订书机外壳注射模设计文献综述专题

第一篇：订书机外壳注射模设计文献综述专题

吉林化工学院

文 献 综 述

订书机外壳注射模设计

Injection Mold Design For The Shell Of Staple

√毕业设计 □毕业论文 性 质: □

教 学 院：

系

别： 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职

称： 起止日期：

机电工程学院 机械电子系 11410521 胡 艾 机自1105 孔繁星 讲师

2015.3.1～2015.3.28

吉 林 化 工 学 院

Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院本科毕业设计文献综述

注塑模设计的知识构建及应用

摘 要：注塑模设计水平低、管理技术落后已成为制约我国模具行业进一步发展的瓶颈。本文将知识管理的先进管理理念引入注塑模设计知识管理领域，提出了构建注塑模设计知识管理系统的思路。本文同时简单介绍了基于几种软件的注塑模设计和应用。关键词：注塑模；知识；磨具设计；应用 引言

模具是各类产品的母体，是注塑、挤塑、冲压、铸造等各类工艺的重要成型部件。目前采用模具制造的各类工业产品已广泛应用于机械、电子、医疗、航天、船舶、汽车等相关产业。因此如何快速有效的设计模具，并对其成型工艺进行预判已经成为了模具设计制造的主要工作。注塑模设计是注塑模制造中的关键。一副结构合理的注塑模不仅能顺利地生产出高质量的塑件，还可以简化模具的加工过程和提高生产效率，从而降低生产成本并提高附加值。同时，注塑成型还是一个复杂、影响因素众多、很难用精确理论模型进行描述的过程，属于弱理论强经验领域，设计经验是注塑模具方案确定与结构设计最重要的组成部分之一[1]。

在我国成为“世界加工中心”的大趋势下和模具行业本身多年的积累，我国的模具工业在经历了近十几年的大发展之后，逐步进入了战略调整期，模具工业的发展重新面临着机遇和挑战。当前的模具行业中，中小型模具企业比重偏多，主要从事家电模具及中低档模具制造，产品样式雷同，设计制造水平低，利润空间急剧萎缩，已形成恶性竞争的态势；而在利润空间很大的大型注塑模尤其是汽车等大型精密复杂注塑模市场上，国内企业无论在数量还是产品质量上，都难与国外同类企业抗衡。目前，国产汽车用注塑模具只能满足中低档车型的要求，高档轿车用大型精密复杂模具（包括保险杠、仪表板等成型模具在内）则依赖于进口。通过与国外同类企业比较，国内模具设计制造水平低，管理技术落后已成为制约我国大型精密复杂注塑模具发展的瓶颈[2]。

随着信息技术的发展和知识经济时代的到来，应用先进的信息技术带动和提升模具工业的设计制造水平，应用知识管理的先进管理理念提高模具企业的管理层次，就成为解决国内模具行业面临问题的重要途径。因此，非常有必要就大型注塑模设计制造过程开发出一整套数字化知识管理平台，实现模具生产的信息化、高效化。这也是弥补与发达国家在这一领域的差距，赶上世界先进模具制造水平的必由之路。

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该模块以现有大型注塑模设计理论与设计方法为基础，将设计过程中常用的设计参数资料与计算方法通过软件封装，既能为设计人员提供方便快捷的资料查找工具又能充当实用的设计计算工具。

② 文档资料管理模块

文档资料管理是系统的最重要的模块之一。在大型注塑模设计过程中，会产生大量的设计文档、图纸等资料，对这些文档资料必须加以管理。该模块包括六个小模块:塑件信息管理、模具实例管理、模具零件管理、设计标注管理、设计案例管理和项目资料管理。

④知识分布管理模块

知识分布管理模块主要是为了解决大型注塑模设计过程中大量存在的设计经验(隐性知识)而采取的间接管理方法。通过知识专家的管理，可以让设计人员快速找到解决某类问题的专家，通过与专家的交流与沟通来解决问题，这样也为企业管理层掌握企业的知识分布提供了直接的参考资料。

⑤ 信息交流工具模块

通信工具在注塑模设计过程中是必不可少的。通过通信工具可以将分散的设计人员集结起来，共同完成设计任务。另外，联机会议工具还提供了在线视频、网络会议等功能[1]。

2.2 设计方法及技术路线

1．(1)设计方法[5]

大型注塑模设计知识管理系统的设计可以分为三个阶段进行：

① 通过对合作企业知识管理现状的调查，分析企业在注塑模设计知识管理上存在的问题，得出合作企业在注塑模设计知识管理方面的需求(前文已述)； ② 以软件工程知识和企业知识管理理论为指导，并借鉴其它知识管理软件与信息管理软件开发方面的经验，将软件开发分为系统需求分析、系统设计、程序编写和系统测试完善四个阶段;③ 选用Borland Delphi 7.0 并结合MSSQL Server 2000数据库工具开发系统各个功能模块。(2)技术路线

根据系统设计方法，我们将系统开发过程分为6个阶段，各阶段的技术路线如图2所示。

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通过统一的人机交互界面将各个功能子模块进行集成[2]。注塑模设计的应用

3.1 基于CAD的注塑模设计应用

注塑模具中关键的零部件主要是型芯与型腔[4]。成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯直接构成塑件的尺寸。例如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸等。成型零件工作尺寸的精度直接影响了塑件的精度。下面以型腔尺寸的CAD实现为例说明：

型腔（或凹模）是成型塑件外型的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中型腔的磨损会使包容尺寸逐渐增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。具体计算公式如下[6]：

型腔的径向尺寸计算公式：

L=[Ls(1+Scp)-3D/4]+δ

式中：Ls—塑件外形径向公称尺寸；

Scp—塑料的平均收缩率Scp（Smax+Smin）=，2D —塑料尺寸公差；

δ —模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3~1/6，即δ=(1/3~1/6)D。从计算公式可以看出，型腔的径向尺寸包含两部分Ls(1+Scp)及-3/4D 组成，在绘制三维数模时，通常是按照制件的基本尺寸绘制，不考虑其公差尺寸；为了得到合理的由计算公式得到型芯与型腔尺寸，在绘制型芯与型腔时，必须先对制件数模进行修整。LS(1+Scp)该部分尺寸可利用软件中的比例缩放功能。如果塑件精度要求不是很高，-3/4D 该部分尺寸可约等于-1/2D，然后利用软件中的偏置功能，将该尺寸面向材料内侧偏置-1/2D。缩放及偏置完成后，可利用软件中的模型检查功能，检查制件各面与开模方向的角度，修整拔模角，完成后绘制型芯与型腔三维模型[7]。

型芯尺寸在CAD软件中的实现方法与上述方法相同。模具中位置尺寸（如孔的中心距尺寸）在使用过程中磨损的影响可以忽略不计，只考虑模具制造公差、磨损和成型收缩率波动的影响，其计算公式如下：

C=CS(1+Scp)2

（Smax+Smin）S=式中：CS—塑件位置尺寸；SCP—塑料的平均收缩率，cp；

2-5

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⑤ 根据模具的整体结构框架，装配模具的零部件，产生完整的模具。⑥ 将设计结果作为经验存入相应的事例库中。3.3.2 基于模型推理技术

MBR技术是随着计算机编程技术的发展而发展的。在早期，以面向过程的方法进行编程时，MBR被定义为模拟。即以计算机建立一个真实世界进程的系统模型，由于系统建模是编程必要的步骤，MBR被逐渐淡化。但是随着面向对象的编程技术的出现，随着面向对象的分析和设计方法(Object oriented Analysis and Design, OO A /D)的提出，MBR又被注入了新的活力[11]。

MBR技术在建模上可由整体到局部分为：

① 组织模型：负责分配和调度整个系统中各个模块的功能； ③ 模块模型：用于进行变换、嵌套、组合以产生复合输入问题的解； ④ 组件模型：用于进行组件的功能特征和物理特征的构建及调试。

MBR技术在理论上采用约束系统进行推理。首先，运用组件描述语言(Component Description Language, CDL)将组件的约束特征描述出来；然后，将约束特征转化入并行约束编程(Concurrent Constraint Programming , CCP)框架，即约束系统,进行推理。CCP框架将输入问题的外部约束与组件及模块间的内部约束进行匹配、组合最终得到输出结果[12]。总结

一个先进的知识管理系统的引入，初步实现了对注塑模设计知识的管理，能够从不同程度上提高生产管理水平和生产效率。而基于多种绘图软件的注塑模设计的应用能够使注塑模设计在一个更全面的平台上得以更全面、更广泛的实现，能让注塑模设计更完善[13]。

参考文献

[1] MATIN I, HADZISTEVIC M, JANKO H, et al.A CAD/CAE-integrated injection mold design system for plastic products[J].The International Journal of Advanced Manufacturin, 2012, 63(5):

[2] 马瑞伍．大型注塑模设计知识管理系统研究[D]．[出版地不详]：学位授予单位缺失，2006．

[3] 单方，陈璞，李美村．事例推理技术在注塑模设计中的应用研究[J]．广东工业大学学报，2001（03）：37-39+45． [4] 黄志高，周华民，李德群．基于CBR的注塑模设计专家系统的研究与开发[J]．塑

Manufacturing Technology, 1997, 46(1).WEN-REN J, YU-HUNG T, TAI-CHIH L.Algorithm for automatic undercut recognition and lifter design[J].The International Journal of Advanced Manufacturin, 2013, 69(5-8).IN-HO S, JONG-MYOUNG P, SUNG-CHONG C.Web-based Interference Verification System for Injection Mold Design[J].Computer-Aided Design and Applications, 2006, 3(1-4).

