大学毕业设计横切机全文.docx
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大学毕业设计横切机全文
摘要
本次的设计是数控螺旋刀横切机的机械设计,横切机是瓦楞纸板生产线中的一个重要的环节,该设备主要用于纸板的横向裁切,根据瓦楞纸扳的造纸速度来确定横切机刀辊的转速和刀刃的线速度,达到准确的定长剪刀目的。
由电脑控制的数控螺旋刀横切机在机械结构上比传统的机械式横切机简单，但性能却超出了机械式横切机。
在全面了解传统横切机的结构和原理后，发现其存在的问题。
为了解决这些问题，对瓦楞纸板生产工艺、横切机刀辊、横切的传动结构的和齿轮调整的参数等关键技术进行了解和分析研究，利用思维扩展和逆向思维等创新方法对数控横切机的结构和原理上进行创新。
该电脑横切机主要有以下四个重点：
一、设计中数控螺旋刀横切机采用的点切式的切纸方式；二、利用H型块进行齿轮间隙调整；三、利用无键联接方式调整刀辊与传动齿轮的周向相位；四、利用电脑控制横切机的传动。
关键词：
横切机、螺旋刀、点切、无键联接、齿轮间隙补偿装置
Abstact
ThistextistheNCspiralknifetransversecuttingmachinedesign.Thetransversecuttingmachineisoneofthemostimportantpartofthecorrugatedboardproductionline.Thisequipmentismainlyusesinthecardboardcutting,pullsthepapermakingspeeddefinitetransversecuttingmachinekniferollerrotationalspeedandtheknifeedgelinespeedaccordingtothecorrugatedpaper,achievedaccuratedecidesthelongscissorsgoal.
InthestructuretheNCspiralknifetransversecuttingmachinewhichcontrolsbycomputerissimplerthanthetraditionalmechanicaltypecuttingmachine,butitperformansemuchbetterthanthemechanicaltype.
AfterwecomprehendtheconstructionandprincipleofthemodernTransversecuttingmachine,wefindoutthattherearesomedrawbacksofthemodernTransversecuttingmachine.InordertosettlethedrawbacksofthemodernTransversecuttingmachine,wedependonthetypeofthecorrugatedboardproductionlinetechnologyandThekniferollofTransversecuttingmachine,afterthat,wedesigntoimprovetheconstructionandprincipleofransversecuttingmachineagain.TheTransversecuttingtransmissionstructureandothermethodstoimprovetheusualverticalransversecuttingmachine,andwedesignanewtheNCspiralknifetransversecuttingmachine.Therearefourinnovatingpointsinnewdesignedmachine.Itisdifferencefromtheusualverticalmillingmachine.ThefirstpointisthatTheNCspiralknifetransversecuttingmachineusesthespotcutting-likewaytocutpaper.ThesecondpointisthatMakesthegearclearanceadjustmentbyHblock.Thethirdpointisusednon-keyjointwayadjustmentkniferollandtransmissiongear'scircumferentialphase.ThefourthpointisthatUsingcomputercontroltransversecuttingmachinetransmission.
