【JX288】电动式钢管接箍打标设备[KT+RW+FY]【3A0】
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【JX288】电动式钢管接箍打标设备[KT+RW+FY]【3A0】,jx288,电动,钢管,接箍打标,设备,装备,kt,rw,fy,a0
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毕业设计 附本 电 动式钢管接箍打标设备 生姓名 常家雷 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 崔增柱 2008 年 6 月 2 日 徐州工程学院 毕业设计（论文）任务书 机电 工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计（论文）题目 电动式钢管 接箍打标设备 学 生 姓 名 常家雷 班 级 04 机本（ 4）班 起 止 日 期 2008. 02. 25 指 导 教 师 崔增柱 教研室主任 李 志 发任务书日期 2008 年 2 月 25 日 工业标记技术具体是指在机械成品和半成品加工过程中，为了及时而准确地 识别产品的零部件、标示出产品的相关信息，在产品上标以明显的标志或字符的 技术。随着工业产品种类的增加，工业标记成为机械制造过程的重要工序之一 。 过去，在工业产品上标记字符、图形等大多靠手工操作。采用这一方式的最大缺 点是速度慢，图案单调，产品质量难以控制，在 复杂的环境下难以进行操作，不 利于现代化操作流程的实现。 近年来，随着自动控制技术及计算机技术的飞速发展，涌现出来了多种新型 的打标技术。这些新兴的打标技术以其速度快，图案精美、清晰，使用便捷等特 点在市场上得到了广泛的应用。随着国际上产品质量认证体系的推广和普及，各 类制造企业通过对打标技术的应用，提高了产品档次，树立了产品品牌形象，增 强了产品的防伪作用，同时还为企业提供了产品的可追溯性。目前，在以制造业 为主的中国，随着经济的高速增长，打标产业市场已成为一项朝阳产业。 随着我 国国民经济 的飞速发展，近年来各种工业产品的制造量明显上升，为了让用户能 够方便直观地了解这些产品的基本信息，需要在这些产品的表面进行信息标示， 因此，自动化的工业标记技术逐渐成为热门的研究课题。 之前 较为先进的激光打标技术，在西方一些工业先进国家应运而生，随后在 我国也得到了发展应用。激光打标技术，虽然较好地克服了传统工艺的许多缺点， 但由于受到激光器自身缺点的制约，如 :激光器本身寿命低、在环境恶劣的生产 现场不能长期稳定地工作等，所以这一方法不能满足生产实际的需要 ;同时，由 于有色金属 对激光的吸 收能力较差，所以打印深度浅，除在金刚石或硬质合金这 类特殊材料上应用较多外，都未得到普及推广，为弥补上述方法的不足，适应现 代化大批量生产发展的需要，出现了一种全新的工业标记打印技术 电 动打标方 式。从 1988 年开始，这项工艺便被一些西方国家相继采用，特别是在汽车、摩 托车行业得到了迅速推广。像美、日、意、德、法等国的通用、福特、克莱斯勒、 丰田、本田、菲亚特、奔驰、标致、雪铁龙、雅马哈等汽车、摩托车制造厂，均都大量采用。随着我国经济的高速发展，国内的生产企业也逐步采用了自动控制 的电 动打标技术 来满足大规 模生产的要求，市场对打标机的需求将越来越大，而 且我国是以制造业为主的发展中国家，未来几年内打标产业的市场前景将非常广 阔。 论文 )的内容和要求： 主要研究内容： 研究钢管自动化 打标设备的基本原理，了解 在打标 中 打标 设备 的机械部件的设计 ， 自动识别钢管到位，在 序控 制下进行打标。 设计基本要求： 打标速度每秒为 5 个英文字符，每小时打标 278 根钢管，设 计说明书的字数不少于 2万字；工程绘图量折 合成图幅为 ；翻译相关外文资料，字数不少于 5000 字。 1 程及应用 廖常初 机械工业出版社 2005 2电机与传动 章宏甲 机械工业出版社 2004 3机械设计 许菊若 化学工业出版社 2005 4自动检测与传感技术 赵巧娥 中国电力出版社 2005 5 机械制造技术基础 邓志平 西南交通大学 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周 第六周 第七周 第八周 第九周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 论文开题 外文翻译 /查阅资料 论文大纲 /准备 论文绪论 论文总体设计 论文总体设计 论文机架设计 论文 V 型台设计 论文电动机 选型设计 /材料总结 机械图纸设计 机械图纸设计 机械图纸设计 电气及控制系统设计 电气及控制系统设计 论文初稿 论文终稿 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 学院审查意见： 教学院长 年 月 日 徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课 题 名 称： 电 动式钢管接箍打标设备 学 生 姓 名： 常家雷 学号： 20040601429 指 导 教 师： 崔增柱 职称： 工程师 所 在 学 院： 机电工程学院 专 业 名 称 ： 机械设计制造及其自动化 徐州工程学院 2008 年 03 月 04 日 说 明 1根据徐州工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕 业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 电 动式钢管接箍打标设备 课题来源 自选 课题类型 工程设计类 选题的背景及意义 工业标记技术具体是指在机械成品和半成品加工过程中，为了及时而准确地识别产品的零部件、标示出产品的相关信息，在产品上标以明显的标志或字符的技术。随着工业产品种类的增加，工业标记成为机械制造过程的重要工序之一。