打标机设计说明书.docx

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。
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。
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。
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。
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。

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
系统最大压力 0.2MPa
3明确工作要求及制定系统方案
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。
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t<1s，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。
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。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。
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。。

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：
A1 B1 A0 A1 B0 A0

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
1
2
3
4
5
6
A1
B1
A0
A1
B0
A0
1
a0(A1)
A1

2
a1(B1)
B1

3
b1(A0)
A0

4
a0(A1)
A1

5
a1(B0)
B0

6
B0(A0)
A0

备
用

图气缸信号—动作状态线图
4.3画气缸回路原理图
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

1DT
2DT
3DT
4DT
5DT
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

+
5载荷的组成和计算
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
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
(5.1)
式中—运动部件的重力，N;
—外载荷作用于导轨上的正压力，N;
—摩擦系数。
3、惯性负载
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
(5.2)
式中—重力加速度，N/kg；
—时间内的速度变化值，m/s；
—启动，制动速度转换时间，一般机械取s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般m/s2。
以上三种载荷之和称为气压缸的外载荷
(5.3)
4、密封处的摩擦阻力
缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为：
(5.4)
式中—气缸的机械效率，一般取.
因为，因此有
()
5、总载荷
()
5.2 气缸载荷的计算
升降缸的载荷计算
1、工作负载
N
式中—气缸上负载质量，N；
—重力加速度，N/kg。
2、惯性负载
取m/，由公式()可得：

=30N
3、导轨摩擦力
在竖直方向无导轨，
4、外载荷
由公式（5.3）得

=196+30+0N
=226N
5、摩擦阻力Fm
取，，由公式()可得：

=12N
6、总载荷
由公式()可得：

=226+12
=238N
水平缸的载荷计算
1、导轨摩擦负载
水平滑道材料为铝，故取=0.04由公式()可得：
N

=16 N
2、惯性负载
取m/，由公式()可得：

N
3)工作负载
水平气缸在水平方向=0
3)外载荷
由公式()可得：
N

=
4)摩擦阻力
取，由公式()可得：
N

=N
6、总载荷
由公式()可得：

=+
=N
5.2.3 摆动缸的载荷计算
计算摆动缸载荷转矩时要考虑摆动缸的机械效率，一般取=0.8～0.89。
()
已知载荷转矩为 N·m， 机械效率取,由公式()可得：

N·m
6气压系统元件的选择
气缸的选择
初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。系统工作压力选定得是否合理，关系到整个系统的合理程度。因为气缸工作压力一般在0.1~1MPa之间，又因结构尺寸不宜大于10~40KN。在本气压系统中，其中升降缸具有最大工作压力。根据以上计算可知系统最大负载约为236N,故初选系统的工作压力为0.2MPa。
气缸的主要结构尺寸计算
由(6.1)
(6.2)
得=(6.3)
= (6.4)
式中—无杆腔活塞负载，N；
—有杆腔活塞负载，N；
—活塞直径，m；
—气缸工作压力，Pa；
—考虑总阻力及动特性参数的负载率。一般负载率取值在0.3~0.5之间，要求运动速度高时取0.3左右，运动速度低时取0.5，竖直放置时取0.3左右。
—活塞杆直径，当用上式计算时，活塞杆直径可根据气缸拉力预先估定，按=0.2~0.3计算。
计算出缸径后，应按参考文献[4]表 进行圆整，选择相近的标准缸径。
表缸筒内径系列 mm
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
(140)
160
(180)
200
(220)
250
320
400
500
630
—
1、升降缸内径
升降缸由无杆腔负载，由公式（6.3）得
=
=
10-4m
=
由上表将缸内径圆整为=50mm
由=0.2~0.3，则，=（0.2~0.3）=(10~15)mm。由文献[1]经标准化可取=12mm。
2、水平缸内径
水平缸也由无杆腔负载，由公式（6.3）得
=
=
10-4m
=12mm
根据上表可直接确定=12mm
由=0.2~0.3，则，=（0.2~0.3）=()mm。经标准化可取=3mm。
计算气缸所需流量及实际工作压力
实际工作压力有公式：
（6.5）
式中 —活塞受力面积，m2。
升降缸

