁阀控制推钉、吸钉气缸的吸/排气动作,工作原理如图2-1所示。图2-1控制原理图其具体过程控制如下：1)推钉控制当推钉接近开关有信号时，推钉继电器吸合，推钉控制电磁阀由右位变为左位，推钉气缸活塞杆伸出，完成推钉动作；当PLC中的定时器定时结束后，推钉继电器断开，活塞杆缩回，如此循环便实现自动推钉。由于推钉接近开关产生信号后会马上消失，这时如果不适当延长气缸的动作时间就会产生这样的现象——气缸活塞杆伸出一部分后马上缩回。这样就达不到预定目的，所以必须适当延时。经过试验，推钉气缸活塞杆伸出过程中延长时间为0.3s。2)吸钉控制河南机电高等专科学校毕业设计说明书8当钉头检测接近开关有信号时，吸钉继电器吸合，吸钉控制电磁阀由右位变为左位，吸钉气缸活塞杆伸出，同时固定在吸钉汽缸活塞杆端部的电磁铁通电产生磁性。当活塞杆达到最大行程时，电磁铁把不符合要求的电磁铁吸住，然后吸钉继电器断开，活塞杆缩回。而此时电磁铁仍然要通电吸住钢钉并把他拉出滑板，当PLC定时器定时结束后，电磁铁断电，钢钉丢掉。如此循环，就会把不符合要求的钢钉去掉。试验中，吸钉汽缸活塞杆伸出过程中需要延时0.3s，电磁铁通电后延时0.5s。2.2控制元件的选取为了实现上述控制过程，必须选取合适的控制元件。2.2.1PLC(可编程控制器)的选取可编程控制器（PLC）可编程控制器是近年来迅速发民并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置.早期的可编程控制器在功能上只能实现逻辑,因此被称为可编程控制器。国际电工委员会在1985年颁布的标准中，对可编程控制器定义为：可编程控制器是一种志为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它彩可编程序的存储器，用来在其内部存储招待逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种生产机械或过程。PLC的特点(1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自河南机电高等专科学校毕业设计说明书9诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC