气动自动打标机结构及控制设计

一、气动自动打标机的发展及其现状

1.1气动自动打标机简介

1.2气动自动打标机功能及特点

1.3气动自动打标机主要应用范围

1.4设备机械部分运动要求

1.5设备电气控制要求及技术要求

二、气动系统设计及元器件选择

2.1画X-D线路图

2.2绘出利用行程开关控制的气动控制回路

2.3选择执行元件

2.4选择控制元件

2.5选择辅助元件

2.6确定管道直径及压力损失

2.7选择空气压缩机

三、控制系统设计及元器件选择

3.1绘出气动回路

3.2电气控制原理图

3.3选择电磁阀

3.4选择可编程控制器

3.5选择电源

3.6 选择磁性行程开关

3.7 I/O地址分配

3.8 PLC程序设计

四、电气接线图

五、元件明细表

六、参考资料

七、总结

一、气动自动打标机的发展及其现状

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。打标机就是在包装件或产品上加上标签的机器，不仅有美观的作用，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。打标机是现代包装不可缺少的组成部分。

1.1气动自动打标机简介

气动打标机由PLC控制电磁阀的通断来控制各个气缸，使之完成相应的动作。打印头在气缸C作用下做冲压运动，从而在工件上印出有一定深度的标记。

1.2气动自动打标机功能及特点

不用传送带靠重力作用使工件自动填装，通过气缸直接打标输出，标记工整清晰；标记速度快，对标记材料无特殊要求；抗干扰能力强，能够在较恶劣的环境下工作；采用气体作为动力源，生产成本低，无污染；适合速度要求较快的流水线场合。

1.3气动自动打标机主要应用范围

1、汽车、摩托车等发动机、活塞、身、车架、底盘、连杆、发动机、汽缸等零部件进行编号、名称、商标、生产日期的打印；

2、电动车、自行车、摩托车等加架号打印；

3、各种商品、车辆、设备产品的标牌打印；

4、各种机械零部件、机床工具、五金制品、金属管、齿轮、泵体、阀门、紧固件、钢材、仪器仪表。机电设备等金属打标；塑料制品。

1.4设备机械部分运动要求

（1）当工件落入V形槽内，气缸A伸出夹紧工件。

（2）气缸A压紧后，气缸B才能打印。

（3）打印完毕气缸B立即缩回。

（4）气缸A迟于气缸B缩回，时间由工件材料特性决定。

（5）松开工件后即气缸A和气缸B完全缩回时，气缸C伸出，将工件推出V形槽。

（6）气缸C伸出后立即缩回，下一工件在重力作用下自动落入V形槽，如此完成一个工作循环。

（7）工件直径15cm，重量1.5kg，每分钟打印5个工件。

1.5设备电气控制要求及技术要求

（1）采用可编程控制器取代中间气阀完成控制，

（2）由于用二位五通双电控电磁阀控制气缸进气和排气，电磁阀线圈通电时间不能过长，以免烧毁线圈。

（3）为了提高生产率可在气缸B打印完毕缩回的同时也让气缸A缩回，不能同时缩回，气缸A动作应延迟一段时间，以免同时动作时将工件粘起（4）气缸A和气缸B都缩回时才让气缸C伸出推走工件

（5）气缸C缩回时才能开始下一个循环

（6）电路要有必要的保护

二、气动控制系统设计及参数计算

2.1画X-D线路图

2.2绘出利用行程开关控制的气动控制回路

2.3选择执行元件

1.根据参数要求：A 缸行程125mm ，夹紧力50N ；B 缸行程100mm ，打标力100N ；C 缸行程125mm ，推力20N ；每个缸往复动作次数为300次/小时。 选择三个活塞式双作用单活塞杆气缸作执行元件。

2.计算气缸内径

)(104

3m p R

D m

-?=

ηπ

式中 R ——工作负荷)(N ;

p ——工作压力)(MPa ;

m η——机械效率。

选定气缸工作压力为0.3MPa 、机械效率为0.7，则气缸的内径分别为： 夹紧缸A ：

N R A 50=

mm D A 167

.03.014.350

4=???=

打标缸B ：

N R B 100=

mm D B 257

.03.014.3100

4=???=

退料缸C ：

N R C 20=

m 107

.03.014.320

4m D C =???=

3.选标准气缸

根据缸径和行程查产品设计手册选：

夹紧缸A ：，缸径16mm 、活塞杆径5mm 、理论输出压力60.3N 、行程125mm ； 打标缸B ：，缸径25mm 、活塞杆径10mm 、理论输出压力147.3N 、行程100mm ； 退料缸C ：，缸径10mm 、活塞杆径4mm 、理论输出压力23.6N 、行程125mm ；4.计算各气缸往复动作一次的耗气量：

)(104

)

2(3922m S d D V -??-=

π

式中D ——气缸内径（mm ）;d ——活塞杆径（mm ）;S ——气缸行程（mm ）。 送料缸A ：

351056.9m V A -?==

打印缸B ：

351006.18m V B -?==

推料缸C ：

351062.3m V C -?==

上式各值是按压缩空气计算的耗气量，为选择空压机，需要按自由空气计算

耗气量：

)(1013

.01013

.03工压

自m p V V +=

式中自V ——按自由空气计算的耗气量)(3m ;

