基于自动化生产的笔杆加工机器浅析

摘 要：人们的生活离不开书写，而书写又需要用到笔。在大部分笔的生产过程中，离不开一道将带有内螺纹的ABS套管与后笔管定位粘合的过程。目前各厂商仍采用人工流水线的方法进行生产，效率较低，长期成本较高。针对这个问题，我们将研发出一种机器，能够代替人工完成此项工作，并且有效率高，稳定性强，长期成本低等优点。随着工业4.0的推进，此类型的机器会成为市场中的热门。本文主要分析一下对此种装置设计方案。

关键词：自动化；笔杆

人们的生活离不开书写，而书写又需要用到笔。而目前的笔类厂商在笔杆生产的工序上仍然采用人工生产的方式，因此开发出一种能够代替工人的笔杆加工机器必将是人们的目标。同时也能进一步的解放低级劳动力。并且机器能够提高生产效率，对于厂商来说能够提高产量与产出效率，提高收益。从全球的角度来看，中国具有巨大的笔类出口份额，中国制造的笔占据了世界80%的市场，提高笔的产量就能进一步扩大中国的全球市场，提升国家的经济水平。

1国内外的研究现状

目前由于国内的劳动力还较为廉价，因此各厂商在制造笔杆的环节中仍采用人工的方法进行装配，并没有厂商进行研发类似的机器。关于国外再此方面的研究资料比较有限，并无法获取足够的资料。中国做为世界上最大的笔类出产国，产量占据市场的80%以上，其研发水平可以代表大多数国家目前的研发水平。

在未来几年中，伴随着劳动力价格的不断提高，工业4.0的不断推进，开发出一种代替劳动力进行笔杆生产机器的需求将会不断扩大，并且由于笔类有这广大而稳定市场需求，此类机器必定会被研发并投入使用。

2项目开发所需的相关科学技术

本项目的目的是设计出一种机器并投入使用，因此需要较广、较全面的知识。需要拥有机械、电气、计算机等相关的知识。设计团队需要具有机械结构设计与仿真计算、数字化电路排布、基于ARM的编程能力等能力需求，并能在设计的过程中及时发现存在的不足，需要较强的理论知识与实践经验。由于需要投入到实际生产中，最终产品需要稳定性高、机械结构强、控制程序稳定等特点，应此需要较高的科技水平。

在機械结构方面，由于机器需要完成涂胶、定位、抓取、放置等过程，有一定的精度要求，并且需要适应多种笔套的外形以适应多种类型的笔类生产，因此在机械结构的设计方面有着不小的难度。需要将机器设计成稳定可靠，具有较高的工作效率，较高的工作精度，并且拥有很强的适应性，需要有较强的专业知识水平，并且需要有相关的实践经验如参观与实习等，才能较好完成此方面的设计

在电气电路方面，由于机器是工业用电器，使用380伏特的三相交流电，与常见的220伏特的单相交流电有着较大的差异，因此在电路编排的起步阶段就有着较高的技术难度与要求。在机器中至少存在一台步进电机与两台气动式活塞马达，还有一台微型电脑与一台计数装置，因此合理的编排电路，并且使电路具有较高的稳定性，可长时间稳定运行，具有防浪涌等功能，对电气电路方面有较高的知识水平要求。

在软件编程方面，该机器会在ARM平台上使用C语言编写程序，良好的软件稳定性可以保证生产的稳定进行，若软件不够可靠可能会导致大规模的停机停产事故，更甚者可能会有机器损毁、人员受伤的风险。为了不引起此类损失，开发出稳定可靠的程序就显得格外的重要。并且在编写程序时需要考虑到机器可能会出现的各种意外状况，做出相应的程序处理，因此需要较高的计算机编程技术水平与分析对策能力。

3项目的研究思路和方法，技术路线、实验方案及可行性分析

3.1研究的思路和方法

此机器的研发思路是根据目前的实际生产流程进行研究并设计。目前国内的笔业生产厂商处理此道工序的流程是由三位工人完成三部流水线操作，首先第一位工人在后笔管的首端图上717树脂胶，第二位工人将带有内螺纹的ABS管套放入后笔管内，最后第三位工人用专用的附带刻度的工具尺将带有内螺纹的ABS管套推入后笔管内15mm。根据此工作流程，所设计的机器的工作流程也分为三步，首先通过涂胶机构配合气动式活塞马达，将717树脂胶涂到后笔管内，再通过步进马达将涂完胶的后笔管送到安装ABS管套的工位，最后通过另一个气动式活塞马达，将带有内螺纹的ABS管套推入指定深度。

3.2技术路线

3.3实验方案

机械结构的设计建模使用SolidWorks软件，在完成装配图后进行机械运动模拟仿真，检测机械结构的可靠性。

电路模拟使用Multisim 11.0软件，对电路的可靠性及常见的意外情况进行分析与预判，并利用Multisim 11.0的自动差错功能纠正前期电路排布出现的问题。

在软件程序方面，使用CIMCO Software Suite软件对程序进行结构的优化处理及仿真，做好多套程序及紧急应对程序，针对可能出现的突发情况进行程序的编排。

4实际意义与前景

此种机器针对的市场即目前的各大小制笔厂商，运用机器代替工人完成一项必不可少的流程，缩减生产成本，提高生产效率。其具有兼容性强的特点，因此可以向所有制笔厂推广此机器。随着劳动力成本的不断提高，以及国家不断大力推进工业4.0的开展，此机器具有良好的推广前景。在未来的几年内，相信此机器会被越来越多的厂商使用，以代替目前现有的工人，以提高生产效率并缩减生产成本。推广前景可谓十分广阔。目前中国的所出产的笔占世界笔类市场的80%以上，可谓是当之无愧的制笔领头国。从数据来看，中国制笔业的销售收入十分可观，从2008年至今，每年的销售收入都在不断增加，目前已接近300亿元。若能抓住制笔厂这个强大的市场，所能获得的收入将是一个十分可观的数字。据保守估计，目前中国每年产出笔类300亿支，按每条流水线每日产笔10000支计算，中国目前拥有120000条流水线，假设3年内有10%的流水线采用我们生产的机器，即产生12000台订单，其产生的经济效益十分可观。

5总结

随着自动化技术的迅猛发展，越来越多的不富有创造性的简单劳动力将被自动化机械所代替。自动化设备将比传统工人拥有更高的效率与准确率，更为低廉的成本。随着工业4.0的推进与劳动力成本的不断提高，越来越多的工厂总会倾向于用自动化生产机器代替人力进行生产。随着计算机水平的不断发展，在设备实际生产之前，我们就可以运用计算机对机械结构，电路，软件进行模拟运行，尽可能减少实际生产时的浪费。这种自动化的笔杆加工制造机器，可以解放劳动力，提高生产效率，推进人类社会和工业的发展。

作者简介：

金文超（1997-），男，民族：汉族，籍贯（精确到市）：江苏省苏州市，当前职务：本科在读学生，学历：本科在读，研究方向：车辆工程。