产品标识快速打印机机构设计【含10张CAD图】
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产品标识快速打印机机构设计【含10张CAD图】
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产品标识快速打印机机构设计1产品标识快速打印机机构设计摘要在产品质量管理工作中，很重要的一条就是零件的寿命预测和质量跟踪服务，这就要求在一些重要零部件的表面上有唯一标识，以便对其进行有效的跟踪管理，满足现代质量管理体系的要求，确保产品质量。气动标识打印机是近年来出现的一种对产品表面进行标记的机电一体化产品，它集机械、电子、计算机等技术于一体。由于其应用范围广、功能强且打印标识不易被仿制等一系列优点，使其在最近几年内得到了较大范围的应用和普及。目前，标识打印机主要分为气动标识机和激光标识机两种。气动标识打印机是利用空气压缩机和一个气阀控制打印头上下振动，在工件上打下标记。激光标记机是利用激光的热效应烧蚀掉物体表面材料从而留下永久标记的技术。但无论是气动标识机还是激光标识机，它们的控制原理大体上是一样的。运动控制器经历了硬件数控(NC)和计算机数控(CNC)两个发展阶段，90 年代以来，随着计算机技术的飞速发展，性价比不断提高，基于计算机的数控系统己成为控制系统发展的主流。现在的标识机采用微机（PC 机)控制，具有完善的图形处理能力，但每台标识机需配备一台工控 PC 成本较高。本文选用气动标识打印机的工作原理，并结合计算机数控技术，完成打标机的传动系统和结构设计。本文所完成的主要工作如下:(1)传动系统的设计(2)气动系统的设计 关键词:标识打印机，步进电机，滚珠丝杠，气压回路，数控编程产品标识快速打印机机构设计2ABSTRACTIn the management of product quality, it is very important that life prediction and quality follow-up service of the part, this require that some important parts must have the only mark of itself on the surface, in order to carry on effective following and managing for it.This management could make the part met the request for the modem quality management system to guarantee product quality. The pneumatic mark printer is a kind of integrated products of electromechanics that can make the mark on the products surface in recently years. It make many technology incorporates, such as machinery, electron, computer, etc. Because it has a series of advantage such as the widely range of application, the big capacity, the strong function and easily identification etc. These advantages make marking printer got wide application and popularize in recent years.At present, there are rivo kinds of mark printer: pneumatic marking printer and laser marking printer. Pneumatic marking printer utilizes the air compressor and a pneumatic valve marking on the work piece through controlling the marking head vibration up and down. Laser mprinter leave permanent mark on the part surface with heat effect of laser ablated. But no matter pneumatic printer or laser their control system are similar. The movement controller has gone through the numerical control of the hardware (NC) and two developing stages of computer numerical control (CNC).Since the 1990s, with computer development at full speed of technology, cost performance raise constantly, the numerical control system based on computer has already become the mainstream of control system development. At present we use the computer (the PC) to control the marking machine. It has perfect graph processing ability, but if