模切机工作台的设计论文本科论文.docx

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模切机工作台的设计论文本科论文

1前言

1.1模切机在经济发展中的作用及其发展简史

在众多印后设备品种中，我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平，其主要标志表现在以下几个方面：

一是模切机的进口额下降，出口额在不断提高[1]。

二是模切机的品种已经基本可以满足国内印刷包装业的生产需求。

全自动平压平模切机、圆压平模切机、圆压圆模切机、不干胶商标模切机、平压模切压痕机等主要的模切机产品现在我国均可以生产[1]。

三是全自动和半自动模切机的生产企业不断增加[1]。

1.2课题背景和意义

模切机是印后包装印刷品的主要设备，模切工艺是指用模切刀根据产品设计要求的图样组合成模切版，在压力作用下，将印刷品或其它板料，坯料轧切成所需形状和切痕的成型工艺，模切机就是用来进行印品模切压痕加工的设备。

模切机主要用于各种包装纸、包装箱印刷品的模切和压痕。

随着包装工业的迅速发展，纸盒包装由于其可回收性较好而受到各国环保部门的重视，模切机日渐显现出其巨大的市场价值，围绕模切机的研究工作也逐渐深入[2]。

模切机工作台主要完成模切机的送料工作，能够改善人工单张送纸，连续送纸保证纸板走正，不但能提高工作效率，而且大幅度降低人工劳动强度，又能降低废品率。

1.3模切机送纸工作台的作用

现代生活中人们对包装的要求越来越高，包装用品的加工也在朝着高速、经济、高质量的方向发展，对模切机及其相关的配套设备的要求也是越来越高。

模切机送纸工作台的设计、优化也是提高纸箱加工水平的一个重要方面，在包装纸加工生产中工作台起着重要作用。

1.3.1提高生产率

提高生产效率是模切机工作台的重要作用，如国内某些公司的送纸工作台的生产率可以达到10000张/小时，手工送纸是无法达到这个速度的。

1.3.2降低产品成本

机械送纸能够实现连续送纸，保证纸板运动走正，减少废品损耗，节约生产原料，使产品的生产成本降低。

1.3.3减少劳动力

机械代替人工能够有效的节约人力，增加操作的安全性，减少人力资源的开支，提高经济效益。

1.3.4提高产品质量

模切机工作台的设计精密度高，能保障产品的切口的整齐，外观美观，提高产品的质量，增强产品在市场销售中的竞争能力。

2模切机工作台设计的目的、内容、要求

2.1设计的目的

在当今世界，生产力发展水平的高低是评价一个国家发达程度的一个重要标准。

然而现代工业的发展情况的好坏将直接影响生产力水平的高低。

随着现代社会的不断发展，对生产力要求也在日新月异。

怎么适应社会发展，怎么提高生产效率，生产出高性能，结构简单，价格低廉的工业产品，已是摆在我们面前的严峻问题。

本次设计的主要目的是为平压平模切机设计一个送纸工作台，实现模切机的自动送纸，提高生产效率，降级成本，提高经济效益，提高生产力水平。

2.2设计的内容

模切机送纸机构工作台主要完成纸箱厂生产线的送纸工作，能够改善人工单张送纸，连续送纸保证纸板走正，不但能提高工作效率，而且大幅度降低人工劳动强度，又能降低废品率。

工作台主要由工作台面，传动装置，抽风吸紧机构，抬起机构等部分组成。

图2.1模切机送纸工作台的外观

如图2.1所示，将送来的纸片通过抽风机，吸附在工作台面上，由传动轴带动工作台下的胶皮滚子转动使纸片向模切机进给。

当纸片进给到模切机辊子处，被咬合的时候，由一端的传动轴带动凸轮机构将工作台的台板抬起，使纸片摆脱吸力，进入模切机进行模切加工。

根据要求设计工作台面，抬起机构和传动机构，选择合适的传动部件，并且完成必要的计算和校核。

完成装配图和主要零件图的绘制。

2.3设计的要求

1．模切速度可以达到6000张／小时，线速度可以达150米／分；

2．采用高速电机为动力源；

3.结构简单，容易制造；

4．操作、维护方便、安全可靠；

5．设计方案切实可行，可操作性强。

3总体方案的设计

3.1机构设计的选型原则

1．满足需要原则

要设计的产品应该大限度地满足用户需。

应在调查预测和分析市场需要的情况的基础上确定是否该进行这种产品的设计。

2．经济合理原则

所设计的机械产品应该机构先进，成本低，功能好、使用使用和维护方便，在产品的寿命周期内用最低的成本实现规定的功能，做到物美价廉。

3．可靠性原则

在规定使用条件和规定时间内，产品能完成规定功能的可靠程度高，即在产品的运行中不出现故障。

4．最优化设计

用优化设计方法，从几个能够达到设计目标的方案中选择出最好的方案。

5．标准化原则

要设计的机械产品规格参数应符合国家标准，零部件应能最大限度地与同类产品的零部件通用[3]。

3.2原动机选择原则

（1）分析工作机械的负载特性和要求。

包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布置和工作环境等[4]。

（2）分析原动机本身的机械特性。

包括原动机的功率、转矩、转速等特性，以及原动机所能适应的工作环境[5]。

（3）进行经济性比较。

当同时可以选用多种类型的原动机驱动时，经济性的分析是必不可少，包括能源的供应和消耗、原动机的制造、运行和维护成本的对比等。

根据上述原则选择电动机为原动机。

3.3传动方案的确定

工作台的设计方案有好多设计方向，大体上有以下三个：

1.送纸机构工作原理如图3.1所示，是采用的推板推纸原理。

机构为一个平面六杆机构，杆1的回转能够带动杆2左右摆动，3杆随杆2动而转动，再通过杆4带动推纸板运动，推纸板往复一次，推出纸堆最下层纸张，在纸张速度与辊筒线速度相同时纸张进入辊筒，以进行加工。

