變尺寸要求紙張裁剪機(jī)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD+仿真】

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Along with the progress of the society and the development of science, there will be a higher request to the paper in paper making industry and print. This text aim at the limitation that the local paper cutting machine can cut only one side and only fixed dimension, separating across cutting and vertical cutting, breaking from the installation of the vertical hob and the time control of the across hob .Design a kind of cutting machine which can cut from both across and vertical and can cut alterable size according to the request of the merchant. Used in the work of cutting label, business card and many kinds of presswork. The structure of this kind of cutting machine is very simple and its motion is prompt. The complete workflow is controlled by the PLC system, having the advantage of high quality of cutting and working with efficiency. The whole design process demonstrates the feasibility of this theory and the rationality of the institution. All of the structure design use the CATIA software to shape and assemble, displaying the size of the structure and work principle of the whole system really. During the design, through the design of the actual apply product, enhance the comprehension of specialty acknowledge and improve the comprehension and actual apply ability of the design idea. At the same time ,develop the ability of completing design mission oneself and understand the important effect of the religious working attitude to design the quality of the product .Certainly, there must be some places not perfect in this design .I will use them for reference in the later design to improve greatly. Key words： Variation size; bidirectional cutting; CATIA software; the paper cutting machine 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 第一章．前言 1 1.1 紙張裁剪機(jī)的簡(jiǎn)介 1 1.2 紙張裁剪機(jī)國(guó)內(nèi)外情況介紹 1 1.2.1 國(guó)內(nèi)情況 1 1.2.2 進(jìn)口情況 2 1.3 紙張裁剪機(jī)市場(chǎng)前景 2 1.4 紙張裁剪機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3 第二章．可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)原理方案的設(shè)計(jì) 4 2.1 現(xiàn)有紙張裁剪機(jī)的結(jié)構(gòu)原理分析 4 2.1.1 模切機(jī) 4 2.1.2 直刃裁紙機(jī) 5 2.1.3 滾刀裁剪機(jī) 7 2.2 可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)原理方案的設(shè)計(jì) 8 2.2.1 功能原理分析： 9 2.2.2 運(yùn)動(dòng)原理分析： 11 2.2.3 總結(jié)分析： 11 第三章．可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 12 3.1 縱向裁紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3.1.1 縱向裁紙刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3.1.2 縱向裁紙刀的安裝設(shè)計(jì) 14 3.2 橫向裁紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.2.1 橫向裁紙刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.2.2 橫向裁紙刀的安裝設(shè)計(jì) 17 3.3 控制裝置、總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 3.3.1 控制裝置的設(shè)計(jì) 18 3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 第四章．零部件設(shè)計(jì) 25 4.1 縱向裁紙機(jī)構(gòu)零件尺寸的設(shè)計(jì) 25 4.1.1 軸的設(shè)計(jì) 25 4.1.2 電動(dòng)機(jī)功率選擇： 27 4.1.3 刀具設(shè)計(jì)： 27 4.1.5 儀器儀表滾動(dòng)軸承的選擇 29 4.2 橫向裁紙機(jī)構(gòu)零件尺寸的設(shè)計(jì) 29 4.2.1 絲杠設(shè)計(jì) 29 4.2.2 光杠設(shè)計(jì) 31 4.2.3 滑塊的尺寸設(shè)計(jì) 31 4.2.4 橫向滾刀設(shè)計(jì) 32 4.2.5 滾動(dòng)軸承的選擇 33 4.3 控制裝置、底板和外殼結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 33 4.3.1外殼、墊板的設(shè)計(jì) 33 4.3.2 壓板的設(shè)計(jì) 36 4.3.3 蓋板的設(shè)計(jì) 36 第五章．其他.......................................38 5.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析......................................38 5.2結(jié) 論 38 參考文獻(xiàn) 40 致 謝 41 IV 大連輕工業(yè)學(xué)院2006屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章．前言 1.1 紙張裁剪機(jī)的簡(jiǎn)介 紙張裁剪機(jī)是一種紙張加工設(shè)備，主要用于造紙廠單張紙型紙的加工和印刷企業(yè)印刷品的整形加工，蜂窩包裝紙板產(chǎn)生以后，也要用到紙張裁剪機(jī)切制紙蜂窩芯。近年來(lái)，制卡業(yè)發(fā)展強(qiáng)勁，紙張裁剪機(jī)在這個(gè)領(lǐng)域也有廣闊的市場(chǎng)。 另外，紙張裁剪機(jī)應(yīng)用于非紙類加工，如PS版、皮革、硬塑料等材料的裁切。紙張裁剪機(jī)是一種通用設(shè)備，應(yīng)用范圍極其廣泛，在印刷業(yè)中，除部分三印企業(yè)外，幾乎每個(gè)印刷企業(yè)都要配置紙張裁剪機(jī)，因此紙張裁剪機(jī)在印刷機(jī)械產(chǎn)品中占重要的地位。