卷筒紙膠印機(jī)印刷滾筒設(shè)計(jì)【三維SW】[含CAD高清圖和說(shuō)明書全套]
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造紙廠中的卷筒和平板紙切割
摘要：
這篇文章描述了發(fā)生在葡萄牙造紙廠，在設(shè)計(jì)和最優(yōu)化的切割卷筒和平板紙的生產(chǎn)過(guò)程中所出現(xiàn)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)性的工業(yè)難題。全球性的工業(yè)難題主要是寬度的設(shè)定，這些寬度的設(shè)定在生產(chǎn)的過(guò)程中一定要符合相應(yīng)的條款，主要的目標(biāo)就是要能夠使一系列已經(jīng)定好的卷筒和平板紙與主要的卷筒相分離。寬度結(jié)合的這個(gè)過(guò)程將決定即將被生產(chǎn)加工的主要卷筒的質(zhì)量和重量、切割的樣式以使損失達(dá)到最小，從而滿足生產(chǎn)的需要。
進(jìn)程中的技術(shù)進(jìn)程對(duì)這個(gè)擁有兩個(gè)加工階段的進(jìn)程起著決定性的作用。本文還介紹了模型的細(xì)節(jié)和解決的方法。還包括一些解說(shuō)性的計(jì)算方面的結(jié)果。
2003 Elsevier Ltd. 版權(quán)所有
關(guān)鍵詞：結(jié)合的最優(yōu)化；成品紙庫(kù)存；自發(fā)式
1、引言
在造紙廠設(shè)計(jì)紙張的生產(chǎn)過(guò)程中采用了許多具有實(shí)質(zhì)效果的特殊方式，其中的每個(gè)方式又有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，同時(shí)這種方式還要求必須有8個(gè)精確無(wú)誤的數(shù)學(xué)公式和解決方法[1-3]。然而，把所耗費(fèi)的損失降到最小卻是由客觀性的物理作用而決定的。其余的部分則是由運(yùn)行整個(gè)過(guò)程的時(shí)間、數(shù)字和切割型號(hào)的特性等因素列表而組成的。另外還有一些是常見(jiàn)的強(qiáng)制力、相關(guān)客戶的說(shuō)明書、戰(zhàn)略決定和生產(chǎn)過(guò)程中的一些技術(shù)特性。
這篇文章主要闡述了應(yīng)葡萄牙造紙廠CPP的要求而設(shè)計(jì)的一套流程，主要用以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和切割紙張的卷筒。這套系統(tǒng)被命名為[COOL]（[COOL]代表葡萄牙的單詞，意思是能使寬度的聯(lián)合達(dá)到最佳化），是復(fù)雜系統(tǒng)的一部分，用來(lái)支撐生產(chǎn)紙張和操縱托盤的工具。
在這篇論文里所解決的就是制定切割的型號(hào)以及生產(chǎn)依照型號(hào)和質(zhì)量而進(jìn)行分類的紙張來(lái)滿足預(yù)定規(guī)格的卷筒和平板紙。這個(gè)系統(tǒng)基本上就是處理在符合定單的前提下設(shè)計(jì)紙張，切割主要卷筒的過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題。切割預(yù)計(jì)要與主軸相連，并且要考慮把損失降到最小化同時(shí)還要滿足定單的數(shù)量要求。一個(gè)多樣化的技術(shù)上、操作上出現(xiàn)的強(qiáng)制力包含在設(shè)計(jì)的進(jìn)程之中，并引發(fā)了一個(gè)奇怪的難關(guān)。
