曹先雷

（廣東美特機(jī)械有限公司，廣東 佛山528241）

1 氣動(dòng)釘槍介紹

氣動(dòng)釘槍又稱氣動(dòng)打釘機(jī)，它利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣壓作為動(dòng)力源，當(dāng)按下扳機(jī)時(shí)，撞針部裝在壓縮空氣的作用下作直線高速運(yùn)動(dòng)，將彈夾中的排釘迅速打入物體中去；當(dāng)松開(kāi)扳機(jī)時(shí)，撞針部裝回位，完成一個(gè)工作循環(huán)。氣動(dòng)釘槍種類繁多，有碼釘槍、蚊釘槍、直釘槍、卷釘槍、鋼釘槍、拔釘槍、軟家具釘槍、C型槍、畫(huà)框釘槍、片釘槍、圖釘槍、鞋釘槍等，其外觀如圖1～3所示。

圖1 8016后排氣型氣動(dòng)碼釘槍

圖2 7116LN后排氣型長(zhǎng)槍嘴氣動(dòng)碼釘槍

圖3 P622后排氣型氣動(dòng)蚊釘槍

氣動(dòng)釘槍因重量輕、使用方便、生產(chǎn)效率高，被廣泛應(yīng)用于裝潢、家具、包裝、制鞋及汽車工業(yè)等行業(yè)。它有前排氣和后排氣兩種結(jié)構(gòu)。后排氣型氣動(dòng)釘槍的特點(diǎn)如下：（1）新一代人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，操作更舒適；（2）重量輕，安裝消音器、噪音小，使打釘更輕松；（4）打釘速度快，生產(chǎn)效率高，穩(wěn)定性高；（5）彈夾鍍硬膜處理，經(jīng)久耐用；（6）重要零件采用合金鋼制造，可靠性高。

2 氣動(dòng)釘槍的設(shè)計(jì)

2.1 氣動(dòng)釘槍設(shè)計(jì)的基本要求

（1）功能要求：滿足氣動(dòng)釘槍的工作要求，如氣壓、氣密性、游動(dòng)閥部裝和撞針部裝的動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)特性、速度、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性、潤(rùn)滑特性、打釘輸出力、尺寸、重量、人機(jī)工程學(xué)、平衡度、使用壽命、噪音要求等。

（2）安全可靠性要求：1）氣動(dòng)釘槍在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生斷裂、不過(guò)度變形，不過(guò)度磨損，不喪失穩(wěn)定性；2）安全性能高，可以保證操作人員的人身安全和身體健康。

（3）外觀要求。外觀造型目前主要有以下幾種形式：1）棱角分明、剛毅型，其外觀線條較直，給人剛勁有力的感覺(jué)；2）流線型，其外觀線條流暢，過(guò)渡部位由大的圓角或流線型曲面過(guò)渡，動(dòng)感十足；3）剛?cè)岵?jì)型，其外觀既有較直的線條又有流線型動(dòng)感曲面，給人剛中有柔、柔中有剛的美好感覺(jué)。其中，剛?cè)岵?jì)型外觀是目前較為時(shí)尚的設(shè)計(jì)。

（4）經(jīng)濟(jì)性。在產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)周期中，必須把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及銷售三方面結(jié)合在一起全面考慮，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本。

（5）方便維修性。

2.2 氣動(dòng)釘槍零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）強(qiáng)度。為了避免零件在工作中發(fā)生斷裂，必須使其滿足以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

式中，σ、τ分別為零件工作時(shí)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；［σ］、［τ］分別為零件材料的許用正應(yīng)力和許用剪應(yīng)力。

為了提高機(jī)械零件的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)可采用以下措施：1）采用高強(qiáng)度的材料；2）加大零件截面尺寸；3）合理設(shè)計(jì)零件截面形狀，以增大截面的慣性矩；4）采用熱處理或化學(xué)處理方法來(lái)提高材料的機(jī)械強(qiáng)度特性；5）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以降低作用在零件上的載荷。

（2）剛度。剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件剛度不夠，將產(chǎn)生過(guò)大的撓度或轉(zhuǎn)角，從而影響氣動(dòng)釘槍正常工作。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

式中，у、θ、φ分別為零件工作時(shí)的撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角；［у］、［θ］、［φ］分別為零件工作時(shí)的許用撓度、許用偏轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。

（3）壽命。機(jī)械零件應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壽命。影響零件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。疲勞壽命，通常是通過(guò)計(jì)算出使用壽命時(shí)的疲勞極限來(lái)作為計(jì)算依據(jù)。使用壽命可通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)壽命要求，再根據(jù)測(cè)試情況，采取一定改進(jìn)措施延長(zhǎng)使用壽命。