在印刷機(jī)械產(chǎn)品家族中，年銷售量最大的是小型平版印刷機(jī)，第二是紙張裁剪機(jī)，它在印刷企業(yè)中是必備設(shè)備之一。 同時(shí)，紙張裁剪機(jī)又是印后主要設(shè)備之一，雖然大批量的書刊整形已由三面切書機(jī)取代，大批量的包裝產(chǎn)品的由成型模切機(jī)、柔性版印刷生產(chǎn)線、瓦楞紙印刷模切開槽機(jī)完成。大量的印大切小產(chǎn)品，如商標(biāo)、不干膠貼片、卡片及中小型印刷企業(yè)對(duì)小批量印刷產(chǎn)品，用紙張裁剪機(jī)對(duì)印品加工是投入少，收效快的一種選擇，更何況在企業(yè)僅紙張尺寸變換、產(chǎn)品的形狀變換就需要常備紙張裁剪機(jī)。隨著科技水平的提高，紙張裁剪機(jī)的自動(dòng)化水平提高很快，液壓、程控、計(jì)算機(jī)控制的紙張裁剪機(jī)已占市場(chǎng)主流。 1.2 紙張裁剪機(jī)國(guó)內(nèi)外情況介紹 1.2.1 國(guó)內(nèi)情況 國(guó)內(nèi)制造紙張裁剪機(jī)的廠家約34家。主要企業(yè)有上海申威達(dá)、長(zhǎng)春印機(jī)、四川中江、甘肅平?jīng)銎諛I(yè)、山東荷澤生建、浙江嘉路等紙張裁剪機(jī)廠。 2001年十家紙張裁剪機(jī)廠統(tǒng)計(jì)，共銷售紙張裁剪機(jī)2703臺(tái)，完成銷售額2.84億元， 2002年七家企業(yè)統(tǒng)計(jì)，共銷售紙張裁剪機(jī)2484臺(tái)，完成銷售額2.18億元。主要紙張裁剪機(jī)規(guī)格有420mm、580mm、650mm、760mm、780mm、920mm、1150mm、 1250mm、I300mm、1370mm、155 0mm、1660mm、1860mm、2200mm等14種規(guī)格。 1.2.2 進(jìn)口情況 由于我國(guó)印刷業(yè)飛速發(fā)展，每年印刷機(jī)械進(jìn)口量居高不下，紙張裁剪機(jī)的進(jìn)口額也處于增長(zhǎng)趨勢(shì)。2001年進(jìn)口紙張裁剪機(jī)3395臺(tái)，支付外匯4464萬(wàn)美元。按進(jìn)口額排序第一德國(guó)，進(jìn)口731臺(tái)1098萬(wàn)美元。2002年進(jìn)口切 紙機(jī)2134臺(tái)，支付外匯5995萬(wàn)美元。進(jìn)口德國(guó)616臺(tái)1930萬(wàn)美元。世界知名企業(yè)主要有波拉、沃倫貝格、白發(fā)達(dá)、唯索普等等。 1.3 紙張裁剪機(jī)市場(chǎng)前景 紙張裁剪機(jī)有較好的市場(chǎng)前景，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面： 1) 印刷廠現(xiàn)配備的紙張裁剪機(jī)，大都是在印刷業(yè)大發(fā)展的八、九十年代，那時(shí)國(guó)產(chǎn)的紙張裁剪機(jī)主要是機(jī)械式，主要存在問(wèn)題，一是沒有高精度的尺寸定位系統(tǒng)和尺寸設(shè)置裝置，精度低，不能滿足高檔印品裁切的要求。二是機(jī)械式紙張裁剪機(jī)沖擊力大、噪音大、安全機(jī)構(gòu)不可靠，容易出工傷事故。三是自動(dòng)化水平低，沒有自動(dòng)送紙機(jī)構(gòu)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低下。這一大批設(shè)備需要逐步更新?lián)Q代。 2) 2002年7月1日國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“第三批淘汰落后生產(chǎn)能力、工藝和設(shè)備目錄”，明令2003年底禁止生產(chǎn)、使用老式機(jī)械式紙張裁剪機(jī)。國(guó)家新聞出版總署的《印刷業(yè)管理?xiàng)l例》和相應(yīng)的規(guī)定中，也不把淘汰設(shè)備計(jì)算在印刷廠必備條件內(nèi)，這樣就增加了中高檔紙張裁剪機(jī)市場(chǎng)。當(dāng)然，淘汰落后設(shè)備政策的具體落實(shí)還有一定的難度，應(yīng)該制定具體措施，使其盡快退出市場(chǎng)。 3) 我國(guó)印刷品消費(fèi)水平與世界發(fā)達(dá)國(guó)家和世界平均水平都有相當(dāng)大的差距。改革開放以來(lái)，印刷業(yè)發(fā)展迅速，印刷企業(yè)從2001年印刷業(yè)整頓后的15萬(wàn)家，增長(zhǎng)到2002年《印刷業(yè)管理?xiàng)l例》頒布后的16萬(wàn)家，印刷企業(yè)隨市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將保持繼續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，紙張裁剪機(jī)將保持快速增長(zhǎng)。2000年印機(jī)行業(yè)統(tǒng)計(jì)銷售額達(dá)到50億元，按行業(yè)發(fā)展規(guī)劃2010年印刷機(jī)械銷售額將達(dá)到100億元，印刷機(jī)械銷售額將翻一番，紙張裁剪機(jī)市場(chǎng)增長(zhǎng)是必然趨勢(shì)。 4) 紙張裁剪機(jī)進(jìn)口量較大，出口量較少，如果通過(guò)國(guó)內(nèi)企業(yè)的努力，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平上下功夫，通過(guò)資產(chǎn)重組，改變當(dāng)前分散經(jīng)營(yíng)，企業(yè)成本過(guò)高的情況，努力改變多年來(lái)進(jìn)出口反差過(guò)大的現(xiàn)狀，紙張裁剪機(jī)將增大至少30-40％的市場(chǎng)空間。 1.4 紙張裁剪機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 根據(jù)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展需求，紙張裁剪機(jī)在市場(chǎng)上有很大的發(fā)展前景。但是目前市場(chǎng)上的紙張裁剪機(jī)，無(wú)論采用模切、直刃還是滾刀都是固定尺寸、單向走刀方式，而市場(chǎng)要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及尺寸緊跟時(shí)代變化，產(chǎn)品的商標(biāo)、廣告尺寸應(yīng)與產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)尺寸相協(xié)調(diào)。所以紙張裁剪機(jī)械應(yīng)順應(yīng)產(chǎn)品尺寸變化的要求，適應(yīng)柔性加工，向著可變更尺寸、多方向走刀的趨勢(shì)發(fā)展。 第二章． 可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)原理方案的設(shè)計(jì) 2.1 現(xiàn)有紙張裁剪機(jī)的結(jié)構(gòu)原理分析 2.1.1 模切機(jī) 模切機(jī)有圓壓平、平壓平、圓壓圓三種機(jī)型，目前應(yīng)用量最大的是平壓平機(jī)型。平壓平模切機(jī)又分為立式平壓平和臥式平壓平機(jī)型，而臥式平壓平模切機(jī)是目前模切機(jī)最主要的機(jī)型。 無(wú)論哪種類型的模切機(jī)，其結(jié)構(gòu)都是由模切版臺(tái)和壓切機(jī)構(gòu)兩大部分所組成。臥式平壓平模切機(jī)的模切版臺(tái)和壓切機(jī)構(gòu)的形狀都是平板狀的。模切版被固定在平整的版臺(tái)上，被加工板料放在壓板（下壓盤）上。臥式模切機(jī)結(jié)構(gòu)由輸料部分、模壓部分、出料部分和排廢部分等組成。工作時(shí)，模切版臺(tái)固定不動(dòng)，壓板通過(guò)連桿作用往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得版臺(tái)與壓板不斷地離合壓，每合壓一次便實(shí)現(xiàn)一次模切。 圖2.1 臥式模切機(jī)結(jié)構(gòu) 模切機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、便于操作、適合不同克重的板料、模切精確等優(yōu)點(diǎn)，但是它的不足之處也是很明顯的，例如對(duì)于剪裁的尺寸不可調(diào)節(jié)，只能剪切固定尺寸紙張；它工作時(shí)需要有很大的壓力，從而導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低；模切版臺(tái)和壓切機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間受壓，容易磨損，壽命不長(zhǎng)等等。 2.1.2 直刃裁紙機(jī) 所謂直刃裁紙機(jī)，即直接用直刃裁刀對(duì)紙張進(jìn)行直線裁剪。