=

水平缸

=
MPa
耗气量计算
一个气缸的耗气量与其直径、行程、动作时间及及连接管道容积等有关。在实际应用中，一般连接管道容积比气缸容积小得多，故可忽略不计。
气缸一个往复行程压缩空气消耗量可按下式计算：
（6.6）
式中 —双作用活塞缸压缩空气耗量，m3/s；
— 气缸一个往返行程所用时间，s；
—气缸容积效率，一般取=0.9～0.95；
— 气缸行程，m。
使用气缸无杆腔工作，其公式可简化为：
(6.7)
式中 — 汽缸内径，m。
1、升降缸的耗气量计算
已知缸径=50mm，行程s=150mms，取=0.9。由式(6.7)可算出压缩空气量：

m3/s
2、水平缸的耗气量计算
已知缸径=12mm，行程s=400mms，取=0.9。由式(6.7) 可算出压缩空气量：

m3/s
3、摆动缸耗气量计算
摆动缸的耗气量由文献[3,899]可知公式
(6.8)
式中—标准状态耗气量，dm3/min；
—摆动马达容积，cm3；
—频度（循环次数），/min；
—工作压力，MPa。
根据摆动缸载荷转矩和设备的实际情况，由文献[1]参考摆动缸各产品系列，可选择QGB1-75型摆动缸。其各参数为：=184cm3、=50/min、工作压力=0.15～1MPa、摆动角度、叶片数=1。
所以，摆动缸的耗气量可由公式(6.8) 算的：

3dm3/min
将其化成标准单位（m3/s）：
×10-3/60m3/s=×10-4m3/s×10-4m3/s
气缸型号的选择
根据计算的尺寸和气压系统的主要数据,由文献[6]选择液压缸：
升降缸为：QGBⅡ50×200-MF2
移送缸为：10Y-1SD12N450
摆动缸为：QGB1-75
在气缸工作中，当，活塞杆承受推力负载时，细长杆受压力往往会产生弯曲变形。气缸承受纵向推力负载达到极限力以后，活塞杆会产生轴向弯曲，出现不稳定现象，该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关。此时需要进行压杆稳定性的校核。
由于升降缸 ，移送缸，所以这两个缸的活塞杆都需要进行压杆稳定性的校核。
当细长比时,
(6.9)
当细长比时,
(6.10)
式中 — 活塞杆计算长度，m；
— 活塞杆断面的回转半径，实心杆m；
— 活塞杆截面的转动惯量，实心活塞杆m4；
— 活塞杆横截面积，实心杆m2；
— 末端条件系数；
— 活塞杆材料的弹性模量，对于钢Pa；
— 材料试验强度值，对于钢Pa；
— 系数，对于钢。
1、升降缸：
mm=m

由参考文献[6]，表3-5，取
即：
应按公式()验算：

×10-2m2

N
即：
所选升降缸满足要求。
2．水平缸：
m

由参考文献[4]，表3-5，取
即：
应按公式（6.10）验算：
mm4

N
即：
所选水平缸满足要求。
控制元件的选择
1选择类型
根据系统对控制元件压力及流量要求，按照气动回路原理图初选个控制阀如下：
主控换向阀： ①、②阀均为Q25DC-L系列三位五通电磁换向阀，通经待定；
安全阀： 因系统压力较小，可选A27W-10型安全阀;
单向节流阀： 根据实际情况，可初选XQ系列单向节流阀；
减压阀： 由系统压力可初选QTYA系列减压阀；
单向阀： 初选XQ系列。
2 选择主控阀：
对升降缸换向阀的选则：因升降缸要求压力P1a，流量Q110-4m3/s，由参考文献[6]表6-2，选电磁阀的通径为6。10-4m3/s，由参考文献[1]可知，符合标准要求，故选换向阀型号为Q25DC-6.
a,流量Q210-4m3/s，同上步方法，选其型号为Q25DC-3。
表标准控制阀各通径对应的额定流量
公称通径mm
3
6
8
10
15
20
25
32
40
50
10-3m3/s

