机械毕业设计388变尺寸要求纸张裁剪机设计 说明书Word格式.docx

机械毕业设计388变尺寸要求纸张裁剪机设计 说明书Word格式.docx

《机械毕业设计388变尺寸要求纸张裁剪机设计 说明书Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计388变尺寸要求纸张裁剪机设计 说明书Word格式.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第四章．零部件设计25

4.1纵向裁纸机构零件尺寸的设计25

4.1.1轴的设计25

4.1.2电动机功率选择：

27

4.1.3刀具设计：

4.1.5仪器仪表滚动轴承的选择29

4.2横向裁纸机构零件尺寸的设计29

4.2.1丝杠设计29

4.2.2光杠设计31

4.2.3滑块的尺寸设计31

4.2.4横向滚刀设计32

4.2.5滚动轴承的选择33

4.3控制装置、底板和外壳结构尺寸的设计33

4.3.1外壳、垫板的设计33

4.3.2压板的设计36

4.3.3盖板的设计36

第五章．其他.......................................38

5.1技术经济性分析......................................38

参考文献40

致谢41

第一章．前言

1.1纸张裁剪机的简介

纸张裁剪机是一种纸张加工设备，主要用于造纸厂单张纸型纸的加工和印刷企业印刷品的整形加工，蜂窝包装纸板产生以后，也要用到纸张裁剪机切制纸蜂窝芯。

近年来，制卡业发展强劲，纸张裁剪机在这个领域也有广阔的市场。

另外，纸张裁剪机应用于非纸类加工，如PS版、皮革、硬塑料等材料的裁切。

纸张裁剪机是一种通用设备，应用范围极其广泛，在印刷业中，除部分三印企业外，几乎每个印刷企业都要配置纸张裁剪机，因此纸张裁剪机在印刷机械产品中占重要的地位。

在印刷机械产品家族中，年销售量最大的是小型平版印刷机，第二是纸张裁剪机，它在印刷企业中是必备设备之一。

同时，纸张裁剪机又是印后主要设备之一，虽然大批量的书刊整形已由三面切书机取代，大批量的包装产品的由成型模切机、柔性版印刷生产线、瓦楞纸印刷模切开槽机完成。

大量的印大切小产品，如商标、不干胶贴片、卡片及中小型印刷企业对小批量印刷产品，用纸张裁剪机对印品加工是投入少，收效快的一种选择，更何况在企业仅纸张尺寸变换、产品的形状变换就需要常备纸张裁剪机。

随着科技水平的提高，纸张裁剪机的自动化水平提高很快，液压、程控、计算机控制的纸张裁剪机已占市场主流。

1.2纸张裁剪机国内外情况介绍

1.2.1国内情况

国内制造纸张裁剪机的厂家约34家。

主要企业有上海申威达、长春印机、四川中江、甘肃平凉普业、山东荷泽生建、浙江嘉路等纸张裁剪机厂。

2001年十家纸张裁剪机厂统计，共销售纸张裁剪机2703台，完成销售额2.84亿元，2002年七家企业统计，共销售纸张裁剪机2484台，完成销售额2.18亿元。

主要纸张裁剪机规格有420mm、580mm、650mm、760mm、780mm、920mm、1150mm、1250mm、I300mm、1370mm、1550mm、1660mm、1860mm、2200mm等14种规格。

1.2.2进口情况

由于我国印刷业飞速发展，每年印刷机械进口量居高不下，纸张裁剪机的进口额也处于增长趋势。

2001年进口纸张裁剪机3395台，支付外汇4464万美元。

按进口额排序第一德国，进口731台1098万美元。

2002年进口切纸机2134台，支付外汇5995万美元。

进口德国616台1930万美元。

世界知名企业主要有波拉、沃伦贝格、白发达、唯索普等等。

1.3纸张裁剪机市场前景

纸张裁剪机有较好的市场前景，主要表现在四个方面：

1）印刷厂现配备的纸张裁剪机，大都是在印刷业大发展的八、九十年代，那时国产的纸张裁剪机主要是机械式，主要存在问题，一是没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置，精度低，不能满足高档印品裁切的要求。