根據(jù)裁紙刀的驅(qū)動(dòng)方式的不同又分為以下幾種情況。 (1) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)式直刃裁紙機(jī)： 工作時(shí)，紙張位于工作臺(tái)上，在張緊輪和平衡輪的作用下，直流電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)。偏心輪下面連接連桿，通過(guò)橈性桿和擺桿，帶動(dòng)刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)紙張進(jìn)行裁剪。直刃裁紙機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2 1. 直流電機(jī)　2. 張緊輪　3. 平衡輪　4. 立柱　5. 偏心輪6. 連桿　7. 擺桿　 8. 橈性桿　9. 刀片　10. 轉(zhuǎn)角齒輪副11. 轉(zhuǎn)角電機(jī)　12. 抬刀汽缸　 3. 磨刀機(jī)構(gòu)　14. 校偏機(jī)構(gòu)　15. 裁剪紙張　16. 工作臺(tái) 圖2.2直刃裁紙機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 直刃裁紙機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裁剪快速，操作方便。但是裁剪范圍有限，對(duì)于雙向紙張必須分兩次裁剪才能完成：而且設(shè)備龐大，調(diào)整需要大量的時(shí)間；成本高，效率低。 (2) 連桿傳動(dòng)式直刃裁紙機(jī)： 動(dòng)作過(guò)程與電機(jī)驅(qū)動(dòng)式直刃裁紙機(jī)基本相同。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3所示。 連桿傳動(dòng)式直刃裁紙機(jī)承載能力大,易潤(rùn)滑,摩擦小，壽命長(zhǎng)。自身能實(shí)現(xiàn)力的封閉，不像凸輪要彈簧等配件，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡。但是慣性力難平衡(低速),設(shè)計(jì)復(fù)雜，積累誤差(空隙),效率低，有急回現(xiàn)象存在。 1、齒輪 2、槽輪 3、直刃切刀 4、電機(jī) 5、減速器 6、傳送帶 7、凸輪 圖2.3連桿傳動(dòng)式直刃裁紙機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 (3) 液壓與氣壓傳動(dòng)式直刃裁紙機(jī)： 動(dòng)作過(guò)程與電機(jī)驅(qū)動(dòng)式直刃裁紙機(jī)基本相同。 在同等的體積下, 液壓與氣壓執(zhí)行裝置能比電氣執(zhí)行裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力;體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn),由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快,易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng),自動(dòng)和頻繁的換向。傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。但是液壓與氣壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，在工作過(guò)程中常有較多的能量損失(摩擦損失,泄漏損失) 。液壓與氣壓傳動(dòng)的工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響。 為了減少泄漏,元件在制造精度上的要求都比較高,因此它的造價(jià)較貴,紙張對(duì)油液的污染比較敏感。 (4) 電磁鐵吸附式直刃裁紙機(jī)： 動(dòng)作過(guò)程與電機(jī)驅(qū)動(dòng)式直刃裁紙機(jī)基本相同。核心動(dòng)力結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.4。 電磁鐵吸附式直刃裁紙機(jī)磁場(chǎng)連續(xù)可調(diào)、連續(xù)性較好。但是磁場(chǎng)穩(wěn)定性不易保證，而且利用電磁鐵的吸附力控制刀具切割紙張，也不容易切斷紙張，效率不高。 圖2.4電磁鐵吸附式直刃裁紙機(jī)核心動(dòng)力結(jié)構(gòu)示意圖 2.1.3 滾刀裁剪機(jī) 滾刀裁剪機(jī)采用了全封閉式調(diào)速可逆電機(jī)和圓柱型滾刀。結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，主要由電機(jī)、圓柱型滾刀、刀架、齒輪、導(dǎo)向齒、電機(jī)支架，底盤、外殼等組成。裁剪部分為兩個(gè)相互嚙合的圓柱型滾刀。 圖2.5滾刀裁剪機(jī)結(jié)構(gòu)圖 該裁剪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為剪裁快速準(zhǔn)確，切口小，寬窄均勻，且操作簡(jiǎn)單，實(shí)用、方便。但是任然是單方向性的，對(duì)于雙向剪裁，仍然需要兩次，延長(zhǎng)了加工時(shí)間，同時(shí)工作效率也大大降低。 2.2 可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)原理方案的設(shè)計(jì) 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)為：設(shè)計(jì)一種剪裁尺寸可調(diào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作簡(jiǎn)潔、高效率、高質(zhì)量的紙張裁剪機(jī)。本課題研究的產(chǎn)品目前市場(chǎng)上沒有此類產(chǎn)品，屬于開發(fā)性產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 本課題所設(shè)計(jì)的紙張裁剪機(jī)可以剪裁變化尺寸要求的紙張，但是為了便于說(shuō)明，舉一有固定尺寸要求的例子。本例為：要求將A4的紙張剪裁成12張45*100的紙片。具體尺寸示意圖如圖2.6所示。 實(shí)現(xiàn)的功能主要是橫向剪裁和縱向剪裁一起進(jìn)行，同時(shí)剪裁尺寸可以調(diào)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)橫向剪裁和縱向剪裁一起進(jìn)行，則首先要明確橫向剪裁機(jī)構(gòu)和縱向剪裁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作原理，其次要考慮橫向剪裁機(jī)構(gòu)和縱向剪裁機(jī)構(gòu)的位置關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)動(dòng)作和先后順序。 要實(shí)現(xiàn)剪裁尺寸可以調(diào)節(jié)的功能，首先要考慮圓柱型滾刀的安裝方式，其次要弄清楚剪裁的順序和時(shí)間上的控制。通過(guò)調(diào)研、查閱資料分析，完成可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)原理方案的開發(fā)設(shè)計(jì)，見圖2.7所示。 圖2.6 裁剪實(shí)例紙張尺寸圖 2.2.1 零部件功能原理分析： 1、縱向切紙滾刀：采用雙軸安裝上下圓形主副刀對(duì)滾來(lái)剪裁紙張。主動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主切刀轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)軸上的橡膠輪與紙張產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)紙張向前輸送移動(dòng)；同時(shí)主動(dòng)軸上的嚙合傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)副切刀同速轉(zhuǎn)動(dòng)，完成切紙工作。 1、縱向滾切刀 2、縱向傳動(dòng)齒輪 3、縱向傳動(dòng)電機(jī) 4、橫向傳動(dòng)齒輪 5、橫向傳動(dòng)齒輪 6、壓板 7、限位開關(guān) 8、橫向切刀 9、滑塊 10、光杠11、絲杠 圖2.7原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2、縱向傳動(dòng)齒輪：采用相同模數(shù)的兩個(gè)齒輪，齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸同速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓形主副刀也以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)滾，從而達(dá)到縱向剪裁紙張的目的。