小型裁切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本課題內(nèi)容記錄了對(duì)小型自動(dòng)裁紙機(jī)的整機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)全過(guò)程，先是通過(guò)設(shè)計(jì)整機(jī)結(jié)構(gòu)，提出本次設(shè)計(jì)要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，并對(duì)機(jī)器運(yùn)行時(shí)的全部工作過(guò)程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，在本次方案設(shè)計(jì)中，牽引裝置、裁切裝置是主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，因此本次設(shè)計(jì)主要對(duì)牽引系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，基于設(shè)計(jì)尺寸的要求等，最終決定采用輥組形式為牽引系統(tǒng)主要內(nèi)容。本設(shè)計(jì)中還對(duì)裁切裝置進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)在刀組上裝配檢測(cè)定位移動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)刀組裁切時(shí)可通過(guò)程序控制裁切尺寸，由此完成對(duì)裁切的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)涉及的工作內(nèi)容有刀具的選擇和電機(jī)的選型、對(duì)機(jī)架基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)的分析計(jì)算過(guò)程，對(duì)主要部件如軸承的機(jī)械強(qiáng)度校核，還完成了本次設(shè)計(jì)所需主要零件的二維圖和機(jī)器整機(jī)的二維裝配圖以及三維建模裝配體等等。本次設(shè)計(jì)開(kāi)題時(shí)，先完成了整機(jī)的三維建模，通過(guò)建模就能大致了解到機(jī)器工作運(yùn)行時(shí)涉及到的主要系統(tǒng)模塊運(yùn)動(dòng)，三維建模可以通過(guò)大學(xué)中所掌握的三維建模軟件Solidworks軟件來(lái)完成，之后可以對(duì)整機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，之后通過(guò)計(jì)算得到各個(gè)機(jī)構(gòu)以及零部件的尺寸，并通過(guò)二維軟件AutoCAD進(jìn)行整體裝配圖的設(shè)計(jì)，并完成本次設(shè)計(jì)中主要零部件的二維圖，最后得到課題所需的最終設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：整機(jī)設(shè)計(jì)；牽引裝置；裁切裝置；裁切刀組目錄16798第1章緒論 136681.1研究背景 1288811.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1164931.3本課題研究的內(nèi)容 3147411.4本章小結(jié) 428314第2章設(shè)計(jì)方案對(duì)比 594092.1設(shè)計(jì)分析 578332.2裁切系統(tǒng)方案對(duì)比 7185222.2.1裁切系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一 71742.2.2裁切系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二 711792.2.3設(shè)計(jì)方案對(duì)比及最終方案確定 7186962.3牽引系統(tǒng)方案對(duì)比 9180042.3.1牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9320452.3.2傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案一 10248552.3.3傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案二 1076502.3.4設(shè)計(jì)方案對(duì)比及最終方案確定 10266482.4本章小結(jié) 106437第3章小型自動(dòng)裁紙機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì) 11252483.1整機(jī)工作尺寸選擇 1133863.2技術(shù)要求 11249623.3工作原理 12278623.4本章小結(jié) 1325860第4章介質(zhì)牽引裝置的設(shè)計(jì) 14219974.1牽引裝置的作用及組成 14161334.2輥組尺寸的設(shè)計(jì) 14142614.3同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1515215第5章主要零部件的設(shè)計(jì) 1825095.1縱切驅(qū)動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 18269435.2料卷放置的設(shè)計(jì) 1896555.3本章小結(jié) 1928826第6章結(jié)語(yǔ) 207423參考文獻(xiàn) 211744致謝 22第1章緒論1.1研究背景數(shù)字技術(shù)在印后方面的應(yīng)用，尤其是印后設(shè)備加工等數(shù)字印刷一體化解決方案的大量出現(xiàn)，個(gè)性印刷、按需印刷變?yōu)橛∷⑿袠I(yè)的新的發(fā)展趨勢(shì)之一。