完成一次送纸过程

图3.1方案1送纸机构结构简图

2.供料系统的总体方案如图3.2。

该系统采用下部推出的纸板送料装置,该方案运送的纸板幅面大、厚实、挺括。

根据纸板的厚度可以调节可调闸门的位置，到一个适当的位置,模切板固定在可移动的工作台上。

用吸盘从储料仓的底部开口的部分吸住底层纸板以后沿箭头所示供送方向将纸板运送到模压辊下的模切位置,同时模切板也移动到相应位置,三者均到达指定位置以后开始模切。

在进行模切的同时吸盘始终吸住纸板并且与模切板一起完成模切过程,以防在模切的过程中纸板由于相对摩擦发生窜动。

模切过程结束以后吸盘与纸板脱离,取走成品、清理完废料后吸盘回到原位。

完成一个送纸过程[7]。

图3.2方案2纸板供送系统结构示意图

3.如图3.3所示要实现4根轴的同步运转，才能使纸板在行进中保持匀速。

采用同步带轮传动。

将1轴和2轴连接，3轴和4轴连接；然后在另端将1、3两轴连接到一个中间轮上，再从中间轮连接到提供动力的电机轴上，如图3-4所示。

实现动力的传动。

图3.3的凸轮转动能带动直角连杆，能够使抬板抬起，将被吸紧的纸板松开完成抬起跟送纸的过程

图3.3方案3工作台的结构简图

图3.4轴端传动示意图

综合分析以上三个方案，方案3最符合需求，选择方案3作为设计方案进行设计。

方案3中采用凸轮机构实现了间歇送纸，并且在工作效率方面，采用方案3的工作效率更高。

3.4本章小结

这一章主要对设计的原则进行说明，并对可行的方案进行了简单的介绍，最终确定总体方案。

4模切机共作台的工作原理

4.1模切机工作台的结构

模切机工作台的基本机构如图4.1所示

图4.1模切机的基本结构

4.2模切机工作台的工作原理

该机由工作台面、凸轮抬起机构、传动系统等组成。

通过电机将动力传到主动带轮上，由带轮带动中间轮，再由中间轮带动两个轴轮转动[7]。

在轴轮的另一侧，四根轴通过同步带连接（如图3.3所示），使的4根轴能够同步运转。

当工作台一端有纸板运来并与轴上的橡胶轮接触时，因风机吸风，依靠纸板与橡胶轮的摩擦，使纸板在工作台面前进。

当纸板接近到模切机进料口时，箱内的凸轮轴转动，恰好是抬板抬起。

吸力消失，纸板进入进料口，进行模切加工，完成一次送料过程。

5工作台的设计计算

5.1电机的选择

根据模切机工作台的工作地点和环境要求，并且根据在送纸过程中所受力很小，主要是靠摩擦力来实现纸板的运动。

但是对于转速的要求较高，，确定选取高速电机。

高速电机和高速电主轴是一种专门设计的三相高速感应电动机，其与变频器配合使用，可以使电动轴获得高速旋转，从而可以获得机构简化、体积小型化，同时由于采用高精度的轴系设计，可以使电动轴获得高速和高精度的运转，使其能够直接带动工具，实现对工件的精密加工。

