打标机气动系统的设计
在整个打标系统中，气源的输入与输出，势必会在整个回路中构成一个气体传动回路，故在本章介绍了整个系统中气压传动方案的设计，以及在升降机构中升降气缸的选择，和在气动回路中各个气压元件的选择。
4.1 气压传动方案的设计
标记的图形和文字必须清晰易于识别，要求打印头在竖直方向上做升降的快速接近钢管的动作，该气缸具有高刚度的直线型导轨，可快速准确的接近钢管中心线表面，该气缸结构紧凑，与高硬度的打标针连接后，能以高频率的快速反复的冲击工件表面，这就由图中的C1气缸提供高压，从而做出高频率的快速反复的冲击运动，打印出密集点阵来构成图形和字符。
打标头升降回路的气动元件主要有缸径100mm行程200mm的升降气缸，一个三位五通电磁阀，两个单向节流阀组成。用于完成打标头上升和下降的动作。
在气源稳定的供气情况下，据此设计的气动打标机的气动原理图如下图4-1所示，其中C1已在打标头当中。
（P0为空气组合元件，P1为减压阀，C2为升降气缸，C1为打标气缸，D3为三位五通电磁阀，D2为二位单电控电磁阀，V1，V2为气缸限流器）
在启动，维护，检查及调试时，可对左端的2通手动阀实施操作。在图中安装减压阀的作用是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并保持输出压力的发、稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。安装电磁控制换向阀的作用是利用电磁线圈通电时，静铁心产生电磁吸力使阀切换以改变气流方向，易于实现电气联合控制。限流器用在双作用气缸的速度控制回路中，采用旋转接头的单向节流阀（限流器）直接拧在气缸气口上，安装使用方便。
4.2 气缸的选用
气缸的品种繁多，各种型号的气缸性能和使用条件都不尽相同。合理选择气缸，使气缸符合正常的工作条件，从而获得满意的效果。这些条件有工作压力范围，工作环境条件，润滑条件，气缸的自身标准等等。
由于在本文的打标系统使用的是TMP 3200系列的打标头，所以在打标气缸的选择上已不是本文所要解决的问题，本文只需解决选择升降机构中的气缸的问题，即升降气缸的问题。
升降机构中的气缸采用的是普通双作用气缸，在机构中采用的是嵌入式安装，安装在拖架上，其理论推力 = P ,
理论拉力 = ( - )P （d=0.3D）
气缸在未加载时实际所能输出的力，受到气缸活塞和活塞杆本身的摩擦力影响，用气缸效率 表示，一般气缸的效率在0.75到0.95之间。
实际推力 ＝ P
实际拉力 ＝ ( - )P
因为打标头的重量为6Kg，滑台的重量为20Kg.
气缸轴向负载力 F＝mg＝26×9.8＝254.8N
系统的工作压力为0.6MPa时，气缸的工作压力计算时一般选为0.4MPa，β为气缸的负载率，由气缸的平均速度来决定
气缸的平均速度v=225mm/s
β 0.65 气缸作低速运动，v<100
β 0.5 气缸作中速运动，v＝100～500
β 0.35 气缸作高速运动，v>500
取β＝0.35
理论输出力 = = =728N
缸径D＝ = ＝49mm
由缸筒内径系列
8 10 12 16 20 25 32 40 50 63
80 100 125 160 180 200 220 250 320 400
则取标准缸径50mm，即所选缸内径至少为50mm，
在整个机构中可根据升降的行程初步确定气缸的行程范围200mm,
应此在标准气缸中可查得：可以采用ISO标准的DNGU-100-200-PPV-A型号的中型气缸。
预选了缸径和行程后，必须验算一下气缸的缓冲能力是否符合要求。根据缓冲气缸的缓冲特性曲线(具体见文献[22])，若气缸的负载质量M和最大速度um的交点在预选气缸缸径的缓冲特性曲线之下，则表示负载运动的动能1/ZMu二小于气缸允许吸收的最大能量，即该预选缸径的缓冲能力满足要求。否则，预选缸径应增大一号，重复上述步骤进行验算，直到满足缓冲性能要求为止。经检验知，该预选缸径的缓冲能力满足要求。
在安装气缸时应尽量将气缸的重心靠近连接件的支点，以减少弯矩，使气缸活塞杆的导向套不致承受过大的横向载荷。气缸在垂直方向上快速运动，有两种安装方式可供选择:侧面安装和垂直安装。根据以上原则，对本系统所选气缸而言选择侧面安装方式较合理，该安装方式弯矩和横向载荷小、节省空间、可靠性高。
4.3气动元件的设计
以上选用的气孔单元中，包含大量的分立元器件，并且这些分立的元器件是通过大量的管件以及接插件实现连接的。如果有一个元件发生故障往往会引起整个设备的运行不正常，甚至于引发事故。同时，由于系统中带有大量信号，能量的管件和连线，尤其是当这些管件和连线跟随设备的运动不见移动时，因泄露，堵塞，虚接或短路而引发的故障率很高，同时还给设备的管理和维护带来不便。除此之外，制造这一系统必须经过对所有分立器件的选型，验收，组装，调试，以及整机安装等繁多费时的步骤，必须投入大量的人力和费用。
为克服这些缺点，采用先进的阀岛技术，将各种阀集中到阀岛上，使用统一的进气口和排气口，电磁阀的电控信号通过多股电缆连接到PLC上，PLC的控制输出信号通过一根带多头插头的电缆和阀岛连接。同时所有的电信号处理，保护功能都在阀岛上实现。显然，通过阀岛使得系统中各个接口简化，只需将阀的输出口连接到对应的启动执行机构上，并将带多插头的多股电缆与PLC的输出和输入口连接。
在现场中我们选择的是ASI的现场总线，该总线特点：驱动电源，控制信号的传输只需要一根双股电缆。显然在现场采用这种总线形式使控制系统更简便。对于ASI接口系统，每个模块通常提取四个地址。因此，一个ASI阀岛可安装四个二位五通单控阀或两个二位五通双控阀。同时带24V(DC)电源接口。阀岛可将分散的输入和输出模块串接起来，最多可连接四个分支。每个分支可包括16个输入和输出，连接电缆同时传输电源和控制信号。安装在气缸附近，其目的缩短气管长度，减小排气时间，并减少流量损失。。采用ASI接口的控制系统包括ASI主级控制器和各种副级。下面就说明我们选用的FESTO公司出产的ISO1型可编程阀岛的技术性能：采用模块式结构；带现场总线接口；电气连接：24V(DC),RS232串行接口，通过现场总线接口和总线可扩展；防护等级：IP65；阀的功能：三位五通阀，中封式，外接先导气源；最多64个电信号的输出（包括电磁线圈）；模拟量的输入和输出；可带ASI主控单元；阀岛组扩展：取决于被控制数量线路接法；流量：500L/min，1250L/min；阀宽：18，25mm。
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