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辽宁科技大学本科生毕业设计第1页1绪论1.1打标机的发展历史打标机就是将以设计好的图形、文字、产品序列号、商标等通过合适的工艺手段标记在产品的表面。根据工艺的不同，标记可分为永久性和可去除两种。奥斯汀标系统有限公司作为标记和打标行业的领导者，已经有半个世纪的历史。1968年她的前身成立于瑞典，是世界上电解液打标机的发明者，随着公司的发展壮大，在20世纪70年代，由瑞典迁到德国佐林根；随后，公司先后开发了气动针式打标机，喷墨打标机和激光打标机，形成了全系列标志系统的研发，生产和销售体系，并且研发出环保耐久的电解液和优质的打标模板，得到全世界标记行业的一致好评。1973年，美国TELESIS公司研发出全球第一台气动打标机；1984年法国TECHNIF公司研制出全球第一台手持式气动打标机。打标技术目前在工业上的应用正被人们逐渐重视，各种新型的打标系统层出不穷，它以其独特的优点正在取代传统的标记方法，如：冲压、印刷、化学腐蚀等,在各种机械零部件、电子元器件、集成电路模块、仪器、仪表、电机铭牌、工具甚至食品包装等物体表面上,标记出汉字、英文字符、数字、图形等，从而在这些领域取得了广泛的应用。国际上一些发达国家已将该技术作为工业加工的进行研制和推广。现在它已经引起了越来越多生产厂家的重视，给产品生产注入新的活力。1.2我国打标机发展状况我国引进打标机比较晚，1997年重庆捷达公司从加拿大引进打标机系统，这是最早气动打标机生产基地，也是国内气动打标机的发源地。在重庆本地经销打标机企业有五十多家，但真正的生产企业不多，大概只有五六家左右，大多数是打标机经销商和贴牌商，由于打标机是1997年开始从国外引进，并开始研究和生产。最早打标机主要应用于发动机、活塞、摩托车车架、汽车大梁等行业的应用，由于打标机打印速度比较快，每个厂一般有一两台就行了，打标机的使用寿命一般有五六年。整个打标机当时在国内需求量不是很大，所以打标机主要是中小企业生产，这些企业一般人都不是很多，最多五十生产工人左右，现在的企业在网上一家比一家说的大，一家比一家说的好，但实际你走进工厂最多可能只有一两个人或者四五个人，很多都没有自己的核心技术，没有固辽宁科技大学本科生毕业设计第2页定的生产车间，没有必要的检测手断，只经过简单的组装就出厂，导致在使用过程中故障不断。还有就是很多都是经销商或贴牌商；还有很多是业务人员在外买的打标机，然后随便贴上一个品牌，很多客户采购气动打标机根本就不知道打标机是什么样的，质量好坏的的一个凭定标准，当购买过后打标机用了不长时间就坏或者根本就不稳定，当在打电话售后服务时，很多公司都不在了，或者售后服务费用很高，所以客户购买设备一定要到生产厂家购买，还有就是在用户选购前做好充分的市场调查，不要一味地看重价格，更重要的是摸清对方的公司实力，以避免遭受不必要的经济损失。国家自“六.五”计划起支持打标加工项目，“七.五”末至“八.五”初期开始出现激光加工系统的专业生产企业。国家科委已将打标技术列为“八五火炬计划”进行研制和推广。这必将为我国打标技术的发展提供强大动力。1.3电化打标机原理及特点打标机按打标工艺不同可分为气动打标机、电化打标机和激光打标记等。他们打标条件不同，使用范围也不一样。他们之间的区别见表1.1。表1.1电化打标与其它常见工艺标刻的比较与区别打标工艺速度性能效果与精度图像文字变更激光振镜打标快好精度高效果好易于变更激光掩模打标快较好精度较高不易变更化学腐蚀较快好精度不高不易变更照相腐蚀较快好精度不高不易变更喷墨喷码快较差精度较高易于变更机械压痕快较差精度不高不易变更熔模快好精度差不易变更气动冲针中速较好精度不高易于变更电化打标机又叫电腐蚀打标机，电化打标机、电蚀打标机、金属电印打标机、电蚀刻打标机、金属刻字机、金属印字机、金属打标机、金属电化打标机。标记过程是基于电化学理，通过在导电产品的表面上覆盖一个标记模板，使电流和电解液在导辽宁科技大学本科生毕业设计第3页电体和模板之间相互作用而产生清晰耐久的标识。