（4）可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)非常重要，零件無(wú)故障使用時(shí)間、零件在壽命周期內(nèi)的故障率反映了零件工作時(shí)的可靠性。零件在工作時(shí)的可靠性高，才能保證用戶方便高效地使用氣動(dòng)釘槍，從而提高其生產(chǎn)效率。1）撞針部裝、游動(dòng)閥部裝及開(kāi)關(guān)部裝上的動(dòng)密封O形圈應(yīng)耐磨損、耐發(fā)熱，具有較高的使用壽命，采用自潤(rùn)滑O形圈且定期加潤(rùn)滑油，以保證良好的潤(rùn)滑效果。2）撞針應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，通過(guò)熱處理工藝提高其強(qiáng)度、剛度、耐磨性、韌性及抗沖擊特性。3）彈夾部裝應(yīng)可靠地送釘，保證打釘正常，不出現(xiàn)卡釘、出雙釘?shù)裙收?；彈夾部裝和排釘應(yīng)具有一定的尺寸和形位精度，以實(shí)現(xiàn)可靠地送釘。

3 氣動(dòng)釘槍的智能制造

智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、光電技術(shù)、系統(tǒng)工程、生命科學(xué)、軟件技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、機(jī)器人與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交叉而形成的一門綜合技術(shù)，它所要達(dá)到的基本目的是生產(chǎn)過(guò)程柔性化、集成化、智能化。

氣動(dòng)釘槍智能制造系統(tǒng)IMS（Intelligent Manufacturing System）包括經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、采購(gòu)、零部件制造、裝配、質(zhì)量保證、市場(chǎng)銷售、客戶反饋等各個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)通過(guò)中央計(jì)算機(jī)集成為一個(gè)整體，通過(guò)充分利用信息采集、通訊、分析處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber－Physical System）相結(jié)合的方法，從而實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)釘槍制造工廠的智能化。其智能化制造過(guò)程表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）銷售人員通過(guò)智能制造軟件系統(tǒng)下達(dá)訂單任務(wù)，智能制造軟件系統(tǒng)對(duì)各生產(chǎn)單位自動(dòng)化制造系統(tǒng)下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)指令。

（2）各生產(chǎn)單位自動(dòng)化制造系統(tǒng)將原材料及其物料自動(dòng)貼上像身份證一樣的代碼。每種物料具有唯一的代碼，物料的名稱、材質(zhì)、數(shù)量、工序狀態(tài)、生產(chǎn)單位等屬性被記錄在該代碼內(nèi)。

（3）智能制造系統(tǒng)根據(jù)訂單產(chǎn)品型號(hào)進(jìn)行自我結(jié)構(gòu)、資源配置，模具、夾具、刀具、檢驗(yàn)儀器及量具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。

（4）物料由自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行整理、分揀，由自動(dòng)輸送線或機(jī)械手將物料向前輸送至自動(dòng)化工作站。

（5）每個(gè)自動(dòng)化工作站執(zhí)行中央計(jì)算機(jī)和PLC發(fā)出的控制指今，完成該工序的工作任務(wù)；其中由傳感器或工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行物料的識(shí)別和定位方向識(shí)別；由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人等執(zhí)行并完成工作任務(wù)；由傳感器或工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行加工質(zhì)量的檢測(cè)，合格品流向下一個(gè)工作站，不良品則被移送至不良品區(qū)域進(jìn)行處理。

（6）半成品物料的自動(dòng)裝箱。

（7）生產(chǎn)調(diào)度人員向智能裝配軟件系統(tǒng)下達(dá)裝配任務(wù)指今，自動(dòng)裝配生產(chǎn)線根據(jù)系統(tǒng)控制指令信息，完成產(chǎn)品自動(dòng)裝配、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)包裝任務(wù)。

（8）由AGV無(wú)人搬運(yùn)車將成品托盤包裝搬運(yùn)至自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。

（9）客戶通過(guò)智能制造軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量；適時(shí)反饋市場(chǎng)應(yīng)用信息；決策者根據(jù)相關(guān)信息對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與智能制造過(guò)程進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化、提升。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)釘槍的智能化制造，對(duì)于保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率具有重要的意義。智能化制造系統(tǒng)必將在未來(lái)推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。

［1］黃平，朱文堅(jiān).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003.

［2］李偉光.現(xiàn)代制造技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.