m3/h

5
7
10
20
30
50
70
100
L/min

166

500
833
1166
1666
3、其他阀的选择
（1）安全阀 A27W-10型安全阀公称压力为1MPa,符合系统要求，初选可用。
（2）单向节流阀 升降缸流量为Q110-4m3/s，根据阀的应用条件，XQ系列中可选XQ100600。水平缸流量为Q210-4m3/s，可选XQ100400.
（3）减压阀 根据系统所要求的压力、流量，同时考虑A、B缸因连锁关系不会同时工作的特点，即按其中流量、压力消耗最大的一个缸（升降缸）选择减压阀。由供气压力不大于1MPa,选择减压阀为TYA-L8。
（4）单向阀根据开启压力，工作需要压力以及温度环境等，选则单向阀型号为XQ11-04A。
气动辅件的选择
1、油水分离器其类型主要根据过滤精度要求而定。油水分离器的通径原则上由流量确定，并要求和减压阀相同。根据所选减压阀，油水分离器选则型号为QSL-8。
2、油雾器根据油雾颗粒径大小和流量来选择。当与减压阀、油水分离器串联使用时，三者通径要相一致。故选油雾器QYW-8型可符合条件。
3、消声器配于主控阀的排气口，起到消声、滤尘的作用。根据气缸运动所需压力，选消声器QXS-L6型。
7管径及压力损失的确定
7.1管径的确定
管道管径一般根据流量和流速要求即允许的压力损失计算，计算公式为：
（7.1）
式中 —计算管段内压缩空气流量，m3/h；
— 计算管段内压缩空气流速，m/s。
在本设备中，根据各管径与气动元件通径相一致的原则：升降缸进气管管径为6；水平缸进气管管径为3。同时考虑升降缸与水平缸不同时工作的特点，按其中用气量最大的升降缸主控阀的通径初步确定QC段的管径也为6。
验算压力损失
压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失。总的压力损失为：
（7.2）
本设备因水平缸管径较细，损失要比升降缸的大，因此验算水平缸气路的压力损失是否在允许范围内
（7.3）
沿程压力损失
沿程压力损失可由式
（7.4）
求得，式中：
— 沿程压力损失,MPa；
— 管内径,m；
— 管径长度,m；
— 管中流速，m/s；
— 沿程阻力系数，由雷诺数Re和管壁相对粗糙度确定。
（A）气源处管道的沿程压力损失
式（7.4）中
— 管内径，=；
— 管径长度，根据实际情况可确定=2m；
— 管中流速，==/s；
，是运动粘度，在室温下，取10-5，所以
==；
塑料管路取=0.02，所以=。
根据Re、由参考文献[1]得=0.0231。
a时，值可由式、算出，Kg/m3；2。
=N/m2MPa
（B）进气段沿程压力损失

m/s

=
由Re1、查得

=
N/m2
MPa
（C）总的沿程压力损失
MPa
局部压力损失
（A）流经管路中的局部压力损失
（7.5）
（7.6）
各局部阻力系数可查有关手册：
— 入口局部阻力系数，=0.5；
、 — 分别为三通管局部阻力系数，=2，=1.2；
、 — 流经截止阀处局部阻力系数，==3.1；
、、、 — 弯头局部阻力系数，分别为===0.29，=0.58；
— 软管处局部阻力系数，近似计算：
=；
— 出口局部阻力系数，=1。

N/m2
MPa
（B）流经元、辅件的压力损失
流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余损失：
（7.7）
式中 — 流经分水滤气器的压力损失；
— 流经油雾器的压力损失；
— 流经换向阀的压力损失。
查表得：MPa，MPa，MPa。

=510-3MPa
(C)总的局部压力损失

+510-3
=MPa
7.2.3总压力损失

10-4
10-3MPa
考虑排气口消声器等未计入的压力损失：
（7.8）
式中 =1.05~1.3 取
则
=10-3
10-3MPa
所以
故选择管道以及各阀能够满足系统要求。
8空气压缩机的选择
在选择空气压缩机之前，将气缸压缩空气耗量换算为自由空气耗量, 即
）
式中 — 自由空气耗量，m3/s；
— 气缸工作压力（表压），Pa；
— 标准大气压，MPa。
由式 得
m3/s
m/s
m/s
m3/s
m3/s
m3/s
m3/s
m3/s
m3/s
气缸的理论用气量为：
(8.2)
式中 — 一台设备上的气缸总用气量；
— 用气设备台数，本设备中=2；
— 一台设备上的用气执行元件个数，=3；
— 气缸在一个周期内单程作用次数。本系统中，升降缸一个周期内单程作用两次，故=2；水平缸一个周期内单程作用一次，故=1；摆动缸一个周期内单程作用一次，故=1。
— 一台设备中某一气缸在一个周期内的平均用气量m3/s；
— 某个气缸一个单行程时间，s；s；
— 某设备一次工作循环时间，。
由式(8.2) 得气缸的理论用气量
m3/s
空压机的供气量：
（8.30）
式中 — 利用系数，可取=0.95；
— 漏损系数，=1.15～1.5,本系统中取=1.2；
— 备用系数，=1.3～1.6，本系统中取=1.4；
— 一台设备在一个周期内的平均用气量；
— 用气设备台数，=1。