第二篇：订书机改良设计

订书机人机（改良）设计

—便携式订书机

前言

文具行业是中国轻工产业发展最迅速、最完善的一个行业。中国文具市场容量已突破人民币1000亿元，近年来的文具市场发展步伐均在10%以上，随着国内经 济的发展，集团购买力的提高，将更加加速文具行业的发展。许多大的外企文具生产商、经销商都纷纷驻足国内市场，正是看中了中国文具广阔的消费市争场前景。如果把文具行业的发展分为初级阶段、竞阶段、成熟阶段的话，目前文具行业已进入了后竞争阶段，也就是逐步步入品牌化时代，文具行业的竞争方式由 单一的价格竞争转向服务、管理、购物环境等多方位的品牌化竞争。面对品种繁多的文具用品，消费者可选择的余地也越来越多，国外竞争对手的涌入，将使得整个 市场的竞争压力不断加强，未来的竞争也将更加残酷。为此要在残酷的市场竞争又赢得一席之地，就必须提升产品的功能性和使用性来赢得消费者，为此我们针对订书机做此改良设计。

一产品介绍 订书机简介 订书机的发明

装订图书的传统方法是按照“贴码”将书页缝合起来。这是一个相当复杂的工序，对熟练的装订工人来说是简单的，但由一部机器来做却可能很困难。因此想提高工作速度的装订工人，尤其当生产那些通常要求快的小册子和杂志时，都试图寻找到用小段弯铁丝来进行装订的办法。

1869年，美国马萨诸塞州波士顿的托马斯·布里格斯发明了一个能担当此任的机器。他创办了一家制造和销售这种机器的“波士顿铁丝装订机公司”。他的机器将铁丝轧断并使它弯成U形，然后用它来钉穿书页，最后再弯一下将书恰当地固定好。

布里格斯最初的订书机是相当复杂的，因为它有那么多道操作步骤。因此，他在1894年采用了一种制造工序，该工序首先将铁线轧断并弄弯，做成一串“U”形订书钉。这些钉子可以装进一个简单得多的机器里，该机器可以把这些钉子嵌入纸张中去。这个机器就是如今办公室和家里订书机的原型。

早期的“U”形钉包在纸里，或者单个地装进订书机里。订书机的使用在20世纪20年代日益普及，而在当时，U形钉已可以被黏合成一长条投放市场。

订书针规格

订书钉规格有： 26/

6、24/6（369）、10#、23/6-24，封箱钉35╳16、18、19等。现有市场上订书机现状分析

订书机知名企业

骑马订书机 得力订书机 益而高订书机 黑皮文具订书机 惠胜订书机 品牌惠胜订书机展示 1）手握式订书机

品牌:惠胜，型号:HS-851，最大装订厚度:3（mm），规格:NO.10，装订方式:手动，装订长度:65（mm），打孔厚度:3（mm），刀片使用寿命:1000000，重量:0.1722（kg）。产品专利号:200530129583.X订纸张数:2-18张80克纸适用针型:No.10(100PCS)入纸深度:

分析：这款订书机和按压订书机的不同，原理类似平时用的夹子，体积较大。装订的页数较多，2）360度转头塑胶订书机

品牌:惠胜，型号:HS2005，最大装订厚度:3（mm），规格:24/6 26/6，装订方式:手动，装订长度:95（mm），打孔厚度:3（mm），刀片使用寿命:100000，重量:0.1778（kg）。订纸张数:2-20张80克纸适合针型:24/626/6(100/105PCS)入纸深度:95mm产品尺寸:160&

分析：这款订书机采用了360度转头，解决了人们转纸的麻烦，设计更加人性化，更加方便使用。3）手握立式标准订书机

品牌:惠胜，型号:H-800，最大装订厚度:3（mm），规格:24/6 26/6，装订方式:手动，装订长度:60（mm），打孔厚度:3（mm），刀片使用寿命:1000000，重量:0.1375（kg）。产品专利号:200430087588.6订纸张数:2-20张80克纸适用针型:24/626/6(105/100PCS)...分析：立式的订书机更加节省空间，适合在办公室使用或要求节约空间的地方使用。

4）手握式标准订书机

品牌:惠胜，型号:HS-850，最大装订厚度:3（mm），规格:24/6 26/6，装订方式:手动，装订长度:65（mm），打孔厚度:3（mm），刀片使用寿命:1000000，重量:0.233（kg）。产品专利号:200430129588.9订纸张数:2-20张80克纸适用针型:24/626/6(105/100PCS)

5）标准塑胶订书机

品牌:惠胜，型号:HS-721，最大装订厚度:3（mm），规格:24/6 26/6，装订方式:手动，装订长度:60（mm），打孔厚度:3（mm），刀片使用寿命:1000000，重量:0.1611（kg）。产品专利号:200430087519.8订纸张数:2-20张80克纸适用针型:24/626/6(100/105PCS)

分析：塑料的发明使人类的生活变得更加丰富多彩，塑料的外壳不仅坚固，而且色彩亮丽。

6）迷你订书机

使用书针型号:10，装订厚度:8，类型:迷你订书机，规格:10X2.2X4.5CM，包装方式:OPP。此款订书机造型时尚，颜色鲜艳，手感舒适。上层有磨砂感电镀光亮且十分实用，是办公家居的好帮手！

分析：体积小巧，色彩鲜艳，方便携带，适合学生等经常使用装订的人群使用。

7）重型加厚订书机

可一次性装订210张80g纸张！高品质产品，建议选用高品质订书钉如伊莎瑞特，可得优等品牌书钉配套使用，效果更佳！钉纸深度：66MM钉纸厚度：210张（21.MM厚,80g/m2）书针规格：23/10-23/24

分析：此类订书机常用于专门转订书籍的场所，如印刷厂、复印店等。8）电动订书机

【包装】1/－－/24【外箱尺寸】36.5x26x27.5cm【颜色】【书钉种类】26/6 ~ 24/6【订纸厚度】15pages/80g【装订数】≤50pcs电池适用 4节5V碱性电池

分析：这款订书机以电能为动力，更加方便了人们的装订，是未来订书机发展的趋势。

9）无订订书机

无针订书机不用订书针，就能轻松把几张纸订在一起

它对于装订一般的纸张，发票等都没有问题，使用方便，省时省力，非常适合装订少量文件时使用。无针订书机环保设计，时尚先锋，永不伤手。尤其适合装订票据，简单文件等。再也不用因为装订错了而要使用工具用劲去撬。避免了对碎纸机的损坏.它适合商务会议，促销活动，有多处丝印位置。

分析：无订订书机是环保设计，并且没有了被订到手的危险，也是未来订书机发展的趋势，但是使用寿命较短。

2、操作分析

这种操作方式装订的页数较少，当页数较多时，按压比较费力

使用这种按压方式，装订的页数较多，也比较省力。

这种操作方式主要用大拇指施力，力量较小，适合装订页数较少的情况，当页数较多时，按压比较费力

3、使用群体分析（大学生便携设计）

1）影响消费者购买行为的主要因素有哪些？

影响消费者购买行为的主要因素有：

1．社会文化因素。文化因素包括文化、亚文化及社会阶层对消费者行为所起到的影响，是各因素中对消费者的作用最为广泛深远的。

2．经济因素。影响消费行为的经济因素主要有商品价格、消费者收入和商品效用以及经济环境因素。

3．心理因素。影响消费者购买行为的心理因素，主要包括动机、知觉、学习、信念和态度等。

4．个人因素。购买者的决策也会受到个人外在特征的影响，特别是受其年龄所处的

生命周期阶段、经济环境、生活方式、个性以及自我概念的影响。

2）消费者心理分析 青年人消费心理 ：在我国青年消费人口众多，一般来说青年消费者的消费心理特征具有以下几点，1）追求时尚和新颖 青年人的特点是热情奔放，思想活跃，富于幻想，喜欢冒险，这些特点反映在消费心理上，就是追求时尚和新颖，喜欢购买一些新的产品，尝试新的生活。在他们的带领下，消费时尚也就逐渐形成了。

2）表现自我和体现时尚 这一时期，青年人的自我意识逐渐加强，强烈地追求独立自主，在做任何事情时，都力图表现出自我个性。这一心理特征映在消费行为上，就是喜欢购买一些具有特色的商品，而且这些商品最好能体现自己的个性特征，对那些一般化,不能表现自我个性的商品，他们一般都不屑一顾。

3）容易冲动，注重情感 由于人生阅历并不丰富，青年人对事物的分析判断能力还没有完全成熟，他们的思想感情，兴趣爱好，个性特征还不完全稳定，因此在处理事情时往往容易感情用事，甚至产生冲动行为。他们这种心理特征表现在消费行为上，那就是容易产生冲动性购买，在选择商品时，感情因素占了主导地位，往往以能否满足自己的情感愿望来决定对商品的好恶，只要自己喜欢的东西，一定会想方设法，迅速做出购买决策。

4男性消费心理：

1)动机形成迅速、果断，具有较强的自信性。男性的个性特点与女性的主要区别之一就是具有较强的理智性、自信性。他们善于控制自己的情绪，处理问题是能够冷静的权衡各种利弊因素，能够从大局着想。有的男性则把自己看成能力、力量的化身，具有较强的独立性和自尊心，这些个性特点也直接影响他们在购买过程中的心理活动。因此，动机形成要不女性果断迅速，并能立即导致购买行为，即使处在比较复杂的情况下，如当几种购买动机发生矛盾冲突时，也能够果断处理，迅速作出决策，特别是许多男性不愿“斤斤计较”，购买商品也只是询问大概情况，对某些细节不予追究，也不喜欢花太多时间去比较、挑选，即使买到稍微有些毛病的商品，只要无关大局，也不去计较。

2）购买动机具有被动性 就普遍意义讲男性消费者不如女性消费者经常料理家务，照顾老人、小孩，因此，购买活动远不如女性频繁，购买动机也不如女性强烈，比较被动。在许多情况下，购买动机的形式往往是由于外界因素作用，如家里人的嘱咐、朋友的委托、工作的需要等等，动机的主动性、灵活性比较差，我们常常看到这样的情况，许多男性顾客在购买商品时，事先记好所要购买的商品品名、样式、规格等，如果商品符合他们的要求，则采取购买行为，否则就放弃购买动机。