each marking machine needs one computer, the cost will be very high. I will discuss that the single chip replaces the PC to control the sport, let the single chip become the next machine, and it go to control data of location plane (PC) to accept through serial communication interface, then one PC can control many sets of single chip. The cost performance of marking printer hasbeen improved greatly.In this paper, the printer selection of pneumatic principle of identity, Combination of computer numerical control technology, Marking the completion of the drive system of machine and structural design.The main content of this text is as follows:(1)design the transmission system (2) design the pneumatic system.产品标识快速打印机机构设计3Key words: mark printer; stepper motor ball; screw pneumatic system; NC programming.产品标识快速打印机机构设计4目录摘要 .21绪论 .51.1 产品标识打印机的目的和意义 .51.2 气动标识打印机的现状及发展方向 .61.3 本课题所要研究的主要内容 .82全自动气动标识打印机的方案设计与工作原理 .92.1 全自动气动标识打印机的方案设计 .92.2 全自动气动标识打印机的工作原理 .103. 产品标识快速打印机的传动结构设计 .113.1 产品标识快速打印机机构运动简图 .113.2 导轨的设计 .113.2.1 简述 .113.3 滚珠丝杠螺母副的设计 .153.3.1 简述 .153.4 同步带轮组的设计 .313.5 步进电机的选择 .334. 产品标识打印机整体结构设计 .364.1 产品标识打印机结构系统组成简述 .365.气动系统的设计 .385.1 气压系统工作原理 .385.2 对汽缸进行选择 .386.结论 .39参考文献 .40附录 .41致 谢 .51产品标识快速打印机机构设计51绪论1.1 产品标识打印机的目的和意义随着人们生活质量的不断提高，对产品的需求种类和质量保证也在不断提高，近年来，机械行业发展迅速，越来越多的新产品新科技不断涌现，在这个飞速发展的时代，我们需要更加注意生产中的环节，在一整条流水线中，具体是什么环节、什么零件出现问题，需要用最快的时间找出原因并进行修改。这就需要用到我本次研究的课题标识快速打印机，我们可以用它在每一个部件上打印上产品信息，以便于出现问题时能够迅速准确地找到故障原因，追溯产品来源，从源头解决问题，提高生产的效率和质量。标识打印机又称作打标机，现在大致分为电腐蚀、激光、字模按压和气动三大类型。（1） 电腐蚀标识打印机电腐蚀标识打印机也称为金属电印、化学腐蚀打印机，这种标识打印机打印效果精美并且成本较低，是在十多年前由国外引进中国，其主要工作原理是用打标液在低电压通电的方式下，使工件表面的部分金属离子化被腐蚀，根据需求改变被离子化的区域以及形状，在工件表面可以印上黑色或者白色的任意文字或者图案，并且用不脱落。其优点在于整体不破坏工件的平整度，打印精度高。但是同时它也有因为打印深度较浅，对工件平整度要求较高，很难适用于一些表面粗糙或者复杂的工件，而且只能在工件表面能够导电的材料上进行打印，对工件表面材料有很大限制，需要使用模板、打标液等耗材等等缺点，这些都极大限制了电腐蚀打标机在日常中的应用。（2） 激光标识打印机激光标识打印机是一种采用高密度激光作用在工件的表面，使工件表面的材料发生物理或化学变化，表面材料迅速发生气化出现凹坑，通过一定规律下控制激光的开启闭合，在工件上打印出想要的图案。这种技术是在 1995 年逐渐发展起来的，由于不用直接与工件进行接触，极大地保证了工件的完整度和洁净度，并且激光标识打印机打印速度极快、污染较轻，磨损很小，又有很好的稳定性和低噪音，这些都使其在国内市场迅速被接受和应用。但是由于其工艺极其复杂，整体成本较高，也极大地限制了应用的普遍性。（3） 字模按压标识打印机字模按压标识打印机主要是通过合金模具在高频淬火处理之后，通过打印产品标识快速打印机机构设计6机施加外力，在工件表面打印上 0.1-0.3mm 的字母、数字以及一些简单的图案，这种方法可以通过提前设计好的字模，在一定时间内快速打印同一种产品的标识，且操作简单，对材料要求不高，成本较低，但是由于有字模的限制，打印灵活性比较差，每一种工件都要设计一种新的字模，且对相对复杂的图形打印效果较差。（4）气动标识打印机气动标识打印机最早由法国传入中国，主要是通过计算机控制电机，使打印针按照一定规律运动，打印针在压缩空气的带动下，高频冲击工件表面，形成以高密度点阵形成的字符或图案，呈现出打印的标识。这种打印方法能够自动跟踪被打印工件的形状，有较深的打印深度，打印出来的字符和图案明显清晰，适用于多种不同的打印环境和不同材料的工件，可对各类金属、塑料、木制品等材质的产品、零部件及各种铭牌进行打印。体积小质量轻，工艺简单，集数字技术、计算机技术、数控技术等于一身的产品，应用于多种不同的领域，如机械、汽车、摩托车、航天等。