從目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，西歐和美國(guó)的按需印刷市場(chǎng)的年均復(fù)合增長(zhǎng)率已超過(guò)10%，印刷量的年均復(fù)合增長(zhǎng)率已超過(guò)20%，表明按需印刷市場(chǎng)大有可為。隨著人們對(duì)產(chǎn)品外觀以及質(zhì)量要求的不斷提高，包裝印刷領(lǐng)域需求持續(xù)增長(zhǎng)。目前，膠印機(jī)制造商與數(shù)字化技術(shù)制造商聯(lián)手開(kāi)發(fā)數(shù)字化技術(shù)市場(chǎng)，面向個(gè)性化、商務(wù)化的包裝、印刷領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)出版社、印刷廠都在關(guān)注數(shù)字化印刷技術(shù)對(duì)書籍出版、印刷的影響，因?yàn)槲覈?guó)書刊印刷產(chǎn)值與庫(kù)存已形成倒掛，按需出版印刷是今后的必由之路。在高速連續(xù)式彩色噴墨設(shè)備的推動(dòng)下，按需印刷和出版市場(chǎng)取得積極增長(zhǎng)，導(dǎo)致越來(lái)越多的制造商涉足印后加工設(shè)備，印后加工成了印刷行業(yè)發(fā)展的又一熱點(diǎn)。目前，國(guó)產(chǎn)裁切機(jī)大多不注重外觀設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)單一，個(gè)性化設(shè)計(jì)方面考慮甚少，操作不便。大多國(guó)際專利提出的裝置，只有橫向切割的技術(shù)，部分專利提出一些新的形式雖兼有橫切和縱切，結(jié)構(gòu)形式也簡(jiǎn)單，但對(duì)于卷繞不良、或者由于圖像本身印刷不精確，未完全平行于襯底的邊緣進(jìn)行印刷的產(chǎn)品無(wú)法進(jìn)行調(diào)整，精確裁切效果難以保證。因此，設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局優(yōu)化，操作便捷，能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化裁切，高效節(jié)能，可方便移動(dòng)的小型裁切機(jī)是必要的。目前，小型個(gè)性化裁切設(shè)備的使用范圍狹小，國(guó)內(nèi)對(duì)此研究較少，僅有幾款類似設(shè)備使用且在糾偏控制、裁切形式等方面還有待提升，隨著市場(chǎng)需求的發(fā)展，能實(shí)現(xiàn)按需裁切的小型小型裁切機(jī)必將廣泛推廣。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，雖然裁切設(shè)備種類繁多，規(guī)格和形式各有區(qū)別，但主要功能即裁切，按其裁切方式的不同，可分為分切機(jī)，裁切機(jī)（也叫橫切機(jī)）。分切機(jī)是一種將寬幅介質(zhì)分切成多條窄幅材料的機(jī)械設(shè)備。目前，國(guó)際知名的分切機(jī)主要用在衣服面料、紙張、復(fù)合材料，特別是航空復(fù)材，風(fēng)力葉片，汽車復(fù)材，玻纖布料下料等方面。裁切機(jī)與分切機(jī)基本功能模塊相同，不同的是裁切主要?jiǎng)幼鳛闄M切，即切斷材料，同時(shí)根據(jù)需求，兼有縱切功能。裁切機(jī)可以分為兩大類：平臺(tái)式和滾筒式，兩者原料形式不同。平臺(tái)式是平面系統(tǒng)，平臺(tái)起支撐作用，裁切頭在X、Y方向移動(dòng)裁切圓，主要裁切大幅介質(zhì)，如圖1-1，量大且平直的物品是理想裁切方式。圖1-1平臺(tái)裁切機(jī)滾筒式裁切機(jī)應(yīng)用于柔性材料裁切，主要靠摩擦力或鏈輪傳動(dòng)技術(shù)牽引介質(zhì)，如圖1-2所示，裁切頭在材料上方，在與材料進(jìn)給方向垂直的軸向上往復(fù)移動(dòng)裁切。圖1-2滾筒裁切機(jī)如今，在紙類介質(zhì)的裁切中，滾筒類裁切機(jī)是主要形式。滾筒類裁切機(jī)主要是兩種趨勢(shì)，一是圖1-2(b)所示的大型單機(jī)裁切，可與其它設(shè)備聯(lián)機(jī)工作，二是圖1-2(a)中的電動(dòng)裁切機(jī)形式。具體介紹如下：1)大型裁切設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)一般分為四塊，放卷模塊、糾偏模塊、張力儲(chǔ)料模塊、裁切模塊。工作原理：人工上料，利用第一夾送輥的摩擦力牽引介質(zhì)；傳感器檢測(cè)介質(zhì)跑偏情況，反饋調(diào)整；張力儲(chǔ)料模塊通過(guò)浮動(dòng)輥儲(chǔ)料并保持張緊?