3）购买动机感情色彩比较单薄 男性消费者在购买活动中心境的变化不如女性强烈，不喜欢联想、幻想，他们往往把幻想看作是未来的现实。相应的，感情色彩比较薄淡薄，所以，当动机形成后，稳定性较好，其购买行为比较有规律，即使出现购买冲动，也往往自信决策正确，很少后悔退货。需要指出的是，男性消费者的审美观同女性有明显差异，这对他们的动机形成也有很大的影响。比如，有的男同志认为，男性的特征是粗犷有力，因此他们在购买商品时，往往对具有男性特征的商品感兴趣，如烟、酒、服装等。

5女性消费心理：在现代社会，谁抓住了女性，谁就抓住了赚钱的机会。要想快速的赚钱，就应该将目光瞄准女性的口袋，店铺在市场销售中，应当充分重视女性消费者的重要性，挖掘女性消费市场，女性消费者一般具有以下消费心理。1）追求时髦 俗话说“爱美之心。人皆有之”，对于女性消费者来说，就更是如此。不论是青年女子，还是中老年女性，她们都愿意把自己打扮的美丽一些，充分展现自己的女性魅力。尽管不同年龄层次的女性具有不同的消费心理，但是她们在购买某种产品时，首先想到的是这种商品能否展现自己的美，能否展现自己的形象美，使自己显得更加年轻更加有魅力。例如，她们往往喜欢造型别致新颖、包装华丽、气味芬芳的商品。

2）追求美观 女性消费者还十分注重商品的外观，将外观和商品的质量、价格当成同样重要的因素来对待，因此在挑选商品时，她们会非常注意商品的外观、色彩。

3）感情强烈，喜欢从众 女性一般具有比较强烈感情特征，这种心理特征表现在商品消费中，主要是情感支配购买动机和购买行为，同时她们经常受到同伴的影响，喜欢购买和她人一样的东西。4）喜欢炫耀，自尊心强 对于许多消费者来说，之所以购买商品，除了满足基本需要之外，还有可能是为了显示自己的社会地位，向别人炫耀自己的与众不同，在这种心理驱使下，她们会追求高档产品，而不注重商品的实用性，只要能显示自己的身份和地位，她们就会乐意购买。

综合以上的信息可以知道，大学生作为年轻人，即追求时尚，有要求个性.喜欢购买一些具有特色的商品，在选择商品时，感情因素占了主导地位，往往以能否满足自己的情感愿望来决定对商品的好恶，只要自己喜欢的东西，一定会想方设法，迅速做出购买决策。不会顾及太多。

4、现有订书机存在的一些不足

1）一次只能装订30页左右的印刷纸，页数再多时，就需要非常大的力气才能使用，不但不方便使用，而且容易造成订书机的损坏。

2）无法观察订书机内部订书钉的具体情况，当订书订用完或者卡订时，使用者无法知道，降低了使用效率。

3）采用骑马钉时需要另购专用的加长型订书机，增加了成本。4）订订的位置、方向只能靠使用者目测，易使订订歪斜，影响装订美观。

5）有些订书机体积较大不容易携带，而体积小的订书机装订的页数又较少，并且存在携带时误伤到手的危险。

改良设计草图

第三篇：注射模拆装实验心得

注射模拆装实验心得

通过模具拆装实验，我熟悉了模结构、各零部件的作用和装配关系。掌握成型零件、结构零件的装配和检测方法，及模具总装顺序。培养了我的实践动手能力。通过这周实训我们学到了很多东西，除了对冲压模和注塑模的原理及功用的了解，还复习了以前所学的知识。如：绘制零件图、装配图、零件的测绘以及AutoCAD的使用，还有就是合作精神，因为以后真正工作时，有些工作不是一个人就能做出来的，也体会到了细心是迈向成功“第一步”的道理，同时也为今后从事这个工作打下基础，在冲压模和注塑模的拆装和测绘过程中我们也遇到了很多意见不统一的地方，经过商量及在老师的帮助下，我们最终完成了这次实训的任务，感谢老师们的辛苦培训以及同学们的相互配合和理解使我在这次实训中受益匪浅。

第四篇：自动骑马订书机系统设计

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

摘要

骑马订书机一种快速高性能的订书设备，大部分印刷厂都配有该设备。传统的骑马订书机设备，在高速工作状态下，很容易发生堵纸现象。本次设计中对传统的骑马订书机的电气系统进行了改造，对订书机头增加了电磁控制装置，在容易发生堵纸增加了微动开关，增加了光电传感器检测装置，从而很好地解决了，高速工作下的堵纸现象。本设计中还对传统骑马订书机的控制系统进行了PLC改造，使其控制系统更加智能化，提高了工作效率，减少了工人的工作量。关键词：电磁控制；光电传感器；微动开关；PLC

I

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

Abstract Combined saddle stitching, a fast high-performance stapler device, most of the printers are equipped with the device.Stapler riding equipment, state of the high-speed operation, it is prone to the phenomenon of blocking the paper.The design of the electrical system of the traditional riding stapler transformation of electromagnetic control device, a micro switch prone to blocking the paper, an increase of the photoelectric sensor detection device on the stapler head, so good the solution to the phenomenon of blocking paper in the high-speed work.This design the control system of the traditional riding stapler PLC transformation to make it more intelligent control system to improve the work efficiency, reduce the workload of the workers.Key words: electromagnetic control； photoelectric sensor；micro switch；PLC

II

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

目录

摘要......................................................................I ABSTRACT.................................................................II 第1章 绪论..............................................................1 1.1 骑马订书机的产生背景及印刷行业的发展状况..........................1 1.2 骑马订书机的发展趋势..............................................2 1.3 骑马订书机的书钉成型过程...........................................4 第2章 自动骑马订书机的传动机构的设计....................................5 2.1 电动机的选择......................................................5 2.1.1电动机类型的选择..............................................5 2.1.2电机容量的选择................................................5 2.2 齿轮传动设计......................................................6 2.2.1齿轮传动的简介................................................6 2.2.3按齿面接触强度设计齿轮........................................8 2.2.4按齿根弯曲强度设计...........................................11 2.2.5齿轮几何尺寸的计算...........................................13 2.3 轴的设计及校核...................................................13 2.3.1 齿轮作用在传动轴上的力.......................................13 2.3.2初步估算轴的最小直径.........................................15 2.3.4轴上的载荷...................................................17 2.3.5校核轴的强度.................................................17 2.4 带传动的设计.....................................................20 2.4.1概述.........................................................20 2.4.2带传动的设计计算.............................................21 2.5 凸轮的设计.......................................................24 2.5.1凸轮的简介...................................................24 2.5.2确定凸轮的基本外形尺寸.......................................24 第3章 骑马订书机的电气控制设计.........................................30 3.1 骑马订书机的特点及控制要求.......................................30 3.2 电气线路设计.....................................................30 3.2.1 执行电路的设计..............................................30 3.2.2控制电路的设计...............................................31 I

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

3.3电器元件的选择....................................................31 3.4编制电气元件明细表................................................35 第4章 自动骑马订书机的PLC控制设计.....................................36 4.1 PLC的简介.......................................................36 4.1.1PLC的定义及基本结构..........................................36 4.1.2PLC的特点及应用范围..........................................37 4.1.3PLC的工作原理................................................38 4.1.3PLC的选择原则................................................38 4.2 自动骑马订书机的PLC选型及控制电路改造...........................39 4.2.1自动骑马订书机的PLC类型选择.................................39 4.2.2PLC控制电路设计..............................................40 结论.....................................................................43 参考文献.................................................................44 致谢.....................................................................45 II

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第1章

绪论

1.1 骑马订书机的产生背景及印刷行业的发展状况

20世纪50年代，二次世界大战结束世界经济逐步发展，印刷行业的业务量日益增加，老式的订书机设备已不能满足大批量的印刷的要求，高效率的骑马订书机应运而生。20世纪60年代骑马订书机逐步在各个国家得到应用，极大地提高了，印刷行的工作效率。

近年来，我国经济飞速发展，其中广告类印刷品，连续5年保持7.5%以上的高速增长，2011年的总产值突破15万亿大关。其它的文化印刷品也有很大的提高。根据十二五规划，“十二五”期间，文化产业要实现跨越式发展，并在2016年成为国民经济支柱性产业。作为文化产业的一个重要组成部分，印刷产业尚有很大发展空间。党的十七届六中全会通过的《关于深化文化体制改革推动社会主义文化大发展大繁荣若干重大问题的决定》，给文化产业重要组成部分的印刷业也带来了前所未有的发展机遇。随着人民群众的生活水平的提高，随着文化大发展大繁荣，群众在文化消费上将迎来一个高消费期。

新闻出版总署“十二五”期间实施重大项目带动印刷产业发展的重要举措和引导产业实现转型升级扶持政策的相继出台，为印刷产业发展创造了良好的文化氛围和市场政策环境，印刷行业形成的绿色、创意、和谐发展的印刷产业发展理念，为印刷产业发展打开了智慧的闸门，对绿色印刷业的推进，将促进印刷企业有一个飞跃性的发展，也将牵动着含有绿色印刷技术、符合环保要求的设备、器材、出版、包装、个性化印刷品产业链条的膨胀性的迅猛发展。

刚刚过去的北京国际图书节以“绿色印刷”为主题。绿色印刷也是未来印刷业发展的一个重要方向。从实施绿色印刷战略合作协议到未来五年实施绿色印刷的阶段性目标的确立，一直到关于中小学教科书实施绿色印刷的通知的颁布，我国绿色印刷工作已经进入实质性实施阶段。不久前，全国评选出来的获得环境标志产品认证的印刷企业已经达到103家，我们可以看出来全国范围的绿色印刷工作也在有条不紊的展开着。从这一份103家印企获绿色“身份证”的印刷企业名单中，我们可以清楚的看到北京地区获得环境标产品认证的印刷企业已经达到15家，仅次于江苏省，屈居第二位。同时，有10家及以上印企获得认证的地区包括北京、上海、江苏、广东。可见在这些区域印刷行业的发展还是很发达的，对于绿色印刷工作的开展也是十分积极。为了促进绿色印刷工程的实施，从不久前的针对中小学教科书提出来的要求从今年秋季学期起，全国各地使用的绿色印刷中小学教科书数量要占到本地中小学教科书使用总量的30％；再经过1到2年，1