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一定，通過(guò)調(diào)節(jié)嚙合齒輪的模數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而滿足切紙的速度要求。 3、縱向傳動(dòng)電機(jī)：帶動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，間接帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 4、橫向傳動(dòng)齒輪：同2 5、橫向傳動(dòng)電機(jī)：同3 6、壓板：在圓形滾刀剪切紙張的時(shí)候，用來(lái)固定紙張的位置，不讓其移動(dòng)，以便保證剪切的質(zhì)量。 7、光敏開關(guān)：用來(lái)控制電機(jī)、紙張相互協(xié)調(diào)動(dòng)作。 8、橫向切紙滾刀：橫切刀采用圓形滾刀。由電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠中穿插一個(gè)帶螺紋的滑塊，通過(guò)光桿的限制，滑塊只向前做直線運(yùn)動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)。圓形滾刀安在滑塊上，由于與紙張有摩擦，滾刀做橫向滾切，完成對(duì)紙張的橫向剪裁。 9、滑塊：用來(lái)帶動(dòng)圓形滾刀13作前后進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 10、光杠：導(dǎo)向的作用，使滑塊不隨絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，只隨光杠作前后的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 11、絲杠：通過(guò)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)滑塊向前旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。 2.2.2 運(yùn)動(dòng)原理分析： 如圖2.7原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示：①開動(dòng)開關(guān)1，將待裁紙放入裁紙機(jī)中，縱向圓柱形裁紙刀轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)紙張前移，同時(shí)完成縱向裁紙；②紙張通過(guò)限位開關(guān)2時(shí)，限位開關(guān)2、開關(guān)1斷電、縱向裁紙刀停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開關(guān)2接通、橫向裁紙電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)橫向裁紙刀移動(dòng)完成橫向裁紙動(dòng)作（由A位置至B位置），③開關(guān)2斷電、開關(guān)1接通，縱向裁紙刀轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)紙張前移，同時(shí)完成縱向裁紙；④紙張通過(guò)限位開關(guān)1時(shí)（此時(shí)限位開關(guān)2斷電），電磁鐵1接通，帶動(dòng)壓緊條轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊紙、開關(guān)1斷電，縱向裁紙停止 ，開關(guān)3接通、橫向裁紙電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)橫向裁紙刀移動(dòng)完成橫向裁紙動(dòng)作（由B位置至A位置）；⑤紙張自動(dòng)滑落、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、電磁鐵1斷電、壓緊條松開；⑥開關(guān)1接通，縱向裁紙刀轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)紙張前移，同時(shí)完成縱向裁紙；⑦重復(fù)④⑤⑥動(dòng)作；⑧計(jì)數(shù)器完成設(shè)定值，返回①重新開始。 詳細(xì)見圖2.8運(yùn)動(dòng)原理PLC控制流程圖。 圖2.8運(yùn)動(dòng)原理PLC控制流程圖 2.2.3 總結(jié)分析： 這種紙張裁剪機(jī)采用縱橫雙向剪裁，動(dòng)作簡(jiǎn)單有效，縮短工作時(shí)間，提高效率。對(duì)于不同尺寸要求的紙張的剪裁，可以通過(guò)對(duì)滾刀的更換來(lái)調(diào)節(jié)，非常方便。滿足了當(dāng)代市場(chǎng)的需求，有相當(dāng)大的發(fā)展空間。 第三章． 可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 在對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行仔細(xì)研究后，將設(shè)計(jì)任務(wù)分為縱向裁紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、橫向裁紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制裝置及底板外殼的設(shè)計(jì)三個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1 縱向裁紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1.1 縱向裁紙刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到生產(chǎn)中是對(duì)紙的剪裁，所以要求刀具準(zhǔn)確、快速、動(dòng)作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。而且刀具的剪裁過(guò)程是一個(gè)摩擦切削的過(guò)程，在摩擦中必定會(huì)產(chǎn)生熱量以及對(duì)刀具產(chǎn)生磨損?？紤]到以上的因素，縱向裁紙刀結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)直徑相同、相互嚙合的圓柱型滾刀?？v向裁紙刀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示。兩個(gè)圓柱型滾刀，上刀為凹刀，下刀為凸刀，在刀尖有一定嚙合深度。兩個(gè)滾刀半徑相同，機(jī)構(gòu)基本一致，剪裁紙張時(shí)兩個(gè)滾刀以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在與滾刀的嚙合處產(chǎn)生對(duì)紙張的剪切力，滾刀向不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，紙張從中間通過(guò)從而被剪切開。 圖3.1縱向裁紙刀結(jié)構(gòu)示意圖 在裁剪過(guò)程中要求縱向裁紙刀以相同的速度，不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，我們采用將縱向裁紙刀固定在兩根主軸上，主軸一端裝有兩個(gè)完全相同的齒輪，并且齒輪的齒根圓半徑與縱向裁紙刀的半徑相同，這樣就保證了縱向裁紙刀與齒輪同時(shí)嚙和。由電機(jī)帶動(dòng)下齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)縱向裁紙刀以相同的速度，不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紙張的裁剪。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.2所示。 3.1.2 縱向裁紙刀的安裝設(shè)計(jì) 由于本課題設(shè)計(jì)的是可變尺寸要求的紙張裁剪機(jī)，所以在裁紙刀的安裝問(wèn)題上必須給予充分的考慮。對(duì)于可變尺寸要求，在縱向剪裁中主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：紙片與所裁剪紙張間的縱向距離、以及紙片與紙片間的縱向距離（即裁剪紙張后廢料的尺寸），紙片的縱向尺寸（即所需成品的尺寸大小）。