Keywords：
TransversecuttingmachineSpiralknifeThespotcutsKeylesscouplingGearclearancecompensationsystem
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1）设计（论文）
2）附件：
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3）其它
目录
目录3
序言4
第一章横切机的概述5
1.1瓦楞纸板机械5
1.1.1瓦楞纸板生产工艺的介绍5
1.1.2瓦楞纸板生产线6
1.2瓦楞纸板横切机8
1.2.1横切机介绍8
1.2.2横切机的发展11
第二章NC螺旋刀横切机的设计14
2.1设计任务要求14
2.2方案论述14
2.2.1上下刀辊的传动方案15
2.2.2动力选择19
第三章相关设计计算与校核21
3.1弹性联轴器的选型21
3.2齿轮的设计计算与校核21
3.2.1齿轮的设计21
3.2.2齿轮的强度校核22
3.3上下刀辊的设计计算23
3.3.1最小轴径的设计计算23
3.3.2刀辊的直径和长度的设计及轴承的选择24
3.4无键联接的设计及计算25
结语27
谢辞28
参考文献29
序言
我国是瓦楞纸板生产大国，据统计数据表明，2003年我国的瓦楞纸板产量已达158亿米，占世界的10％D3。
至十九世纪以来，美国人艾伯特·琼斯发明瓦楞纸用于包装，经历了一百多年的历史，现形成了一个现代化的包装行业和机械制造业。
百多年来，生产瓦楞纸板的设备有过几次大的变革，而其工艺流程基本没有变。
这就决定了世界各国厂家制造的瓦楞纸板生产线设备，其原理、系统组成、单机结构均大同小异。
按其担负的工艺要求分析任何厂家的设备就能看出该设备的先进性与合理性。
二十世纪七十年代末，由于世界上电子技术的广泛应用，高度自动化瓦楞纸板生产线也无例外。
美国的“S&S”机械制造公司首先研制成功电脑控制横切机，切断长度精度为+1毫米，使高度自动化的瓦楞纸板生产线的生产速度达到了250米／分，同时，实现了接纸、调刀、换规数字显示、检测电脑集中控制，陆续有了一批专门生产瓦楞纸镇生产线机器专业工厂，如：
日本的三菱、内田、后腾、矾轮、市川；美国的兰斯顿、柯波尔公司、“S&S”机械公司，英国的西蒙公司；莫林公司；意大利的阿格纳蒂、甘多斯公司；德国的BHS公司、彼得公司；法国的马丁公司，荷兰的塞柯荷兰公司，安德逊——韦兰公司；瑞土的Bobst。
而近年来我国经济一直保持高速增长的态势，特别是在食品、饮料、电器和玩具等轻工业市场的内需和出口的迅猛发展，促使与其相关的包装行业也有很快的发展。
瓦楞纸板箱在包装领域里占相当大的比重。
随着中国加入世贸组织（WTO）及世界包装组织将亚洲包装产业中心确立于中国，使中国纸品包装业进入众所瞩目的阶段，无论是供方市场的成熟度还是需方客户在质与量方面所提出的要求，均使投入该行业里的企业数量及其资金愈来愈多。
由于瓦楞纸板的价格低廉，张力及硬度又适中，故大部份的产业都选择以瓦楞纸产品作为其最终产品的内衬垫材或外包装。
随着各行业的物流包装发展，对瓦楞纸板需求量更是与日俱增，使瓦楞纸板在整个包装行业占重要一席。
基于上述种种因素，瓦楞纸板生产设备在往后几年内无论是旧设备改装或新机型开发都会蓬勃发展。
其中,横切机是瓦楞纸板生产线的重要单机,主要完成分切压痕机输送的纸板在纸板运动方向的横向剪切。
传统的直刀横切机剪切力较大,剪切纸板的板边发毛,剪切精度差,对后道印刷工序会产生不良的影响,为此研制开发一种能够配套于瓦楞纸板生产线的新型横切机已经成为摆在科研工作者面临急需解决的实际问题。
因此，针对现在的情况，这次的设计思想主要是：
利用点切式切纸的原理，对电脑横切机的机械结构进行设计，采用螺旋刀的形式配合现在比较先进的伺服控制系统，在轮刀传动机构中采用无键联接的结构原理使横切机达到预定的工作要求。