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基本实现全国中小学教科书绿色印刷全覆盖。到现在首批绿色印刷婴幼儿图书首发以及获得环境标志产品认证的企业不断增多。

可见，为了推动我国绿色印刷行业的发展，从政府到企业，再到个人，大家都用不同的方式积极地促进着，从政策的制定，通知的颁布，到具体的实施，每个人为绿色印刷的有利实施做着贡献。一系列的事实说明我的印刷行业正在向着绿色节能高效的可持续发展的道路上来。

1.2 骑马订书机的发展趋势

骑马订书机机最早出现在欧洲，经过几十年的发展．技术有了很大的提高。近几年，随着计算机技术网路技术，PLC技术的发展，相应的的技术不断应用到骑马订书机机上使其功能越来越完善。同时，随着客户要求的不断提高．骑马装订联动机又增设了许多新功能．如卡纸粘贴、自动上书帖、喷码等。随着自动控制技术以及自动控制技术的发展自动骑马订书机主要有以下的发展趋势。

1、自动化程度越来越高

随着社会经济的发展，印刷行业的生产批量日益增多，印刷行业的熟练工有严重匮乏，自动化程度的提高显得日益重要。自动化程度的提高主要体现在PLC技术的应用、自动调整书帖规格以及完善的总体自动检测检测系统3个方面。自动调整整书帖规格开本大小已经成为骑马装订联动机的总体发展趋势，只要在屏幕中输入书本的控制器便能自动对开本大小进行调整。精密达FENGMI半自动骑马订书机上淮南光华光神DQ404-02半自动骑马订书机上海紫光DQB450自动骑马订书机都具备该功能，并且上海紫光DQB450自动骑马订书机还具有接收网络数据的功能，即能够根据网络上的相关数据对机器进行调整，从而实现印前、印刷及印后装订的全程数字化。

2、功能越来越完善[1] 随着客户要求的不断提高，以及相应技术的发展自动骑马装订机又增设了卡纸粘贴、自动上书帖、喷码等新功能。如瑞安市缪氏印刷机械有限公司产品新设备DQ404A-02/DQ404B-02型半自动骑马订书机淮南光华光神机械电子有限公司光华光神的DDQ404-02GD半自动骑马订书机都备有自动上书贴功能以减轻工人的劳动强度，提高生产效率。此外，书本装订时，通过喷码机器对书册内外侧进行喷码，如邮政编码、地址等。Osako公司的Prima 能够完成这项个性化的装订功能，而且上海紫光公司计划将其应用到下一代骑马装订联动机中。

3、速度越来越高，功能越来越稳定[2]

早在20世纪70年代初，上海订书机械厂就已生产了PDQ一02型骑马装订联动机，最大生产能力为6000本/小时。到了20世纪90年代，又研制出FENGMING型骑马装 2

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订联动机（如图1-1），最高速度达1万本/小时，不仅改进和提高了稳定性、可靠性和操作性，而且在外观上都有了不同程度的改善。2003年．上海紫光机械有限公司相继研制出LQDl0和LQD8F骑马装订联动机，LQDl0的性能与LQD8E相比有了很大的提高．最高速度达到1．2万本/小时最大开本尺寸为480mm×320mm。搭页机叼纸轮轴采用双叼牙结构．提高了搭页过程的稳定性，对于正反长短边书帖．既能用钢皮叼牙打开，也能用真空吸嘴搭无长短边书帖。三面切书机改进为先切前1：3，再切边口的形式。海德堡和马天尼公司是生产骑马装订联动机的两家大公司，其中海森堡公司最新研制的自动骑马订书机速度在2万本/小时以上。

图1-1 “FENGMING”骑马订书机

4、集成化、绿色化程度越来越高

进入21世纪来社会经济的飞速发展，化石能源的日益枯竭低耗能、高效率的的发展模式越来受到各国政府及企业的重视。绿色低耗能低污染化，绿色技术是一门综合技术，节约能源、节约资源、提高生产率是绿色制造技术的核心要求。事实上，绿色制造技术的应用既是可持续发展的客观要求，也是市场竞争的需要。近几年由于电力电子和数控技术的进步，以及直线电机、力矩电机、电主轴、光栅检测等部件的成熟，直驱技术订书机的应用速度加快，国外多家订书机企业的新产品已使用直线电机驱动。直驱技术的应用将极大推动订书机的结构改变和性能提高，也大大降低了订书机的能耗。

近几年来印刷行业迅速发展，人工成本越来越高，选择高效率的机器逐渐成为大型印刷行业的共识。随着计算机技术，PLC技术的发展，订书机越来越集成化，订书，裁 3

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剪，印刷逐渐集为一体。集成化的订书机，能够同时完成多项功能，提高了机器的效率，减少了工人的工作强度，同时又节约了工人成本，增加了企业的竞争力。

1.3 骑马订书机的书钉成型过程

骑马订书机的书钉成型过程包括：送料，切断，和做订三个过程。送料时中刀滑板下行，短销推动连杆单向机构逆时针旋转，铁丝从穿丝嘴穿入，铁丝便夹在二滚轮中靠摩擦力传动，经铁丝导轨从切料轴的孔中穿出，进入成型模长槽中。切料当铁丝到达一定位置时，边刀滑板上行，其中部的凸块推动切丝摇臂的斜面而使其逆时针旋转，由此刀架下移，刀片把铁丝切断。中刀滑板上行到一定高度，成型模由压簧推入，是切断了的铁丝边刀上铁丝槽的正下方，随后，边刀滑板下行，边刀的上的铁丝槽压向成型模两端伸出的铁丝，弯成门字形的订书钉。成订过程如图1-2所示：

1-切料刃轴；2-切料刀片；3-成形钩；4-铁丝；5-咬丝钩；6-边刀滑板；

图1-2 骑马订书机的成钉过程

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第2章

自动骑马订书机的传动机构的设计

2.1 电动机的选择

2.1.1电动机类型的选择

电磁调速异步电动机又称滑差电机[7]，它是一种利用直流电磁滑差恒转矩控制的交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈、自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点，因此在印刷机及骑马订书机、无线装订、高频烘干联动机、链条锅炉炉排控制中都得到广泛应用。如801型对开立式停回转凸版印刷机、JS2101型对开双面胶印机，J2105型对开单色胶印机、J2108型对开单色胶印机、PZ4880－01A型对开四色胶印机等印刷机械采用这种电动机就更能符合印刷工艺要求。

因此，本次设计选择电磁调速异步电动机（又称滑差电机）。该电动机具有以下主要优点：

（1）交流无级调速，机械特性硬度较高；

（2）结构简单、工作可靠、维护方便、价格低廉；

（3）调速范围大，用在像印刷机这样的恒转矩负载时，一般可达10：1，有特殊要求（如轮转机）时亦可达50：1；

（4）可调节转矩。在现代化的联合轮转机中，都应用了自动化的纸张拉紧机械，它可以达到随着卷筒纸直径的变化，调节离合器的转矩经保持拉力不变。

2.1.2电机容量的选择

电机工作的有效功率

该设备，切钢丝所用力为F=9.2KN，传从速度为V=0.6m/s电机工作的有效功率为`

PWFv1000W92000.6W

10000.846.57KW从电动机到工作机输送带间的总效率为

31234

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式中

1、

2、

3、4分别为联轴器、轴承、齿轮传动和凸轮的传动效率[5]，有表可查10.99、20.98、30.97、40.94 则

W0.990.9830.970.940.84

电机的转速

二级圆柱齿轮减速器传动比i08~10，V带传动比范围i12~4作轴转速为n020r/min所以电动机的转速的可选范围为

ni0i1n0320~800r/min

查表可知：可选JZT251—4型电机，120—1200r/min，7.5KW 2.2 齿轮传动设计

2.2.1齿轮传动的简介

齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。

齿轮传动的特点：传动效率较高，传动过程平稳，使用寿命长，齿轮之间的传动比精确，工作状况可靠，能够传动功率范围大。例如齿轮的传递功率范围可以从很几瓦到几万千瓦；传动速度高达300m/s；齿轮直径范围大，可以从手表用的几毫米齿轮到大型水利工程用的二十多米齿轮，但是制造大型齿轮需要有专门的齿轮制造设备，大型齿轮啮合传动会产生很大的噪声，而且大型齿轮的精度不易保证。

齿轮的齿面应具有较高的耐磨性能、抗塑性变形、抗点蚀、抗胶合的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对轮齿材料性能的基本要求为：齿面要用硬度较高的材料、齿芯要韧性较好的材料。常用的齿轮材料是铸铁 钢、和无机非金属材料。钢材的韧性交好，抗冲击能力强，还可以通过物理及化学处理改善其钢材力学性能，所以钢材最适合用来制造齿轮。

齿轮在工作过程中 HB＜350时，称为软齿面H8＞350时，称为硬齿面齿面硬度 HB＜350 时

常用材料；

45、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB。特点： 具有较好的综合性能，齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好韧性。热处理后切齿精度可达8级。制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。齿面硬度 HB＞350大于 采用中碳钢时： 常用材料：

45、40Cr、40CrNi。特点：齿面硬度高 HRC＝48-55，接触强度高，耐磨性好。齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高。精度可达7级精度。

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适用于大量生产，如：汽车、机床等中速中载变速箱齿轮。采用低碳钢时：常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo。

齿轮在工作时由于某种原因而损坏，使其失去正常工作能力的现象称为失效。齿轮的失效形式有很多种，常见的失效形式有：

1、齿面磨损

齿轮在传动过程中，轮齿啮合处存在滑动摩擦。齿轮在受力情况下，齿面间的相对滑动使齿面发生磨损。磨损会破坏齿面形状，造成传动不平稳；另外，磨损使轮齿变薄，造成齿侧间隙增大，轮齿强度降低。齿面磨损是润滑条件差的开式齿轮传动(外露的齿轮传动)的主要失效形式，也是开式蜗杆传动的主要失效形式。