压V ——按压缩空气计算的耗气量)(3m ; 工p ——气缸的工作压力)(MPa 。

因此，夹紧缸A ：

3411078.3m V A -?==

打印缸B ：

3411016.7m V B -?==

推料缸C ：

3411044.1m V C -?=

2.4选择控制元件

1.回路中的主控阀均为2位5通电磁阀（共3件），其公称通径根据所通过流量选定。该气动系统对每个气缸的动作时间无特殊要求。因此上述各阀流量等于该系统单位时间内平均耗气量（压缩空气），即

)/()(3s m T V b V b V b Q C C B B A A ++=

式中A b 、B b 、C b ——A 、B 和C 缸在一个工作周期中往复动作次数，本例中均为1；

A V 、

B V 、

C V ——A 、B 和C 缸往复动作一次的按压缩空气计算的耗气量，其

值分别为351056.9m V A -?==、3410806.1m V B -?==和351062.3m V C -?== T ——工作周期，s T 12=

由此得s m Q /10604.212

10)62.306.1856.9(355

--?=?++=

根据Q 选定公称通径为6.5mm 。

2.5选择辅助元件

1.分水滤气器（图未画出）选用过滤精度为50m μ的1508C L QSL -?-型，其公称通径与减压阀相一致。

2.油雾器（图未画出）选用油雾颗粒大小为50m μ的Wn L QYW --8型，其公称通径与减压阀相一致。

3．减压阀 BR3000 调压范围0.05MPa~0.85MPa 4．总气源开关阀 HVFF10 5. 消声器 外牙口径：2分（13MM ）（含滤芯）高度:53MM(不含螺丝的高度) 外

壳直径尺寸：53MM

2.6确定管道直径及压力损失

1.空气压缩机至设备的管道直径

根据各气缸所需压缩空气量和推荐流速，按下式计算

)(41m Q

d πυ

=

式中1d ——管道内径)(m ;

Q ——各气缸单位时间内平均耗气量的总和)/(3s m 。本例中

s m Q /10604.235-?=； υ——推荐流速)/(s m ，选s m /2。 代入上式得：m d 35

1101.42

14.310604.24--?=???=

2.设备内部管道直径根据与元件的公称通经相一致原则，又气缸A 和气缸C 的管道接口直径为5mm ，气缸B 管道接口直径为10mm 。故选定干路管道公称直径为10mm 通径6.5mm 。

3.计算管道中的压力损失。

由于本系统中管道中的流量小，管道不长，可不计压力损失，而直接确定压

缩机至设备的管道中压力损失不大于MPa 05.0，设备内部管道中压力损失不大于MPa 01.0。因此，管道中的总压力损失：

MPa p 06.001.005.0=+≤?管

4.计算动力回路各元件中的压力损失。

本系统动力回路中装有分水滤气器、减压阀、油雾器、总气源开关阀、和消声器。查手册可得其压力损失分别为MPa 01.0、MPa 02.0、MPa 015.0、MPa 022.0、和MPa 012.0。这样，压缩空气流经动力回路各元件时的总压力损失：

)(078.0012.0022.0015.002.001.0元MPa p =++++=?

5.计算回路中的总压力损失。

总压力损失等于管道中和元件中压力损失的总和，即：

MPa p p p 138.0078.006.0元管=+=?+?=?

2.7选择空气压缩机

1.计算空压机的供气量

)

/(/)(/])([3211

21s m T V b V b V b K K T

V b K K Q C C B B A A m

j j j ++==∑=??

式中，3=?（查手册），2.11=K ；4.12=K ；s T 12=。VA 、VB 、VC 是按自由空气计算的耗气量

根据前面计算结果，可得空压机的供气量：

min /1012.3/1020.512

10)44.116.778.3(4.12.1332344

m s

m Q ---?=?=?++???= 2.计算空压机的供气压

)(MPa p

p p ?+=工

根据前面计算结果，可得空压机的供气压：

MPa p 438.0138.03.0=+=

3.根据计算出的供气量和供气压,选取额定排气量为min /35L ，额定压力为MPa 7.0。型号FB20-7 功率500w 储气20L

三、电控系统设计

3.1绘出气动回路

3.2电气控制原理图

3.3选择电磁阀

YV1、YV2、YV5、YV6：二位五通

4V120-05接管螺纹：G1/8 直径5mm 压力范围：0.15MPa~0.8MPa

运动方式：内部引导式最大动作频率5次/秒 AC220V

YV3、YV4：二位五通

4V320-10 接管螺纹：G3/8 直径10mm 压力范围：0.15MPa~0.8MPa

运动方式：内部引导式最大动作频率5次/秒 AC220V

3.4 选择可编程控制器

由于有7个开关量6个输出量，故选用西门子S7-200 CPU 222 AC/DC/继电器 8输入/6继电器输出

订货号6ES 7212--1BB23--0XB0

尺寸90 x 80 x 62 功耗7 W

3.5 选择电源

开关电源24V 50W

3.6 选择磁性行程开关

D-A93 常开型电压5~120V DC

3.8 PLC程序设计

四、电气接线图

六、参考资料

1.吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨工业大学出版社.2010.