根据要求查表选择电机型号SYS29-GSDJ，电机的基本参数：

基准转速r/min

18000

15000

12000

9000

6000

3000

最高转速r/min

18000

15000

12000

12000

9000

9000

功率范围Kw

0.3-5.5

0.3-5.5

0.22-15

0.15-15

0.15-15

1.5-3.7

精度等级径向跳动5μm轴向串动5μm

轴向力承受能力除承受径向力外，可承受大的轴向力

5.2同步轮的确定

5.2.1同步齿轮的简介

1.圆弧齿轮传动类型：

1）圆弧圆柱齿轮分单圆弧齿轮和双圆弧齿轮。

　2）单圆弧齿轮的接触线强度比同等条件下渐开线齿轮高，但弯曲强度比渐开线低。

3）圆弧齿轮主要采用软齿面或中硬齿面，采用硬齿面时一般用矮形齿[8]。

2.圆弧齿轮传动设计步骤：

1）简化设计。

主要是根据齿轮传动的传动比、输入转速、传动功率等条件，确定出齿轮的模数和中心距等主要参数。

若中心距、模数已知，可跳过这一步。

2）几何设计计算。

主要对齿轮的基本参数进行设计和计算，并对几何尺寸进行计算。

3）强度校核。

确定基本参数以后，进行精确的齿根弯曲强度和齿面接触强度的校核。

4）校核完成以后与要求进行比较，若不满足要求应该再返回重新选择

3.圆弧齿轮传动的特点：

1）圆弧齿轮传动试点啮合传动，值适用于斜齿轮，不能用于直齿轮。

2）相对曲率半径比渐开线大，接触强度比渐开线高。

3）对中心距变动的敏感性比渐开线大。

加工时，对切齿深度要求较高，不允许径向变位切削，并严格控制装配误差。

4.单圆弧齿轮传动

小齿轮的凸齿工作齿廓在节圆以外，齿廓圆心在节圆上；大齿轮的凹齿工作齿廓在节圆内，齿廓圆心略偏於节圆以外。

由於大齿轮的齿廓圆弧半径p2略大於小齿轮的齿廓半径p1，故当两齿廓转到K点，其公法线通过节点c时，齿便接触，旋即分离，但与它相邻的另一端面的齿廓随即接触，即两轮齿K1﹑K'1，K2﹑K'2﹑K3﹑K'3……各点依次沿嚙合线接触[9]。

因此，圆弧齿轮任一端面上凹﹑凸齿廓仅作瞬时嚙合。

一对新圆弧齿轮在理论上是瞬时点嚙合，故圆弧齿轮传动又常称为圆弧点嚙合齿轮传动。

轮齿经过磨合后，实际上齿廓能沿齿高有相当长的一段线接触。

圆弧齿轮传动的特点是：

（1）综合曲率半径比渐开线齿轮传动大很多，其接触强度比渐开线齿轮传动约高0.5～1.5倍；

（2）两轮齿沿嚙合线方向的滚动速度很大，齿面间易於形成油膜，传动效率较高，一般可达0.99～0.995；（3）圆弧齿轮沿齿高方向磨损均匀，且容易跑合；（4）圆弧齿轮无根切现象，故最小齿数可以少。