另外，對(duì)于多個(gè)紙張的排布，合理充分的利用紙張資源，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效率也是有一定的要求的。具體的安裝設(shè)計(jì)，我們舉本課題的實(shí)例來(lái)具體說(shuō)明。 圖3.2縱向裁紙刀主軸結(jié)構(gòu)示意圖 對(duì)于第一個(gè)方面，由裁剪實(shí)例紙張尺寸圖可以看出，紙張縱向間距即刀具縱向裁剪的距離分別為：3mm、4mm、3mm?？紤]到需要滿足大批量裁剪紙張，以及紙張裁剪機(jī)的動(dòng)作次數(shù)對(duì)裁剪生產(chǎn)率的直接影響，本課題所采用的刀具為有固定的間隙。根據(jù)紙張可變尺寸裁剪要求也可以生產(chǎn)出不同間距的滾刀，因?yàn)槭谴笈坎眉?，在?jīng)濟(jì)效率上來(lái)說(shuō)還是比較可取的。 對(duì)于第二個(gè)方面，根據(jù)要求的不同，紙片的縱向尺寸也相應(yīng)的不同，這就涉及到滾刀與滾刀間的距離的問(wèn)題。由于多個(gè)滾刀靠一個(gè)主軸來(lái)帶動(dòng)，而縱向尺寸要求可變，所以我們?cè)O(shè)計(jì)成縱向裁紙刀在主軸上可以根據(jù)尺寸隨意移動(dòng)。我們?cè)O(shè)計(jì)采用的主軸，在軸上帶有精確的尺寸刻度（刻度略），并且在主軸上有一個(gè)凹槽?？v向裁紙刀刀刃的一側(cè)有緊固螺釘孔，通過(guò)緊固螺釘，根據(jù)不同的尺寸要求，將滾刀固定到所需的位置。如圖3.3所示： 另外，對(duì)于尺寸要求特殊的紙張裁剪，如：排版剩余過(guò)多、廢料尺寸太大等等，在考慮制作特殊縱向滾刀的經(jīng)濟(jì)效率、縱向滾刀尺寸的合理性等因素下，視具體情況而定。 圖3.3縱向滾刀安裝示意圖 3.2 橫向裁紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1 橫向裁紙刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于剪裁動(dòng)作以及原理與縱向裁紙刀基本上相同，所以我們所設(shè)計(jì)的橫向裁紙刀的結(jié)構(gòu)與縱向裁紙刀類似。采用單個(gè)圓柱形滾刀，由滑塊帶動(dòng)，刀刃與墊板接觸?；瑝K橫向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)圓柱形滾刀橫向運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于與墊塊接觸摩擦產(chǎn)生作用力，則圓柱形滾刀的橫向運(yùn)動(dòng)變成橫向滾動(dòng)，在滾動(dòng)中裁剪紙張。這樣，剪裁紙張的刀刃為一個(gè)圓周，相對(duì)于直刀的剪裁，極大地減小了磨損，增加了刀具的壽命。橫向裁紙刀以及滑塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4所示： 圖3.4橫向裁紙刀及滑塊結(jié)構(gòu)示意圖 紙張要橫向裁剪，必須要求橫向裁紙刀做橫向滾動(dòng)，即帶動(dòng)滾刀運(yùn)動(dòng)的滑塊進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)。所以，在本課題設(shè)計(jì)中，我們采用一個(gè)絲杠和一個(gè)光桿來(lái)帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠與滑塊通過(guò)螺紋配合，這樣絲杠就帶動(dòng)滑塊橫向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)滑塊中再穿一個(gè)光杠，就限制了滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，通過(guò)絲杠和光桿這樣簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，滑塊就可以進(jìn)行橫向直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)橫向裁紙刀滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紙張的橫向裁剪了。橫向裁紙刀總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.5所示： 圖3.5橫向裁紙刀總體結(jié)構(gòu)示意圖 3.2.2 橫向裁紙刀的安裝設(shè)計(jì) 與縱向裁紙刀的安裝類似，對(duì)于可變尺寸要求，在橫向剪裁中也是相同的兩個(gè)方面需要注意：紙片與所裁剪紙張間的橫向距離、以及紙片與紙片間的橫向距離（即裁剪紙張后廢料的尺寸），紙片的橫向尺寸（即所需成品的尺寸大?。Ｍ瑫r(shí)，對(duì)于裁剪的時(shí)間問(wèn)題也要準(zhǔn)確地把握。 對(duì)于第一個(gè)方面，由于排版間距的靈活性，所以紙片與所裁剪紙張間的橫向距離、以及紙片與紙片間的橫向距離基本上可以隨意確定?？紤]到滾刀的加工方便（橫向裁紙刀與縱向裁紙刀結(jié)構(gòu)大致相同），橫刀刀刃的間距可以選擇與縱向裁紙刀相同間距的刀刃（在本例中選擇3mm），這樣降低刀具的加工成本，同時(shí)也滿足了工作的需要。 對(duì)于第二個(gè)方面，對(duì)于紙片的橫向尺寸的確定，是通過(guò)控制程序來(lái)進(jìn)行的。在裁剪紙張的墊板上，開有一處凹槽，凹槽處設(shè)定有光敏開關(guān)。當(dāng)紙張到達(dá)光敏開關(guān)處，光敏開關(guān)打開，通過(guò)PLC控制程序，紙張停止運(yùn)動(dòng)，壓板將紙張壓住，此時(shí)橫向裁紙刀橫向運(yùn)動(dòng)，對(duì)紙張進(jìn)行裁剪。（具體的控制方式以及動(dòng)作過(guò)程見控制裝置的設(shè)計(jì)。） 3.3 控制裝置、總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.3.1 控制裝置的設(shè)計(jì) 紙張裁剪機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是由多個(gè)動(dòng)作組成的，包括電機(jī)、齒輪、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，縱向裁紙刀的轉(zhuǎn)動(dòng)，壓板的運(yùn)動(dòng)，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向裁紙刀的來(lái)回剪裁滾動(dòng)等等。 有些動(dòng)作還是反復(fù)進(jìn)行或按照一定的次序進(jìn)行的，所以必須有控制裝置，才能使剪裁的動(dòng)作有條不紊地進(jìn)行。在本課題設(shè)計(jì)中，控制裝置主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)，開關(guān)，光敏開關(guān)，電磁鐵壓板等等。單片機(jī)按照剪裁紙張的要求控制各個(gè)開關(guān)的動(dòng)作，開關(guān)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，光敏開關(guān)和電磁鐵壓板控制紙張縱向行程。 舉一個(gè)單獨(dú)的動(dòng)作來(lái)分析說(shuō)明，紙張裁剪機(jī)對(duì)紙張?jiān)诳v向和橫向各進(jìn)行一次裁剪。將紙張放在墊板上，推到縱向裁紙刀嚙合處，開關(guān)A打開，電機(jī)帶動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，縱向裁紙刀在主軸的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊帶動(dòng)紙張向前運(yùn)動(dòng)，一邊對(duì)紙張進(jìn)行縱向的剪裁。當(dāng)紙張達(dá)到尺寸要求的位置是，紙張擋住光敏開關(guān)，此時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的控制，開關(guān)A馬上關(guān)閉，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，縱向裁紙刀停止運(yùn)動(dòng)，紙張也停止運(yùn)動(dòng)。電磁鐵通電，壓板把紙張壓住。開關(guān)B打開，另一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑塊及橫向裁紙刀做橫向剪裁。當(dāng)剪裁完畢，開關(guān)B關(guān)閉，動(dòng)作完成。以上便是控制裝置的一個(gè)簡(jiǎn)單演示，對(duì)于本課題的動(dòng)作過(guò)程，下文將進(jìn)行詳細(xì)分析。 