2、轮齿折断

齿轮在工作中，其轮齿的受力状况相当于悬臂梁，齿根处受到的弯矩最大，所产生的应力集中。在啮合过程中，齿轮根部所受的弯矩是交替变化的，因此，在该处最容易产生疲劳裂纹而使轮齿折断，轮齿的这种失效形式称为轮齿的疲劳折断。齿轮的另一种折断是长期过载或受到过大冲击载荷时的突然折断，称为过载折断。

3、轮齿塑性变形

在低速重载的工作条件下，齿轮的齿面承受很大的压力和摩擦力，由于这些力的作用，材料较软的齿轮的局部齿面可能产生塑性流动，使齿面出现凹槽或凸起的棱台，从而破坏齿轮的齿廓形状，使齿轮丧失工作能力。齿轮的这种失效形式称为轮齿的塑性变形。

4、齿面点蚀

齿轮工作时，当啮合表面反复受到接触挤压作用，且由此所产生的压力过大或使用时间过长时，齿面会产生细微的疲劳裂纹。随着齿轮的连续工作，裂纹会沿表层不断扩大，使齿面出现小块金属剥落，形成麻点和斑坑。轮齿齿面发生的这种失效形式称为齿面点蚀。严重的齿面点蚀会破坏齿轮轮齿的工作表面，造成传动不平稳，产生噪声，甚至使齿轮失去工作能力。齿面点蚀这种失效形式多发生在润滑条件良好的闭式齿轮传动中。

5、齿面胶合

在高速重载的闭式齿轮传动中，齿面润滑较为困难，啮合面在重载作用下产生局部高温使其粘结在一起，当齿轮继续运动时，会在较软的齿面上撕下部分金属材料而出现撕裂沟痕，这种由于齿面粘结和撕裂而造成的失效称为齿面胶合。齿面出现胶合现象后，将严重损坏齿面而导致齿轮失效。闭式蜗杆传动中极易发生这种失效。

2.2.2选定各齿轮类型，精度等级，材料及齿数

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本设计中，已知输入功率为7.5KW，小齿轮转速为860r/min，齿数比为3.2。工作寿命为15年（每年工作300天），每天工作8小时。

（1）本设计中骑马订书机主轴齿轮精度选择

根据本设计方案，选用直齿圆柱齿轮。骑马订书机为一般工作机器，速度不高，故运用7精度(GB 10095—88)。

（2）材料选择

综合设计思路方案，根据濮良贵《机械设计》第八版191页选择小齿轮材料为40C(质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS。

（3）齿数选择

选择小齿轮齿数z124，大齿轮z2243.276.8，取z277

2.2.3按齿面接触强度设计齿轮[3]

由濮良贵《机械设计》第八版203页齿面接触强设计计算公式进行计算，即

32ZEKT1u1d1t2.32·uHd式中

d1t——所求齿轮直径（mm）

T1——齿轮传动的转矩（N·mm）

ZE——弹性影响系数（MPa）

12(21)

d——齿宽系数

K——载荷系数

（1）确定公式内的各个计算数值

1）试选载荷系数Kt1.3 2）计算小齿轮传递的转矩

T195.510

5P1n1(22)

95.51057.5Nmm 8608.328104Nm3）根据濮良贵《机械设计》第八版表10-7选取出齿宽系数

d1

4）根据濮良贵《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数

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ZE189.8MPa

5）根据濮良贵《机械设计》第八版表10-21查得小齿轮的接触疲劳强度极限

12Hlim600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim550MPa

6）计算应力循环次数

N160n1jLh

(23)

6086083002153.7151093.715109N2 3.21.1611097）根据濮良贵《机械设计》第八版表10-19查得接触疲劳寿命系数KHN10.90，KHN20.95

8）计算接触疲劳许用应力通常取失效概率为1%，安全系数S=1

H1KHN1lim1S0.9600540MPa

（2-4）S0.95550522.5MPa H2KHN2lim2（2）计算

1）计算小齿轮分度圆直径

3d1t2.323ZEKT1u1·u Hd4189.81.38.328104.2· 522.513.22 = 2.32= 61.634mm 2）小计算圆周速度v

v

d1tn16010003.1461.634860m/s6010002.77m/s(25)

3）计算齿宽b 9

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bdd1t

(26)

161.634mm 61.634mm4）计算齿宽与齿高比

b h模数

mtd1tz161.634242.568mm

（2-6）

齿高

H2.25mt5.778mm宽与齿高比

(2-7)

b61.63410.67 h5.7785)计算载荷系数

根据v2.77ms，7级精度根据濮良贵《机械设计》第八版图10-8查得动载荷系数

KV1.12

对于直齿轮

KHKF1；

根据濮良贵《机械设计》第八版表10-2查得使用系数KA1； 查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时KHB1.423由表得KFB1.35

载荷系数为：

b10.67，KH1.423查hKKAKVKH

(28)

11.1211.4231.5946）按实际的载荷系数校正所算得的小分度圆直径

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d1d1t3KKt3(29)

1.5941.365.968mm61.6347)计算模数m

md165.9682.748mm

z1242.2.4按齿根弯曲强度设计[3]

齿根弯曲强度设计公式为 m2KT1YFaYsa2dz1F(210)

式中

FE1——齿轮的弯曲疲劳强度极限(1)确定公式内的各计算数值

由濮良贵《机械设计》第八版图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限：

FE1500MPa

大齿轮的弯曲疲劳极限：

FN1380MPa

查得弯曲疲劳寿命系数：

KFN10.85，KFN20.88

计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳完全系数S1.4，得

F1KFN1FE

1S0.85500MPa1.4303.57MPa(211)

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F2KFN2FE2S0.88380MPa

1.4238.86MPa计算载荷系数：

KKAKVKFaKFb11.1211.351.512

由濮良贵《机械设计》第八版表10-5查得齿形系数

YFa12.65，YFa22.226

查取应力校正系数

YSa11.58，YSa21.764

计算大小齿轮的YFaYSaF并加以比较

YFaYSaF12.651.580.01379303.57

2.2261.7640.01644238.86

F2由上式可知大齿轮的数值较大 设计计算

3YFaYSam21.5128.3281040.016442.05mm1242

由计算结果可知，齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，齿轮模数m主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.05并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度算的的分度圆直径d1=65.968mm。

算出小齿轮的齿数：

z1d165.96826 m2.5大齿轮的齿数：

z23.22683.2取z284

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2.2.5齿轮几何尺寸的计算

（1）计算分度圆的直径

小齿轮分度圆直径

d1z1m262.565mm

大齿轮分度圆直径

d2z2m842.5210mm

（2）确定齿轮中心距的

d1d2265210

2137.5mma（3）计算齿轮宽度

(212)

bddd116565mm

2.3轴的设计及校核

2.3.1 齿轮作用在传动轴上的力

分析骑马订书机的传动系统图可知主轴箱内各轴均为转轴。已知电机功率为7.5KW，转速为120~1200r/min，小齿轮工作转速为860r/min，齿数比为3.2。现对主轴进行分析和设计：

1、轴上的输出功率P2 p2p127.59.89.7

26.9KW2、轴上的转矩T2

由于n120~1200r/min，当n120r/min时，轴的转矩

PT295500002

n2 13

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6.9Nmm 12054625Nmm 9550000

3、作用在齿轮上的力[3]

Ft2T2254625520N d210FrFttan520tan20189N

FnFt520554Ncoscos20

式中圆周力Ft，径向力Fr及轴上的法向力Fn如图2-1所示

MMH2MV2

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图2-1 轴的载荷分析图

2.3.2初步估算轴的最小直径

选取材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取A0100，可得

dminA03p2n2

6.912038.5mm 1003轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了确定轴的最小直径，必须先确定联轴器的孔径。考虑到转矩变化很小，取KA=1.3

TcaKAT21.35462571012.5Nmmd=40mm故，轴的最小直径dmin=40mm

(213)

按照转矩Tca的条件，查表GB/T 5014—2003，选用LX3弹性柱销联轴器，孔径为2.3.3轴的结构设计

（1）拟定轴上零件的分配方案，如图2-2所示。

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2-2轴的结构与装配

（2）确定各轴段直径和长度

1）初步选择滚动轴承。因同时受径向载荷和很小的轴向载荷作用，故选深沟球轴承。初定dIIIdIIIIV65mm，因此，选深沟球轴承6413，其尺寸为dDB65mm120mm23mm，于是有lI—II23mm。选定，dIIIII90mm，lIIIII54mm。

2)安装z84齿轮的轴段III-IV的直径dIVV60mm，齿轮左端用套筒定位，右端用轴肩定位，dIVV60mm 为了使套筒可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取lIVV61mm。dVVI45mm，lVVI8mm。

3）查表GB/T 5014—2003取联轴器LX3的Y型，孔长60mm，石棉垫片宽度为6mm故，lVIVII60mm6mm66mm，dVIVII40mm

4）轴的长度为：

l23mm54mm64mm61mm8mm66mm276mm

（3）轴上零件的周向定位

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齿轮与轴，联轴器与轴，均采用平键连接，由表查得，齿轮与轴的平键截面为bh14mm9mm，键槽长定为54mm，联轴器与轴的平键为bh12mm8mm，长为40mm 2.3.4轴上的载荷

可化为简支梁的轴跨距为L2L3L461mm8mm66mm135mm，根据计算，截面C为危险截面，做出轴的扭矩图和弯矩图，各个数值参考如表2-2：

表2-1 轴的各个计算数值

载荷

水平面H

垂直面V 支反力F

FNH1274N FNH2274N

FNV1100N FNV289N

弯矩

MH20207.5Nmm

MV7375Nmm 总弯矩M

M22Nmm 20207.5737521511扭矩T

T254625Nmm

2.3.5校核轴的强度

（1）轴的计算应力

轴的计算应力校核时，只需校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，本设计中最大最大弯矩和扭矩的截面为C面，根据表中数据以及扭转应力为脉动循环变应力，取0.6，轴的计算应力[3]

caMT422W(214)

2215110.65462520.1453MPa43MPa

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查濮良贵《机械设计》第八版表15-1可知，160MPa，因此1）判断危险截面 ca1，故安全。