從這種觀點(diǎn)來(lái)看，這項(xiàng)難題存在于成品紙庫(kù)存這個(gè)問(wèn)題之中[4-6]。這個(gè)問(wèn)題忽視在卷筒末端將會(huì)出現(xiàn)損失而公式化的被采用，這樣1D進(jìn)程就被設(shè)計(jì)出來(lái)。在切割過(guò)程中的技術(shù)特性決定了擁有兩個(gè)工業(yè)階段的進(jìn)程的方法論的必要性。另一個(gè)1D的切割問(wèn)題可以在已經(jīng)出版的文學(xué)上得到證實(shí)。不僅是造紙業(yè)，這項(xiàng)進(jìn)程還可以應(yīng)用到其他工業(yè)，例如鋼鐵行業(yè)[7、8]和塑料行業(yè)[9]。
我們?cè)O(shè)想一個(gè)原始的解決方法來(lái)解決前面所出現(xiàn)的問(wèn)題，與僅用人工就能獲得解決方法相比，這種方法就正如造紙廠所證實(shí)的那樣用節(jié)省紙張來(lái)達(dá)到重視改良的效果。這種方法是基于兩個(gè)獨(dú)特的呈直線型的計(jì)劃模型，而這個(gè)模型則是由單一的阿拉伯算法計(jì)算而得的。那么，為了滿足以往被忽略的全部限制所得到的解決方法就必須類似于后選擇步驟。這個(gè)解決方法所獲得的有效性是通過(guò)工業(yè)難題的整合應(yīng)用模型的改革運(yùn)動(dòng)而獲得的，這種改革運(yùn)動(dòng)是用微軟CPLEX⒍0的商業(yè)最優(yōu)化來(lái)解決的。
這篇論文的整體結(jié)構(gòu)如下：第2段介紹了生產(chǎn)的難題和它的工業(yè)背景。特殊強(qiáng)調(diào)了工業(yè)環(huán)境的特殊作用以及相關(guān)的解決辦法。第3段和第4段將描述出現(xiàn)的問(wèn)題和解決問(wèn)題相應(yīng)的方法論。第4段列舉了一個(gè)小例子來(lái)說(shuō)明解決問(wèn)題的進(jìn)程。第5段現(xiàn)實(shí)性的討論了一些可能出現(xiàn)的結(jié)果。
2、工業(yè)環(huán)境
這一研究案例是在一家葡萄牙造紙廠中進(jìn)行的，因?yàn)槭菑募垵{開始生產(chǎn)紙產(chǎn)品，所以此案例可視為一個(gè)垂直工業(yè)流程，產(chǎn)品包含卷筒紙和平板紙。工廠在兩類市場(chǎng)中運(yùn)做：一類是標(biāo)準(zhǔn)紙，另一類是按要求預(yù)定紙。整個(gè)生產(chǎn)周期一共六周，并且由于技術(shù)因素，紙生產(chǎn)中存在一個(gè)或加速或減速的提前預(yù)警產(chǎn)品的生產(chǎn)連續(xù)性問(wèn)題。
圖1 制造流程
圖1顯示了該廠通過(guò)生產(chǎn)線的成品紙從紙漿中生產(chǎn)出再按固定寬度繞在主卷筒機(jī)上,然后主卷筒機(jī)隨卷線機(jī)將卷筒紙切成小筒紙,這些卷筒紙或被直接提供給客戶或送入中間倉(cāng)庫(kù)。
在卷線機(jī)和切割機(jī)上都有少量的固定寬度的切割碎片留在紙上。這主要由采用的生產(chǎn)流程所決定。
圖2顯示了計(jì)劃和生產(chǎn)流程的相干方面。重點(diǎn)是主產(chǎn)品和副產(chǎn)品計(jì)劃和產(chǎn)量的不同。計(jì)劃是基于客戶同屬的產(chǎn)品定貨。同一紙種和等級(jí)的卷筒紙和輔助卷筒紙一起構(gòu)成了預(yù)訂產(chǎn)品的規(guī)格。這種助卷筒紙只包含卷筒紙和平板紙中的一種。因此兩種輔助卷筒紙是有區(qū)別的：一種是平板輔助卷筒紙，一種是卷筒輔助卷筒紙。輔助卷筒紙只按照有關(guān)的主卷筒紙構(gòu)成其切割方式的。