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1-3。圖1-3裁切設(shè)備主要工作模塊2)小型自動(dòng)裁切機(jī)小型小型裁切機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，能實(shí)現(xiàn)卷材，片材的橫切，但一般功能單一，操縱性差。工作原理：卷筒紙可放置在卷筒架上，片材人工放置在臺(tái)面上，介質(zhì)通過(guò)內(nèi)部夾送輥傳動(dòng)或人工推動(dòng)，介質(zhì)通過(guò)滾刀往復(fù)實(shí)現(xiàn)橫切，此時(shí)卷筒紙靜止以方便裁切。存在問(wèn)題：只有橫向切割的技術(shù)，需手動(dòng)將紙旋轉(zhuǎn)90度，將其再次送入切紙器裁切。隨著印刷的發(fā)展，處理量的增加，人工操作修整不再被接受，自動(dòng)化是發(fā)展趨勢(shì)。由此觀之，裁切機(jī)雖然形式不同，但都需要上料、介質(zhì)牽引、裁切幾大模塊。上料根據(jù)介質(zhì)形式分為卷材和片材，因此結(jié)構(gòu)略有不同。介質(zhì)傳輸主要依靠夾送輥牽引，為保證牽引效果，設(shè)有張力調(diào)節(jié)、跑偏糾正、導(dǎo)向及臺(tái)面支撐等結(jié)構(gòu)。裁切模塊根據(jù)裁切要求，分為橫切和縱切。1.3本課題研究的內(nèi)容隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)計(jì)理論等的結(jié)合，對(duì)于機(jī)械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)已經(jīng)步入以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為輔助的時(shí)代。根據(jù)論文的設(shè)計(jì)要求，小型裁切機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)主要利用solidworks軟件，通過(guò)建立三維模型，把每個(gè)功能模塊建立相應(yīng)的子零件模型，在建模過(guò)程中理清設(shè)計(jì)思路，查看并改進(jìn)不合理結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)每個(gè)子零件模型進(jìn)行總裝配工作，檢查整體協(xié)作功能。然后以模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行分析、計(jì)算及優(yōu)化，進(jìn)而確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。論文設(shè)計(jì)一款小型的個(gè)性化裁切設(shè)備，對(duì)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)潔性，設(shè)備可操作性提出很大要求，并對(duì)小型設(shè)備糾偏功能提出要求，通過(guò)1.3節(jié)裁切設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式調(diào)研，以原有的裁切設(shè)備和相近設(shè)備為基礎(chǔ)，借鑒或設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形式，使其達(dá)到所需的要求。圖1-15為小型裁切機(jī)的設(shè)計(jì)流程。圖1-4小型裁切機(jī)設(shè)計(jì)流程圖1.4本章小結(jié)本章主要介紹了小型自動(dòng)裁紙機(jī)的背景以及發(fā)展情況，通過(guò)市面上的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小型自動(dòng)裁紙機(jī)還存在很多空缺，希望能夠設(shè)計(jì)出一款有特性功能的機(jī)器，并簡(jiǎn)短的描述了小型自動(dòng)裁紙機(jī)的主要功能。第2章設(shè)計(jì)方案對(duì)比2.1設(shè)計(jì)分析由緒論可知，本課題希望設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)性化裁切機(jī)器以滿足小型自動(dòng)裁切機(jī)器的需求，小型裁切機(jī)的系統(tǒng)功能是指導(dǎo)整個(gè)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的總功能及初始設(shè)計(jì)參數(shù)，細(xì)化成多個(gè)功能元求解，即功能原理法。論文設(shè)計(jì)主要運(yùn)用功能原理分析法進(jìn)行總體方案的研究。首先明確總體設(shè)計(jì)需要達(dá)到的功能，明確設(shè)計(jì)的任務(wù)。機(jī)械系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法，可采用“黑箱法”，黑箱法指僅已知輸入、輸出，而不了解其機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種模式⑵]。根據(jù)待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入和輸出的能量流、信息流的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到系統(tǒng)的總功能。