过去，在工业产品上标记字符、图形等大多靠手工操作。采用这一方式的最大缺点是速度慢，图案单调，产品质量难以控制，在复杂的环境下难以进行操作，不利于现代化操作流程的实现。 近年来，随着自动控制技术及计算机技术的飞速发展，涌现出来了多种新型的打标技术。这些新兴的打标技术以其速度快，图案精美、清 晰，使用便捷等特点在市场上得到了广泛的应用。随着国际上产品质量认证体系的推广和普及，各类制造企业通过对打标技术的应用，提高了产品档次，树立了产品品牌形象，增强了产品的防伪作用，同时还为企业提供了产品的可追溯性。目前，在以制造业为主的中国，随着经济的高速增长，打标产业市场已成为一项朝阳产业。 随着我国国民经济的飞速发展，近年来各种工业产品的制造量明显上升，为了让用户能够方便直观地了解这些产品的基本信息，需要在这些产品的表面进行信息标示，因此，自动化的工业标记技术逐渐成为热门的研究课题。 之前一种较为先进的激光打 标技术，在西方一些工业先进国家应运而生，随后在我国也得到了发展应用。激光打标技术，虽然较好地克服了传统工艺的许多缺点，但由于受到激光器自身缺点的制约，如 :激光器本身寿命低、在环境恶劣的生产现场不能长期稳定地工作等，所以这一方法不能满足生产实际的需要 ;同时，由于有色金属对激光的吸收能力较差，所以打印深度浅，除在金刚石或硬质合金这类特殊材料上应用较多外，都未得到普及推广，为弥补上述方法的不足，适应 现代化大批量生产发展的需要，出现了一种全新的工业标记打印技术 电 动打标方式。从 1988 年开始，这项工艺便被一些西方国家相继采用，特别是在汽车、摩托车行业得到了迅速推广。像美、日、意、德、法等国的通用、福特、克莱斯勒、丰田、本田、菲亚特、奔驰、标致、雪铁龙、雅马哈等汽车、摩托车制造厂，均都大量采用 。随着我国经济的高速发展，国内的生产企业也逐步采用了自动控制的电 动打标技术来满足大规模生产的要求，市场对打标机的需求将越来越大，而且我国是以制造业为主的发展中国家，未来几年内打标产业的市场前景将非常广阔。 研究 内容拟解决的主要问题 1） 研究电 动式钢管打标设备在工程中的运行原理 2）设计打标机的机械系统与电气控制系统 3）实现在钢管打标 生产中 机电 一体化生产 研究方法技术路线 了解现在的生产方式，结合实际的生产操作路线 和工艺来设计，以及现如今国外进口技术的揣摩，从而来研究了钢管的电 动式接箍打标设备 研究的总体安排和进度计划 第一周论文开题 第二周外文翻译 /查阅资料 第三周论文大纲 /准备 第四周论文绪论 第五周论文总体设计 第六周论文总体设计 第七周论文机架设计 第八周论文 V 型台设计 第九周论文电动机 选型设计 /材料总结 第十周机械图纸设计 第十一周机械图纸设计 第十二周机械图 纸设计 第十三周电气及控制系统设计 第十四周电气及控制系统设计 第十五周论文初稿 第十六周论文终稿 主要参考 文献 1 程及应用 廖常初 机械工业出版社 2005 2电机与传动 章宏甲 机械工业出版社 2004 3机械设计 许菊若 化学工业出版社 2005 4自动检测与传感技术 赵巧娥 中国电力出版社 2005 5机械制造技术基础 邓志平 西南交通大学 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院意见 教研室主任签名： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 毕业设计（论文）进度记录表 第 1 2 周 主要完成工作： 指导教师意见 第 3 4 周 主要完成工作： 第 5 6 周 主要完成工作： 第 7 8 周 主要完成工作： 第 9 10 周 主要完 成工作： 第 11 12 周 主要完成工作： 第 13 14 周 主要完成工作： 第 15 16 周 主要完成工作： 毕业设计（论文）指导记录表 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指 导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导 教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 徐州工程学院学生毕业设计（论文）中期情况检查表 学院名称： 检查日期： 年 月 日 学生姓名 专业班级 指导教师 设计（论文）题目 工作进度情况 是否符合任务书要求进度 能否按期完成任务 工作态度情况 (态度、纪律、出 勤、主动接受指导等 ) 质量 评价 (针对已完成的部分 ) 存在问题和解决办法 检查人 签字 学院负责人签字 徐州工程学院 毕业设计（论文）指导教师 评阅 表 学院： 专业： 学生： 学号： 题目： 评价 项目 评价要素 成绩评定 优 良 中 及格 不及格 工作 态度 工作态度认真，按时出勤 能按规定进度完成设计任务 选题 质量 选题方向和范围 选题难 易 度 选题 理论意义和实际应用价值 能力 水平 查阅和应用文献资料能力 综合运用知识能力 研究方法与手段 实验技能和实践能力 创新意识 设计 论文 质量 内容与写作 结构与水平 规范化程度 成果与成效 指导教师意见 建议成绩 是否同意参加答辩 评语： 指导教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） 评阅表 学院： 专业： 学生： 学号： 题目： 评 价 项目 评价要素 成绩评定 优 良 中 及格 不及格 选题 质量 选题方向和范围 选题难 易 度 选题 理论意义和实际应用价值 能力 水平 查阅和应用文献资料能力 综合运用知识能力 研究方法与手段 实验技能和实践能力 创新意识 设计 论文 质量 内容与写作 结构与水平 规范化程度 成果与成效 评 阅 教师 意见 建议成绩 是否同意参加答辩 评语： 评阅教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） 答辩及综合成绩评定表 学 院 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 设计论文题 目 答辩时间 年 月 日 时 分至 时 分 答辩地点 答辩小组成 员 姓名 职称 答辩 记录 提问人 提问主要内容 学生回答摘要 答辩记录人签字： 答辩 小组 意见 答辩评语： 答辩成绩 答辩小组组长签字： 综合 成绩 评定 指导教师评定成绩 评阅教师评定成绩 答辩成绩 综合评定成绩 答辩委员会主任签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 摘要 为了及时而准确地识别产品的零部件，需要在产品上标以明显的标志或记号。