介紹了輔助切割，以便于對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程和采取的解決方法有一個(gè)更好地了解。這與有關(guān)的技術(shù)過(guò)程密切相關(guān)。且當(dāng)應(yīng)用到切紙機(jī)時(shí)，就要求對(duì)于額外的紙寬進(jìn)行考慮。在主切割方式的副切割方式的定義由相應(yīng)的兩項(xiàng)解決方案決定。在副卷筒和切割方法的終結(jié)中必須進(jìn)行討論。這些限制決定了方法的可行性。
訂購(gòu)系統(tǒng)如圖3所示，可在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)訂購(gòu)（因?yàn)榇斯疽苍谄咸蜒酪酝膺\(yùn)作）由市場(chǎng)營(yíng)銷部負(fù)責(zé)。如果認(rèn)為合適的話，與外部訂購(gòu)相同?？稍从谶@些定單產(chǎn)品要求或是切割定單或是預(yù)期定單。當(dāng)一位客戶的卷筒紙的定單可由現(xiàn)存（存在半成品倉(cāng)庫(kù)）的卷筒紙滿足其要求時(shí)就生成一份切割定單，當(dāng)客戶的平板紙定單可由現(xiàn)存（存于標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)庫(kù)）的平板紙滿足時(shí)，就生成一份預(yù)期定單。
圖2計(jì)劃和生產(chǎn)流程
圖3 訂購(gòu)系統(tǒng)
3問(wèn)題描述
為了使完成生產(chǎn)定單時(shí)的浪費(fèi)最少，造紙中存在的工作主要是切紙方法的整合過(guò)程。它決定了主卷筒紙的重量和質(zhì)量。生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展將支持產(chǎn)品定單的切割計(jì)劃。不會(huì)干擾相關(guān)定單的完成與每個(gè)生產(chǎn)循環(huán)的成品紙的生產(chǎn)。這些是市場(chǎng)營(yíng)銷部所做的決定，最終在使用cool系統(tǒng)的模擬中得到了支持。
在與主卷筒機(jī)有關(guān)的切割方法的定義中必須考慮到一些限制條件。這些限制條件可分為以下兩方面：
操作限制（包括管理和客戶要求）
*只有每個(gè)寬度單位的等重的卷筒紙才可以結(jié)合在一起
*只有內(nèi)外直徑相同才可以結(jié)合
*客戶的內(nèi)外徑規(guī)格的要求必須得到滿足
*必須考慮到輔助卷筒機(jī)的任務(wù)，因?yàn)榍屑垯C(jī)有不同的特點(diǎn)。對(duì)于切割方法提出了最小寬度的要求，以便使可用的機(jī)器得以利用。
技術(shù)限制（主要?dú)w因于機(jī)器的特點(diǎn)）
* 在輸入時(shí)主卷筒機(jī)的最大和最小寬度；
* 旋切刀的限制數(shù)；
* 切割機(jī)最大，最小板紙寬度；
* 切割機(jī)的最大切割卷筒紙直徑；
* 在切割機(jī)和卷線機(jī)中的邊料；
在造紙工業(yè)中還必須考慮一系列的歐洲耗材標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在完成訂單的過(guò)程中（見(jiàn)表1）在這個(gè)范圍內(nèi)，客戶有義務(wù)接受訂貨數(shù)量的不足。當(dāng)產(chǎn)量大于最大定購(gòu)數(shù)量時(shí)，市場(chǎng)部會(huì)努力勸說(shuō)客戶接受這些額外數(shù)量的產(chǎn)品。由于產(chǎn)品固有的損耗，在計(jì)劃階段是決不會(huì)考慮負(fù)損耗的。