二是机械式纸张裁剪机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠，容易出工伤事故。

三是自动化水平低，没有自动送纸机构，劳动强度大，生产效率低下。

这一大批设备需要逐步更新换代。

2）2002年7月1日国家经贸委发布“第三批淘汰落后生产能力、工艺和设备目录”，明令2003年底禁止生产、使用老式机械式纸张裁剪机。

国家新闻出版总署的《印刷业管理条例》和相应的规定中，也不把淘汰设备计算在印刷厂必备条件内，这样就增加了中高档纸张裁剪机市场。

当然，淘汰落后设备政策的具体落实还有一定的难度，应该制定具体措施，使其尽快退出市场。

3）我国印刷品消费水平与世界发达国家和世界平均水平都有相当大的差距。

改革开放以来，印刷业发展迅速，印刷企业从2001年印刷业整顿后的15万家，增长到2002年《印刷业管理条例》颁布后的16万家，印刷企业随市场经济发展，将保持继续增长趋势，纸张裁剪机将保持快速增长。

2000年印机行业统计销售额达到50亿元，按行业发展规划2010年印刷机械销售额将达到100亿元，印刷机械销售额将翻一番，纸张裁剪机市场增长是必然趋势。

4）纸张裁剪机进口量较大，出口量较少，如果通过国内企业的努力，在提高产品质量和技术水平上下功夫，通过资产重组，改变当前分散经营，企业成本过高的情况，努力改变多年来进出口反差过大的现状，纸张裁剪机将增大至少30-40％的市场空间。

1.4纸张裁剪机的发展趋势

根据各个行业的发展需求，纸张裁剪机在市场上有很大的发展前景。

但是目前市场上的纸张裁剪机，无论采用模切、直刃还是滚刀都是固定尺寸、单向走刀方式，而市场要求产品结构及尺寸紧跟时代变化，产品的商标、广告尺寸应与产品的外形结构尺寸相协调。