圖2-1是小型裁切機(jī)的黑箱示意圖，通過(guò)分析輸入和輸出，得出小型裁切機(jī)的總功能是實(shí)現(xiàn)印后介質(zhì)的精確裁切。確定系統(tǒng)總功能后，對(duì)總功能進(jìn)行拆分，分成簡(jiǎn)單的子功能，子功能的輸入量和輸出量關(guān)系更為明確，因而求解較為簡(jiǎn)單，最后將子功能整合，從而設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體方案。圖2-1小型裁切機(jī)黑箱示意圖應(yīng)用功能原理法對(duì)總功能的分解，得到四個(gè)主要功能模塊:上料放卷、牽引、輸送控制和裁切，這四個(gè)主要功能代表整個(gè)小型裁切機(jī)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，如圖2-2所示。圖2-2小型自動(dòng)裁切機(jī)功能原理樹圖圖2-4圖2-4小型裁切機(jī)功能原理樹狀圖根據(jù)市面上主流裁紙機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，本次設(shè)計(jì)的裁紙機(jī)主要包括4個(gè)機(jī)構(gòu)，分別是裁切機(jī)構(gòu)，放卷機(jī)構(gòu)，牽引機(jī)構(gòu)，糾偏結(jié)構(gòu)，其中最主要的是牽引機(jī)構(gòu)和裁切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因此對(duì)小型自動(dòng)裁紙機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)以上機(jī)器裁切系統(tǒng)進(jìn)行多個(gè)方案設(shè)計(jì)，并選擇合適的方案來(lái)完成整機(jī)設(shè)計(jì)。2.2裁切系統(tǒng)方案對(duì)比2.2.1裁切系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一小型自動(dòng)裁紙機(jī)的主要工作內(nèi)容是完成固定尺寸紙張的裁切，所以對(duì)于裁切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是本課題重點(diǎn)內(nèi)容。裁切方式主要分為橫切和縱切，在整個(gè)機(jī)器的裁切工作過(guò)程中，可把縱切和橫切分為單獨(dú)的工作模塊，兩者的工作狀態(tài)不相干擾。橫刀的工作是在介質(zhì)移動(dòng)方向上的垂直邊線上對(duì)介質(zhì)進(jìn)行裁切，可以采取圓盤切刀的形式，通過(guò)上下刀旋轉(zhuǎn)配合裁切介質(zhì)，裁切系統(tǒng)還有縱刀的設(shè)計(jì)，縱刀是裁切介質(zhì)隨牽引方向上的力，縱刀的裁切與橫切刀的工作方式相近，都可采用圓盤切刀的方式進(jìn)行裁切，但又與橫切有所不同，在橫切刀之前設(shè)置有夾送輥，介質(zhì)通過(guò)夾送輥的牽引作用推送至橫切刀處加工，若在縱切刀處繼續(xù)增加一個(gè)夾送裝置，不但增加安裝難度，還會(huì)加長(zhǎng)機(jī)器的尺寸，不利于整體結(jié)構(gòu)緊湊，布局優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用上下圓盤切刀安裝膠輪的方法，膠輪給提供裁切動(dòng)力并帶動(dòng)介質(zhì)前進(jìn)的方式進(jìn)行安裝。2.2.2裁切系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二裁切方式有很多種，可以參考市面上主要裁切機(jī)器的裁切裝置來(lái)選用切刀。橫切最常見(jiàn)的為斜刃裁切，即上刀為條刀，下刀起固定作用，通過(guò)將上刀抬起，給予上刀足夠的角度和足夠的力往下裁切，將介質(zhì)裁斷。其次是在縱切刀的選擇，圓盤刀與條刀配合，工作方式為上刀為圓盤刀，圓盤刀自身旋轉(zhuǎn)并沿條刀方向移動(dòng)，通過(guò)上下刀刃裁切完成紙質(zhì)裁切。2.2.3設(shè)計(jì)方案對(duì)比及最終方案確定表2-1裁切設(shè)計(jì)方案對(duì)比方案一方案二橫切刀上下圓盤刀裁切斜刃裁切縱切刀圓盤刀與滾刀裁切圓盤刀與條刀配合在市場(chǎng)上的主流裁切機(jī)器中，都主要選用了斜刃裁切刀具，通過(guò)上刀上下運(yùn)動(dòng)并與下刀配合進(jìn)行裁切，最終可將介質(zhì)橫邊裁斷以獲得所需尺寸。這種方式主要在大型尺寸的介質(zhì)中進(jìn)行裁切，裁切刀運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)器會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊和振動(dòng)，會(huì)對(duì)刀片很快造成磨損，對(duì)機(jī)器壽命會(huì)產(chǎn)生影響，并且本課題所設(shè)計(jì)機(jī)器的橫向方向尺寸最大值為841mm，在裁切時(shí)抬刀會(huì)占用更大的空間，對(duì)于本課題盡量縮小機(jī)器尺寸不適應(yīng)，在切紙時(shí)機(jī)器承受的沖擊以及載荷承載能力都會(huì)過(guò)大，因此方案二不適用本次設(shè)計(jì)。