第一章横切机的概述
1.1瓦楞纸板机械
1.1.1瓦楞纸板生产工艺的介绍
瓦楞纸板生产工艺是指用一套连续的机械生产瓦楞纸板，一般有瓦楞纸板生产线和老瓦裱工艺中使用的单机生产设备。
也可采用单面瓦楞纸板生产先生产出单面瓦楞纸板后再采用老裱糊工艺制成三层或五层瓦楞纸板。
由于采用的工艺不同，所选设备不同，其工艺过程也各不相同。
而老工艺是属于淘汰的半机械化的手工操作工艺，下面仅作一些简单的介绍。
瓦楞纸板加工老工艺一般采用五道工序进行：
卷筒纸——裁切——平张切纸——手工拼纸——箱面印刷——压楞——上胶裱制——纸板。
整个工艺非常简单，所用设备也很少，由于大量的手工操作。
劳动强度大，效率低，且纸箱的档次也低。
1.卷筒纸裁切工序：
根据纸箱规格的大小（通常是几种规格拼在一起），把卷筒纸切成面纸、里纸和无楞原纸所需的大小，切纸机一般采用单辊刀式切纸机，当加工的卷筒纸净重较高时（300g/m
以上）一般依次只能裁切两个纸卷；若净重较低的卷筒纸（180g/m
）时，一次能裁切四个纸卷。
2.平张切纸工序：
该工序把上面裁切好的面纸、瓦楞原纸湖里纸按生产同志一单进行开料，做到尺寸准确，合理套裁，拼界恰当，充分利用原材料，并且保证瓦楞纸板的质量：
一般在闸刀式切纸机上进行切纸时先放下压纸器压实纸叠，然后下降切纸刀，在纸叠被进一步压紧过程中将纸切开。
3.拼接工序：
将上道工序切开后的边料进行合理拼接，供压楞和裱制工序中里纸、芯纸及瓦楞纸使用。
该工序为手工操作，目的是提高纸张的利用率，降低损耗。
尽管该工序是手工操作，但这是纸箱厂为降低生产成本而设置的非常重要的一个环节。
为保证拼接质量，还要求保持纸张纤维的丝流方向一致。
若纸箱是用胶带封口的，则距封口45mm内可允许有接缝（宽度为70mm的胶带封口时会遮盖接缝），但仅限底盖；内销纸箱面纸允许有一处接缝，但不得在印有图案花纹处，外销箱不允许有接缝。
纸箱内部不得超过二次拼接（会影响强度），里纸拼接处要求离开摇盖线30mm，否则接口处易出现脱胶爆裂现象，影响纸箱质量；瓦楞原纸的拼接不得超过二接一拼。
4.印刷工序：
将裁切好的面纸印上文字图案花纹，使纸箱表面清楚地显示箱内商品的名称、制造厂商品及商标等标志，不仅能起美观防潮作用，而且也是商品的宣传广告，既美化商品又扩大企业的知名度。
一般采用胶版印刷，过去采用油性油墨，现在基本上采用水性油墨，有的还在箱面上涂以防潮油，老工艺中也有用手工刷油方式。
5.压裱工序：
压裱工序是压楞和裱糊两道工序组合而成的，也是老工艺中的关键工序。
把已裁切瓦楞原纸堆叠在瓦楞机工作台上，印刷好的面纸和裁切好的里纸放在上胶机后侧。
操作时轧楞工把瓦楞原纸一张张顺序送入已被加热的上、下瓦楞辊中间，轧制成定型的瓦楞纸，经过纵向传送带并触及转换开关传送带即改为横向传递，然后进入胶水机，通过上下上胶辊使瓦楞的上下楞峰都涂上适量的粘和剂，上胶机后面的裱纸工顺手接住从胶水机中出来的瓦楞纸，夹放在早已准备好的面纸和里纸的中间。
配页工不断地传送已配置好的里纸、面纸，裱纸工不停地往返操作，这样就可不停地加工成一张张三层瓦楞纸板。
若要加工五层纸板，只要把瓦裱工序重复依次即可。
以上是老式瓦楞纸板生产工艺,随着各种技术的进步和各类型的能连续制造瓦楞纸箱机械的引进和研制,我国瓦楞纸板业有了高速发展。
一些先进的瓦楞纸板生产工艺也运用而生,下节将介绍先进的瓦楞纸板生产线的情况。
1.1.2瓦楞纸板生产线
瓦楞纸板生产线是由连续式的机械组成,大部分机械是卷筒型和分切型组成。
瓦楞纸板生产线用于三层、五层或七层瓦楞纸板的生产。
三层瓦楞纸板由一张呈波浪形的瓦楞芯纸外粘一张面纸、内粘一张里纸所组成，一般外面的面纸质量、净重比里纸要好。
而五层瓦楞纸板则由二张瓦楞芯纸、二张里纸和一在张面纸组成。
七层瓦楞纸板依次类推，所以五层瓦楞纸板又称双面双瓦楞纸板，简称双层瓦楞纸板，七层瓦楞纸板又称三层瓦楞纸板，而三层瓦楞纸板又称双面（单）瓦楞纸板，仅由一张面纸和一张瓦楞芯纸粘合而成的二层纸板又称单面瓦楞纸板。