所以纸张裁剪机械应顺应产品尺寸变化的要求，适应柔性加工，向着可变更尺寸、多方向走刀的趋势发展。

第二章．可调尺寸纸张裁剪机原理方案的设计

2.1现有纸张裁剪机的结构原理分析

2.1.1模切机

模切机有圆压平、平压平、圆压圆三种机型，目前应用量最大的是平压平机型。

平压平模切机又分为立式平压平和卧式平压平机型，而卧式平压平模切机是目前模切机最主要的机型。

无论哪种类型的模切机，其结构都是由模切版台和压切机构两大部分所组成。

卧式平压平模切机的模切版台和压切机构的形状都是平板状的。

模切版被固定在平整的版台上，被加工板料放在压板（下压盘）上。

卧式模切机结构由输料部分、模压部分、出料部分和排废部分等组成。

工作时，模切版台固定不动，压板通过连杆作用往复运动，使得版台与压板不断地离合压，每合压一次便实现一次模切。

图2.1卧式模切机结构

模切机具有结构简单、维修方便、便于操作、适合不同克重的板料、模切精确等优点，但是它的不足之处也是很明显的，例如对于剪裁的尺寸不可调节，只能剪切固定尺寸纸张；

它工作时需要有很大的压力，从而导致劳动强度大、生产效率低；

模切版台和压切机构长时间受压，容易磨损，寿命不长等等。

2.1.2直刃裁纸机

所谓直刃裁纸机，即直接用直刃裁刀对纸张进行直线裁剪。

根据裁纸刀的驱动方式的不同又分为以下几种情况。

（1）电机驱动式直刃裁纸机：

工作时，纸张位于工作台上，在张紧轮和平衡轮的作用下，直流电机带动偏心轮转动。

偏心轮下面连接连杆，通过桡性杆和摆杆，带动刀片做往复运动，从而对纸张进行裁剪。

直刃裁纸机的结构示意图如图2.2

1.直流电机　2.张紧轮　3.平衡轮　4.立柱　5.偏心轮6.连杆　7.摆杆　

8.桡性杆　9.刀片　10.转角齿轮副11.转角电机　12.抬刀汽缸　

3.磨刀机构　14.校偏机构　15.裁剪纸张　16.工作台

图2.2直刃裁纸机的结构示意图

直刃裁纸机的结构简单，裁剪快速，操作方便。

但是裁剪范围有限，对于双向纸张必须分两次裁剪才能完成：

而且设备庞大，调整需要大量的时间；

成本高，效率低。

（2）连杆传动式直刃裁纸机：

动作过程与电机驱动式直刃裁纸机基本相同。

结构示意图如图2.3所示。

连杆传动式直刃裁纸机承载能力大,易润滑,摩擦小，寿命长。

自身能实现力的封闭，不像凸轮要弹簧等配件，能实现多种运动规律和运动轨迹。

但是惯性力难平衡（低速）,设计复杂，积累误差（空隙）,效率低，有急回现象存在。

1、齿轮2、槽轮3、直刃切刀4、电机5、减速器6、传送带7、凸轮

图2.3连杆传动式直刃裁纸机结构示意图

（3）液压与气压传动式直刃裁纸机：

在同等的体积下,液压与气压执行装置能比电气执行装置产生出更大的动力;

体积小、重量轻、结构紧凑。

执行装置的工作比较平稳,由于重量轻、惯性小、反应快,易于实现快速启动,自动和频繁的换向。

传动容易实现自动化,能实现较复杂的顺序动作和远程控制。

但是液压与气压传动不能保证严格的传动比，在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失,泄漏损失）。