m3/s
m3/s
计算空气压缩机的供气压力，以选择空气压缩机的排气压力
（8.4）
式中 — 用气设备使用的额定压力；
—气动系统总压力损失。

MPa
根据系统所需压力、流量等参数，查参考文献[1]选用型空气压缩机，该空气压缩机的额定排气压力为 ，额定排气量为 m3/s。
9PLC电气步进控制系统
PLC电气步进控制系统是以PLC（即可编程控制器）为核心的气动控制系统。PLC电气步进控制系统要求设备具备电磁换向阀、电触点行程开关以及电气按钮，在PLC程序模块里输入满足设备工作要求的PLC程序，如图9.1。

图PLC电气步进控制系统组成
由控制行程开关和电磁换向阀的PLC梯形图如下，此程序可控制打标部分的工作，提高了生产率。

10气动系统的维护及故障处理
10.1维护保养
10维护的中心任务
保证气动系统情节干燥的压缩空气；保证气动系统的气密性；保证油雾润滑元件得到必要的润滑；保证气动系统元件得到规定的工作条件，以保证气动执行机构按预定的要求进行工作。维护工作应有记录，以利于今后的故障诊断预处理。
10维护管理的考虑方法
维护管理时，首先应充分了解元件的功能、性能及构造。在购入元件设备时，首先应按照厂家的样本等对元件的性能、功能进行调查。厂家的实验条件与设备实际使用条件一般是不同的，因此，不应忽视两者之间的不同对产品性能的影响。
在选用元件时，必须考虑下述事项：
1、理解决定元件型号而进行的实验条件及其理论基础，尽可能根据确实的数据来掌握元件的性能；
2、调查、研究各种实际使用条件对气动执行元件适用场合、性能的影响；
3、了解在最恶劣的使用条件下，元件性能上有无裕度。
10维护检修原则和项目
元件定期检修项目有日常维护、每周一次的维护、三个月到一年的定期维护以及大修。
日常维护主要是在设备开始运转及结束时，应养成排水的习惯。在气罐、竖管的最下端及及配管端部、过滤器等需要排污的地方必须进行排水。定期检修时主要检查过滤器杯内有无污物、滤芯是否堵塞、自动排水器是否正常；减压阀调压功能是否正常，压力表有无窜动现象；油雾器油杯内有无杂质等污物、油滴是否正常；电磁阀电磁铁处有无振动噪声、排气口是否漏气；气缸运动是否平稳。一般来说，一年到两年间大修。
10.2常见故障诊断与对策
10.2.1 气源故障
气源的常见故障：减压阀故障，管路故障，压缩空气处理组件故障等。
减压阀有时压力调不高，或压力上升缓慢，要考虑调压弹簧断裂或膜片破裂，过滤网被堵塞等，应更换及拆下清洗；管路接头处泄漏时可从声音上来判断漏气的部位，应及时修补或更换。若管路中聚积有冷凝水时，应及时排掉；压缩空气处理组件中，当油雾器不滴油时，应检查进气口的气流量是否低于起雾流量，是否漏气，油量调节针阀是否堵塞等；如果油杯底部沉积了水分，应及时排除；当密封圈损坏时，应及时更换。
10气动执行元件故障
由于气缸装配不当和长期使用，气动执行元件（气缸）易发生内、外泄漏，输出力不足和动作不平稳，缓冲效果不良，活塞杆和缸盖损坏等故障现象。
当气缸出现内、外泄漏时，应重新调整活塞杆的中心，以保证活塞杆与缸筒的同轴度；若气缸内存在杂质，应及时清除；活塞杆上有伤痕时，应换新。气缸的输出力不足和动作不平稳，一般是因活塞或活塞杆被卡住、润滑不良、供气量不足等原因造成的。对此，应调整活塞杆的中心；供气管路是否被堵塞。气缸的缓冲效果不良，一般是因缓冲密封圈磨损或调节螺钉损坏所致。此时，应更换密封圈和调节螺钉。 气缸的活塞杆和缸盖损坏，一般是因活塞杆安装偏心或缓冲机构不起作用而造成的。对此，应调整活塞杆的中心位置；更换缓冲密封圈或调节螺钉。
10.2.3换向阀故障
换向阀的故障有：阀不能换向或换向动作缓慢，气体泄漏，电磁先导阀有故障等。
换向阀不能换向或换向动作缓慢，一般是因润滑不良、弹簧被卡住或损坏、油污或杂质卡住滑动部分等原因引起的。对此，应先检查油雾器的工作是否正常；润滑油的粘度是否合适。换向阀泄漏应更换密封圈、阀杆和阀座，或将换向阀换新。若电磁先导阀的进、排气孔被油泥等杂物堵塞，封闭不严，活动铁芯被卡死，电路有故障等，均可导致换向阀不能正常换向。