传统的工业标记打印效率低、不美观、稳定性差、废品率高。气动、电动相结合的方式结构简单，成本低，速度快，可控性好。本文就此提出一种全新的电动标记打印新工艺，对其中的关键技术进行了深入的研究，本文所完成的主要工作如下 : (l)研究了电动打标机的总体结构和配置。引用国内外先进方法选关键零部件。 (2)采用步进电动机控制打标头的控制技术。采用频率控制的方法，实现了打印头振动频率与电动执行机构移动速度的协调，保证了打印质量。 (3)研究了计算机 与 服单元的通信及实时控制技术。利用 编程口实现了计算机与 通信。利用数据总线实现了计算机与伺服单元的通信。利用传感器特性实现了 制打印头动与伺服单元控制电动执行机构运动的协调。 (4)研究了打印图形、字符的设计与转换技术。进行图形和文字的编辑，实现了从生成的文件中提取有用的几何图形信息，并将这些几何图形信息转化成打标机的打印加工程序。研制完成的电动打标机运行平稳，打印效率高，软件使用方便，具有无气体污染，速度快，精度高等优点，达到了预期设计目标。 关键词 打印标记；硬件组成； 制技术；步进电动机 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) or of or on of of of of is A is in of is in as (1)of by (2)of of is of of of is is (3)is b of by LC is (4)of is of is as no So be 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 言 . 错误 !未定义书签。 标机的背景及发展意义 . 错误 !未定义书签。 动打标机相关技术的发展 . 错误 !未定义书签。 管打标系统的开发现状 . 错误 !未定义书签。 2 打标机系统的总体设计 . 错误 !未定义书签。 标机系统组成及工作原理 . 错误 !未定义书签。 标机的基本功能及主要技术指标 . 错误 !未定义书签。 3 各机构的选择及设计 . 错误 !未定义书签。 架设计 . 错误 !未定义书签。 轨的设计 . 错误 !未定义书签。 轨的设计要求： . 错误 !未定义书签。 轨的设计程序 及内容： . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 动轴承的选择 . 错误 !未定义书签。 的选择和强度校核 . 错误 !未定义书签。 件的定位（ V 型块） ： . 错误 !未定义书签。 块的相关尺寸计算 : . 错误 !未定义书签。 定位元件的基本要求 . 错误 !未定义书签。 面和平面组合基准的定位设计： . 错误 !未定义书签。 位误差的分析与计算： . 错误 !未定义书签。 齿锥齿轮的传动 . 错误 !未定义书签。 4 步进电动机的选择计算 . 错误 !未定义书签。 进电动机的概述 . 错误 !未定义书签。 进电动机的驱动 . 错误 !未定义书签。 进电动机的选择 . 错误 !未定义书签。 5 序的控制 . 错误 !未定义书签。 特点与优势 . 错误 !未定义书签。 标流程设计 . 错误 !未定义书签。 序的设计 . 错误 !未定义书签。 总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献： . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 附录 . 错误 !未定义书签。 附录一 . 错误 !未定义书签。 附录二 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 附录 附录一 to to to so on in t is is In of is to 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 ow s is an In to we in to as as in to 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 2. t 2.1 is at is ay so P. as of of so on in so in so is is to in to to 2.2 is in in * in M , K , x in as as 州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 * in he so in to is is in to 2.3 in an to he so on so on so in of is to in so on in to at is 3. n of is 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 PD PD to in of PD in At at SC to in to is 州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 to t is on * - in * - a SE - - on to in on * + + - - in + - 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 of on * on to * * on to * on so on * AC or II n on 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 * * * in to on * * 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 0 t 1 y as as in so on in we in of on to of on 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 2 t to 3 n in to be to in to as as we to is on E 州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 to on of s 4 . 