（2）校核轴的疲劳强度

齿轮轴段弯矩最大，截面III为危险截面，其它截面均按扭转强度较宽设定的，故，只需轴的右侧即可。

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2）截面右侧各个系数的计算[3]

抗弯截面系数：

W0.1d30.14036400mm3抗扭截面系数：

WT0.2d30.240312800mm3截面左侧弯矩M为：

73.7530.5M2151112615Nmm73.75截面上的转矩：

(215)

(216)

T254625Nmm

截面上的弯曲应力：

M126151.97MPa W6400b截面上的扭转切应力 ：

T546254.27MPa WT12800轴的材料为45钢，调质处理[6]。由濮良贵《机械设计》第八版表15-1查得

TB640MPa，1275MPa，1155MPa。

截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数及，由濮良贵《机械设计》第八版

D44r2.01.1，经插值后得1.82，1.20。0.05，附表3-2查取因d40d40濮良贵《机械设计》第八版附图3-2查得轴材料的敏性系数为

q0.82，q0.85

k1q(1)

(217)

10.82(1.821)1.68k1q(1)(218)

由图表选出

10.85(1.21)1.17

0.67，0.82

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轴按磨削加工，查图可得表面质量系数

0.92

轴的表面未经强化处理，即q1，按濮良贵《机械设计》第八版公式（3-12）及（3-12a）的轴的综合系数为

碳钢的特性系数

计算安全系数 [3]

Kk111.680.6710.9212.60Kk111.170.8210.921 1.510.1~0.取0.10.05~0.1取0.05S1Kam2752.64.860.1021.76S1Kam

1551.5117.8020.0517.80211.1619

(219)

(220)

(221)

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ScaSSSS21.7611.162222(221)

21.7611.169.9S1.5故可知轴是安全的。

2.4 带传动的设计

2.4.1概述[4] 带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动轮转动时，利用摩擦，将动力通过传动带传递给从动轮。工作示意图如图2-3所示：

（a）不工作

（b）工作

2-3传动带工作示意图

带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、能够轻易实现远距离，价格便宜、维护容易等特点。在近代机器设备中应用广泛。摩擦型带传动能够实现过载打滑、而且机器工作时噪声低，但摩擦型带传动比不够精确；同步带传动能够保证一定的传动比，但是对带的载荷变动量的吸收能力差，高速速运转时噪声很大。根据用途不同，有一般工业用传动带、汽车用传动带、农业机械用传动带和家用电器用传动带。摩擦型传动带根据其截面形状的不同又分平带、V带和特殊带等。

带传动的功率损失有：

（1）滑动损失 摩擦型V带传动工作时，由于带轮上下边的拉力差及其带轮不同变形差形成弹性滑动，从而导致带与从动轮的速度损失。弹性滑动功率损失率通常在1%～2%之间。严重滑动，特别是过载打滑，会使带的运动长时间处于不稳定状态，效率急剧下降，摩擦磨损加剧，从而严重影响带的寿命。滑动损失随紧边与松边拉力差的增大而增大，随带体弹性模量的增大而减小。

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（2）内摩擦损失 带在运行中的反复伸缩，会使带体内部产生摩擦引起功率损失。内摩擦损失随预紧力、带厚与带轮直径比的增大而增大。减小带的带轮之间的拉力变化，可减小带传动的内摩擦损失。

（3）空气阻力损失 带轮高速运行时，运行风阻引起的功率损失。带传动的功率损失与速度的平方成正比。因此设计高速带传动时，应减小带的表面积，尽量用厚窄的带；带轮的轮辐表面应平滑或用辐板以减小风阻。

（4）轴承摩擦损失 轴承受带拉力的作用产生摩擦，也会导致带传动的功率损失，轴承摩擦损失是引起功率损失的重要因素之一。

综合上述损失，带传动的效率约在80%～96%范围内，设计带传动时，要根据带综合因素来选取带轮与传动带的形状。

2.4.2带传动的设计计算

骑马订书机带式传动系统中采用V带传动。已知电动机功率为P7.5kW，转速为n11200r/min，传动比i3.4，每天工作8小时

1、确定计算功率Pca[4] 由带传动工作情况系数表查得濮良贵《机械设计》第八版表8-7知KA1.1，故

PcaKAP1.17.5kW8.25kW

2、选择V带的带型根据Pca、n1由普通V带选型图，选用A型。

3、确定带轮基准直径dd并验算带速v 1）选择取小带轮基准直径

dd1120mm

2）验算带速 由经验知

vdd1n16010003.141201200

6010007.54m/s

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因为5 m/s < v < 30 m/s，故带速合适。3）计算大带轮基准直径

dd2idd13.4120mm 408mm元整取dd2400mm

4、确定V带中心距a和基准长度Ld 1）初定中心距

0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)

初定中心距a0 = 600 mm 2)计算带所需基准长度 L2a0(dd2dd1)d02(dd1dd2)4a0260022(120400)(400120)4600

2050mm

查表得基准长度：

Ld =2000 mm 3）带的实际中心距a

aa0LdLd0

2200020506002mm575mm

4）中心距变化范围[3] amina0.015Ld6000.0152000570mmamaxa0.03Ld6000.032000660mm

222）(223)

（

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中心变化距范围570~660 mm

4、计算验证小带轮上的包角1[3] 1180(dd2dd1)

57.3a57.3180(400120)57515290(224)

5、计算带的根数z 1）计算单根V带的额定功率Pr 由dd1120mm和n11200r/min,查表得P02.28kW

根据n11200r/min,i3.4查表得

P00.15kW

查表得K0.925，KL0.93于是

Pr(P0P0)KKL

2）计算V带的根数

(225)

(2.280.15)0.9250.93kW2.2kWz

取4根

6、单根V带的初始拉力最小值[3]

Pca8.253.75 Pr2.2F0min500500232N应使初拉力F0>F0min

7、轴的最小压力[3]

(2.5K)Pcaqv2Kzv（224）

(2.50.925)8.250.17.5420.92547.54 23

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Fpmin2zF0minsin12152 224161sin1251N2.5 凸轮的设计

2.5.1凸轮的简介[5]

凸轮是一种机械机械回转或滑动部件，它把运动传递给紧靠它边缘运动的滚轮或在槽面上运动的针杆。凸轮在各种机械中广泛的应用，尤其在纺织机械，印刷机械，冲压机床等自动控制装置中应用最为广泛。随着制造技术的发展，凸轮的制造越来越精确，应用范围也逐渐扩大。凸轮传动的特点如下： 只要合理的设计出凸轮的轮廓，就能很容易地获得预期的运动规律。2 凸轮的响应速度快 3 凸轮机构结构简单紧凑 凸轮轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损。5 凸轮制造困难。

凸轮的种类很多，按凸轮的形状分类可分为盘形凸轮和圆柱形凸轮；按推杆分类可分为，尖顶推杆凸轮，滚子推杆凸轮和平底推杆凸轮；按接触的方式不同可分为，力封闭凸轮和几何封闭凸轮。

2.5.2确定凸轮的基本外形尺寸

自动骑马订书机采用直动滚子推杆盘形凸轮机构，工作条件是高速轻载。对推杆的要求为：当凸轮转过90°时，推杆上升150mm，凸轮继续转过90°时时，推杆停止不动；凸轮再继续转过60°时，推杆下降150mm，凸轮转过其余角时，推杆又停止不动。、确定凸轮机构的基本尺寸 基圆半径

初步确定基圆的半径r0=300mm，推杆棍子半径为rr=60mm。本此设计的工作条件是高速轻载，选用冲击较小的运动规律。

2、确定凸轮机构的运动方程

初步选定，推程阶段为正弦加速运动规律，回程阶段选用五次多项式运动规律[5]。运动规律如图2-4所示：

（1）正弦运动规律的方程式为：

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vh1cos(2/0)/0a2h2sin(2/0)/02sh(/0)sin(2/0)/(2)

（2）五次多项式的运动规律方程为：

sC0C1C22C33C44C55vds/dtC12C23C324C435C54 adv/dt2C226C3212C42220C523

(a)正弦运动规律图

（b）五次多项式运动规律

图2-4 凸轮推程与回程阶段的运动规律

由图知正弦加速运动规律和五次多项式运动规律都没有柔性冲击和刚性冲击，适合高速轻载的凸轮设计。

3、计算凸轮的理论廓线

对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论轮廓线坐标为

x(s0s)sinecosy(s0s)cosesinsr0，求得：

(225)

本次骑马订书机的设计中e0x(r0s)sin

y(r0s)cos对上式中的位移s进行分段计算

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（1）骑马订书机凸轮的推程阶段

0290/2

0190/2

s1h(1/01)sin(21/01)/(2)

h(21/)sin(41)/(2)

10,/2

（2）骑马订书机凸轮的远休止阶段

0290/2

s21

5（3）骑马订书机凸轮的回程阶段0360/3

s3346h55310h3/0315h43/033/0

327h033/3121h543/4145h853/5

（4）骑马订书机凸轮近休止阶段

041202/3

s40

推程和回程阶段的压力角

arctands/drs

0去计算间隔为5°计算以上各式的值，将结果写入表格中。计算结果时：推程阶段：1远休止阶段：123

回程阶段：123近休止阶段：12345

4、计算凸轮的实际工作廓线

20,/2

30,/3

40,/3

（2-26）

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其中

xxrrcosyyrrsin(227)

sin(dx/d)/(dx/d)2(dy/d)2 cos(dy/d)/(dx/d)2(dy/d)2

（1）骑马订书机凸轮的实际工作推程阶段 10,/2

dx/d(ds/d)sin1(r0s)cos12h 1cos4(1)sin1(r0s)cos1



dy/d(ds/d)cos1(r0s)sin12h

1cos4(1)cos1(r0s)sin1



（2）骑马订书机凸轮的实际工作远休止阶段

20,/2

dx/d(r0s)cos(/22)dy/d(r0s)sin(/22)

（3）骑马订书机凸轮的实际工作回程阶段

30,/3

dx/d(ds/d)sin(3)(r0s)cos(3)

(81h032/3486h033/4729h034/5)sin(3)