3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在本課題的中，在對(duì)縱向裁紙機(jī)構(gòu)和橫向裁紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，也是進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)?？傮w設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量及生產(chǎn)成本具有重大影響?？傮w結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要以外殼、墊板和其他零部件以及各個(gè)機(jī)構(gòu)、零部件的合理組裝為主。 在對(duì)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到以下幾個(gè)主要因素： 1.外觀、質(zhì)量。變尺寸要求紙張裁剪機(jī)這類新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，是以市場(chǎng)為最終目標(biāo)的，所以必須考慮到它的外觀造型和色彩，它是機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)、材料和外觀形象的綜合表現(xiàn)，是科學(xué)性、實(shí)用性的結(jié)合。所以，總體外形設(shè)計(jì)成人們最容易接受的形狀，再加上用強(qiáng)大的CATIA軟件給整個(gè)機(jī)體附上真實(shí)的材質(zhì)和色彩。我們所設(shè)計(jì)地紙張裁剪機(jī)是對(duì)A4的紙張進(jìn)行裁剪，需要有人進(jìn)行操作，所以要求結(jié)構(gòu)緊湊，盡量縮小空間，質(zhì)量盡量小，容易搬動(dòng)。 2. 運(yùn)行平穩(wěn)，滿足功能。對(duì)紙張的剪裁要求的精確度是比較高的，而電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中以及齒輪、絲杠在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中肯定會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，這就要求總體結(jié)構(gòu)的底部有足夠的重量，使得電機(jī)、齒輪產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)紙張剪裁過(guò)程中產(chǎn)生影像最小。這樣就可以將兩個(gè)電機(jī)以及電機(jī)的墊塊安裝在外殼的底部。另外，在橫向裁紙刀裁剪紙張?zhí)幍膲|板需足夠的硬度，完成對(duì)紙張的裁剪。 3.經(jīng)濟(jì)因素，節(jié)省材料?？紤]到經(jīng)濟(jì)收益以及生產(chǎn)效率，我們必須盡可能地在滿足工作需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)節(jié)省原料、降低總體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、減少零部件、減少加工步驟等方式來(lái)降低成本。 在設(shè)計(jì)外殼以及墊板的時(shí)候，從他們的功能出發(fā)考慮來(lái)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。外殼的作用為：承裝各個(gè)零部件，是紙張裁剪機(jī)的主體。墊板的作用為：承載紙張以及與橫向裁紙刀配合對(duì)紙張進(jìn)行橫向的剪裁。在滿足功能，并且結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原則上，我們?cè)O(shè)計(jì)出外殼和墊板如下示意圖所示。外殼設(shè)計(jì)成U字形，側(cè)面則為梯形，下面底板比側(cè)板要厚，一方面加載了重量，增加了裁紙機(jī)的穩(wěn)定性，另一方面，可以更好地置放其他零部件。外殼的蓋是通過(guò)外殼兩側(cè)板內(nèi)側(cè)的凹槽放進(jìn)去的，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝方便，同時(shí)也可以滿足工作需求。同樣，水平墊板也是通過(guò)凹槽裝到外殼內(nèi)側(cè)。斜墊板則是通過(guò)外殼內(nèi)側(cè)的斜托條，以及外殼底板的凹槽卡在外殼里面。具體如圖3.6-3.8所示。 圖3.6外殼和墊板示意圖 圖3.7外殼和墊板示意圖 2 圖3.8外殼和墊板示意圖 3 根據(jù)紙張裁剪機(jī)的工作要求，我們所需要的電機(jī)在滿足傳動(dòng)要求的前提下，還需要體積小、重量輕、穩(wěn)定可靠、噪音小等要求。在安裝兩個(gè)電機(jī)的時(shí)候，考慮到要使電機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)行，盡量地減少振動(dòng)，我們將電機(jī)組安裝在外殼底板上面，并且增加了一個(gè)電機(jī)座。電機(jī)座一方面增加了裁紙機(jī)的穩(wěn)定性，另一方面使得電機(jī)安裝起來(lái)更加方便。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.9所示： 圖3.9電機(jī)、墊塊示意圖 總體的布局最主要的還是工作件，即縱向裁紙刀和橫向裁紙刀的布局。由于紙張從縱向裁紙刀的中間通過(guò)而被剪切，所以將縱向裁紙刀分別置于墊板的上下。在縱向裁紙刀嚙合的地方，墊板有一定的空隙，在墊板上有一個(gè)尺寸大小與A4紙張寬度大小一樣的凹槽，用來(lái)引導(dǎo)紙張不發(fā)生偏移，而縱向裁紙刀剪裁的位置也正好與凹槽的位置相同，這樣可以使縱向裁紙刀準(zhǔn)確的裁剪紙張。走紙主要是靠縱向裁紙刀來(lái)帶動(dòng)的，為了使走紙更加容易，另一個(gè)墊板我們做成有一定傾斜角度，這樣橫向裁紙刀裝置也必須具有相同的角度，才能使刀具垂直于墊板，進(jìn)行橫向裁紙。同時(shí)根據(jù)本課題所采用的裁剪紙張的實(shí)例，橫向裁紙刀刀具與縱向裁紙刀的距離應(yīng)該固定在某一個(gè)范圍內(nèi)，具體的尺寸將在下一章結(jié)構(gòu)尺寸中確定。裁紙刀布局示意圖如圖3.10所示： 圖3.10裁紙刀布局示意圖 在對(duì)紙張裁剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我充分地利用到了CATIA制圖軟件，方便地對(duì)紙張裁剪機(jī)的零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與修改，還對(duì)整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了裝配。使得我全面得認(rèn)清了布局與結(jié)構(gòu)，更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 CATIA是由法國(guó)著名飛機(jī)制造公司Dassau1t開發(fā)并由IBM公司負(fù)責(zé)銷售的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系 統(tǒng)，CATIA起源于航空工業(yè)，其最大的標(biāo)志客戶即美國(guó)波音公司，波音公司通過(guò)CATIA建立起了一整套無(wú)紙飛機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)，取得了重大的成功。 作為世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件，CATIA可以幫助用戶完成大到飛機(jī)小到螺絲刀的設(shè)計(jì)及制造，它提供了完備的設(shè)計(jì)能力：從2D到3D到技術(shù)指標(biāo)化建模，同時(shí)，作為一個(gè)完全集成化的軟件系統(tǒng)，CATIA將機(jī)械設(shè)計(jì)、工程分析及仿真和加工等功能有機(jī)地結(jié)合，為用戶提供嚴(yán)密的無(wú)紙工作環(huán)境從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間、提高加工質(zhì)量及降低費(fèi)用的效果。 CATIA是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA在造型風(fēng)格。車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端（end-to-end）的解決方案，CATIA涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。