统级 in in is In in as as On on by If to to it is is a as as in if be of PD 能化 in at 州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 5 as 6 州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 附录 二 多学科系统级虚拟样机建模与仿真技术 本文从当前产品设计过程对多学科联合仿真的需求出发，分析了产品协同设计对仿真技术三个层次的功能需求，并引出当前实现多学科集成仿真的一般方法。多学科联合仿真需要控制、机构、有限元等不同仿真环境的集成和数据交换， 供最为系统和完整的多学科协同仿真开发环境，本文详细介绍了 学科系统级虚拟样机建模和仿真的解决方案，并给出了具体的实例。 1多学科联合仿真的需求 众所周知，现代产品的研发流程是多人团队、多学 科领域的协同设计过程。在产品开发过程中，无论是系统级的方案原理设计，还是部件级的详细参数规格设计，都涉及到多个不同的子系统和相关学科领域，这些子系统都有自己特定的功能和独特的设计方法，而各子系统之间则具有交互耦合作用，共同组成完整的功能系统。 图 1 现代产品过程涉及多个子系统和相关学 科领域 如何有效的协调各个子系统设计团队的工作，让团队之间达到信息共享、互通有无，并保证子系统的设计质量和整体性能，实现产品设计真正的一体化和协同化，从而提高设计效率，节省设计成本，缩短开发周期，这是一个非常重要的问题。 为了达到上述目标，我们必须满足以下三个层次的需求： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 14 第一，具备各子系统和各学科领域有效的集成仿真工具，从而保证各子系统的设计水准和可靠性； 图 2 各学科领域的不同设计工具 第二，能够实现各仿真工具之间的无缝集成和数据交换，在统一架构下实现模型整合； 第三，为了能够协调和管理各设计团队，以及在设计过程中产生的大量数据，实现资源优化配置，还必须具有仿真数据和流程的管理平台，实现各学科领域的真正协同仿真。 2多学科协同仿真的一般实现方法 目前较为通用和流行的实现多学科集成仿真的方法主要包括以下三种： 合仿真式（ 联合仿真式是目前较为通用，也是使用最多的一种数据交换方式，其数据交换原理如图 3 所示，两个不同仿真工具之间通过 P 等方式实现数据交换和调用。 图 3 联合仿真式的基本原理 当两个不同仿真工具之间通过联合仿真方式建立连接后，其中一者所包含的模型可以将自己计算的结果作为系统输入指 令传递给另一者所建立的模型，这种指令包括力、力矩、驱动等典型信号，后者的模型在该指令的作用下所产生的响应量，如位移、速度、加速度等，又可以反馈给前者的模型，这样，模型信息和仿真数据就可以在两者之间双向传递。 联合仿真方式的典型应用有：多体动力学与控制系统（如车辆控制）、结构与气动载荷（如飞行动力学分析），等等。这是一种最为容易建立和实现的集成仿真方式，具有很强的普适性，但局限在于难以处理刚性系统，对系统资源占用较多，某些情况可能速度较慢。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 15 型转换式（ 模型转换 式的原理如图 4 所示。其主要原理是将其中一个工具的模型转化为特定格式的包含模型信息的数据文件，供另一个工具中的模型调用，从而实现信息交互。典型的数据格式如用于刚弹耦合分析的模态中性文件（ 在该文件中包含采用 M、 K、x和振型矩阵表示的弹性体信息；用于控制机构一体化仿真以及其它仿真的动态链接库文件（ 该文件中包含采用变量表示的函数信息。 图 4 模型转化式的基本原理 模型转化式的典型应用有：控制、电液与机构一体化仿真（如飞机操纵面），有限元与多体机构（如刚弹耦合机械系统），等等。这种方式的特点在于求解速度快，对系统资源占用较少，稳定性好，并且模型建立后便于重复使用，而局限则在于需要定义特定数据格式的文件，通用性稍差。 解器集成式（ 求解器集成 式的基本原理是实现两个不同工具之间的求解器代码集成，从而实现在其中一个仿真环境中对另一个仿真工具的求解器调用，如图 5 所示。 图 5 求解器集成式的基本原理 求解器集成式的典型应用有：带有屈曲等材料非线性问题的大型结构模型，带有流固耦合、冲击等几何非线性问题的大型结构问题，等等。这种方式的 优势在于可以方便有效的运用多种学科领域的求解技术，便于用户直接使用现有模型，而局限在于模型中的某些因素如单元类型、函数形式等某些情况下需要重新定义，同时软件的开发和升级周期较长。 3 学科协同仿真解决方案 针对多学科协同仿真三个层次的需求， 供当前最为系统和完整的解决方案。 首先， 供集成的 模仿真环境 具用于仿真系统的各种性能，从而高效的建立各子系统 的模型，评价系统性能。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 16 图 6 集成 真环境 次， 成员之间均具有无缝集成能力，可以实现数据交换和模型整合 ,建立完整的一体化虚拟样机； 有悠久的开发历史，其成员都是各自领域居于领先地位的仿真工具，通过了大 量工程项目的检验，知识和经验的不断积累，具有极强的可靠性与稳定性。