液压与气压传动的工作稳定性容易受到温度变化的影响。

为了减少泄漏,元件在制造精度上的要求都比较高,因此它的造价较贵,纸张对油液的污染比较敏感。

（4）电磁铁吸附式直刃裁纸机：

核心动力结构示意图如图2.4。

电磁铁吸附式直刃裁纸机磁场连续可调、连续性较好。

但是磁场稳定性不易保证，而且利用电磁铁的吸附力控制刀具切割纸张，也不容易切断纸张，效率不高。

图2.4电磁铁吸附式直刃裁纸机核心动力结构示意图

2.1.3滚刀裁剪机

滚刀裁剪机采用了全封闭式调速可逆电机和圆柱型滚刀。

结构如图2.5所示，主要由电机、圆柱型滚刀、刀架、齿轮、导向齿、电机支架，底盘、外壳等组成。

裁剪部分为两个相互啮合的圆柱型滚刀。

图2.5滚刀裁剪机结构图

该裁剪机的优点为剪裁快速准确，切口小，宽窄均匀，且操作简单，实用、方便。

但是任然是单方向性的，对于双向剪裁，仍然需要两次，延长了加工时间，同时工作效率也大大降低。

2.2可调尺寸纸张裁剪机原理方案的设计

本课题的设计任务为：

设计一种剪裁尺寸可调、结构简单、动作简洁、高效率、高质量的纸张裁剪机。

本课题研究的产品目前市场上没有此类产品，属于开发性产品设计。

本课题所设计的纸张裁剪机可以剪裁变化尺寸要求的纸张，但是为了便于说明，举一有固定尺寸要求的例子。

本例为：

要求将A4的纸张剪裁成12张45*100的纸片。

具体尺寸示意图如图2.6所示。

实现的功能主要是横向剪裁和纵向剪裁一起进行，同时剪裁尺寸可以调节。

要实现横向剪裁和纵向剪裁一起进行，则首先要明确横向剪裁机构和纵向剪裁机构的结构、动作原理，其次要考虑横向剪裁机构和纵向剪裁机构的位置关系以及运动动作和先后顺序。

要实现剪裁尺寸可以调节的功能，首先要考虑圆柱型滚刀的安装方式，其次要弄清楚剪裁的顺序和时间上的控制。

通过调研、查阅资料分析，完成可调尺寸纸张裁剪机原理方案的开发设计，见图2.7所示。

图2.6裁剪实例纸张尺寸图

2.2.1零部件功能原理分析：

1、纵向切纸滚刀：

采用双轴安装上下圆形主副刀对滚来剪裁纸张。

主动电机带动主切刀转动，并通过轴上的橡胶轮与纸张产生的摩擦力带动纸张向前输送移动；

同时主动轴上的啮合传动齿轮带动副切刀同速转动，完成切纸工作。

1、纵向滚切刀2、纵向传动齿轮3、纵向传动电机4、横向传动齿轮

5、横向传动齿轮6、压板7、限位开关8、横向切刀9、滑块

10、光杠11、丝杠

图2.7原理方案设计结构简图

2、纵向传动齿轮：

采用相同模数的两个齿轮，齿轮啮合转动带动轴同速转动，圆形主副刀也以相同的速度转动对滚，从而达到纵向剪裁纸张的目的。

由于电机的转动速度一定，通过调节啮合齿轮的模数来调节滚刀转动的速度，从而满足切纸的速度要求。

3、纵向传动电机：

带动齿轮5转动，间接带动轴转动。

4、横向传动齿轮：

同2

5、横向传动电机：

同3

6、压板：

在圆形滚刀剪切纸张的时候，用来固定纸张的位置，不让其移动，以便保证剪切的质量。

7、光敏开关：

用来控制电机、纸张相互协调动作。

8、横向切纸滚刀：

横切刀采用圆形滚刀。

由电机带动丝杠旋转，丝杠中穿插一个带螺纹的滑块，通过光杆的限制，滑块只向前做直线运动而不旋转。

圆形滚刀安在滑块上，由于与纸张有摩擦，滚刀做横向滚切，完成对纸张的横向剪裁。

9、滑块：

用来带动圆形滚刀13作前后进给运动。

10、光杠：

导向的作用，使滑块不随丝杠转动，只随光杠作前后的进给运动。

11、丝杠：

通过丝杠的转动来带动滑块向前旋转移动。

2.2.2运动原理分析：

如图2.7原理方案设计结构简图所示：

①开动开关1，将待裁纸放入裁纸机中，纵向圆柱形裁纸刀转动，带动纸张前移，同时完成纵向裁纸；

②纸张通过限位开关2时，限位开关2、开关1断电、纵向裁纸刀停止转动，开关2接通、横向裁纸电机正向转动，带动横向裁纸刀移动完成横向裁纸动作（由A位置至B位置），③开关2断电、开关1接通，纵向裁纸刀转动，带动纸张前移，同时完成纵向裁纸；

④纸张通过限位开关1时（此时限位开关2断电），电磁铁1接通，带动压紧条转动压紧纸、开关1断电，纵向裁纸停止，开关3接通、横向裁纸电机反向转动，带动横向裁纸刀移动完成横向裁纸动作（由B位置至A位置）；