CATIA的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 全球有各種規(guī)模的消費(fèi)品公司信賴CATIA，其中部分原因是CATIA設(shè)計(jì)的產(chǎn)品風(fēng)格新穎，而且具有建模工具和高質(zhì)量的渲染工具。CATIA已用于設(shè)計(jì)和制造如下多種產(chǎn)品：餐具、計(jì)算機(jī)、廚房設(shè)備、電視和收音機(jī)以及庭院設(shè)備等。 CATIA源于航空工業(yè),是業(yè)界無(wú)可爭(zhēng)辯的領(lǐng)袖.以其精確安全,可靠性滿足商業(yè) 、 防御和航空領(lǐng)域各種應(yīng)用的需要，CATIA引以自豪的幾個(gè)主要項(xiàng)目（例如波音777，737）均成功地用100％數(shù)字模型無(wú)紙加工完成。這在航空工業(yè)中從來(lái)沒有過(guò)。CATIA與STEP完全兼容，為航空提供的解決方案，包括管道系統(tǒng)（Piping and Tabling），組裝、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部負(fù)荷分析（業(yè)界第一）、電路布線和綜合利用。 一個(gè)產(chǎn)品僅有設(shè)計(jì)是不夠的，還必須成功地制造出來(lái)，CATIA擅長(zhǎng)于為棱柱和工具零件作2D/3D關(guān)聯(lián),分析和NC；CATIA規(guī)程驅(qū)動(dòng)（Spec-driven）的混合建模方案保證高速生產(chǎn)和組裝精密產(chǎn)品，如機(jī)床、醫(yī)療器械、膠印機(jī)、鐘表及工廠設(shè)備等均能做到一次成功。 在豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,IBM-ETS和Dassault-System為造船業(yè)、發(fā)電廠、加工廠和工程建筑公司開發(fā)新一代解決方案。CATIA-CADAMPlant是這些行業(yè)中的第一個(gè)面向?qū)ο蠛椭R(shí)工程技術(shù)的系統(tǒng)。 第四章． 零部件設(shè)計(jì) 4.1 縱向裁紙機(jī)構(gòu)零件尺寸的設(shè)計(jì) 縱向裁紙機(jī)構(gòu)零件包括軸、上滾刀、下滾刀、軸承、軸套、端蓋、齒輪等。 4.1.1 軸的設(shè)計(jì) 軸：功能是支撐刀具回轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)要求具有一定的強(qiáng)度和剛度要求，即刀具進(jìn)行切紙工作使軸不能產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)承受刀具間產(chǎn)生的相互作用力。 考慮到紙張剪切機(jī)的使用要求，我們?cè)O(shè)計(jì)針對(duì)紙張的厚度為<1mm，材料可以是塑料片材（如食堂就餐卡、銀行卡等）、銅卡紙或白卡紙（名片等）、普通印刷紙（商標(biāo)、廣告等）。設(shè)計(jì)以剪裁塑料片材為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析。查找有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]，塑料的抗拉強(qiáng)度，由材料力學(xué)理論可知： （4.1） ∴ （MPa） （） ` 由此可以計(jì)算出作用在刀刃上的作用力： (N) （4.2） 軸的受力圖如圖4.1所示。 圖4.1 軸受力圖 軸上所受到的最大扭矩在A處為： 初步確定軸的直徑d=20 （mm）， （） (4.3) 校核軸的直徑： 通過(guò)分析和比較，軸的材料選用45鋼，查得它的[]=240 (MPa) 又因?yàn)? （4.4） ∴ （MPa） (4.5) ∴ 所以滿足強(qiáng)度要求。 精度設(shè)計(jì)：軸主要支撐刀具工作，軸上沒有其它工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，綜合成本分析確定，尺寸精度IT7 基軸制。 所以設(shè)計(jì)出軸的尺寸如圖4.2所示。 圖4.2 軸設(shè)計(jì)尺寸圖 4.1.2 電動(dòng)機(jī)功率選擇： 根據(jù)要求設(shè)塑料片的前進(jìn)速度為100 (mm/s) 則軸的轉(zhuǎn)速為： （r/min） (4.6) (4.7) ∴ (kw) (4.8) 4.1.3 刀具設(shè)計(jì)： 刀具與材料之間存在摩擦和磨損現(xiàn)象，設(shè)計(jì)要求滾刀的使用壽命1000小時(shí)，刀具與塑料的摩擦系數(shù) 考慮通過(guò)磨損試驗(yàn)(本設(shè)計(jì)未做)確定刀具的磨損率，必要時(shí)采用特種工藝處理刀具表面（如滲碳、涂層等），提高刀具的耐磨性； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：縱切軸通過(guò)螺釘與槽之間的剪切強(qiáng)度傳動(dòng)力矩，同時(shí)螺釘起到軸向定位的作用，考慮到螺釘傳遞扭矩時(shí)對(duì)螺釘孔處產(chǎn)生擠壓作用，結(jié)合擠壓強(qiáng)度要求，確定厚度尺寸; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 縱向滾刀的具體尺寸設(shè)計(jì)如圖4.3、4.4所示。 圖4.3 縱向上滾刀結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 圖4.4 縱向下滾刀結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 4.1.5 儀器儀表滾動(dòng)軸承的選擇 由于軸的尺寸已經(jīng)設(shè)計(jì)出來(lái)，所以選62900型軸承。 4.2 橫向裁紙機(jī)構(gòu)零件尺寸的設(shè)計(jì) 橫向裁紙機(jī)構(gòu)零件包括、絲杠、光杠、滑塊、橫向滾刀等零件。 4.2.1 絲杠設(shè)計(jì) 由前面的分析可知，作用在橫向滾刀上的剪切作用力： （N） 所以絲杠所受彎矩為： （） （4.9） （4.10） （4.11） 由上面的計(jì)算公式可求得絲杠所受彎曲應(yīng)力為： （MPa） 絲杠的材料選擇為：45鋼 查表得45鋼的[]=600 （MPa） ∴滿足強(qiáng)度要求。 綜合考慮到工藝要求，確定絲杠的尺寸，尺寸設(shè)計(jì)圖4.5所示： 圖4.5 絲杠尺寸設(shè)計(jì)圖 電機(jī)的選擇： 根據(jù)要求設(shè)滾刀的前進(jìn)速度為100 (mm/s) 又因?yàn)榻z杠的螺距P=2 (mm) n=2 所以可計(jì)算出導(dǎo)程S： （mm） (4.12) 所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速n: (r/s) = (r/min) (4.13) 所以查電機(jī)的型號(hào)后,選擇Y180L-4型號(hào)的電機(jī)． 4.2.2 光杠設(shè)計(jì) 光杠的作用是引導(dǎo)帶動(dòng)滾刀運(yùn)動(dòng)的滑塊沿絲杠產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生相對(duì)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，光杠與滑塊之間設(shè)計(jì)采用間隙配合，考慮到光杠的加工工藝要求，光杠的設(shè)計(jì)直線度誤差<0.02mm，確定光杠的基本尺寸采用基孔制配合，公差帶取。光杠的設(shè)計(jì)見圖4.6 圖4.6 光杠的設(shè)計(jì)尺寸圖 4.2.3 滑塊的尺寸設(shè)計(jì) 作用：用來(lái)帶動(dòng)橫向滾刀作左右進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便橫向滾刀實(shí)現(xiàn)橫向的切紙運(yùn)動(dòng)。 螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：與絲杠配合設(shè)計(jì)。 光杠孔設(shè)計(jì)：與光杠配合設(shè)計(jì)， 具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖4.7 圖4.7 滑塊尺寸設(shè)計(jì)圖 4.2.4 橫向滾刀設(shè)計(jì) 考慮到確保剪切件分離工作要求，滾刀應(yīng)切入底板0.01mm，墊板采用聚氯乙烯塑料，橫向滾刀的設(shè)計(jì)與縱向滾刀的設(shè)計(jì)相似，這里就不再做具體計(jì)算分析了． 