(r0s)cos(3)

35dy/d(810h3/34860h34/47290h3/5)cos(3)(r0s)sin(3)

4）骑马订书机凸轮的实际工作远休止阶段

30,2/3

dx/d(r0s)cos(4/34)

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dy/d(r0s)sin(4/34)

凸轮的工作曲线与实际曲线的计算结果如表2-2

表2-2 凸轮的各个计算数值



0 5 10

350 x

0.000 26.175 52.365

y

300.000 299.185 296.226

x

0.000 21.602 44.468



240.000 238.885 237.228-52.092-26.148 0.000

295.446 298.984 300.000

-41.468-20.916 0.000

236.352 238.645 240.000 355 360

由表中各个数值计算结果，可作出凸轮的轮廓曲线如图2-5所示：

图2-5 凸轮的轮廓曲线

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凸轮机构推程阶段最大的压力角为19.856°，相应凸轮的转角为45°；回程阶段的最大压力角为27.658°，相应的凸轮转角为210°，凸轮的最大压力角小于许用压力角，故凸轮的尺寸设计合理。

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第3章

骑马订书机的电气控制设计

3.1 骑马订书机的特点及控制要求

1、骑马订书机的运动由电动机M传动

2、主轴制动靠刹车轮的摩擦制动

3、到发生堵纸现象时，微动开关启动，电机M断电，机器停止工作。

4、机器的运动与停止等操作都集中在电气操作箱上。

电动机M的型号：JZT251—4 7.5kW 220V 1200r/min 3.2 电气线路设计

3.2.1 执行电路的设计

根据骑马订书机的工作要求，为了调速，并降低启动电流，电动机M选用松下变频器BFV00072G 220V 0.75KW。总电路的过载保护选用，选用熔断器FU[10]。执行电路图如3-1所示：

图3-1 自动骑马订书机的执行电路图

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3.2.2控制电路的设计

光电传感器的初状态闭合，当检测到书帖信号时，光电传感器SL1的长闭触电开启，继电器KM3断开，从而使电磁铁主回路中的电流继电器KA1失电断开，电磁铁YV不工作，离合机构啮合，订书机机头工作。当无书帖时，光电传感器SL1闭合，继电器KM3得电触点闭合，从而使从而使电磁铁主回路中的电流继电器KA1得电闭合，电磁铁电磁铁YV工作，离合机构断开，订书机机头不工作。接近开关SL2同步复位KM3，以保证装订机头，停于上限位置。当发生纸张拥堵时，微动开关SS1断开，继电器KM1失电，变频器的控制回路中的开关SA开启，变频器失电，停止工作，电动机M停止。当光电传感器SL1检测到书帖时，SL1-2触电闭合，计数器得到一次信号，累加一次。当无书帖时，计数器无信号，不累加。控制电路图如3-2所示

图3-2 自动骑马订书机的控制电路图

3.3电器元件的选择[6]

1、电源引入开关Q

电源引入开Q关主要起外部输入电路的作用，可根据电机M的额定电流选用。

P7500IA19.7A U380选用HZ-25/3型开关，额定电流25A

2、变频器[12] 变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流 31

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变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。为了电动机M调速，并降低启动电流，电动机M选用松下变频器BFV00072G 220V 0.75KW。

3、电位器

电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。工作示意图图如3-3所示：

图3-3 电位器工作原理图

本设计中为了获得部分稳定的电压输出，选用日本思博（sakae）22HP-10电位器，主要参数如下：

功率：2W

最大工作电压：250V 预期旋转寿命：1000000次

4、光电传感器[16] 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同。光电电传感器具有检测距离长；对检测物体的限制少； 响应时间短 ；分辨率高 ；可实现非接触的检测 ；可实现颜色判别 ；便于调整等优点。

本设计中当每个书帖装订好时，为使其信号转化为计数器能识别的电信号，选用PIH-TC20NOC3D（对射型NPN常开+常闭 / 距离3CM / DC10-30V）光电传感器。

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5、熔断器FU1，FU2 FU1是对总电路的保护熔断器。熔体电流为：

P7500IRA19.7A

U380可选用RL-15熔断器，配用20A的熔断器。FU2，选用RL-15熔断器，配用2A的熔断器。

6、继电器KA，KA1，KA2及KA3 继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。

固态KA选用固态继电器SAP-4040D 40A，各项参数如下 负载最大电流：40A；

负载电压：40V-480V；

控制电压：3-32VDC；

频率范围：47/63HZ 工作环境温度：-40-80℃

动作状态指示：LED，KA1，KA2及KA3选用SSR-10DA(10A)单相固态继电器 各项参数如下： 负载最大电流：10A；

负载电压：40V-480V；

控制电压：3-32VDC；

频率范围：47/63HZ 工作环境温度：-30-75℃

动作状态指示：LED，7、停止开关SB1，启动开关SB2 停止开关SB1选用LA10绿色，启动开关SB2选用LA10红色

8、电磁铁YT 电磁铁控制电磁离合机构的啮合与断开，选用直流推拉式电磁铁HCNE-1038主要参数如下：

吸力：5N

行程：10mm

控制电压：DC24V

9、开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。本次设计中所选开关电源为欧姆龙开关电源S8JC-100-24 100W DC24V。如图3-4所示：

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图3-4 S8JC-100-24型欧姆龙开关电源

10、计数器

本设计中选用JDM9-6数显智能计数器（图3-5）220V交流 110V 24V交直流电压均可直接工作 计数范围：6位LED数码管0-999999

图3-5 JDM9-6型数显智能计数器

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3.4编制电气元件明细表

根据3.3所选电气元件，列出3-1所示，电气元件表

3-1 自动骑马订书机电气元件明细表

符号 M Q RP U SL 名 称 异步电动机 组合开关 电位器 变频器 光电传感器

型 号 JZT251-4 HZ-25/3 22HP-10 BFV00072G PIH-TC20NOC3D

规

格

380V 1200r/min 7.5KW 3极

500V

25A

2W 250V 220V 0.75KW 距离3CM

DC10-30V KA 固态继电器

SAP-4040D

40A 控制电压：

3-32vDC KA1 继电器

SSR-10DA

10A 控制电压：

3-32vDC KA2 继电器

SSR-10DA

10A 控制电压：

3-32vDC KA3 SB1 SB2 YT FU1 FU2 G C 继电器 控制按钮 控制按钮 电磁铁 熔断器 熔断器 开关电源 计数器

SSR-10DA LA10 LA10 HCNE-1038 RL-15 RL-15 S8JC-100-24 JDM9-6

10A 控制电压：

3-32vDC 绿色 红色

吸力5N 行程10mm

DC24V 500V 熔体 10A 500V 熔体

2A 100W 24V

24V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 数量 1 1 1 1 2

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第4章

自动骑马订书机的PLC控制设计

4.1 PLC的简介

4.1.1PLC的定义及基本结构[18] PLC又称可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机。

PLC硬件的基本结构包括：电源、中央处理器（CPU）、储存器、输入输出借口、外部设备。

1、电源

电源是PLC的能量源，可靠稳定的电源很大程度上决定了PLC工作性能。如果没有一个持续稳定的电源系统PLC是无法正常工作的。因此，PLC控制器的制造商对电源的设计和制造十分重视。PLC的电源有直流和交流两种，直流多为24V的电源，交流多为220V电源，PLC电源的抗干扰能力都很强，有的交流电源PLC供电范围在140V~250V之间。

2、中央处理器(CPU)

中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的核心部件，是PLC的控制运算中心。它负责处理PLC接受的用户程序和数据，检查电源、存储器、计数器、定时器等部件的运行状态，并能够判断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并存入“内存映像”，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，按指令执行逻辑或算数运算，当所有的用户程序执行完毕之后，将输入输出映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

3、存储器

存储器主要用来存放用户的程序及数据。存储器的主要种类有，ROM、EPROM、EEROM。

4、输入输出接口

PLC输入输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与CPU相连，简称I/O接口。PLC的输入输出接口包括：数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块四大部分。PLC之所以能够在恶劣的工业环境中正常工作，输入输出接口起了重要作用。

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5、外部设备

PLC的外部设备主要有：显示器、打印机、编程器等。目前，PLC多采用个人计算机编程，PLC通过通信电缆与PC连接，从而使PLC的编程、监控达到了真正意义上的快捷、方便。

4.1.2PLC的特点及应用范围[12] PLC是面向用户的专用控制器，相对于应用广泛的继电—接触系统以及单片机应用系统具有很多特点。

（1）PLC控制器的考干扰能力强，一般的PLC控制系统不用考虑干扰问题，继电气控制虽然能够抵抗一般的电磁干扰，但在高电磁环境中，可靠性会急剧下降。单片机控制系统则要专门设计抗干扰系统，非常容易受到电磁干扰，不能够在较高电磁环境下工作，应用范围较小。

（2）PLC系统的维护方便，利用PLC自我诊断功能可以很快的找出故障点及时排除故障。继电器控制系统常用的电子元件容易损坏，更换时检查非常不方便费时费力。单片机控制系统需要定期维护且维护复杂，技术难度较高，需要专门的技术人员。（3）PLC程序开发采用梯形图，明了简便易学不需要专门的计算机知识。机电控制系统开发时图样多，线路复杂接线工作量大，出现错误排查困难系统的调试工作量大周期长。单片机控制系统设计复杂，系统的调节测试技术难度大，需要有专门计算机技术知识的人进行测试。

（4）PLC控制系统通用性较好，适用范围广非常适合在恶劣的工业环境中工作，而且系统易于扩展，接口即插即用。继电器控制系统铺设好后改装麻烦，费时费力，一般为专用系统。单片机系统改造时要经过专门的软硬件技术改造再能使用，改造时间长。（5）PLC的硬件成本相对于继电器控制系统和单片机控制系统较高，这是制约PLC控制系统应用的一个重要因素。