目前 成员之间可以方便的通过不同方式实现模型数据交互、求解器整合和计算过程协同，同时 在积极的开展工作，成员移植和整合到统一的架构之下，以便用户可以在统一的界面环境下完成所有分析工作。 图 7 现完整功能虚拟样机 再次， 强大的仿真流程与数据管理平台，为企业提供协调和管理设计人员、仿真工具，模型数据的统一架构，实现资源的优化配置和组合，提高产品开 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 电动式钢管接箍打标设备 生姓名 常家雷 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 崔增柱 2008 年 6 月 2 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文 的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 要 为了及时而准确地识别产品的零部件，需要在产品上标以明显的标志或记号。传统的工业标记打印效率 低、不美观、稳定性差、废品率高。气动、电动相结合的方式结构简单，成本低，速度快，可控性好。本文就此提出一种全新的电动标记打印新工艺，对其中的关键技术进行了深入的研究 ， 本文所完成的主要工作如下 : (l)研究了电 动 打标机的总体结构和配置。引用国内外先进方法选关键零部件。 (2)采用步进电动机控制打标头的控制技术。采用频率控制的方法，实现了打印头振动频率与电动执行机构移动速度的协调，保证了打印质量。 (3)研究了计算机与 服单元的通信及实时控制技术。利用 通信。利用数据总 线实现了计算机与伺服单元的通信。利用传感器特性实现了 (4)研究了打印图形、字符的设计与转换技术。进行图形和文字的编辑，实现了从生成的文件中提取有用的几何图形信息，并将这些几何图形信息转化成打标机的打印加工程序。研制完成的电动打标机运行平稳，打印效率高，软件使用方便，具有无气体污染，速度快，精度高等优点，达到了预期设计目标。 关键词 打印标记；硬件组成； 制技术；步进电动机 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) or of or on of of of of is A is in of is in as (1)of by (2)of of is of of of is is (3)is b of by LC is (4)of is of is as no So be 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1 绪论 . 1 言 . 1 . 1 . 3 . 4 2 打标机系统的总体设计 . 6 标机系统组成及工作原理 . 6 . 7 3 各机构的选择及设计 . 9 . 9 . 14 . 14 内容： . 15 . 15 . 15 . 16 ： . 17 . 18 . 20 . 20 . 21 . 24 4 步进电动机的选择计算 . 26 . 26 . 29 . 31 5 序的控制 . 32 特点与优势 . 32 标流程设计 . 33 . 34 总结 . 37 参考文献： . 38 致 谢 . 39 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 录 . 40 附录一 . 40 附录 二 . 52 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 1 绪论 言 毕业设计是培养我们理工科学生的一个实践性教学环节，也是最后一个教学环节，它是在我们学完了全部基础课、技术基础课及专业课后，并在一些课程设计基础上，到工厂进行参观实习，搜集原始资料之后，进行的一次大规模基本知识和基本技能的全面的、系统的设计。设计的主要目的：培养我们综合应用所学基本知识和基本技能去分析和解决专业范围内的一般工程技术问题的能力， 培养我们建立正确的设计思想、掌握工程设计的一般程序、规范和方法，培养我们收集和查阅资料和运用资料的能力。通过毕业设计，进一步巩固、扩大和深化我们所学的基本理论、基本知识和基本技能，提高我们设计、计算、制图、编写技术文件，正确使用技术资料、标准手册等工具书的独立工作能力。通过毕业设计，培养我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观、经济观和全局观，从而实现我们向工程技术人员的过渡，同时学会掌握调查、研究、收集技术资料的方法。在制造业信息化环境中，工艺设计是生产技术准备工作的第一步，工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，是生产中的关键。工艺知识是制造业中重要的知识资源之一，是理论中的 ” 产品 ” 变为实际 ”产品 ” 的基础资源，它对保证产品质量以及提高企业经济技术效益具有十分重要的作用。随着国民经济的发展，工程机械的应用越来越多，因为工程机械能够代替工人从事重体力劳动。使用工程机械的优点有很多，如工程机械的适应能力很强，一般不受气候影响， 工程机械可以不需要休息，工作效率高，工程机 械动力强劲等。但是工程机械一只注重实用性，而舒适性大都会被忽略。而由于社会的进步，国家对工人的工作条件日益关注（工人在工作条件恶劣的情况下，一般工作效率都比的低，）。所以开发一些能改善工人工作条件的产品是很有必要的。而本课题也正是从这一方面考虑的。当前，社会经济正从工业经济向知识经济转变，知识正在成为生产力要素中最活跃、最重要的部分。相信通过这次设计，能够使自己的知识积累达到了一个新的层次！ 标机的背景及发展意义 本文旨在研究一种电动打标机系统及其字库的关健技术。本章首先从打标技术在现代工业中的应用 来阐述本课题研究的背景和意义 ;然后介绍了电动打标机的研究现状和发展方向 ;最后阐述了本论文的主要内容和完成的工作。 