4.解決步驟
所采取的解決方法在生產(chǎn)中已經(jīng)清楚表明。主要可分三步。如圖4所示。第一部包括的內(nèi)容見(jiàn)表1?；谥骶硗驳墓潭▽挾群陀唵蔚墓潭▽挾葋?lái)選擇輔助卷筒和切割方法。之后一系列的切割方法要通過(guò)排除不完善的輔助卷筒機(jī)方法或切割方法來(lái)進(jìn)行篩選。所有剩下的切割方法都必須排除生產(chǎn)過(guò)程中存在的技術(shù)操作限制而具有可行性。
第二步，在第一步中被選擇和接受的切割方法在解決問(wèn)題的線性規(guī)劃模式的應(yīng)用。發(fā)展兩個(gè)真實(shí)問(wèn)題的可行方法。按照循環(huán)步驟的線性解決方案，要滿足在前面步驟中被忽略的各種相關(guān)變化的限制條件。
在隨后部分都會(huì)得到詳細(xì)的闡述。
介紹一個(gè)小的真實(shí)的工業(yè)例子來(lái)說(shuō)明解決步驟，它與主卷筒紙長(zhǎng)度不定情況下的生產(chǎn)要求。內(nèi)直徑或外直徑?jīng)]有被確定的含義是在平板紙購(gòu)貨或卷筒紙定購(gòu)中客戶并未指定直徑的具體數(shù)值。寬2520mm紙的等級(jí)為250g/mm,厚度為345mm。相關(guān)的產(chǎn)品要求見(jiàn)表2。
自發(fā)循環(huán)
循環(huán)過(guò)程來(lái)解決cp模式和在前面被忽略的整合屬性的采用。限制例如：
(1)客戶確定的卷筒紙直徑必須得滿足,這就意味包括卷筒必須總是按要求的直徑采取多樣性，為了使這個(gè)過(guò)程的影響最小，定購(gòu)數(shù)量如表3。解決方案按照固定直徑卷筒的在建立zp模型前要選擇卷筒長(zhǎng)度最多樣的一個(gè)。
(2)板紙的結(jié)合重量最少,相當(dāng)于紙最小長(zhǎng)度,以便避免切紙機(jī)的無(wú)效率使用
(3)與以前的幾項(xiàng)相似切割方法限制的重量最小以便卷線機(jī)避免無(wú)效率使用,同時(shí)使用每種切割方法來(lái)切割最小量的紙.
循環(huán)模式用Lp模式的最終解決方案來(lái)開始并努力調(diào)整這些方式長(zhǎng)度來(lái)滿足以上提到的限制.新的方法雖可能與Lp1保持相似,但必須滿足定購(gòu)數(shù)量,第一,循環(huán)過(guò)程中盡量排除那些沒(méi)有最低重量條件的方式(以上限制2和3).必須提前注明不要排除訂單的獨(dú)特形式.然后,剩下的形式要足足包括使用,以補(bǔ)償被破壞的方法的效果.
這個(gè)過(guò)程基本由連續(xù)的選擇在每個(gè)方法中不能被滿足的項(xiàng)目數(shù)量的切割方式.然后討論用第一種切割方法切割的數(shù)量,最后,使沒(méi)有被滿足的項(xiàng)目得以滿足.這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù),直到在所有一切切割方式中沒(méi)有滿足的項(xiàng)目都得以滿足為止.
即使當(dāng)使用模式1時(shí),這個(gè)循環(huán)過(guò)程也能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)耗材以上的過(guò)量生產(chǎn).