生产这种纸板的机器称为单面瓦楞纸板生产线，简称单面机。
另外生产线中还有双面瓦楞纸板机,这种纸板机是使单面瓦楞纸板和箱板纸紧密贴合的同时,经过加热加工成单瓦楞（三层）纸板或双瓦楞纸板或七层瓦楞,然后送入分纸压线机,然后进入多部加工成型。
表1-1为三层、五层、七层纸板生产线各单机的组成。
各种单机又可根据纸卷的门幅分为1200mm、1600mm、1800mm、2000mm、2200mm、2500mm等。
对瓦楞机来说，按其楞型又可分为A、B、C、BC、D（BC、D型为非国标）、E、K（K型为超大型瓦楞）型等。
除部分单机采用电脑控制外，整个生产线也用电脑控制。
表1-1中所列的各单机的数量并不是一成不变的，为了减少设备投资，许多纸箱厂对上述生产线进行了简化，以三层纸板生产线为例，在面纸的输送中采用了只有一组摆臂装置组成的防纸架（一般放纸架有二组摆臂装置）；而后面一台放纸架中,前面
一组摆臂装置供单面瓦楞机使用，后面一组摆臂装置供预热器使用，这样节约了一半
表1-1瓦楞纸板生产线各单机组成
序号
名称
三层
五层
七层
备注
1
放纸架
3
5
7
机械（有轴、无轴）、液压两种形式
2
预热器
1
2
3
3
单面瓦楞机
1
2
3
有导爪、无导爪两种
4
预处理器
1
2
3
5
桥架
1
1
1
6
上纸小车
6
10
14
7
多重预热器
1
1
1
三层为双重五层为三重七层为四重
8
裱糊机
1
1
1
三曾用一套五层用两套七层用三套
9
双面机
1
1
1
采用的平板加热器个数不同
10
加速器
1
仅七层线用
11
轮转切断机
1
1
大部分五层线不采用
12
废纸剔除机
1
1
1
13
纸边粉碎机
1
1
少数五层线不采用
14
纵切压痕机
1
2
2
分机械式、电脑式
15
分纸台
1
1
1
16
横切机
1
2
2
分机械式、电脑式
17
纸板输送机
1
1
1
18
堆积架
1
1
19
制糊装置
1
1
1
三层生产线较为简单
20
气动装置
1
1
1
空压机排气量或数量各不相同
21
输胶管道
1
1
1
输胶管道的数量、长度各不相同
22
供气装置
1
1
1
生产线与供气系统用量各不相同
23
总轴传动
1
1
1
生产线总轴传动功率不相同
放纸架，并且省去了轮转切断机，废纸剔除架简化或省去了分纸架、纸边粉碎机、纸板输送机、堆积机等辅助设备，从而降低了设备投资。
在有些小门幅的纸板生产线中，甚至省去了纵切机。
图1-2为简化后的三层瓦楞纸板生产县的一种形式，加热形式有蒸汽加热和电加热两种。
采用玉米淀粉作粘合剂，切纸结构新颖，范围大，误差小，适用于边远地区小型纸箱厂的使用。
图1-2简易三层瓦楞纸板生产线
1-放纸架（仅一组放纸装置）;2-瓦楞机;3-提升装置;4-桥架;5-预热器;6-裱糊机;
7-双面机;8-纵切机;9-横切机
除了上述三层纸板生产线外，众多小型纸箱厂广泛使用另一种生产线——单瓦楞纸板生产线，如图1-3所示，简称单面机。
主要由从上层左至下层右端依次由放纸架、单面瓦楞机、输送过桥、上胶机、粘合烘干机、分纸压线机、横切机、堆码机以及加热系统，制胶系统等主要设备组成。
不同型号和不同数量的设备可组成高、中、低不同档次的三、五、七层瓦楞纸板生产线。
横切机采用单切横切机;放纸架采用有轴放纸架;单面瓦楞机采用有导抓形式;动力有电加热方式,煤气加热方式和蒸汽加热方式。
图1-3单瓦楞生产线示意图
1.2瓦楞纸板横切机
1.2.1横切机介绍
横切机（又称双辊刀切纸机、双辊刀切断机）主要用于纸板的横向裁切，从分切压痕机过来的纸板在纵向（纸板运动方向）已被分切成二部分。
为了能同时裁切两种不同规格长度的纸板，一般生产线中采用二套裁切装置（二个机组）。
如下图1—4为双组横切机的结构形式，两台机组合并放置在生产线中，纵向过来的纸板被第一套裁切机构裁切后由下部接纸带输出，而第二部分纸板由第二套裁切机构裁切后经上部接纸带输出。