随着我国国民经济的飞速发展，近年来各种工业产品的制造量明显上升，为了让用户能够方便直观地了解这些产品的基本信息，需要在这些产品的表面进行信息标示，因徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 此，自动化的工业标记技术逐渐成为热门的研究课题。 打标工艺的基本要求是标记字符清晰、时间持久。打标的作用是能提高产品档次，树立品牌形象，有一定防伪作用，同时为企业提供产品的可追溯性 ( 从而更好地贯彻 准。打 标主要应用于机械、汽车及其零部件、摩托车、电动车及其零部件，电子、轻工、石化管件领域。可对钢、铁、铜铝、塑料等材质的产品零部件及各种铭牌进行标记。较早的工业打标方法有字模冲压、印刷、电腐蚀等，这几种标记方法，不仅效率低、不美观，而且防伪性差，很难达到同一规格，尤其难以适应现代化大生产的需要。这些方法各自的缺点有 : (1)字模冲压由于是接触式加工，加工后的零件容易产生内应力，字模的制作和改变比较困难，且一般只能用于金属材料的标记 ; (2)印刷的标记其附着强度往往有限，因此其标记的寿命往往不长 (特别是在金属材料 上 )，且其加工过程容易产生环境污染 ; (3)电腐蚀加工方法只能对金属材料进行加工，加工过程容易造成环境污染，且加工速度较慢，不适于大批量和流水线加工方式。 基于以上原因，一种较为先进的激光打标技术，在西方一些工业先进国家应运而生，随后在我国也得到了发展应用。激光打标技术，虽然较好地克服了传统工艺的许多缺点，但由于受到激光器自身缺点的制约，如 :激光器本身寿命低、在环境恶劣的生产现场不能长期稳定地工作等，所以这一方法不能满足生产实际的需要 ;同时，由于有色金属对激光的吸收能力较差，所以打印深度浅，除在金刚石或硬质 合金这类特殊材料上应用较多外，都未得到普及推广，为弥补上述方法的不足，适应现代化大批量生产发展的需要，出现了一种全新的工业电动打标技术。从 1988年开始，这项工艺便被一些西方国家相继采用，特别是在汽车、摩托车行业得到了迅速推广。像美、日、意、德、法等国的通用、福特、克莱斯勒、丰田、本田、菲亚特、奔驰、标致、雪铁龙、雅马哈等汽车、摩托车制造厂，均都大量采用 。随着我国经济的高速发展，国内的生产企业也逐步采用了自动控制的电动打标技术来满足大规模生产的要求，市场对打标机的需求将越来越大，而且我国是以制造业为主的发展 中国家，未来几年内打标产业的市场前景将非常广阔。 与其他打标方式相比，自动控制的电动打标方式由于结构简单，成本低，可控性好，速度快等特点而受到很多厂商的欢迎 9，这一技术特别 适合于对标记速度有较严格要求的流水线作业场合，并且能够通过控制电 压的大小而方便地控制标记的深度。然而，当前世界上最先进的打标机技术往往源于发达国家。这些进口品牌的打标机虽然质量较好，但价格和售后服务却使国内的广大中小企业望而却步 ;反观国内的电动打标机生产商虽然制造出了价格相对较低的产品，但在功能上只是单纯地模仿，很多技术并不能达到实际 的生产要求，无法保证质量。因此，在中国生产和推广拥有全套自主知识产权的 电动打标机，让广大国内企业能用上价廉物美又有完善售后服务保障的电 动打标机设备成为一项迫切需求。在这一背景下，本文在电动打标机的研制方面做了一些研究，研制了一徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 种能够对打标字符进行轨迹优化的电动打标机，这对于我国在电动打标机技术上的研究具有一定的参考价值，同时对打标技术的发展具有一定的意义。 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、操作方便的电动打标机设备是现代化生产线的新需求。当前，国内外 电动打标技术的发展主要有以下三个方向 : 数字化、自动化 20世纪 80年代以来，电动打标机的数字化、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，现代的打标机已经进入了计算机榨制为丰的时代。 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。 (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 入式技术得到了充分的发展，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 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电动打标机， (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，电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，这也是当前电动打标机技术发展的一个方向。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。 动打标机相关技术的发展 电动打标机是计算机技术、自动控制技术、机械设计技术、电动技术等多项技术综合交叉的技术密集型产品。由于近年来这些相关的技术都得到了很大的发展，因此电动打标机技术也日趋完善。但是纵观国内外电动打标机的研究可以看出，打标机产品的改徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 进主要是在硬件方面，比如以前打标机的控制部分一般都采用单片机，近年来随着 片机的控制方式在打标机系统中已经逐渐被取代。随着硬件技术的发展，打标机也将逐渐变得越来越集成化，体积也将越来越小。 但是，在这种情况下打标机软 件方面的作用似乎没有被充分发挥出来，各大生产厂商也更多的是把精力集中在硬件技术的开发上，而忽略了软件技术的开发。目前很多打标机系统提供给用户的软件界面并不友好，操作也不是很方便，更糟糕的是很多软件只是简单的实现了基本的打标功能，而并没有对打标机其他功能进行充分的挖掘，所以，软件发展的滞后成为了制约电动打标机水平提高的一个瓶颈。