根据导电产品的不同材质，通过选择的电解液和控制标记电流，电解液标记可以在产品表面留下不同颜色（黑色和白色）不同深度的标记。通过设计制作模板，可以在产品上标记任何形状，适用于所有导电产品。典型应用领域有：餐具、工具、医疗仪器设备、管件轴承。产品特点：1、电子模块制作，功能扩展性强，具有定时打标，自动、半自动打标功能，可连续生产使用。2、打标操作简单，具有定时打标，自动、半自动打标功能，可连接生产线使用。3、打标速度快，一次可在2秒内完成，可打印各种商标图形，产品名称，技术指标。4、图案、文字、符号美观、清晰。5、标记永久保持、又不损伤产品外观。6、防伪性强，不易仿冒。7、标记成本是传统制标成本的三分之一。1.4我国气动行业的发展气动技术作为现代传动与控制的重要技术，有着广阔的应用和发展前景。中国的气动工业还是个朝阳工业，伴随着现代化建设进程，气动技术的应用领域正在迅速扩大。近几年来，各类中、外气动生产企业和经营机构如雨后春笋迅速发展。气动系统的优点：获取：空气是取之不尽用之不绝的。输送：空气通过管道容易传输，可集中供气，远距离输送。存贮：压缩空气可以贮存在贮气罐中。温度：压缩空气对温度的变化不敏感，从而保证运行稳定。防暴：压缩空气没有爆炸及着火的危险。洁净：无油润滑的排出气体干净，通过管路和元件排出的气体不会污染空气。元件：气动元件结构简单，价格相对低。过载安全：气动工具和执行元件超载可达到停止不动，而无其它危害。我国的气动工业发展起步晚、起点低，在发展过程中缺乏国家重点投入，并受国家基础工业水平和相关产业水平所限，曾经历了较长时期的低水平、封闭式的慢速发展过辽宁科技大学本科生毕业设计第4页程。进入九十年代以来，随着国家对外开放和现代化建设的步伐加快，气动技术的应用领域逐渐增多，并愈来愈多地接触到国外同行的先进产品与技术，行业的发展才步入较快阶段。经过三十多年的发展，我国气动行业虽然有了长足进步，但还是个小行业，无论在生产规模还是技术水平上，都还不能满足不断提升的市场需求和现代化建设要求，与国际先进水平的差距也甚为悬殊。国家的改革开放与现代化建设，推动了气动行业的高速发展；国际同行的关注与投入，也加大了气动领域技术发展与市场竞争的力度。1.5课题的来源及现实意义电化刻字机在国内发展并非先进，国内几家有流水线式刻字机的单位也不多，而且生产过程复杂，雇佣工人多，时间长，生产效率低，成本大。通过气动系统设计，可改善这些问题。气动系统靠PLC控制，实现机电气一体化，符合行业发展规律。通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际工程课题的能力。辽宁科技大学本科生毕业设计第5页2气压系统的相关设计参数升降缸上升高度150mm水平缸移动距离400mm摆动缸载荷18N·m齿形带运动速速2m/s一次打标数目1个达标时间3个/s打标循环周期0.8s系统最大压力0.2MPa辽宁科技大学本科生毕业设计第6页3明确工作要求及制定系统方案3.1气压系统组成及设计要求气动技术是指以压缩空气为工作介质传递动力和控制信号的系统。典型的气动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件及辅助元件等部分组成。本设备中采用空气压缩机作为气压发生装置，以气缸作为执行机构，将压力能转化为机械能。在它们之间通过管道以及附件进行能量传递；通过各种阀作为控制机构进行控制。通常气压系统的一般要求是：1、保证工作部件所需要的动力；2、实现工作部件所需要的运动、工作循环，保证运动的平稳性和精确性；3、要求传动效率高；4、结构简单紧凑，工作安全可靠，操作容易，维修方便等。5、应力求简单、经济及满足环保要求。3.2设备的工作要求具有自动打标功能。传输带将餐具运送到吸嘴下，由吸嘴吸到打标器下，延时，开始打标。打标后再由另一吸嘴将其送到下一传送带上。在传送带上实现清洗、消毒以及包装等工作。1、运动要求：打标完成一次时间t1s，气缸要求运行速度快，运行平稳。各缸之间顺序动作。根据实际工作条件，气缸运行速度可用节流阀进行调节。