本課題選用上下圓盤刀裁切方式，選取的裁切刀不僅能夠提升裁切精度，減少誤差，還能減小裁切時(shí)的剪切應(yīng)力，減少刀具磨損。在縱刀安裝時(shí)，下刀還可以可以固定安裝在軸上，刀具跟隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上刀配合裁切介質(zhì)，上刀加裝膠輪，膠輪同下刀配合起到牽引夾送作用，上刀同時(shí)起裁切和牽引作用，這種方案不但可以減少機(jī)器尾部的夾送輥牽引裝置，減少安裝尺寸，使整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，還有減少受力的功能，延長(zhǎng)機(jī)器壽命。通過(guò)上表以及對(duì)比分析，裁切系統(tǒng)的選用最終決定選擇方案一。a圓盤刀配合b圓盤刀與條刀配合圖2-3不同方案裁切方式2.3牽引系統(tǒng)方案對(duì)比2.3.1牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)牽引系統(tǒng)主要機(jī)構(gòu)有牽引輥組，電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)優(yōu)選夾送輥為牽引機(jī)構(gòu)，其次是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選擇。夾送輥有兩個(gè)輥系，分為上下輥，兩輥通過(guò)摩擦傳動(dòng)，將介質(zhì)向裁切系統(tǒng)方向牽引。上輥為活動(dòng)端是主要送料輥，可以控制兩輥之間張緊程度以此調(diào)節(jié)送料時(shí)介質(zhì)的張力，下輥設(shè)置為固定輥，主要作用是主動(dòng)送紙器，動(dòng)力來(lái)源于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。送紙器為增大摩擦力，提高耐磨性，提升牽引精度要求，可以選用精鋼砂輥。下圖為主動(dòng)送紙器的表面放大圖像。圖2-4送紙器的表面對(duì)夾送輥的安裝還可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，為提升牽引能力，還可以對(duì)夾送輥之間的安裝方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)存在一定角度時(shí)，可以提升介質(zhì)與送紙器的包角，以此增加摩擦力。圖2-5夾送輥工作原理圖2.3.2傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案一常用的機(jī)械傳動(dòng)有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)，也可將電機(jī)直接通過(guò)聯(lián)軸器連接于夾送的送紙器，為采用合理的傳動(dòng)形式，下面對(duì)幾種傳動(dòng)進(jìn)行分析[2]。方案一首先可以對(duì)帶傳動(dòng)進(jìn)行分析，這種傳動(dòng)方式在價(jià)格方面相對(duì)便宜，在性能方面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且傳動(dòng)平穩(wěn)，夾送輥需要穩(wěn)定的傳動(dòng)比，適用于機(jī)構(gòu)之間的安裝，還能對(duì)傳動(dòng)介質(zhì)緩沖，除此之外還能吸振，考慮到機(jī)器的運(yùn)行時(shí)的環(huán)境要求，帶傳動(dòng)是考慮的傳動(dòng)方式之一。2.3.3傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案二鏈傳動(dòng)相對(duì)于帶傳動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)主要為過(guò)載能力強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等等。但在工作時(shí)其傳動(dòng)平穩(wěn)性差，作為夾送輥的傳動(dòng)方式會(huì)對(duì)夾送輥的工作性能產(chǎn)生影響，在工作過(guò)程易產(chǎn)升噪音和振動(dòng)，不適用于辦公等小型自動(dòng)場(chǎng)所，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，鏈傳動(dòng)不選用為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.3.4設(shè)計(jì)方案對(duì)比及最終方案確定表2-2傳動(dòng)方案對(duì)比方案一方案二牽引系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)若是考慮帶傳動(dòng)方式，可選擇嚙合型傳動(dòng)即同步帶傳動(dòng)作為本次牽引系統(tǒng)主要傳動(dòng)方式。由本次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體安裝方式，傳動(dòng)最優(yōu)選可選擇同步帶。