⑤纸张自动滑落、计数器计数、电磁铁1断电、压紧条松开；

⑥开关1接通，纵向裁纸刀转动，带动纸张前移，同时完成纵向裁纸；

⑦重复④⑤⑥动作；

⑧计数器完成设定值，返回①重新开始。

详细见图2.8运动原理PLC控制流程图。

图2.8运动原理PLC控制流程图

2.2.3总结分析：

这种纸张裁剪机采用纵横双向剪裁，动作简单有效，缩短工作时间，提高效率。

对于不同尺寸要求的纸张的剪裁，可以通过对滚刀的更换来调节，非常方便。

满足了当代市场的需求，有相当大的发展空间。

第三章．可调尺寸纸张裁剪机结构尺寸的设计

在对设计任务进行仔细研究后，将设计任务分为纵向裁纸机构的设计、横向裁纸机构的设计、控制装置及底板外壳的设计三个部分进行设计。

3.1纵向裁纸机构设计

3.1.1纵向裁纸刀的结构设计

考虑到生产中是对纸的剪裁，所以要求刀具准确、快速、动作简单等特点。

而且刀具的剪裁过程是一个摩擦切削的过程，在摩擦中必定会产生热量以及对刀具产生磨损。

考虑到以上的因素，纵向裁纸刀结构采用两个直径相同、相互啮合的圆柱型滚刀。

纵向裁纸刀结构示意图如图3.1所示。

两个圆柱型滚刀，上刀为凹刀，下刀为凸刀，在刀尖有一定啮合深度。

两个滚刀半径相同，机构基本一致，剪裁纸张时两个滚刀以相同的速度转动，在与滚刀的啮合处产生对纸张的剪切力，滚刀向不同的方向转动，纸张从中间通过从而被剪切开。

图3.1纵向裁纸刀结构示意图

在裁剪过程中要求纵向裁纸刀以相同的速度，不同的方向转动。

所以，我们采用将纵向裁纸刀固定在两根主轴上，主轴一端装有两个完全相同的齿轮，并且齿轮的齿根圆半径与纵向裁纸刀的半径相同，这样就保证了纵向裁纸刀与齿轮同时啮和。

由电机带动下齿轮转动，通过两个啮合的齿轮带动主轴转动，从而带动纵向裁纸刀以相同的速度，不同的方向转动，实现对纸张的裁剪。

结构示意图如图3.2所示。

3.1.2纵向裁纸刀的安装设计

由于本课题设计的是可变尺寸要求的纸张裁剪机，所以在裁纸刀的安装问题上必须给予充分的考虑。

对于可变尺寸要求，在纵向剪裁中主要体现在以下两个方面：

纸片与所裁剪纸张间的纵向距离、以及纸片与纸片间的纵向距离（即裁剪纸张后废料的尺寸），纸片的纵向尺寸（即所需成品的尺寸大小）。

另外，对于多个纸张的排布，合理充分的利用纸张资源，提高生产经济效率也是有一定的要求的。

具体的安装设计，我们举本课题的实例来具体说明。

图3.2纵向裁纸刀主轴结构示意图

对于第一个方面，由裁剪实例纸张尺寸图可以看出，纸张纵向间距即刀具纵向裁剪的距离分别为：

3mm、4mm、3mm。

考虑到需要满足大批量裁剪纸张，以及纸张裁剪机的动作次数对裁剪生产率的直接影响，本课题所采用的刀具为有固定的间隙。

根据纸张可变尺寸裁剪要求也可以生产出不同间距的滚刀，因为是大批量裁剪，在经济效率上来说还是比较可取的。

对于第二个方面，根据要求的不同，纸片的纵向尺寸也相应的不同，这就涉及到滚刀与滚刀间的距离的问题。

由于多个滚刀靠一个主轴来带动，而纵向尺寸要求可变，所以我们设计成纵向裁纸刀在主轴上可以根据尺寸随意移动。

我们设计采用的主轴，在轴上带有精确的尺寸刻度（刻度略），并且在主轴上有一个凹槽。

纵向裁纸刀刀刃的一侧有紧固螺钉孔，通过紧固螺钉，根据不同的尺寸要求，将滚刀固定到所需的位置。

如图3.3所示：

另外，对于尺寸要求特殊的纸张裁剪，如：

排版剩余过多、废料尺寸太大等等，在考虑制作特殊纵向滚刀的经济效率、纵向滚刀尺寸的合理性等因素下，视具体情况而定。

图3.3纵向滚刀安装示意图

3.2横向裁纸机构设计

3.2.1横向裁纸刀的结构设计

由于剪裁动作以及原理与纵向裁纸刀基本上相同，所以我们所设计的横向裁纸刀的结构与纵向裁纸刀类似。

采用单个圆柱形滚刀，由滑块带动，刀刃与垫板接触。

滑块横向运动，带动圆柱形滚刀横向运动，在运动过程中由于与垫块接触摩擦产生作用力，则圆柱形滚刀的横向运动变成横向滚动，在滚动中裁剪纸张。

这样，剪裁纸张的刀刃为一个圆周，相对于直刀的剪裁，极大地减小了磨损，增加了刀具的寿命。

横向裁纸刀以及滑块结构示意图如图3.4所示：

图3.4横向裁纸刀及滑块结构示意图

纸张要横向裁剪，必须要求横向裁纸刀做横向滚动，即带动滚刀运动的滑块进行横向运动。

所以，在本课题设计中，我们采用一个丝杠和一个光杆来带动滑块运动。

通过电机带动齿轮转动，从而带动丝杠转动，丝杠与滑块通过螺纹配合，这样丝杠就带动滑块横向旋转运动。

此时滑块中再穿一个光杠，就限制了滑块的转动。

这样，通过丝杠和光杆这样简单的机构，滑块就可以进行横向直线运动，从而带动横向裁纸刀滚动，实现对纸张的横向裁剪了。

横向裁纸刀总体结构示意图如图3.5所示：

图3.5横向裁纸刀总体结构示意图

3.2.2横向裁纸刀的安装设计

与纵向裁纸刀的安装类似，对于可变尺寸要求，在横向剪裁中也是相同的两个方面需要注意：

纸片与所裁剪纸张间的横向