表3所示的解決方案中只有與板紙結(jié)合的最小重量相公的限制沒(méi)有被fp16的長(zhǎng)度所滿足。因?yàn)樗纱朔椒Q定的板紙結(jié)合的最小重量比限制條件小，為（2730：00mm）.因?yàn)樵诖朔N方法中只有PR1002而且在FP21（x14）中也存在。所以FP16方法可被排除。FP21的數(shù)量最終的解決方法見(jiàn)表4。
圖5顯示了表2中COOL系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)。
圖5大規(guī)模例證的計(jì)算結(jié)果
5計(jì)算結(jié)果
計(jì)算測(cè)試的主要目的在于確認(rèn)所采取的解決步驟的有效性和在發(fā)展出的兩個(gè)線形程序模式（模式1和模式2）中建立一個(gè)對(duì)比分析。在第一組計(jì)算中所甬道的數(shù)據(jù)是由市場(chǎng)部提供的，它與造紙長(zhǎng)中要解決的實(shí)際問(wèn)題一致。有關(guān)的定單數(shù)從3到16，定單的最大和最小寬度分別為1392mm和238mm,平均寬度為690mm。盡管這些只有相對(duì)較小的例子，但通過(guò)這些例子，公司希望使系統(tǒng)的應(yīng)用者能夠容易的對(duì)于COOL系統(tǒng)在使用的初始階段的表現(xiàn)給以評(píng)價(jià)。
計(jì)算所用的數(shù)據(jù)可在www.apdio/sicuo中找到。
計(jì)算法則由c語(yǔ)言完成。計(jì)算結(jié)果由450赫茲的奔騰3處理器完成。
為了對(duì)用以上的描述的線形模式和自發(fā)循環(huán)得到的解決方法的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用了IP模式。這種IP模式能使生產(chǎn)的紙的數(shù)量最小同時(shí)又能嚴(yán)格滿足定單的數(shù)量。為了考慮上述提到的全部限制，包括幾個(gè)不同的變化：平板紙結(jié)合的最小重量（最小重量平板紙），應(yīng)用復(fù)合整合程序模式CPLEXV。6。0版軟件來(lái)解決IP模式。
見(jiàn)圖6。每個(gè)發(fā)展得到解決方法的表現(xiàn)（基于兩個(gè)LP模式。模式1，模式2）都得到了客觀的評(píng)價(jià)圖6（A），用IP模式得到的結(jié)果的速率和用線形步驟得到的IP模式在每個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中得到表現(xiàn)：Y軸的數(shù)值為1。00與IP模式結(jié)果相同。從此章中可知基于過(guò)程的線形結(jié)果大部分是與用IP模式得到的數(shù)據(jù)一致的：模式1得到的數(shù)據(jù)的與測(cè)試的%70相同，而從模式二得到的數(shù)據(jù)中有50%與之相同。但有一個(gè)例外，IP結(jié)果決不超過(guò)22%。
本章中的圖6（B）用于證明所采用的線形方法的充分性。在循環(huán)過(guò)程前后的結(jié)果速率都以計(jì)算。在循環(huán)過(guò)程之前在Y軸上的數(shù)值1。00就與LP模式的結(jié)果相同。在絕大多數(shù)情況下，LP路徑的結(jié)果都與最終結(jié)果一致，這就意味著在循環(huán)過(guò)程中考慮的整個(gè)屬性限制都不會(huì)改變線形程序的結(jié)果。
這兩章都表明了用模式1（使生產(chǎn)的紙長(zhǎng)度最小而且不允許超出耗材標(biāo)準(zhǔn)過(guò)量生產(chǎn)）得到的結(jié)果都比模式2（不產(chǎn)生中間庫(kù)存）的結(jié)果好。而且，這些說(shuō)明了有必要改進(jìn)模式2的循環(huán)過(guò)程。
表5對(duì)比了由兩個(gè)線形程序得到的結(jié)果，包括3個(gè)組成部分：生產(chǎn)出的中間庫(kù)存的數(shù)量，在標(biāo)準(zhǔn)上超出生產(chǎn)的產(chǎn)品的數(shù)量以及不可再利用的紙的數(shù)量（廢品）。所有的數(shù)量都按照整體數(shù)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示不考慮采取的每一個(gè)模式的客觀作用：模式2盡量不產(chǎn)生中間庫(kù)存而模式1盡量不超量生產(chǎn)產(chǎn)品。盡管如此有時(shí)這些超出部分是循環(huán)過(guò)程的必然結(jié)果。但與模式2比較它的數(shù)量就遠(yuǎn)小于模式2所產(chǎn)生的庫(kù)存量。
因?yàn)橹挥袕U品是不可再利用的部分所以圖6對(duì)基于此過(guò)程的兩種LP模式所得到的價(jià)值進(jìn)行了一個(gè)對(duì)比。最終結(jié)果是在產(chǎn)生的廢物最小化方面，用模式1得到的價(jià)值比用模式2得到的價(jià)值略微小一些。