2.4本章小結(jié)本章對(duì)小型自動(dòng)裁紙機(jī)的兩個(gè)主要系統(tǒng)即裁切系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)的進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，首先對(duì)裁切系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)刀組的形式進(jìn)行選用，對(duì)橫刀刀組選擇了上下圓盤切刀配合裁切的方式，縱刀刀組采用上圓盤切刀下滾刀的配合形式，完成了縱刀組兼有裁切和牽引的功能；隨后對(duì)牽引系統(tǒng)的分析，其中包括夾送輥組的選用安裝和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇，完成了機(jī)器兩個(gè)主要系統(tǒng)的方案選擇。第3章小型自動(dòng)裁紙機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)3.1整機(jī)工作尺寸選擇機(jī)器通過(guò)輸送介質(zhì)到完成不同方向尺寸裁切的2個(gè)刀組，在刀組中完成加工以獲得所需要的尺寸；刀組分為橫切刀組和縱切刀組，橫刀刀組采用圓盤切刀的裁紙刀，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制橫切組件在安裝的導(dǎo)軌上橫向移動(dòng)，以裁切得到紙張時(shí)需要的尺寸。另一個(gè)刀組縱切刀組控制裁切紙張的另外尺寸，受步進(jìn)電機(jī)的作用，夾送輥組通過(guò)摩擦力牽引介質(zhì)并控制介質(zhì)的速度和位移，牽引力間隔牽引紙張移動(dòng)前進(jìn)，紙張?jiān)谕ㄟ^(guò)夾送輥組的牽引作用下進(jìn)行推送，紙張間隔停止移動(dòng)，縱刀在指定位置上下裁切，得到需要的紙張尺寸，裁切完成后，停止間隔結(jié)束，電機(jī)控制夾送輥繼續(xù)往前移動(dòng)。裁切機(jī)構(gòu)就完成了一個(gè)裁切過(guò)程。本課題設(shè)計(jì)裁切對(duì)象主要為辦公用紙或者廣告紙等印刷材料，所以可以通過(guò)參考市面上主流寫真機(jī)、打印機(jī)的尺寸，為提升人們?cè)诓僮鳈C(jī)器時(shí)的工作效率、提高操作人員操作的舒適度，可將機(jī)器的尺寸進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。由于機(jī)器可打印最大尺寸為A0，即1189x841mm，所以設(shè)計(jì)放料裝置高度在1300mm-1600mm，這樣既滿足裁切的要求，還能提升操作人員更換料卷的便捷程度，由于介質(zhì)裁切寬度最大為841mm，為機(jī)構(gòu)預(yù)留安裝尺寸，初步設(shè)定機(jī)器寬度為1000mm，并取本課題設(shè)計(jì)的裁切對(duì)象最大厚度為0.5mm。3.2技術(shù)要求1)小型自動(dòng)裁紙機(jī)由電機(jī)、減速器、輥組、軸承、絲桿傳動(dòng)裝置、裁切裝置、廢料收集裝置、切紙收集裝置、機(jī)架等幾個(gè)部分組成。2)小型自動(dòng)裁紙機(jī)要求能牽引卷筒上料卷輸送至裁切機(jī)構(gòu)進(jìn)行裁切加工。3)料卷的最大直徑尺寸為10cm，最大重量約為10kg。4)根據(jù)刀具厚度，要求裁切精度在+/-1mm。5)介質(zhì)可裁切最大尺寸為A0，即1189x841mm。6)介質(zhì)可裁切最大尺寸為A4,即297x210mm。7)設(shè)定單次裁切，介質(zhì)最大厚度為0.3mm。8)將縱切裁切方向設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)尺寸。9)要求機(jī)器能夠正常運(yùn)行，整機(jī)結(jié)構(gòu)要盡量緊湊，縮小占用空間。10)介質(zhì)牽引速度為0.3m/s小型自動(dòng)裁紙機(jī)的組成及各部分的作用小型自動(dòng)裁紙機(jī)是由電機(jī)、輥組、裁切裝置、滑動(dòng)導(dǎo)軌、橫切組件滑塊、機(jī)架等幾個(gè)部分組成。電機(jī)：小型自動(dòng)裁紙機(jī)的原動(dòng)件，它分別為為夾送輥組和裁紙裝置提供動(dòng)力。夾送輥組：小型自動(dòng)裁切機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，在小型自動(dòng)裁紙機(jī)工作時(shí)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得動(dòng)力，將介質(zhì)單向牽引牽引至下一系統(tǒng)。裁切裝置：是小型自動(dòng)裁紙機(jī)的執(zhí)行元件，通過(guò)電機(jī)提供動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，對(duì)介質(zhì)進(jìn)行裁切，最終得到不同尺寸介質(zhì)的裝置?；瑒?dòng)導(dǎo)軌：為橫切組件的移動(dòng)定位提供引導(dǎo)作用，并對(duì)橫切組件的移動(dòng)方向提供固定作用，自身可以通過(guò)螺紋螺母固定在機(jī)架上。橫切組件滑塊：安裝在導(dǎo)軌上，可以固定在導(dǎo)軌上移動(dòng)已完成裁切所需要的橫切，其上安裝有刀組，負(fù)責(zé)整個(gè)裁切裝置的定位工作。機(jī)架：是小型自動(dòng)裁紙機(jī)的主體部分，主體部分材料是金屬，為減輕重量和保護(hù)操作人員安全，外殼用塑料制成。