而这一点也不符合打标机未来的多功能化的发展要求，因此打标机在软件方面的发展空间还是比较大的。比如为了提高打标机的效率，可以对打标机打印的路径进行一些优化，使打标机能够在更短的时间内完成 所有点的打印，这就需要从软件技术方面做一些优化的工作。所以本文也抓住这一点，从软件的角度对打标机进行了相关的研究，重点放在字库优化方面。字库是由字模组成的，字库的优化包括字模的定义和设计优化、字模打印轨迹的优化两部分。 管打标系统的开发现状 钢管广泛地应用于机械、建筑和石化等行业，又是国防工业的重要材料，用于制造枪管、炮筒以及其他武器。钢管的生产工艺种类繁多，生产过程非常复杂。 按照工艺流程，管坯进入车间后按照工艺要求锯成定尺长度，然后依次经过环形炉加热、三辊穿孔机穿孔、连轧机轧钢、定径 机定径。加工成的钢管需要减径的再加热后送至减径机上减径。从定径或减径机轧出的成品管，送至链式冷床上冷却，冷却后锯成定尺长度的钢管（有的需要热处理 ) 输送到斜辊式矫直机上矫直，矫直后依次经过超声波探伤，水压机试验，随后进行其他各项精整工序。 精整后的成品管经过感应加热炉后进行涂油打捆入库。根据 定，外径不小于 36钢管应在每根钢管一端的端部有喷印、滚印、钢印或粘贴印记。印记应清晰明显，不易脱落。印记内容应包括钢的牌号、产品规格、产品标号和供方印记或注册商标。具体不同类型的管子有不 同的印记内容。 随着我国加入 内市场和国际市场的接轨，钢管市场同样面临一系列的问题。国内钢管进入国际市场，必须遵守国际的相关标准。比如无缝钢管要遵守国际标准 表一所示）。 过去，有的钢管厂由工人随意手写，字迹不统一，有的用刷模的方式，字迹相对工整。这种做法沿用了很长一段时间，部分厂家目前仍在使用。很明显，这些方法存在测量精度低、劳动强度大、生产效率低、字迹不清楚等缺点。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 表 1 1 标准摘录 外径 项目 管体 接箍 允许偏差 D 1厚 量 单根 车载量 目 范围 1 范围 2 范围 3 油管 5m 管 6m 标能大大提高产品档次，树立品牌形象及防伪，为企业提供产品的可追索性（ ，从而更好地贯彻 准。 近年来，各种工作原理的打标机层出不穷。其中，电 动打标机采用了一种新型打标工艺，它是由计算机 控 制打印针运动的高速打印设备，其工作原理是打标针在 步进电机 作用下作每秒 300 次高频冲击运动，同时计算机控制打标针在 X - 从而在工件表面上打印出密集点阵构成的 字符的复合图形。该方法具有标记图案变化灵活等优点。激光打标机也得到了广泛的应用，但是激光打标机的寿命受到激光器本身寿命低和缺乏长期稳定性的缺点的制约，而且成本较高，因此多用于特殊场合。液压和气压打标机具有打印深度深、标记清晰、不易磨损的特点，但需要配备专门的液压和气压装置，目前钢管打标研究较多的是电动打标机。目前国外已开发出比较成熟的打标设备，功能强大，能打出各种设定的字符甚至是中文。设备采用了许多先进的技术，特别是打标头部分的设计。 表 1标头技术参数 工作范围 精度要求 生产效率 直径 32 246标深度 秒 5个 2号英文字符 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 2 打标机系统的总体设计 标机系统组成及工作原理 打标系统的示意图如图所示，由图可以看出其组成如下： 电动打标机的组成部分主要包括控制器、上位机、打标头、打标针、各部分主要功能如下 : 控制器 :对系统参数和打标参数进行设置，控制打标针的运动和动作 ; 上位机 :浏览字库文件、设计特殊字符、优化字符打印轨迹、向控制器发送字符文件信息 ; 打标头 :安装打标针运动和动作的机械部件 ; 打标针 :通过对工件表面的冲击打出点痕 ; 打标 机的组成： （ 1） V 型支架。 V 型支架用来放置待打标的钢管，由七个支柱组成， V 型面上固定有尼龙垫，可以减少冲击，保护钢管不被划伤。 （ 2） 电动打标机。打标机包括支架、步进电动机、打标头、打标控制器、丝杠等。电动打标机在钢管外表面沿轴向打出所设定的字符。打标机采用 司的新产针电动打标机，具有打标速度快、字迹清楚、可靠性高的特点。 （ 3） 横梁。用来安装打标机。 钢管到达打标工位时，步进电动机下降，可调撑脚压在钢管上，可以调节打标针钢管的距离 ，以改变打标字符的深度。打 标开始后，打印针按字符或图形笔划轨迹运动的同时，打印针高频冲击钢管表面，从而形成由密集点组成的字符或图形。打印针能自动跟随钢管表面形状而动作，对钢管表面平整度无要求。打标字符和图形可以通过计算机键盘输入。 图 2标示意图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 打标机的工作原理 对打标机工作过程进行分析，其工作原理分如下三个步骤 : 针头的运动 当工件被输送到打标工位后，控制器发出打标指令，打标针在步进电机驱动下沿着所需的打标轨迹运动 ; 打点 打标针移动到需要打点的坐标处时，控制打标针动作的电磁阀打 开，打标针在驱动气压的作用下冲击工件表面打下点。然后电磁阀关闭，打标针从工件表面抬起，缩回针套内。重复步骤、，则在工件表面连续打点，组成所需的字符图样 ; 复位 一个工件打标完成后，打标针复位到初始位置，等待下一个打标指令的到来。 打标要求字迹清晰，速度快。打标系统的设计需要注意如下问题：横梁所受力矩的大小合适，力矩太大会产生振动，影响打标效果；导轨的精度高；保证打标设备安装的精度，打标头要在钢管的中心线上，否则打标字深不一致；保证打标针跟钢管的间距合适，间距大，打标深度不够，间距小，打标过于深，而且会 缩短打标针的使用寿命；点阵式打标机要求具有稳定的控制系统，控制打标针高频冲击钢管表面，打印出清晰的字体，因此关键部件打标头要选取成熟的配件。 