按照這一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，模式1在所有方面的表現(xiàn)均優(yōu)于模式2。但模式2仍可在COOL系統(tǒng)的最終版本中使用。因?yàn)槊糠N模式都有可能使得到的解決方案都更或甚至要求不同的工業(yè)條件：當(dāng)允許或建議產(chǎn)生中間庫(kù)存的模式1可被利用。當(dāng)要求生產(chǎn)足夠多的中間庫(kù)存以滿足市場(chǎng)的模式2就會(huì)被使用。就效率而言，LP 方法可以只使用采用IP方法生產(chǎn)時(shí)的時(shí)間的75%盡管對(duì)于測(cè)試的例子中的IP方法的平均解決時(shí)間為18小時(shí)，當(dāng)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要時(shí)也會(huì)使用。進(jìn)行搜集和測(cè)試了更大規(guī)模的一系列例子以便評(píng)價(jià)當(dāng)面對(duì)大規(guī)模定貨時(shí)基于IP而發(fā)展的方法的效率的表現(xiàn)。
所有這些例子包括30個(gè)不同面的例子和在以上提到的真實(shí)定單中隨機(jī)抽取的例子。主要的目的是為了對(duì)于我們的方法在特殊條件下的效率進(jìn)行評(píng)估。
這些測(cè)試采用模式1。結(jié)果速率和LP+ROUND-UP/IP見(jiàn)圖5正如我們所看到的，我們用我們的方法和用基于CPLEX的IP方法在客觀作用上并無(wú)大的異同。采用兩種方法，用于解決10個(gè)例子所使用的時(shí)間見(jiàn)表6。
正如我們預(yù)測(cè)的，在整個(gè)程序的時(shí)間中選擇所使用的時(shí)間總是很長(zhǎng)。但這一缺點(diǎn)并未經(jīng)常限制整合程序的使用，例如在例子第5，7，10中便是如此。在這些例子中操作效率的不同也許更大一些。
COOL系統(tǒng)已在造紙廠中證明了其有效性并正在廣泛使用。在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上的巨大利益得到認(rèn)可。根據(jù)報(bào)道轉(zhuǎn)換消耗已經(jīng)降低了3%。這意味每年多余1000的節(jié)約。而且在能源上也得到了巨大的節(jié)約。況且，與紙不同，能源不可重復(fù)利用。
6 結(jié)論
這篇論文介紹了COOL系統(tǒng)，此系統(tǒng)是在葡萄牙造紙長(zhǎng)中解決特定的切割儲(chǔ)存問(wèn)題時(shí)發(fā)展出來(lái)的。使得在生產(chǎn)和切割主卷筒紙時(shí)的邊緣廢料最少是發(fā)展此解決過(guò)程的主要目的。由于技術(shù)原因，主卷筒紙分成兩個(gè)部分，同時(shí)滿足一系列的技術(shù)和操作限制。兩項(xiàng)切割的特點(diǎn)對(duì)于采取的解決過(guò)程是至關(guān)重要的。
由于此問(wèn)題的結(jié)合屬性，基于切割方法計(jì)算的解決過(guò)程得以發(fā)明。為了滿足大部分的限制條件，這些方法是要進(jìn)行選擇的。并且這些方法在決定每種紙的生產(chǎn)的重量和數(shù)量的問(wèn)題的線性程序計(jì)算中被用作選擇列。以往被忽略的整合屬性的限制通過(guò)線形程序解決方案在之后的選擇中也被包括進(jìn)去了。
基于模式的兩個(gè)線形程序得以發(fā)展和得到測(cè)試。盡管使用兩個(gè)模式得到的結(jié)果非常令人滿意，但是在它們中的對(duì)比分析和在每一個(gè)中的對(duì)比分析以及用整合程序模式的到的方法的分析表明循環(huán)程序仍有必要改進(jìn)。盡管如此，卻應(yīng)該摒棄發(fā)展自發(fā)解決問(wèn)題系統(tǒng)的想法。
自動(dòng)化切紙機(jī)在工業(yè)上有很大優(yōu)勢(shì)：可以減少產(chǎn)品循環(huán)和可以完成即時(shí)的定單，還可以提高客服質(zhì)量。由于巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益以及操作優(yōu)勢(shì)，COOL系統(tǒng)已經(jīng)在造紙廠中得以應(yīng)用，并得到了積極的反饋。
北京印刷學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課 題 名 稱： 卷筒紙膠印機(jī)印刷滾筒設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí)： 機(jī)-10-2 班 學(xué) 生 姓 名： 孫晶晶 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)：100110207 指導(dǎo)教師： 程?，F(xiàn) 職稱： 副教授 日期： 2013 年 5 月 1 日 II 摘 要 首先針對(duì)卷筒紙膠印機(jī)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定卷筒紙膠印機(jī)的 總體布局，隨后，對(duì)卷筒組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。介紹了卷筒的工作原理及關(guān)鍵技 術(shù)。然后，確定了合理的卷筒總體結(jié)構(gòu)，分別對(duì)卷筒的各零部件作了設(shè)計(jì)， 產(chǎn)生了裝配圖、零件圖與設(shè)計(jì)說(shuō)明書等設(shè)計(jì)文檔。