它可以起到對(duì)上面的各個(gè)裝置的承接和裝配作用。3.3工作原理整機(jī)工作過(guò)程大致如下所示：裝置上裁切開(kāi)始按鈕，按下按鈕控制機(jī)器啟動(dòng)或停止，啟動(dòng)時(shí)牽引系統(tǒng)啟動(dòng)，將介質(zhì)向前輸送。裁切裝置有兩個(gè)，當(dāng)?shù)诙€(gè)裁切裝置縱切刀組安裝的傳感器感應(yīng)到介質(zhì)時(shí)，此時(shí)發(fā)送信號(hào)到控制器，控制橫切圓盤刀上下移動(dòng)到指定裁切位置，此時(shí)所有裁切裝置起轉(zhuǎn)，橫切組件開(kāi)始在導(dǎo)軌x方向上的往復(fù)切割運(yùn)動(dòng)。于是就開(kāi)始了兩個(gè)刀組裁切介質(zhì)的工作。當(dāng)按停止按鈕時(shí)，上下圓盤刀首先退回，退回完成后刀具停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)牽引系統(tǒng)停止?fàn)恳ぷ?，之后橫切組件回到原本位置，操作人員可以取出紙張收集裝置中的成品，以及完成廢料的處理工作。3.4本章小結(jié)本章主要介紹了小型自動(dòng)裁紙機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)和參數(shù)要求，同時(shí)介紹了機(jī)器各個(gè)零部件的主要功能，還有簡(jiǎn)單的描述了小型自動(dòng)裁紙機(jī)的大致工作過(guò)程。第4章介質(zhì)牽引裝置的設(shè)計(jì)4.1牽引裝置的作用及組成空心輥可將軸承安于內(nèi)部,通過(guò)一根通軸固定,也可利用堵頭與空心鋼輥焊接，采用實(shí)心輥安裝方式。輥的結(jié)構(gòu)形式及直徑?jīng)Q定了輥的受力，裁切機(jī)幅寬較大，輥受力類似于簡(jiǎn)支梁，為設(shè)計(jì)棍的尺寸，需進(jìn)行受力計(jì)算。已知鋼的彈性模量，密度取。輥組的計(jì)算類似簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其上受力均為均勻載荷作用，查材料力學(xué)1(第6版)可得最大撓度計(jì)算公式及撓度要求,由受力要求設(shè)計(jì)輥的尺寸。撓度計(jì)算公式如下:其中，B為輥長(zhǎng)度；E為材料彈性模量；I為慣性矩，q為均勻分布載荷張力輥是空心輥，配合套在直徑為40mm的軸承上，其上均勻分布載荷為自身重力，即,總長(zhǎng)為900mm最大工作面長(zhǎng)度為850mm，預(yù)留工作長(zhǎng)度為50mm，所以可知其撓度為將已知參數(shù)和公式帶入整理可得：本課題共設(shè)計(jì)有兩組牽引裝置。第一組牽引裝置設(shè)為夾送輥，主要功能是把介質(zhì)穩(wěn)定的輸送到裁紙裝置上進(jìn)行裁切，第二組為兼有裁切裝置和牽引裝置的縱刀裝置，作用是在裁切裝置完成裁切后，通過(guò)安裝在縱切刀組上的牽引裝置，最終把廢料送至收集裝置中。牽引裝置主要由電機(jī)，軸承，膠輪，聯(lián)軸器組成。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接軸承，帶動(dòng)安裝在軸承上的夾送輥組轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)牽引介質(zhì)的功能。4.2輥組尺寸的設(shè)計(jì)牽引力足夠，可以不增加，以增大包角提升牽引力，此時(shí)工作示意圖如下圖4-1所示圖4-1夾送輥工作示意圖其中摩擦力與夾送輥壓緊力的關(guān)系為壓力與上輥之和即4.3同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)軸角速度為電機(jī)軸角加速度為計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為拉動(dòng)料卷轉(zhuǎn)矩T和軸承摩擦力矩Tf，其中，。根據(jù)設(shè)計(jì)可知，三組輥皆為兩側(cè)安裝軸承，內(nèi)圈直徑分別為10mm，20mm，20mm，受力為輥的重力，分別為37N，92N，67N，，可得軸承摩擦力矩分別為2.775×104N.m，1.38×103N.m，1.005×103N.m，由前面可知，拉力為68.51N，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩TLM為計(jì)算電機(jī)軸加速轉(zhuǎn)矩(克服慣量)T=JB所以折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量JL=0.4282kg.m2，電機(jī)軸加速轉(zhuǎn)矩TS為總轉(zhuǎn)矩送料速度為0.3m/s，送紙器直徑為0.025m，所以周長(zhǎng)C為轉(zhuǎn)速取均值為換算成動(dòng)力軸轉(zhuǎn)速為225r/min，取傳動(dòng)比i為2，得電機(jī)轉(zhuǎn)速為450r/min。其中，Tq為扭矩N.m；n為轉(zhuǎn)速節(jié)圓直徑d1帶速v為確定軸間距及帶長(zhǎng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)及公式得a0取值范圍60.158mm~171.88mm，根據(jù)設(shè)計(jì)安裝空間，初定a0為100mm。