电机带动传送带速度根据实际情况可调节。2、动力要求：由于餐具质量较轻，因此系统压力较低。各部件皆为轻质材料，对推动部件力也较小。3、工作环境：室内工作，室温，灰尘较少。4、其他：本设备由机电气共同作用完成，PLC程序控制各阀的工作状态实现对缸的控制，电器部分要注意防静电，防水。3.3制定系统方案1、执行机构的确定本系统执行机构是以气缸带动执行机构执行运动的机械结构。辽宁科技大学本科生毕业设计第7页根据需要初步选择两个缸分别完成吸嘴升降运动以及水平移动。一个摆动缸完成打标动作。两个调速电机带动传送带实现打标物件的运输。2、气缸动作回路升降缸主要实现支撑以及吸嘴提起放下物件，此动作由PLC控制换向阀实现，系统要求动作平稳。回路采用双单向节流阀进行节流调速。在缸停止时，采用单向阀进行锁紧。水平缸要实现对吸嘴的水平移送动作，此动作由PLC控制换向阀实现。在缸的回路上用单向节流阀调速；当吸嘴提起物件升降缸上升后，水平移动缸向有运动，将物件送到打标处。3、摆动马达回路摆动马达要实现物件的打标动作，马达的转动与停止用换向阀控制系统采用双单向节流阀，实现对马达的速度控制。装有单向阀以实现对马达的锁紧作用。4、控制机构确定采用PLC程序对各阀的控制，在控制屏上操作时间顺序等的控制。辽宁科技大学本科生毕业设计第8页4回路设计4.1气缸工作程序根据工作要求可知，系统有升降缸（A缸）和水平缸（B缸）。要控制的执行元件数目是四个，即：升、降、右动和左动。相应地把他们编成号为A1、A0、B1和B0。用a1、a0、b1和b0分别表示与动作A1、A0、B1和B0相对应的行程输出信号。即a1对应于缸A活塞杆伸出终端位置的输出信号；a0对应于缸A活塞杆收回终端位置的输出信号；b1对应于缸B活塞杆伸出终端位置的输出信号；b0对应于缸B活塞杆收回终端位置的输出信号。气缸动作示意图如图4.1。图4.1气缸动作示意图本系统为多缸多往复系统，其工作程序如下：A11aB11bA00aA11aB00bA0图4.2气缸工作程序图4.2画信号动作状态线图系统信号动作状态图，各线条、符号表达的意思为：粗实线动作线，即D线。是个执行元件的动作状态线。起点是该动作程序的开始处，终点是该动作变化的开始处；细实线信号线，即X线。是执行元件的行程信号线。起点与同组中动作状态线起辽宁科技大学本科生毕业设计第9页点相同，终点是和上一组中产生该信号动作状态线终点相同；圆圈动作线和信号线的起点位置；X号动作线和信号线的终点位置；粗虚线由多往复运动产生的补齐动作状态线；细虚线由多往复运动产生的补齐信号线；波浪线障碍信号线，有Ⅰ型和Ⅱ型之分。在单往复系统中，只有Ⅰ型障碍信号。X-D（信号动作）组程序执行信号表达式123456A1B1A0A1B0A01a0(A1)A12a1(B1)B13b1(A0)A04a0(A1)A15a1(B0)B06B0(A0)A0备用图4.3气缸信号—动作状态线图4.3画气缸回路原理图辽宁科技大学本科生毕业设计第10页根据系统要求，合理分配各执行元件设计如图4.4所示的气动系统原理图。图4.4气缸回路原理图此外，由于系统有很多电控阀的使用，电磁铁工作顺序表如下表4.1。表4.1电磁铁动作表1DT2DT3DT4DT5DT升降缸上升+升降缸下降+水平缸前进+水平缸后退+摆动缸摆动+辽宁科技大学本科生毕业设计第11页5载荷的组成和计算5.1气缸载荷的组成气缸载荷主要有工作负载、运动部件导轨摩擦负载、运动部件惯性力、各密封处的摩擦阻力等。1、工作负载gF常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的物件的作用力。这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。2、导轨摩擦负载fFNfFGF(5.1)式中G—运动部件的重力，N;NF—外载荷作用于导轨上的正压力，N;—摩擦系数。3、惯性负载F惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律算出