丝网印花机系统设计.docx
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丝网印花机系统设计
丝网印花机系统设计
1前言
1.1选题的依据及意义：
纺织品印花技术的发展进程古老绵长，在人类纪元的第一个千年中，我们的祖先在织物印花技艺的发展上作出了卓越的贡献，现今常见的各种印花工艺如直接印花，防染印花以及轧染、蜡染工艺的发源地都在中国。
近年来，我国印染业得到了前所未有的发展。
印花机械产业依托大行业的大好形势和自身产业不断整合、改造、技术进步，产业整体水平得到快速提升。
也正是在这种环境下，各种先进的自动印花设备应运而生，并在纺织，制鞋，印刷等印染行业扮演着越来越重要的角色。
由于其自动化程度高、控制简便、结构简单、价格低廉的优点使得其在家庭企业，中小企业、民营单位甚至轻工业领域都有很高的使用度。
其重要性不言而喻，对其进行研究和开发具有很大的市场空间和实用价值。
1.2国内外研究概况及发展趋势：
近两年来，国内外印染新工艺、新技术、新设备不断涌现，显示出全球印染机械行业蓬勃发展的势头。
节能、环保、高效是21世纪印染工业可持续发展的方向，短流程以及无水加工技术、无制版印花技术、低温等离子处理等新技术和自动化技术是未来印染机械的发展趋势。
自CITME＇2002以来，我国印染业得到了前所未有的发展。
规模以上企业已达1370家，产量从1995年136．48亿米增加至2003年251．32亿米，约占全球印染布总量30％；印染主要六大类产品出口75．78亿米，同比增长35．30％。
印花产业依托大行业的大好形势和自身产业不断整合、改造、技术进步，产业整体水平得到快速提升，产量、质量、花色品种、产品结构均取得了令人瞩目的成绩。
据2003年统计，我国拥有各种印花设备2000余台，其中辊筒印花机145—174台，圆网印花机610—630台，平网印花机1377台。
除辊筒印花机外，70％圆、平网来自荷兰、瑞士、奥地利、意大利、德国、日本等先进国家和国内印染机械制造佼佼者如上印机、黄石纺机、浙江印机等厂家。
目前印染设备技术发展总的趋势是：
向环境保护、节能降耗、省时高效、短流程方面发展，重视无水加工技术、无制版印花技术、低温等离子处理等新技术；另一重要趋势是广泛采用自动化技术，传动系统采用交流变频多单元同步调速系统；在控制系统方面，广泛应用可编程控制器（PLC）或工业计算机控制（IPC），参数在线监控普遍应用，提升了染整设备的自动化程度，使工艺稳定性、重现性得以大幅度提高。
1.3PLC控制系统的发展概况：
1.3.1国外PLC发展概况
PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。
世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。
产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：
美国：
AB通用电气、莫迪康公司；
日本：
三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；
德国：
西门子公司；
法国：
TE施耐德公司；
韩国：
三星、LG公司等。
1.3.2技术发展动向
1.产品规模向大、小两个方向发展。
大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
3.不断加强通讯功能。
4.新器件和模块不断推出
高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化
有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
6.发展容错技术
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。
1.3.3国内发展及应用概况
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：
顺序控制器（1973～1979）——一位处理器为主的工业控制器（1979～1985）——8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。
在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。
如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。
现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。
1.4.设计要求及工作内容：
本课题主要包含自动印花设备的机械结构设计和PLC控制系统设计两个部分。
1.本自动印花设备由可转位的工作台，可上下、左右移动的印花机构，和可左右移
动的推网机构组成。
通过各机构的协调动作，实现自动印花过程。
2.设计工作台的机械结构。
3.设计印花机构和推网机构的机械结构。
4.设计控制系统的电路，实现工作台和印花机构的逻辑动作。
在自动印花设备结构设计时，采用了外槽轮机构带动工作台旋转，并在印花机构和推网机构中采用螺旋机构进行传动。
最后成形时所包含的主要部件是底座、槽轮、销子、螺杆、螺母、导轨、轴、工作台等。
需要对一些重要部件进行强度校验。
在设计PLC控制系统时分为电路原理的设计，PLC流程图和外部接线图，以及梯形图和程序的设计等。
1.5．目标、主要特色及工作进度
1.目标
设计一套由电动机驱动，PLC控制，使用控制算法的自动印花设备。
2.主要特色
本自动印花设备由可转位的工作台，可上下、左右移动的印花机构，和可左右移动的推网机构组成。
通过各机构的协调动作和控制系统的电路实现工作台和印花机构的逻辑动作，实现自动印花过程。
自动化程度高、结构简单、控制方便，具有很高的实用价值和市场空间。
3.工作进度
1.搜集资料写开题报告，英文翻译。
第1周～第2周