帶長(zhǎng)根據(jù)公式代入?yún)?shù)：得到帶長(zhǎng)L0=337.04mm。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)帶輪選型中表：“圓弧齒同步帶的節(jié)線長(zhǎng)系列及極限偏差”(JB/T7512.2-1994)選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)Lp(節(jié)線長(zhǎng)即周長(zhǎng))為339mm，其齒數(shù)為113。實(shí)際軸間距確定帶寬，根據(jù)圓弧齒同步帶帶寬公式滑塊負(fù)荷計(jì)算，受力分析。已知n約為20mm，c約為37mm，重量W為0.027Kn最大工作負(fù)荷Pc的計(jì)算等于Pmax與預(yù)壓力Pz的總和壽命計(jì)算其中，為負(fù)荷系數(shù)，取2.0，F(xiàn)為工作載荷第5章主要零部件的設(shè)計(jì)5.1縱切驅(qū)動(dòng)部件的設(shè)計(jì)通過(guò)第二章的設(shè)計(jì)，對(duì)縱切刀組設(shè)計(jì)成，電機(jī)通過(guò)軸承給驅(qū)動(dòng)軸提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)軸輸出為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力給膠輪輸入動(dòng)力，最后裁切刀的成膠輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這就是裁切刀的動(dòng)力來(lái)源。前面提高縱刀組即是裁切裝置也可以作為牽引裝置，即縱刀進(jìn)行裁切，膠輪在驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，上下膠輪配合對(duì)介質(zhì)進(jìn)行牽引運(yùn)動(dòng)，為保證膠輪與驅(qū)動(dòng)軸能夠同方向同速度轉(zhuǎn)動(dòng)，除對(duì)膠輪尺寸和刀具選型以外，還需對(duì)對(duì)軸承進(jìn)行選擇。第三章整機(jī)設(shè)計(jì)中選取夾送輥牽引速度為0.3m/s，為滿足牽引中介質(zhì)的張力，作為第二牽引裝置的膠輪速度設(shè)置需比夾送輥稍大，可取膠輪線速度為0.32m/s，選取膠輪直接為60mm，刀具直徑為62mm，橫切刀組已經(jīng)介質(zhì)裁斷，縱刀組收到的介質(zhì)阻力矩很小，可以忽略，主要的阻力矩來(lái)自驅(qū)動(dòng)刀軸和同方向上兩把裁切刀，單把刀和膠輪總重為0.56kg，軸的重量為1.4kg所以阻力矩為M=0.2N*M.采用同步帶計(jì)算，傳動(dòng)比為1：1。由此可選擇電機(jī)參數(shù)步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°靜力矩0.3N.M5.2料卷放置的設(shè)計(jì)機(jī)架的設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿足第一章提出的結(jié)構(gòu)緊湊，縮小尺寸要求，還應(yīng)簡(jiǎn)潔美觀，從走紙到紙張收集裝置都可以采用一體式，整體框架中具有支撐作用的結(jié)構(gòu)都采用便宜耐用的金屬材料，主體結(jié)構(gòu)滿足之后，機(jī)架可以用塑料等硬質(zhì)材料減輕重量，如卷料的安裝?？紤]到卷料總體的重量，料卷的安裝采用鈑金件結(jié)構(gòu)支撐固定。還可以對(duì)卷料安裝設(shè)計(jì)有兩種不同放料方式，分別為有前置放料和后置放料的方式，前置放卷有三組張力輥，可以滿足牽引過(guò)程中張力的要求，相較于臥式機(jī)架，這兩種方式在傳動(dòng)牽引時(shí)能夠縮小牽引介質(zhì)所占的空間，即介質(zhì)可以在y軸方向上進(jìn)行輸送。ab兩種方式都可以滿足縮小占用空間的條件，但b放置方式更有優(yōu)勢(shì)，操作人員在換料操作時(shí)更方便，符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)，提升舒適度。下圖為料卷放置方式的設(shè)計(jì)a前置放卷b后置放卷圖5-1料卷放置方式5.3本章小結(jié)本章主要是介紹了小型自動(dòng)裁紙機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)，對(duì)縱切刀進(jìn)行選擇，對(duì)機(jī)架主體進(jìn)行材料選擇，并選用不同形式的料卷安裝方式進(jìn)行分析。第6章結(jié)語(yǔ)論文的研究對(duì)象為自動(dòng)裁切設(shè)備，針對(duì)現(xiàn)有的大型裁切設(shè)備，設(shè)計(jì)了一款新型的小型小型裁切機(jī)，對(duì)糾偏結(jié)構(gòu)、裁切刀等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，以提高設(shè)備的裁切效果。論文完成了總體的方案設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)的建模，關(guān)鍵部件的計(jì)算選型、驗(yàn)證，傳動(dòng)元器件的選型，整機(jī)布局優(yōu)化及關(guān)鍵工作部件的強(qiáng)度分析。本文的主要研究成果如下：根據(jù)待裁切介質(zhì)