但圆弧齿轮对中心距﹑切齿深度和螺旋角的误差敏感性很大，这三项误差对承载能力影响较大，故圆弧齿轮对製造和安装精度要求较高。

此外，单圆弧齿轮轮齿弯曲强度较弱；切削同一模数的大、小齿轮，需用两把不同的滚刀[9]。

5.双圆弧齿轮传动

工作时，从一个端面看，先是主动轮齿的凹部推动从动轮齿的凸部，离开后，再以它的凸部推动对方的凹部，故双圆弧齿轮传动在理论上同时有两个接触点，经跑合后，这种传动实际上有两条接触线，因此可以实现多对齿和多点嚙合。

此外，由於其齿根厚度较大，双圆弧齿轮传动不仅承载能力比单圆弧齿轮传动约高30％以上，而且传动较平稳，振动和噪声较小，并且可用同一把滚刀加工相配对的两个齿轮。

因此。

高速重载时，双圆弧齿轮传动有取代单圆弧齿轮传动的趋向[9]。

表5.1圆弧齿同步带轮轮齿

槽型

节距pb

齿槽深hg

齿槽圆弧半径R

齿顶圆半角r1

齿槽宽s

两倍节顶距2δ

齿形角

3M

3

1.28

0.91

0.26~0.35

1.90

0.762

≈14°

5M

5

2.16

1.56

0.48~0.52

3.25

1.144

≈14°

8M

8

3.54

2.57

0.78~0.84

5.35

1.372

≈14°

14M

14

6.20

4.65

1.36~1.50

9.80

2.794

≈14°

20M

20

8.60

6.84

1.95~2.25

14.80

4.320

≈14°

表5.2同步带轮节距公差（单位mm）

外径

允许偏差

任意两相邻齿间

90°arc弧内约允差

≤25.40

0.03

0.05

＞25.40-50.80

0.03

0.08

＞50.80-101.60

0.03

0.10

＞101.60-117.80

0.03

0.13

＞117.80-304.80

0.03

0.15

＞304.80-508.00

0.03

0.18

＞508.00

0.03

0.20

表5.3同步带轮外径公差（单位mm）

带轮外径

公差

≤25.40

＞25.40-50.80

＞50.80-101.60

＞101.60-117.80

＞117.80-304.80

＞304.80-508.00

＞508.00

5.2.2同步齿轮的选型

纸板传送速v=150m/min，传送轴的半径r=15mm，传送轴上的传送橡胶轮的外径R=45mm。

图5.1AT10同步带功率表

所以传送轴的角速度：

（5.1）

选择梯型齿橡胶同步带AT10，根据图5.1同步带轮齿数定为20。

取带轮半径R=50mm，再根据表5.1、5.2、5.3确定节距公差和外径公差：

节距偏差相邻两齿间为0.03mm，90°arc弧内约允差0.08mm；

带轮外径公差为：

mm

5.3轴承的选择和校核

5.3.1轴端轴承的选择

在轴端选用的轴承主要起到减少摩擦损耗的作用，轴承受到较小的径向力和轴向力，可以忽略。

在选择时主要考虑经济因素。

选择深沟球轴承，查表确定轴承的型号为深沟球轴承6006。

5.3.2轴端轴承的校核

工作台运送纸板，主要依靠摩擦力，因纸板较轻，所需摩擦力较小。

估计所受径向Fr=200N

轴承的当量动载荷：

（5.2）

轴承的额定动载荷：

Cr=13.2kN

轴承的基本寿命:

（5.3）

式中参数：

n=3333.3（r/min）

带入求得:

（h）（5.4）

（h）（5.5）

所以算选轴承满足要求。

5.4凸轮轴承的选择

5.4.1凸轮轴承的简介

凸轮轴承又叫做滚针凸轮导向器（如图5.2所示），它是结构紧凑、具有高度刚性的带轴的轴承。

在凸轮机构或直线运动中可作为导向滚轮使用[9]。

由于其外圈在与配合面直接接触同时作旋转运动,此产品以厚壁构造,在设计上能承受冲击负荷。

另外，在外圈内部,装有带精密保持器的滚针，从而可防止产品侧倒,实现了优异的旋转性能，并且能够承受高速旋转。

图5.2滚针凸轮导向器CF···UU—A型的结构

外圈外表面形状分为球面形和圆柱形。

球面外圈易于吸收轴中心的变形，有助于减轻偏置负荷。

滚针凸轮导向器应用范围广泛,例如自动机床、专用机床以及运载系统的凸轮机构、传输装置、书籍装订机、加工中心机的刀具交换装置、旋装工作台、自动喷涂机和自动仓库的滑动叉车等[11]。