11气动系统节能设计
气压传动和控制是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，但其工作介质（压缩空气）的制造成本高，能量的利用率又相当低。提高气动系统使用的经济性，已成为当前应该重视的问题。对气动系统来说，减少耗气量就是节能。气动系统的节能可以从几个方面着手：（1） 完善气源系统 从压缩空气的生产、处理、输送、分配的整个气源系统全盘考虑，采取综合措施。在选择空压机时，采用具有完善级间冷却的多极压缩机可节省能量、提高效率。将全厂集中的由大型空压机供气的空压站，转变为由在气动系统附近的分布在厂区内的多台较小型空压机供气减少沿程损失小，可以降低出口压力。空压机进气管道应接到室外温度较低，环境干净，干燥的地方。过滤设备必须保持良好的工作状态。消除气动系统的泄漏，是气动系统节能的另一个重要措施。
（2） 采用气—电或气—液复合传动控制系统，实现节能 由于微电子技术的飞速发展，计算机的应用也进入了气动控制技术的领域。用于控制气动执行元件的，由普通气动元件组成的，复杂的气动逻辑控制回路，现在已可由微型计算机或可编程序控制器代替。只要编制不同的程序便能实现气动装置生产自动化的不同过程。低功耗的气动元件，作为可编程序控制器直接驱动的元件，实现复杂的大规模程序控制，可获得很好的节能效果。
（3） 开发节能气动元件 开发气动节能元件，可从以下几方面进行：
减少漏气，降低能源消耗。开发防泄漏、耐磨性能好的、无给油的材料制成软密封件。
开发低功耗气动元件，降低能量消耗。
（4） 合理设计气动系统、择优选取和合理使用气动元件，减少耗气量 把气动流体力学、气动系统动力学的理论与实验相结合，运用计算机仿真技术，可对气动系统进行优化设计，择优选取最佳参数。
（5） 在气动系统中使用不同的工作压力 气动系统重要的节能途径之一是对系统的不同部分根据不同情况使用不同的工作压力。在气缸克服外负载的工作行程供给高压气源，无外负载的行程供给低压气源，可获得可观的节能效益。
（6） 重复利用无杆腔中的有压空气使活塞返回，变双程耗气为单程耗气。
结论
通过对电化刻字机气动系统的设计，基本解决了原设备的不足，对国内气动的发展做出一些贡献。将机-气-电相结合的优点进一步体现，对机-气-电结合使用的发展具有积极意义。
在设计过程中，遇到了很多难题，很多内容需要根据以前学过的知识点来解决，这就对以前的知识点进行了复习与巩固。另外，又学到了很多新知识，因为有的问题需要查阅大量手册、资料等来解决，甚至要找到相关教材像学一门新课一样慢慢学，这更丰富了自己的知识面，为以后学习、工作奠定了基础。
虽然不敢保证设计的每一数据，每一系统的分析都是正确的，但通过这次设计，已经掌握了设计的步骤，具备了独立完成任务的能力。
致谢
毕业在即，即将离开培养我的母校、关心照顾的恩师、鼓励帮助我的同学，很是伤感。没有他们就不会有我现在的成就。有他们的伴随，才使我的大学之路走得如此顺利，在这里对他们表示我诚挚的谢意。
毕业设计阶段，我要感谢我的指导老师黄微老师。设计的每一阶段他都很耐心的给我指导，虽然他的身体不是很好，可每次都是按时来到办公室，给我讲解不懂的问题，有的问题甚至讲上几遍都一直很耐心。有时候甚至很晚了还坚持在网上和我们互动。黄老师尽职尽责，一直到我的设计结束。
在设计过程中，也得到了其他老师和同学的大力支持，姚瑶老师，张新宇老师，陈晓红老师，李海龙老师等老师都给予我很大帮助，他们宁肯少休息一会也会帮我解决一些问题。还有很多很多帮助我的同学们，在这里一并对他们表示感谢。
最后还要感谢学校、学院的各位领导，他们的大力支持是我学习的强大动力，他们的期望是我成功的云梯。
参考文献
[1]第二版第5卷[M].北京：机械工业出版社，2001