随着工业自动化的提高，如今只要涉及控制的地方，都离不开PLC这个大脑，可大概分为两个领域：

（1）单机控制为主的自动化设备，比如：包装机械、印刷机械、纺织机械、注塑机械、自动焊接设备、机床设备、冶金行业的辊压、连铸机械等。这些设备的所有动作，加工都需要靠依据工艺设定在PLC内的程序来指导执行和完成，就如人的大脑。（2）以过程控制为主的流程自动化设备，比如污水处理、自来水处理、楼宇控制、火电主控、辅控、水电主控、辅控、太阳能、水泥、石油、石化、铁路交通等。这些行业所有设备的连续生产运行，总存在许多的监控点和大量的实时参数，而要监视、控制、和采集这些流程参数和相关的工艺设备，也必须依靠PLC这个大脑来完成，当然传统叫法也有DCS，尽管设计之初的理念不一样，但现技术路线已逐渐融合。

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4.1.3PLC的工作原理[19] PLC采用循环扫描的方式工作，实际工作时，用户设定好程序后，CPU从第一条程序开始执行，执行方式是从上向下，从左向右，程序结束时，再返回第一执行直到循环结束。工作过程如图4-1所示。

4-1 PLC的工作过程框图

1、自诊断

PLC在扫描用户程序之前，都首先进行自我诊断。自我诊断包括输入输出接口，储存器，CPU等，发现异常情况，停机显示出错。若PLC自我诊断正常，用户程序开始执行。

2、通信

在通信阶段PLC编程器或计算机有通信请求，PLC会在这段时间内完成数据收发工作。

3、读入现场信号

在这个阶段PLC对各个输入端信号进行扫描，将外部输入存入映像寄存器。对于接通电路输入信号，映像寄存器中状态为“1”；对于断开电路输入信号，映像寄存器的状态为“0”，也就是说某一个输入信号相对应的电器元件在映像寄存器中为“1”时，该电器元件的状态为“ON”，在映像寄存器中为“0”时，该电气元件的状态为“OFF”。

4、程序执行

这一阶段CPU将用户当前程序调出，逐条执行，程序的运算结果会存在映像寄存器中。如果在这一阶段用户改变程序内容，PLC不会立刻执行，要在下一个扫描周期执行。

5、输出结果

当PLC将程序执行完毕后，PLC会把输出状态寄存器的指令状态，转化成执行元件所能够识别的电信号，从而控制被控设备及电器元件。

4.1.3PLC的选择原则[19] PLC系统设计时，明确控制方案后就是PLC的选型问题了。PLC的选择依据主要有 如下：

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（1）输入输出点数的估算，PLC选择是输入输出点数要留一定的余量，通常是比实际所需点数高10%到40%，也可根据实际情况自行考虑。

（2）储存量的估算，PLC选择时要首先根据机器所执行的功能，初步估算应用程序的大小，从而初步确定储存器的大小。

（3）控制功能的选择，用户选择PLC设备时，要熟悉所控制设备的主要功能及控制方式，来确定PLC的类型。

（4）PLC机型的选择，以上三个步骤完成之后，PLC的各项参数基本确定，就要考虑机型问题。PLC的产品种类很多，用户要根据自身经济情况和所控机器的情况综合考虑，选择性价比合适的产品。

4.2 自动骑马订书机的PLC选型及控制电路改造

4.2.1自动骑马订书机的PLC类型选择

根据自动骑马订书机的规格和各项技术要求，可选用日本三菱公司生产FX2N-32MR-001型PLC[15]（如图4-2）。FN系列PLC是日本三菱公司制造的高性能小型PLC，性能稳定，速度快是现有PLC产品中性价比较高的产品，其中FN2系列是FN系列中速度最快的型号。FX2N-32MR-001型PLC的规格如下：

电源规格：AC 100V~240V，DC24V

输入输出点数：输入16，输出16（继电器）外形尺寸：150×87×90（mm）

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图4-2 FX2N-32MR-001型PLC 4.2.2PLC控制电路设计

（1）自动骑马订书机的输入输出点数如表4-1所示：

表4-1地址分布表

输入地址 X0 X1

注释 电机启动按钮SB1 光电传感器SL1未检测到数

到书帖信号

光电传感器SL1检测到数贴

信号

光电传感器SL2检测到数贴

信号

纸张拥堵微动开关SS1 错帖微动开关SS2 电机停止SB2

输出地址 Y0 Y1

注释 电动机启动 继电器ＫA1得

电闭合 电磁铁ＹT得电闭合 电动机停止 X2 Y2 X3 X4 X5 X6

Y3

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（2）自动骑马订书机的PLC接线图如图4-3所示

图4-3自动骑马订书机的PLC接线图

（3）自动骑马订书机的PLC程序图如图4-4所示: 41

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图4-4 自动骑马订书机的PLC程序图

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结论

紧张忙碌的毕业设计，终于接近尾声。在毕业设计这段时间里，我学到了很多知识，同时也对大学所学知识做了一次系统的总结。在毕业设计初期，我遇到了很大的困难，面对题目不知如何下手。在老师指导下我查逐步理清了设计思路，通过查阅相关资料，向老师请教和同学们讨论我逐步解决了毕业设计中的相关难题。最终，我顺利完成了毕业设计论文。

此次设计，我对传统骑马订书机的电气部分精进行了设计改装，传在对订书机头增加了电磁控制装置，在容易发生堵纸增加了微动开关，增加了光电传感器检测装置，从而很好地解决了，传统骑马订书机在高速工作下状态了的容易堵纸的现象。本设计中还对传统骑马订书机的控制系统进行了PLC改造，使其控制系统更加智能化，提高了工作效率，减少了工人的工作量。

总结此次设计，我遇到了很多棘手的难题，但在老师和同学们的帮助下通过查阅相关资料我都一一解决了。通过这次设计，增强了我的分析思考能力和团队合作能力，为我日后的工作打下了良好的基础。

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致谢

时光如白驹过隙，转眼间美好的四年大学时光即将结束。大学的最后一项重要工作——毕业设计，也接近尾声。回首四年的大学生活，我受益颇多。在做毕业设计的这段时间里，同学们和老师都给了我无私的帮助。在此，对帮助我的人致以诚挚的感谢。在毕业设计中我遇到了很多困难，在同学和老师的帮助下我都逐一解决。我要特意感谢李东升老师，李西兵老师，尤其是我的毕业设计导师郭建华教授，他严谨的治学风格，幽默的说话方式，独特的人格魅力深深的感染了我，使我受益匪浅。我还要感谢我的同组同学，张阳、高先龙他们给我了很多帮助。我还要特别感谢18#317兄弟们，你们不仅在学习上给我了很多帮助，还在生活中给我了很大的帮助，你们都是我的好兄弟。最后谢谢所有帮助过我的人，谢谢你们。

第五篇：注射模具的设计步骤

4．4．1设计前应明确的事项

齐注射模只设计前，应明确如下乡项。

(1)明确制她的几何形状及使用要求。对于形状复改的制品，钉时除看懂其图纸外，还 捕参考产品模型或样品和考虑塑料的种类及制品的成型收缩率、透uj度、尺寸公差、表而粗

糙度、允许变形范同等问题，即充分了解制品的使出要求．因为这不仅是模具设计的主要依 据，而且还是减少模且设计者与／：品设计者之间意见分歧的手段。

(2)估算制品的体积和质量从确淮成型总体方案。计算制品质量的目的齐于选择设备和 确定成型总体方案。AVX钽电容成型总体方案包括确定模具的结构形式、测胖数目、制品成型的自动化

程度、采用流道的形式(冷或者热流道)、制品的侧向型几是同时成型还是后序加工、侧Pq 的脱模方式等。

(：i)明确注射成则机的型号和规格。确定采用什么剧号和规格的注射成型机．这样在模 又设计时才能对模具上与注射机个又的结构利尺寸的数据进行校核。

(4)检金制界的上艺性。对制品进行成型前的工艺性检查，以确认制而的各个细小部分 是仍均符合泞射成型的工艺性条件。

4．4．2模县结构设计的一般步骤

注射模且的结构设计．幕中校下列步骤进行。

(1)确定刚肿的数日。确定模具型胺数日的方法有根据锁模力确定

根据制品精皮确之．根据经济性确定等。

(2)选定分型面。虽然选定分型山应在制品设计阶段进行，但在模具设计时需再次进行

(3)确定型腔的配肖。型腔在模板内的排列既要使模板外形J4寸小，又要考虑到挠注系 统的平衡。

(4)确定浇注系统。浇注系统的设计详见第5章。

(5)确定脱模方式。特5U要注意确定侧凹制品的脱模方式，在进行模具结构设计前 须确定采用什么方式脱模。

(6)确定措出机构。首先要确定是从定棋一侧推出制品，还是从动模一侧推出制版，应 尽可能采用从功模一侧推出制品的方式。一般常采用推朴推出，对凶筒形制品常采用套简报 小．必要时，应采蝴脱模板推出，以避免制品在推出时变形和局部白化。

(7)确定温度的控制方式。温皮的控制包括四腔和型芯的温度控制、热流道的温度控制 及流通板和喷嘴的温度拧制。

(8)确定贝腔与型芯的结构及固定方式。肖采用镶块式型腔或则芯时，必须确定如何装 配阁定型腔或型心以及镶块的冷却方式。

(9)确定排气方式。对于大型和高速成型模具。排气问题是不容忽视的。

(10)给制模具的结构草图。在绘制出模具的完整结构单图庸，应与工艺、模又的使用和制造人员共同研究，以期进一步完善。

(1J1)校核棋具上与注射机有关的尺小。因为每合模具只能安装在萄其相适应的汰射机 上使用，因此必须对模具L与注射机打又的尺寸进行校核。

(12)校核强度及刚度。对成型零件及丰要受力零、部件应进行强度及刚度内校核。

(13)绘制模具的装配图。装配凶应包括必要的尺人如外形尺寸、定仿围立径、安裴 J4寸、极限尺寸(活动零件移动的赵止点)及技术条件、编写明细表。

(14)绘制模具的零件图。设汁时应尽续选用标淮什。

(15)复核设N图纸。复核设计闻纸，力求使模具的加[：简使易行，的人，最好参加模具制造的全过程，包括组浆、试模、修模及投产过程。wxq$#