小型裁切机主要模块的方案设计.docx

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1、小型裁切机主要模块的方案设计本章节根据功能原理分析法所划分的功能模块，完成各个系统的方案设计及初选，针对小型裁切设备张力控制及纠偏难点，提出新的控制实现方案，指导后续结构设计。2.3.1走纸系统的方案设计喷墨打印设备走纸系统包括介质牵引系统和收放卷系统，裁切机的走纸系统为介质牵引系统和放卷系统。本小节具体介绍介质牵引系统，放卷系统的设计方案在2.32中介绍。小型裁切机的牵引系统主要有驱动电机、机械传动机构、牵引辑组和调节机构。小型裁切机的机械传动可采用齿轮、链轮或同步带，将电机的动力传递给夹送辐。小型裁切机的牵引辐组分为牵引辐、导向辐，张力辐，如图2.7所示，牵引辐一般采用夹送辐形式，是主要传

2、动组件。夹送辐结构由安装在机架上的固定和活动部分组成，结构简图如图2.8所示。夹送辑的上活动辑为被动送料辑，下固定辑为送纸器，动力安装于送纸器一端，上下辐通过摩擦传动，将需要裁切介质单方向传输。232放卷系统的方案设计图2-8夹送轻工作原理示意图被动送料辐和送纸器在传动截面内前后布置有一定的角度a,以此保证介质在辐上的包角，加大传动摩擦力，避免单纯的线接触。由小型裁切机的功能可知，介质的传输须有两个或以上的夹送辐，为放卷和牵引提供动力，两个夹送辑存在一定速度差，以此保证传输过程中的张力。结构示意如图1-3。将两个夹送辐分别命名为第一夹送辐和第二夹送辐，第一夹送辐主要为放卷和前端输送提供动力，保

3、证正常的供料。第二夹送辑位于介质传输路线的后端，保证介质在中间传送的绷紧及裁切后的退料。传动模块将电机动力传递给夹送辐，常用的机械传动有带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动，也可将电机直接通过联轴器连接于夹送辐的送纸器，为采用合理的传动形式，下面对几种传动进行分析。带传动具有结构简单、传动平稳、缓冲吸振、价格低廉等特点，其中啮合型带传动，也称为同步带传动，能保持严格的传动比传动叫链传动平均传动比准确，整体尺寸小，但瞬时传动比不能保证且工作噪声大。齿轮传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、对制造及安装精度要求高且价格相对较高，不适用于长距离传动。蜗杆传动是空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动

4、机构。对比几种传动方式，由于小型裁切机工作环境及夹送棍稳定传动比的考虑，链传动不适合作为电机与传动轴之间的传动机构。根据结构设计的具体安装方式，传动可选择同步带或齿轮。待裁切的印后料卷是在喷墨打印机等设备上经印刷、烘干、复卷形成的具有一定规格、一定紧度要求的成品料卷。在包装印刷中，这是一项基本且广泛的加工工艺过程。料卷在裁切设备中更换方便，并能满足放卷要求是设计的重点。对张力、裁切速度要求高的裁切设备，尤其是大型裁切设备，一般将放卷模块与主机分离，单独做成一个模块，如图2-9。上述分离式占用空间大，不适用于小型场合，因此考虑将放卷模块简化，安装于机架上。为设计料卷的安装结构，需考虑上料的操作简

5、便性和放卷的张力控制。常用放卷控制如图2-7,通常借助电机提供送纸器动力，从而拖动介质，在料卷处使用制动器或电机来提供一个反向力，保证放卷时有一定张力。料卷一般通过气胀轴作为旋转轴，间接与磁粉制动器连接，起到控制放卷张力的作用。考虑到上料的方便性，采用无轴放卷形式，两个圆锥形顶头可以在人工操作下顶紧或者松开纸卷的中心纸管芯。放卷张力的调节采用扭力调节系统，安装在一侧的顶头上，节省空间。对比绘图仪，写真机等小型喷墨打印，绘图设备，放卷系统的料卷有两种安放形式，分别为后置放卷和前置放卷，如图2-10(a)、(b)o后置放卷结构复卷和放卷在机器两侧，结构简单，工作过程稳定；前置放卷结构将放卷和复卷放

