氣動釘槍的設(shè)計與智造

曹先雷

（廣東美特機械有限公司，廣東 佛山528241）

1 氣動釘槍介紹

氣動釘槍又稱氣動打釘機，它利用空氣壓縮機產(chǎn)生的氣壓作為動力源，當(dāng)按下扳機時，撞針部裝在壓縮空氣的作用下作直線高速運動，將彈夾中的排釘迅速打入物體中去；當(dāng)松開扳機時，撞針部裝回位，完成一個工作循環(huán)。氣動釘槍種類繁多，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后排氣型氣動碼釘槍

圖2 7116LN后排氣型長槍嘴氣動碼釘槍

圖3 P622后排氣型氣動蚊釘槍

氣動釘槍因重量輕、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)。后排氣型氣動釘槍的特點如下：（1）新一代人機工程學(xué)設(shè)計，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 氣動釘槍的設(shè)計

2.1 氣動釘槍設(shè)計的基本要求

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

（2）安全可靠性要求：1）氣動釘槍在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生斷裂、不過度變形，不過度磨損，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；2）流線型，其外觀線條流暢，過渡部位由大的圓角或流線型曲面過渡，動感十足；3）剛?cè)岵停渫庥^既有較直的線條又有流線型動感曲面，給人剛中有柔、柔中有剛的美好感覺。其中，剛?cè)岵屯庥^是目前較為時尚的設(shè)計。

（4）經(jīng)濟性。在產(chǎn)品整個設(shè)計周期中，必須把產(chǎn)品設(shè)計、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 氣動釘槍零件的設(shè)計準(zhǔn)則

（1）強度。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)計準(zhǔn)則：

式中，σ、τ分別為零件工作時的正應(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。

為了提高機械零件的強度，設(shè)計時可采用以下措施：1）采用高強度的材料；2）加大零件截面尺寸；3）合理設(shè)計零件截面形狀，以增大截面的慣性矩；4）采用熱處理或化學(xué)處理方法來提高材料的機械強度特性；5）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)生過大的撓度或轉(zhuǎn)角，從而影響氣動釘槍正常工作。因此設(shè)計時必須滿足以下設(shè)計準(zhǔn)則：

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

（3）壽命。機械零件應(yīng)達到設(shè)計要求的壽命。影響零件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。疲勞壽命，通常是通過計算出使用壽命時的疲勞極限來作為計算依據(jù)。使用壽命可通過實際測試來檢驗是否達到設(shè)計壽命要求，再根據(jù)測試情況，采取一定改進措施延長使用壽命。

（4）可靠性。可靠性設(shè)計非常重要，零件無故障使用時間、零件在壽命周期內(nèi)的故障率反映了零件工作時的可靠性。零件在工作時的可靠性高，才能保證用戶方便高效地使用氣動釘槍，從而提高其生產(chǎn)效率。1）撞針部裝、游動閥部裝及開關(guān)部裝上的動密封O形圈應(yīng)耐磨損、耐發(fā)熱，具有較高的使用壽命，采用自潤滑O形圈且定期加潤滑油，以保證良好的潤滑效果。2）撞針應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，通過熱處理工藝提高其強度、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)裙收希粡棅A部裝和排釘應(yīng)具有一定的尺寸和形位精度，以實現(xiàn)可靠地送釘。

3 氣動釘槍的智能制造

智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動化技術(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)，它所要達到的基本目的是生產(chǎn)過程柔性化、集成化、智能化。

氣動釘槍智能制造系統(tǒng)IMS（Intelligent Manufacturing System）包括經(jīng)營決策、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、采購、零部件制造、裝配、質(zhì)量保證、市場銷售、客戶反饋等各個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)通過中央計算機集成為一個整體，通過充分利用信息采集、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，從而實現(xiàn)氣動釘槍制造工廠的智能化。其智能化制造過程表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）銷售人員通過智能制造軟件系統(tǒng)下達訂單任務(wù)，智能制造軟件系統(tǒng)對各生產(chǎn)單位自動化制造系統(tǒng)下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)指令。

（2）各生產(chǎn)單位自動化制造系統(tǒng)將原材料及其物料自動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)品型號進行自我結(jié)構(gòu)、資源配置，模具、夾具、刀具、檢驗儀器及量具實現(xiàn)自動切換。

（4）物料由自動分揀系統(tǒng)進行整理、分揀，由自動輸送線或機械手將物料向前輸送至自動化工作站。

（5）每個自動化工作站執(zhí)行中央計算機和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)視覺系統(tǒng)進行物料的識別和定位方向識別；由氣動執(zhí)行機構(gòu)、伺服機構(gòu)、工業(yè)機器人等執(zhí)行并完成工作任務(wù)；由傳感器或工業(yè)視覺系統(tǒng)進行加工質(zhì)量的檢測，合格品流向下一個工作站，不良品則被移送至不良品區(qū)域進行處理。

（6）半成品物料的自動裝箱。

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

（8）由AGV無人搬運車將成品托盤包裝搬運至自動化立體倉庫。

（9）客戶通過智能制造軟件系統(tǒng)實時跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量；適時反饋市場應(yīng)用信息；決策者根據(jù)相關(guān)信息對產(chǎn)品設(shè)計與智能制造過程進行持續(xù)優(yōu)化、提升。

4 結(jié)語

實現(xiàn)氣動釘槍的智能化制造，對于保證產(chǎn)品設(shè)計技術(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)必將在未來推動中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，助力“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。

［1］黃平，朱文堅.機械設(shè)計基礎(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：機械工業(yè)出版社，2013.