1.使用

（1）各部分拆卸后可能导致异物的进入或者对各部分的组装精度造成不利影响,请勿自行拆卸。

（2）滚针凸轮导向器落下或敲击可能造成破损,请加以注意。

此外，如果受到外力撞击，则即使外观看不出破损也可能造成功能的损失,也请加以注意[12]。

2．润滑

（1）某些类型的滚针凸轮导向器未注入油脂,这取决于其尺寸以及是否装有密封挡板。

请仔细参阅产品使用说明书。

如果使用的型号未注入油脂,请在使用前适量注入油脂。

标准使用锂皂基润滑脂2号。

（但对于CFN型使用THK制AFC油脂。

）

（2）请避免将性状不同的润滑剂混合在一起使用,此外,操作期间在必要时也应补充润滑剂。

（3）建议也应在滚针凸轮导向器运动时的配合表面上涂布润滑剂。

3．使用注意事项

（1）在固定滚针凸轮导向器时,请使用扭矩扳手或类似工具以紧固产品。

（2）要在产生振动的场所、无尘室、真空、低温或高温等特殊环境下使用时,请向THK咨询。

（3）异物进入系统内部后可能引起部件破损或功能损失,所以请采取措施防止灰尘、切削屑等异物的进入。

（4）滚针凸轮导向器设计用于径向负荷,请勿在推力负荷的状况下使用此产品。

5.4.2凸轮轴承的选择

根据给出的介绍，分析设计需要，综合考虑选择普通型凸轮导向器CF型，型号CF6，主要技术参数：

图5.3CF型主要尺寸标注

外径：

D=13（mm）

螺纹：

SM6×1

外圆宽度：

B=11（mm）、B1=12（mm）

全长：

L=28（mm）

肩部尺寸：

f（最小）=11

其他参数：

d1=4

r=0.5

.5.5本章总结

本章主要对设计过程中需要的一些部件进行了选择和计算。

对电机、同步带轮、轴承、凸轮轴承进行了选择，并进行了必要的校验。

使所选择的部件既能满足系统需要又符合设计的经济性原则

6结论

毕业设计是对我们大学所学知识的一次大总结，在设计开始之前，收集有关设计课题研究方向的资料、文献是十分重要的。

在设计工作开始的时候，只有对课题研究的内容进行充分地了解，才能想出设计目的和方向。

在收集与课题相关的资料的时候，不仅使我对模切机的发展现状以及发展趋势、设计的具体思路和方案等有了更多和更加全面地了解；而且收集到了许多有关与模切机工作台相关、相似的设计，查找各种有关模切机设计的各种方法和主要用途；通过查阅资料和文献，以及在课堂上所学习到的理论知识，与实际生产当中的实例相结合去制定设计方案从而更好地完成设计任务。

通过文献查阅使我在毕业设计中有了更多的设计思路，和考虑空间，同时也使我在设计的过程中能够从生产实际出发多方面地去考虑问题和解决问题。

毕业设计的目的主要在于培养我们运用所学理论知识和专业知识来分析和解决实际生产设计中所遇见的一系列问题。

这次设计是大学四年学习过程中知识面涵盖最广的一次设计，它不仅体现了我们对机械设计的认识，更重要的是将我们四年来所学知识应用到了生产实践当中。

同时也学会了进行机械设计的一般步骤和方法，在以后的工作中能够更好的从事设计。

通过这次设计，我学会了怎么对设计要求进行合理的分析。

同时，在本次设计过程中了解了各种设计手册的使用和查询，怎样编写技术文件。

更培养了我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作态度，是我们从一名学生到工程技术人员的过渡。

总之，这次设计让我受益匪浅，使我各方面的能力都有了很大的提高。

但由于我的设计能力有限，生产实践能力和经验不足，设计中存在很多的不足之处。

但通过设计使我各方面的能力都得到了很大提高，为今后工作和学习奠定了坚实的基础，我觉得这才是这次设计我得到的最大收获。

因个人水平有限，错误不可避免，恳请各位老师给予批评指正。

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