6、置在一侧，更换纸卷方便。小型裁切机无复卷装置，根据裁切机的工作流程、上料穿料的操作及裁切产品的收集方便，可采用后置放卷结构。233裁切系统的方案设计(a)后置放卷(b)前置放卷图2-10两种不同料卷安放形式小型裁切机的裁切分为横切和纵切，根据工作要求的不同，可选择性是否采用纵切功能。虽然横切和纵切是单独的工作模块，但两者的工作相关，结合设计要点对印刷错误纠偏的要求，横刀和纵刀要整体可调整。横刀是为了实现与介质牵引方向垂直边线的裁断，在常用大型切纸机和程控裁切机中，采用的是平行刃或斜刃裁切方式，可上刀上下运动与下刀切断介质，也可上刀固定，下刀作为运动刀。由于裁切方式对尺寸和安装的要求，以及运动的

7、振动和冲击，所以在小型裁切设备上，这种结构并不适用。圆盘切主要用来剪切运动中的介质的纵向边，如图2-ll(a),上刀片通过刀座安装与动力轴同步旋转，下刀采用带有刃口的环形套，通过上刀片与下刀刃口的贴合并同向转动剪切介质，为保证贴合，上刀片常采用蝶形刀片。专利N203382291提出一种结构的变形，如图2U(b),下刀变为条刀，圆盘刀与条刀配合，可适用于介质的横向裁断。(a)圆盘裁切(b)圆盘与条刀图2-11圆盘切刀及形式改进圆盘裁切原理与常用的剪纸刀类似，若将上下刀都采用圆刀片，也可实现裁切动作，此时上下刀片同向转动并左右往复进行裁切，上下刀通过上下机架固定，为保证同时转动，上下刀轴装有摩擦轮

8、，左右移动可通过皮带或齿轮齿条带动。横刀结构形式可通过整体的结构要求采用上述两个方案之一，纵刀作为分条工作的实施机构，要从裁切效果，便于调整，效率高几个方面进行设计。目前，纵切主要有三种结构形式：圆盘切刀、平切和悬空切。圆盘切刀即上图2-11(a)所描述，为了调整方便和刀具的改进，出现了气动切刀，一般下刀主动，上刀为从动，上刀在气压作用下做下移和靠刀动作，能精确调整上下切刀重叠深度，结构如图2-12(a),形式分滚切和裁切两种,区别在于下刀，图2-12(b)下刀为通轴，并能主动旋转带动上刀滚切。(a)裁切(b)滚切图212气动切刀两种方式平切，即介质通过刀槽辐及装在刀柄上的刀片裁切，如图2-1

9、3所示。因为在介质绕过开槽辐时有一定的包角，所以裁切比较稳定，在大型分切机上应用广泛，但裁切尺寸不可随意调整，与刀槽和槽岸尺寸之和成倍数关系。(a)(c)(b)图2-13平切示意图当裁切切点刚好位于刀槽辑的中垂线上，即图2-13中(a)所示，原理同圆盘切刀相似，是理想的裁切位置，但这在实际对刀的过程中很难实现；刀片位于中垂线前时，介质切口不在最高点，介质切开后继续向最高点运动，切刀会有附加摩擦力，导致热量增加，散热条件差，切口的质量参差不齐；切点在刀槽辐的中垂线后时，介质经过刀槽辐的牵引，介质离开切刀后不会有附加的运动，裁切效果较好，刀片的散热条件好，是实际生产中常采用的方式。悬空切是在薄膜等

10、介质中常采用的一种裁切形式，如图2-14所示，原理是介质在两个距离较近的牵引辐上张紧，中间悬空，切刀在悬空段裁切。一般设计悬空切时，切点一般尽量靠近后方的牵引辑，这样的切口稳定，切边的质量相对较好，这种分切方式在小型的分切机上使用广泛。本次设计的小型裁切机针对办公等小型场所，因此结构要尽量紧凑，节省占用空间，考虑到悬空切需要两个张力辐单独张紧，因此并不适用。平切方式虽然结构并不复杂，但其调整不方便，当每张图幅不一样时，每次调整将浪费大量时间，由此可以看出，圆盘切刀的形式可以把每把切刀做成单独一个机构，每次整体调整，方便快捷，并且不增加对空间的占用。当待裁切介质在横向有两幅或多于两幅的图面时，中