2.设计自动印花设备的机械结构，并绘制零件图和装配图。
第3周～第8周
3.设计控制系统的电路图。
第9周～第11周
4.编写相关控制算法。
第12周～第14周
5.撰写毕业论文。
第15周～第16周
6答辩准备及毕业答辩第17周
2.整体机械结构与旋转工作台的设计
自动印花设备系统由四部分组成：
1.旋转工作台
2.推网工作台
3.磙子工作台
4.PLC控制系统
我们所设计的自动印花设备系统的主要参数是根据使用者对设备的要求和所要加工的毛料确定的。
毛料的要求：
297mm×210mm。
效率要高：
可以连续不间断的加工产品。
使用舒适度：
一个人可以坐在椅子上长时间工作。
成本要低、实用性高、适合大批量生产。
自动印花设备的控制系统有单片机和PLC两种控制方式，考虑到实用性、使用效率、普及性、性价比等因素，我们最终选用了技术比较成熟的PLC控制系统。
2.1整体系统结构分析
为了满足使用舒适度，可以让工作者坐在椅子上长时间工作的要求，同时兼顾成本。
我们把整体机器的工作界面高度定在850mm。
配合调整椅子的高度，这个高度会让工作者加工起来既方便又舒适，可以使工作者在长时间工作环境下仍感到十分舒适，使工作效率和产品质量不下降。
整个设备机构分为三大部分。
按照图2-1进行布局。
由于本设备体积，重量都不大。
所以各设备受力并不大。
各部分用铁架作支撑。
都采用地角螺栓与地面连接，见图2-2。
所以要注意联结处地面的水平与整洁。
为了满足工作台可转位且可以连续不间断加工产品的要求，我们采用了槽轮传动机构。
考虑到我们所需要的槽轮转速很低，所以需要外购一个减速器减速。
同时由于精度要求不高，所以省略了锁止弧。
在实现印花机构可以上下、左右移动和推网机构可左右移动时。
我们选择了简便实用的螺旋传动机构。
其中为了实现印花机同时在二维空间左右、上下运动。
我
们选用将两个螺旋传动装置的螺母联结起来。
上下方向丝杠旋转，螺母上下传动。
图2-1总体安装示意图
图2-2印花设备的连接与固定示意图
左右方向螺母固定，丝杠左右传动从而带动磙子进行印花。
巧妙简便的实现了设备的关键工步。
为了防止两个螺母联结使竖直丝杠一直受较大的径向力，首先我们安装了一个螺栓，在机器不工作时锁死，来分担丝杠受的径向力。
同时将螺母与壳体相互啮合，既分担了丝杠的径向力。
又起到了导轨的作用，见图2-3。
图2-3印花机的螺旋机构简图
设备受载荷较小，螺旋传动机构所传递的力也不大。
对电动机的选择要求不高。
具体选择如下表2-1。
表2-1电动机的简单选择
工作台
动作
电动机代号
电动机型号
电动机转速
旋转工作台
旋转
主电动机
Y90L-6
910r/min
推网工作台
推网/收网
3号电动机
Y90L-6
910r/min
磙子工作台
上/下
1号电动机
A-O2
1400r/min
磙子工作台
左/右
2号电动机
A-O2
1400r/min
推/收网和磙子推压过程是完成印花的全过程,完成印花后工作台再转90°,
下一个工作步骤是对加工产品进行烘干,使刻印的花纹图案清晰耐久。
可以直接外购一台适合的烘干机配合使用.在此不做详细解释。
烘干后工作台再次旋转90°,工作者在这个时候可取下加工好的产品。
最后要通过各机构的协调动作和控制系统的电路实现工作台和印花机构的逻辑动作，实现自动印花过程的循环往复。
2.2.旋转工作台的部件分析
2.2.1旋转工作台简介
旋转工作台是自动印花机中一个重要的工作界面。
通过旋转实现自动连续加工。
其主要部件有槽轮机构，心轴，轴承，底座，变速箱和电动机等。
其中槽轮是最重要的一个部机构。
工作台在它的带动下做间歇旋转。
心轴在机构中不旋转，只承受弯矩，起支撑固定作用。
下部用螺钉夹紧限位。
台面和壳体联为一体。
通过轴承惊醒旋转。
最底部加装了一个推力轴承，用来承担较大的轴向力。
电动机通过变速器减速达到所需的速度。
整个设备用地角螺栓固定，保持较高的水平度。
旋转工作台示意图见图2-4。
图2-4旋转工作台示意图
2.2.2槽轮的结构分析
槽轮是旋转工作台中最重要的一个机构。
由于我们要求的转速很低，只有2.5r/min，所以省略了拨盘上的锁止弧。
1.槽轮机构的及工作原理和型式
槽轮机构又称马尔他机构，如图2-5所示。
它是由槽轮2、带有圆柱销的拨盘1和机架组成。
当拨盘1作匀速转动时，驱使槽轮2作间歇运动。
当圆柱销进入槽轮槽时，拨盘上的圆柱销将带动槽轮转动。
拨盘转过一定角度后，圆柱销将从槽中退出。
为了保证圆柱销下一次能正确地进入槽内，必须采用锁止弧将槽轮锁住不动，直到下一个圆柱销进入槽后才放开，这时槽轮又可随拨盘一起转动，即进入下一个图2-5槽轮机构示意图
运动循环[1]。
2.槽轮的特点：
1）.构造简单，外形尺寸小；
2）.机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；
3）.但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。
3.槽轮机构的几何尺寸计算：
圆销回转半径：
mm
圆销半径：
mm
槽顶高：
mm
槽轮机构的中心距：
mm
槽深：
mm
槽轮中心孔：
mm
拨盘中心轴：
mm
锁住弧半径：
mm
推荐：
e=（0.6～0.8）r,但e≮3～5mm
锁住弧张开角：
mm
根据计算设计出我们所需要的槽轮，见图2-6
图2-6槽轮
2.2.3滚动轴承类型的选择
选择滚动轴承类型时，需要考虑下列因素：
1.轴承所受载荷的大小和方向。
（径向、轴向或既有径向又有轴向的联合载荷）
2.轴承载荷的性质。
（固定、变动或冲击载荷）。
3.工作环境（温度和湿度）和轴承转速。
4.对轴承刚性的要求（要求预紧以增加轴承部件的刚度）。
5.调心性能的要求（轴的轴线和壳体孔的轴线的同轴度）。
6.轴向位移的要求（固定支承或游动支承）。
7.要求轴承工作时振动小、噪声低和安装维修方便等。
[2]
在旋转工作台中所用的一对深沟球轴承，根据机械设计结构，对轴承的转速要求很低
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