2 标机的基本功能及主要技术指标 工业现场使用的电动打标机具体功能有以下几点 : (1)打标针能够在一定尺寸的平面内运动并实现定位 打标针在平面内能够按打印轨迹运动 ;能在需要打点的坐标处定位 ;打标完成后，打标针能自动复位。 (2)快速打点 打标针移动到需要打点的坐标处定位后，能够快速地在工件表面上打点，防止点的漏打，并且保证一定的打印深度。 (3)用户操作界面 友好，打标字符多样 用户通过操作界面可以方便地进行系统参数的设定、打标参数的设定、打标字符的编辑等 ;软件具备丰富的字库文件供用户调用，并提供字符生成器供用户设计自定义字符图样使用。 (4)便于与上位机系统联接。 打标机能方便地与上位机通讯，使用通用的串行接口，并且确定上下位机之间的通徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 讯协议。这一功能主要接收上位机设计的字符文件信息。 (5)体积小，结构紧凑，便于安装维护 为工业现场使用和安装的方便，在满足打标功能需要的基础上，打标机应尽量少占用工作空间，做到体积小，结构紧凑，并便于安装维护。 实际系统的主要 技术指标如下 : (1)运动范围 ;沿 X 轴或 mm/s (2)打印深度 头角度参数、工件材料硬度和电动驱动值共同决定打标字符深度 ;字符内部点轴向间距 1 (3)打标针针头材料选择高硬度碳化钨，硬度 为 90标针到工件表面之间最大行程 满足打印深度的需要，打标针针尖处圆锥体面与工件表面夹角取 60度 。 打标头选用 号。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 3 各机构的选择及设计 架设计 机架的设计主要 保证刚度，强度和稳定性。 （ 1） 刚度 评定大多数机架工作能力的主要原则是刚度。 （ 2） 强度 强度是评定重载机架工作性能地基本准则。机架的强度应根据机器在 运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其强度，此外还要校核其疲劳强度。 机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振性能的指标。而提高机架抗振性能应从提高机架构件的静刚度控制固有频率，加大阻尼等方面著手。提高静刚度和控制固有频率的途径是：合理设计机架构件的截面形状和尺寸，合理选择壁厚及肋板，注意机架的整体刚度与局部刚度 以及结合面的匹配等。 （ 3） 稳定性 机架受压结构及受 弯结构都存在失稳问题，有些构件制成薄壁腹业存在 局部失稳。 稳定性是 保证机架正常工作的基本条件，必须加以校核。此外，对于机床，仪器等精密机械还应考虑热变形。热变形将直接影响机架原有精度，从而使产品精度下降，有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生凸或凹热变形。因此，机架结构设计时应使热变形尽量减小。 机架设计的一般要求： （ 1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。 （ 2）抗振性好，把受迫振动振幅限制在允许范围内。 （ 3）噪声小 （ 4）温度场分布合理，热变形对精度的影响小。 （ 5）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造，焊接和机械加工。 （ 6）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件。 （ 7）有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。 （ 8）造型好。使之既适用经济又美观大方。 机架常用的材料： 材料的选用主要使根据机架的使用要求。多数机架形状复杂，故一般采用铸造，由于铸造的铸造性能好，价廉和吸振性能强，所以应用广。重型机架常用铸钢，当要求重量轻时，可以用铸造或铸铝合金等轻金属制造。焊接机架具有制造周期短，重量轻和成本低等优点，故 在机器制造业中，焊接机架日益增多。焊接机架主要又钢板，型钢或铸钢等焊接而成。 鉴于本课题设计，机架支柱横梁选用热轧等边角钢，尺寸规格见表： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 图 3轧钢截面尺寸图 宽 性半径 面系数 表 3轧等边钢尺寸 角钢 号数 尺寸 /面面积 / 2理论重量kg/m 外表面积( 2 ) Z0 b d r 9 90 12 10 80 10 9 计算机架横梁重量 横梁 横梁 机架立柱的重量 立 有 打步进电动机重量 0电 滑台框架 0框 滑台总重 量 6滑 论文 ) 11 机架受力简图 点位置时，对横梁进行受力分析 3 5 2 . 8 3 3 7 . 1 2 6 8 9 . 9 2G G G N 滑总 横 所以 6 8 9 3 5 2 . 8 1 . 1 7 5 3 3 7 . 1 2 1 . 4 5 / 2 6 5 8 . 9 5M N M 横梁强度的校核的校核： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 已知横梁截面积 21 5 . 1 2 6 2 3 0 . 3S c m 许用抗弯应力 120 41 46 8 9 . 9 2 2 2 . 8 1 0 3 0 . 3 1 0 经校核横梁强度合格。 立柱的受力分析计算： 则 6 8 9 N ,立柱所受的力矩 1 5 0 0 . 2M M N M 所以在 立柱的强度校核： 已知立柱截面积 22 2 2 0 . 3 0 6 4 0 . 6S c m ，材料抗压许用应力 160 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 42 46 8 9 . 9 2 1 7 1 0 4 0 . 6 1 0 所以经校核立柱的强度合理。 点位置时，对横梁受力分析： 机架受力图 有 6 5 8 . 9 5 N m ，可得 446 8 9
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