两台机组除合并放置外，也可隔开一段距离放置。
以方便操作人员的调整和维修。
在过去由于电器设备的发展局限型,大部分横切机都是纯机械式,但是机械结构复杂,如双曲柄和无级变速机构,这些使机器安装复杂且效率不高。
下图1-4和1-5为机械横切机的外形图和结构图。
图1-4机械横切机外型示意图
图1—5横切机结构图
1一墙板；2一进纸辊；3一压纸装置；4一上刀辊；5一下刀辊；6一墙板
7一紧辊;8一调节辊；9一输送带；10一出纸装置
横切机除了常见的机械横切机外，还有电脑横切机。
也就是这次设计的任务。
从机械结构来说，电脑横切机比机械横切机要简单得多，但电器要复杂得多。
电脑横切机的切刀部分采用螺旋刀装置，也是设计的主要部分。
如图1-6和1-7为电脑横切机示意图和结构图。
1-6电脑横切机示意图
1-7电脑横切机结构图
1-传动系统2-输送带3-润滑系统4-主电机5-输送带电机
横切机主要由传动系统、上下刀辊、双曲柄机构、无级变速器等组成。
机械横切机动力源主要来自总轴，通过无级变速器及齿轮等带动驱动刀辊轴传送动力，改变无级变速器的速比可得到不同的转速输出，裁切不同长度的纸板。
电脑横切机电器主要由变压器、驱动部、裁切部及电脑控制等四部分组成。
配电箱包括主动力电源开关、驱动部控制回路电源开关、输送带电机控制开关、交流或直流伺服电机电源开关及电脑电源开关等电器元件。
变压器提供驱动部的动力电源。
驱动部接受电脑控制部发来的信号和指令、驱动直流或交流伺服电机，并控制输送带电机、冷却风机电机及油泵马达等，并设有过热保护装置。
裁切部在主电机、传感器、编码器作用下对纸板进行裁切。
电脑控制部接受编码器及其他电器的输入指令，感应纸板运行速度，经精确计算后控制主电机驱动裁切系统对纸板进行裁切。
电脑横切机的裁切长度可从500～9999mm范围内无级可调，恒速运行时，裁切精度可达0．5～1mm左右。
但在变速运行中精度不是很高。
1.2.2横切机的发展
1、老式的机械凸轮式瓦楞纸板横切机
早期由于瓦楞纸板前段生产机械的速度不是很快，且市场需求量较小，对品质上的要求也不太高，而且长度规格种类不多，对于横切机系统的要求能顺利的切出产品即可。
故普遍采用机械连杆带动不同凸轮来完成横切的动作，要切不同的长度就必须更换不同的凸轮机构，并借助经验来计算及反复调整轮刀的速度以保障切断面的品质。
但每台机器对于长度的变换，及送料的速度调节范围都有一定的限度，若切纸长短差异很大，则很可能就必须有二台或数台横切机才行，为此须付出的投资代价更高。
老式传统的机械连杆的装置，一般都由一台大马达作原动力，负责带动连杆上的所有负载，又因当时大多采用直刀作为刀辊的主要设计方式（因直刀的同步区域最小，设计凸轮较容易），而其在切纸的一瞬间所需要突发的扭力，以及带动凸轮时扭力发生的变化若过于激烈，将对于整部机械及马达速度的控制产生不良的影响，为增大惯量大多只能采用实心大径度的刀辊，以保证轮刀运行过程当中速度的稳定、及切纸的精度，大惯量的实心刀辊对此种机械式的横切机虽有必要，但因此也提高了马达的功率，若再想提高切纸速度，则马达的功率将需有更高的提升。
综上所述，此类横切机有如下特点及缺陷：
1）应用凸轮控制技术的刀辊横切机方式，在较熟练的技术经验支持下，能完成既定的运动方式，在一定切长调幅范围内也可获得一定的精度。
2）虽然每种机器对于切纸长度与进料速度允调一定范围，但若需经常变换生产不同规格产品时，必须切换不同的凸轮纽，费时而低效，无力适应多规格、小批量的柔性需求市场；况且为应付不同组合而必需添置许多备用的凸轮组，无疑也提高了整机投资。
3）对于板材越厚，纸质越硬，进纸速度愈快，切纸精度愈高的横切机，常用实心直刀辊是无法胜任其对瞬时冲击权力及速度骤变纳要求，最好的对策是采用空心螺旋刀辊，但限于凸轮设计及制造技术之瓶颈，螺旋刀又不适合采用凸轮
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