考慮通過(guò)磨損試驗(yàn)(本設(shè)計(jì)未做)確定刀具的磨損率，必要時(shí)采用特種工藝處理刀具表面（如滲碳、涂層等），提高刀具的耐磨性； 橫向滾刀具體的設(shè)計(jì)尺寸如圖4.8所示： 圖4.8 橫刀尺寸設(shè)計(jì)圖 4.2.5 滾動(dòng)軸承的選擇 由于絲杠的尺寸已經(jīng)確定，所以選擇儀器儀表滾動(dòng)軸承，型號(hào)為62900 4.3 控制裝置、底板和外殼結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 這部分設(shè)計(jì)包括外殼、墊板、壓板、蓋板等部分的設(shè)計(jì)。 4.3.1外殼、墊板的設(shè)計(jì) 外殼的作用為：承裝各個(gè)零部件，是紙張裁剪機(jī)的主體。 墊板的作用為：承載紙張以及與橫向裁紙刀配合對(duì)紙張進(jìn)行橫向的剪裁。 在滿足功能，并且結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原則上，外殼設(shè)計(jì)成U字形，側(cè)面則為梯形，下面底板比側(cè)板要厚，一方面加載了重量，增加了裁紙機(jī)的穩(wěn)定性，另一方面，可以更好地置放其他零部件。 墊板由水平墊板和斜墊板兩部分組成，主要是考慮到安裝的方便才設(shè)計(jì)成兩部分的。 水平墊板是通過(guò)凹槽裝到外殼內(nèi)側(cè)的，而且水平底板上有一個(gè)卡紙的槽，這樣紙張就可以沿著這個(gè)槽進(jìn)入而不會(huì)左右竄動(dòng)了。 斜墊板則是通過(guò)外殼內(nèi)側(cè)的斜托條，以及外殼底板的凹槽卡在外殼里面。斜墊板上面有一個(gè)方空，是來(lái)安裝限位開關(guān)的，限位開關(guān)可在方空范圍內(nèi)滑動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)尺寸的功能。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.9-4.11所示。 圖4.9 水平墊板的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 圖4.10 斜墊板的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 圖4.11 外殼的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 4.3.2 壓板的設(shè)計(jì) 壓板的作用是在橫向滾刀剪切紙張的時(shí)候，用來(lái)固定紙張的位置，不讓其移動(dòng)，以便保證剪切的質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求及剪裁紙張的尺寸要求，我們采用電磁鐵來(lái)控制壓板的壓緊和抬起，這樣可以通過(guò)PLC控制電磁鐵的通電和斷電情況，從而控制壓板的起落。具體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)如圖4.12所示。 圖4.12 壓板結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 4.3.3 蓋板的設(shè)計(jì) 主要考慮到設(shè)計(jì)的美觀性，才設(shè)計(jì)出蓋板來(lái)以便把軸、刀、齒輪等零件遮蓋住，從外觀上看比較美觀。 蓋板的尺寸設(shè)計(jì)完全是在外殼的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的，在外殼的上端部分有一個(gè)插槽，蓋板可以通過(guò)這個(gè)插槽插入到外殼里，實(shí)現(xiàn)其遮蓋零件的功能。具體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)如圖4.13所示： 圖4.13 蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)圖 第五章．其他 5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)紙張尺寸的要求多變，但是目前市場(chǎng)上的紙張裁剪機(jī)，無(wú)論采用模切、直刃還是滾刀都是固定尺寸、單向走刀方式，無(wú)法與市場(chǎng)所需求的產(chǎn)品的商標(biāo)、廣告尺寸相協(xié)調(diào)。所以紙張裁剪機(jī)械應(yīng)順應(yīng)產(chǎn)品尺寸變化的要求，適應(yīng)柔性加工，向著可變更尺寸、多方向走刀的趨勢(shì)發(fā)展。 本設(shè)計(jì)課題創(chuàng)新點(diǎn)就是針對(duì)此種情況而設(shè)計(jì)出了變尺寸要求的紙張裁剪機(jī)，屬于開發(fā)性設(shè)計(jì)，目前市場(chǎng)上沒有同類產(chǎn)品。而且此設(shè)計(jì)中還與PLC技術(shù)相結(jié)合，采用PLC控制裁紙次序，可以單獨(dú)做小批量裁紙，也可以與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的一體化控制，適應(yīng)了時(shí)代的要求。 5.2 結(jié)論 本課題主要來(lái)源于目前市場(chǎng)對(duì)紙張尺寸的要求多變，而紙張裁剪機(jī)并沒有跟上紙張尺寸變化的步伐?；诖朔N現(xiàn)狀，想要通過(guò)自己所學(xué)到的知識(shí)開發(fā)設(shè)計(jì)一種能夠滿足當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)紙張尺寸要求多變的可調(diào)尺寸紙張裁剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其控制原理加以分析。 在兩個(gè)多月中，通過(guò)對(duì)市場(chǎng)需求情況的調(diào)查和對(duì)現(xiàn)有裁剪機(jī)的分析，完成了可變尺寸紙張裁剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制原理分析。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，很好的把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到了設(shè)計(jì)當(dāng)中去，使得理論與實(shí)際相結(jié)合，加深了對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的理解。 但由于時(shí)間有限，本人的知識(shí)水平有限，在設(shè)計(jì)中仍然存在不少不足之處和需要改進(jìn)的地方： 1、本次設(shè)計(jì)只對(duì)PLC控制原理進(jìn)行了分析，對(duì)PLC的具體程序編寫還需要進(jìn)一步研究； 2、本次設(shè)計(jì)中，只對(duì)刀具進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒有對(duì)刀具磨損率做磨損實(shí)驗(yàn)，必要時(shí)應(yīng)采用特種工藝處理刀具表面，提高刀具的耐磨性； 3、對(duì)整體安裝結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)行進(jìn)一步的改善，加強(qiáng)可變尺寸要求紙張裁減機(jī)的運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 參考文獻(xiàn) [1]吳宗澤．機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003． [2]《機(jī)械工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).機(jī)械工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. [3]鞏云鵬，田萬(wàn)祿，張祖立等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2000. [4]陳隆德，趙福令.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. [5]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）.北京：高等教育出版社，2001. [6]王守新.材料力學(xué)（第二版）.大連：大連理工大學(xué)出版社，2004. [7] Maria Helena Correia，Jose Fernando Oliveira，Jose Antonio Soeiro Ferreira et al.Reel and sheet cutting at a paper mill. 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