11、间会有空白或者其他间隔，一般宽度为68mm,难以放置两组纵切刀，因此切刀形式应进行改进，所以纵刀设计两种结构形式，一种针对切边，一种针对图画间有留白的分割裁切。2.3.4 张力调节系统的方案设计张力指的是物体在拉力作用下，在物体内部且垂直于接触面上的彼此拉扯力张力不论对介质的牵引，还是裁切效果的保证，都有极大影响，张力过小或张力控制不适，会引起介质的张力波动，从而造成牵引过程中介质偏离基准线。而单位面积上适当增加一定的张力可以消除部分褶皱及本身缺陷，使每个输上的横向偏差得到减弱。放卷速度与夹送辐牵引速度的变动有关，进而影响放卷张力，因此，张力与速度配合要同时进行。为达到这一目的，首先放卷需有阻

12、尼，防止放卷的惯性，其次，机械必须有主轴，主轴为速度基准。由232节可知，放卷结构采用后置放卷，料卷采用锥形顶头安装于机架上。放卷张力控制，代表性执行器为磁粉制动器、矢量电机、AC伺服电机，本次设计对放卷的张力要求并不高，因此可采用写真机中常用的扭力调节系统进行控制，降低成本，设计难度，并使结构简洁，结构示意如图215。图2-15扭力调节系统工作示意图放卷惯性调节是张力实现的第一步，张力大小的调整主要靠张力辑完成，从而使放卷轴以一定扭矩放卷，实现与牵引辐之间的张力变化。张力辐常用两种模式，即浮动式和压力式。浮动式张力调节模式如图2-16,两个固定导向辐和中间的浮动辐组成，浮动辐依靠自身重力和介

13、质的张力上下往复运动，从而调节放卷速度，进而改变张力。浮动辑的位置与放卷速度成一定线性关系，位置越低，放卷的速度越慢，当浮动辑在最高点时，放卷轴与夹送辑速度相同。固定轮固定辐=浮动辑图2.16浮动式张力调节模式压力式张力调节方式通过压力传感器直接控制放卷轴的放卷速度。压力式调节方式的控制精度相对较高，可靠性好，但控制系统复杂，需要有PID调节器、调速系统、驱动电机、张力检测器或位置检测器等。对比两种张力棍模式，浮动式张力辐结构简单，无需复杂控制模块，适应性好，压力式张力辐调节精度和可靠性有很大优势。小型裁切机由于传输距离短，张力造成的影响小，所以只需维持一定的张力，保持介质的舒展、防止跑偏即可

14、。因此，综合结构设计方面的要求，采用浮动式张力辑形式在结构、安装、效果、成本等方面是最佳方案。2.3.5 纠偏系统的方案分析2.3.5.1 介质跑偏原因分析跑偏是指纸张、薄膜等挠性介质在牵引过程中，因卷绕不齐、机器的机械振动或张力失调等因素DM,不能保持固定方向运行，偏离基准中心线的现象3刀。只有待裁切介质正确传送到裁切位置，才能裁切出所需要的产品，若传输时发生轴向方向的偏移，就会直接影响生产工艺的要求以及裁切的质量，从而导致不必要的经济损失，因此要及时纠正。引起跑偏的原因是多样的，但最根本的原因为介质与辐子之间的横向摩擦力大于横向扰动力。对跑偏的产生原因进行研究有助于我们进行针对性改进，防止

15、跑偏的发生。引起跑偏的因素主要有以下几个：1） 辐子长期使用，致使单边磨损，辐面产生锥度。锥度越大，跑偏量越大。夹送辐下压量的不同造成的跑偏类似锥形辑作用，跑偏朝开口度大的一侧。2） 待裁切介质的两边厚薄不一。3） 2个输送辑的轴向不平行，造成介质的张力分布不均匀。跑偏量与辐间间距和角度相关。4） 辐的表面粗糙度不一或传感器的安装误差。导致跑偏的原因是多样的，并且影响有强有弱，但可针对跑偏的机理采取对应的措施，防止跑偏或者对跑偏做出纠正。由以上可知，虽然引起跑偏形式不一，但原理相同，即外界因素导致介质两边的拉扯力大小不同，从而导致一边传输速度快。针对跑偏原理，可对传输过程中的辐组等结构进行改进，补偿两端拉力。2.352 纠偏系统方案一锥形辐，两端的受力不均，导致介质向一侧滑动，但若将辐面设计成两端均有一定的锥度，可有一定纠偏作用，具