对于上述这些打印方法，电腐蚀、字模按压方法存在局限性大、规整度不够，或是打印深度浅，对工件材料要求高，速度慢、劳动强度大等不足之处；激光打印机虽然可以客服上述两种方法的缺点，但自身也有一些不足之处很难改正，例如在环境恶劣（油污、灰尘较多的）地方工作，可靠性低，出现故障的概率很大。而且对材料也有一定的限制，遇到与有色金属，如铝合金、铜合金等对激光吸收差的金属时，打印深度较浅，只有 0.1mm 左右，影响整体效果。而且激光设备难以维修，综合成本较高。气动标识打印机则有适用于大多数打印材料以及形状的工件，成本低、工艺简单、自动化程度高操作简单等诸多优点，所以本课题对气动标识打印机的的研究有着重要的实际意义。1.2 气动标识打印机的现状及发展方向气动标识打印机自法国传入国内以来，受到广大工业制造厂的青睐，逐渐占据国内主导地位，由于其工艺简单，价格较低，再加上是由计算机、数控系统控制，操作简便，适用于多种不同的工作环境。可对不同材料进行打印，在国内和国际市场上都有很好的应用。现阶段，不论国内国外，对气动标识打印机研究的厂商有很多。例如加拿大的伊斯沃（EASTWARD）公司，上海的子林机电设备有限公司，重庆的恒伟公司等，从整体上讲，气动标识打印机的组成结构分为上位机和下位机及执行机构三部分，上位机是图形编辑和指令形成部分，下位机是脉冲形成和打印控制部分，驱动步进电机，执行机构就是包括步进电机、操作台位置信号回馈装置等。其组成如下图所示：产品标识快速打印机机构设计7上位机系统（应用程序）下位机系统（单片机控制） 执行机构图 1-1 系统结构图按照分类来讲，一般的将气动标识打印机分为平面刻印和旋转刻印两种。平面标记打印是较普通的标记打印，通常标记打印是在 x-y 平面上进行的，分别控制 x 方向和 y 方向的两台步进电机，并带动打印针在 x-y 平面（即工件平面）上按照给定的打印轨迹运动，打印的工件是平面的；旋转标记打印机就是将平面打印中的一个轴进行转动，而不是沿着该轴的正负方向运动，另一个轴如同平面标识打印机中的一样，沿轴的正负方向运动，打印的工件是一个曲面。另外，打印机的操作台也存在一些区别：平面标识打印机的操作台是一个平面，而旋转标记打印机的操作台上有一个转轴。现代加工技术的飞速发展对工业标记技术提出了更高的要求，设计出数字化、自动化、多功能、高效率、操作方便的气动打标机设备是现代化生产线的新需求。当前，国内外气动打标技术的发展主要有以下三个方向:（1）数字化、自动化20 世纪 80 年代以来，气动打标机的数字化、自动化成为这一领域的研究热点，近年来，随着传感技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展，现代的打标机己经进入了计算机控制为主的时代。数字化自动化的具体表现有:打标过程实时监控和打标工件运行过程的监控(如对钢管在生产线上的监控);自动扫描、自动定位和跟踪检测技术在打标机系统中的应用;能够实时地、自动地修改和处理任意复杂的图形和字符。加拿大的伊斯沃精密机械有限公司是中国最大的标记设备服务商，它旗下的标识机在自动化方面优势极强。（2）多功能、集成化在现代生产环境下，打标机不 仅要能够进行单一形式的打标，还要实现功能多样化。比如:打标机既要能够打印标准字库中的字符，还要能够打印用户自行设计的字符图样，并且还能够在一定程度上对点阵字符的打印轨迹进行优化。传统的点阵打印是按照逐行或逐列扫描的顺序进行的，这样做电机的无效行程就较多，效率很低。如果能够将点阵字符轨迹进行优化，那么将获得较高的打印效率。这是打标机发展的一个重要方向。同时由于在上世纪 80 年代 ARM 芯片的出现，嵌入式技术得到了充分的发产品标识快速打印机机构设计8展，越来越多的公司将嵌入式系统技术引入到打标机控制系统中来，开发出适应现代企业生产流水线上使用的系统。基于 ARM 芯片搭建起控制系统架构，使得打标机体积不断减小，功能越来越强大，集成化越来越高。近年来还出现了手持式气动打标机，这正是气动打标机未来向着集成化方向发展的具体体现。武汉铭阳激光技术有限公司的 MYQD-D600 型多功能气动打标机已经证实打标机的多功能、集成化正在成为现实。(3)结构简单化、操作界面人性化随着打标机集成化的提高，很多功能将集中在少数几个模块中实现，气动打标机的结构也就相对变得越来越简单。简单化不仅仅体现在硬件的结构方面，同时也体现在软件方面，窗口式的操作程序、触摸屏等技术使打标机的各种操作更清楚、更容易掌握，这也是当前气动打标机技术发展的一个方向。而且，针对当前中国庞大的市场，各大打标机生产企业也紧紧抓住操作界面中文化这一课题，致力于开发符合国人操作习惯的操作界面。上海万木春机电设备有限公司的打标机软件系统可以在WIN98、WIN2000、WINME、XP 等系统下运行，可导入 CAD 等矢量图形，全中文提示操作界面，其旗下的 WM6-AT 气动打标机操作非常人性化。1.3 本课题所要研究的主要内容自动气动打标机的传动设计1.3.1 传动结构设计1.3.2 导轨样式型号的选择1.3.3 步进电机的选择1.3.4 滚珠丝杠的选择1.3.5 自动气动标识打印机的程序设计产品标识快速打印机机构设计92全自动气动标识打印机的方案设计与工作原理2.1 全自动气动标识打印机的方案设计气动打标机在前期考虑中有两种方式，一种是字模按压式打标机，一种是打印针铣削式打标机。由于设计题目是产品标识快速打印机机构设计，所以想要做到快速打印也是设计要求之一，相比较来说字模按压式打标机速度更快，每一种需要打印的字符提前设计好相关字符模具，将被打印工件运送到打印区域，利用气压动力将提前设计好的模具按压在工件上，以打印出产品标识，在量产的情况下，这种方法最快速，但是始终解决不了字模按压会带来的打印深度浅的问题，会导致很多字符不清晰，不能更好的标识出工件的具体信息，而且在不是量产的情况下，没办法制造出来智能的字符库，会导致提前的准备工作时间很长，如果有一些修改，也不容易处理，综合
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