2.

3.

4.

七、总结

通过这次课程设计，在实践中我们发现了很多在画原理图过程中的疏漏，导致整个回路不能实现其功能。在实验室呆的两天多时间里通过不断地探索研究终于将两种方法都在实验台上成功完成。很多错误都是没有用到互锁功能导致很多不应该同时得电的线圈同时得电，在逐步排除故障后，实现了系统的自动、手动控制。

在这三天的课程设计过程中，我们收集资料、设计计算、绘制原理图、搭接实验系统等，由浅到深的理解了气动和电气控制的原理。把书本上的理论知识应用到实践中。通过气动打标机的纯气动和电控实验系统的搭接得出结论，纯气动回路使用快速接头可以非常简单的进行配管，采用纯气动系统较继电控制回路较为复杂。气动回路中做完功的空气可以直接排放到大气中，不需要设置回程管道，即使系统中有泄漏也不至于造成环境污染，但是也有一些缺点，系统稳定性较差，速度控制精度较差，气动系统本身缺少润滑等。

作为一名大四学生，即将步入工作岗位。我觉得这样的课程设计是十分必要的，在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅的大量设计资料。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

在搭接实验系统时，我们发现自己在绘制原理图过程中的一些疏忽，导致系统无法按照预计的工作。结果我们一次又一次的重新搭建系统，在失败中摸索经验，最后终于

一步一步的解决问题。在设计过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。我们通过查阅大量的有关资料，并在小组中讨论，交流经验，若遇到搞不明白的问题就会及时请教老师，是自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。最后感谢指导我们的吴老师和实验室的各位老师们！

在这次课程设计的过程中，我主要工作是搭建系统回路，还参与了系统设计。在系统设计中我发现在没有经验的基础上想要设计一个复杂的系统是不容易的，在参考类似的系统的基础上再设计会得心应手一些。而且，我们发现一个系统会有多种方案，要学会从中选择最优的！

在搭建系统时最大的感受是要细心、认真，中间出一步错最终就可能需要全部拆除重新接线，而且还发现了理论与实践的区别，在搭建过程中我们在认为非常好的系统图中发现了不少错误！

在整个过程中我深刻感受到了团队合作的重要性，沟通使我们的思维更加宽阔，集思广益使我们在遇到问题时更快的得到解决。这次课程设计我从中学到了很多东西！

经过几天的项目整理，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

首先感谢老师对我们的指导和支持，在做设计的过程中，我们遇到很多困难。比如设计电控回路与搭建回路，我们遇到很多问题，搭建了很多次，失败了很多次，最后在我们总结了失败的经验后，成功完成。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

这次气动打标机课程设计我们历时3天完成，对我来说学到的不仅仅是专业知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许老师安排的课程设计以小组为单位有着它更深的意义吧，它不仅仅让我们能综合那些理论知识运用到实际中，还让我们知道了凝聚在一起时所发挥的巨大潜能！

我们做的是气动钻床的系统设计，要求要用电控和气控两种方式来实现该电路。对于这个题目，我们先是收集资料，分析理解，然后小组进行讨论，很快就拿出了项目的解决方案。当然，在这个过程中会遇到一些比较复杂的问题，在老师的指导下都被我们一一化解。接着我们就按照我们设计的系统图在在实验台上进行模拟实验，将理论知识与实践结合起来，在搭建模拟回路时发现了很多实际性的问题，比如：电路短路，信号干扰等等。但是通过对系统图的分析和集体的讨论把问题全部解决。当我们设计的系统在实验台上正确的运行时，那种心情真是无与伦比。

通过这次课程设计，让我深深的认识到一下几点：

1：团队的力量永远大于个人的力量

2：理论与实践应该紧密结合，不断完善和提高自己的专业能力。

3：通过这次课程设计，让我认识到自己的不足，尤其是自己的薄弱环节应该努力的去提高。

这次课程设计，我们要感谢我们的指导老师和实验室的老师们，没有他们我们也不可能进行的如此顺利，每次遇到问题求助老师时，他们总是不厌其烦的给我们讲解，直到我们全部理解为止，在老师的影响下，我们收获的不仅是知识还有对科学的严谨，给我们树立了一个良好的榜样。

这次项目设计收获颇多，感受很深。这次设计不仅使我对老师上课讲的内容有了更深的理解和进一步的认识，我还学到了很多书本上没有的知识与技能。在这个过程中发现了自身很多问题，比如说知识掌握不熟练，所以在运用起来感觉很吃力。

经过在过程中不断发现问题和改正问题使我明白，求学一定要严谨，不要似懂非懂就去搞设计，一定要细心认真对待每一个环节，不能有丝毫的马虎。遇到困难，不要退缩，因为只有遇到问题，解决问题，才能在不断地改进中提升自己的能力。在这次实践中，我还认识到了合作的重要性，让我明白了团结的力量。

总之，在这次项目设计中我学到了很多，收获了很多