最后，對(duì)卷筒的旋轉(zhuǎn)軸 和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的分析和校核，計(jì)算表明，該卷筒設(shè)計(jì)符合要求。 本課題是以卷筒紙膠印機(jī)為基礎(chǔ)，參考目前市場(chǎng)上常用的卷筒紙印 刷機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)滾筒和離合壓的等常用結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)參考同類機(jī) 器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)印版和橡皮布的裝卡和鎖緊、滾筒之間的離合壓及調(diào)壓；滾 筒的轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電動(dòng)；離合壓機(jī)構(gòu)可以使用手動(dòng)和氣動(dòng)兩種形式。 印版滾筒的裝卡機(jī)構(gòu)采用窄縫式，橡皮布的裝卡采用夾板式；離合壓、調(diào) 壓采用單偏心機(jī)構(gòu)。并用 SolidWorks 軟件建立了卷筒紙膠印機(jī)印刷裝置 實(shí)體模型。 關(guān)鍵詞：卷筒紙膠印機(jī)，印刷裝置，實(shí)體 III Abstract Firstly, the overall scheme design for web offset printing machine, which will determine the overall layout, web offset printing machine then, carries on the design to the spool assembly. This paper introduces the working principle and key technology of roll. Then, the drum structure reasonable, the drum parts were designed, produced the assembly drawing, part drawing and the design specification and design documents. Finally, on the rotation of the drum shaft and bearing are analyzed and checked, detailed calculation shows that, the drum is designed to meet the requirements of. This topic is web offest press based on the market at present, reference commonly used web printing machine design, carries on the design to the common structure of cylinder and clutch pressure. Clutch by reference to similar machine implementation of the plate and blanket clamping and locking, drum pressure and pressure; the rotation of the roller can realize manual and electric; the on-off pressure mechanism can use manual and pneumatic two forms. A printing plate cylinder clamping mechanism adopts a narrow slit type, blanket clamping the splint; clutch pressure, pressure regulating single eccentric mechanism. And the establishment of the web offset printing device of solid model in SolidWorks software. Keywords: web offset printing device, entities IV 目 錄 摘 要 II ABSTRACT .III 第 1 章緒論 .1 1.1 概述 1 1.2 印刷機(jī)分類 1 1.3 印刷機(jī)的構(gòu)造 6 1.3.1 印刷機(jī)滾筒 6 1.3.2 收放卷裝置 6 1.3.3 傳動(dòng)部分 6 1.3.4 供墨系統(tǒng) 6 1.3.5 干燥系統(tǒng) 7 1.4 工作原理 7 1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9 1.6 卷筒紙膠印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) .10 第 2 章 滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .12 2.1 印版滾筒的設(shè)計(jì) .12 2.1.1 膠印機(jī)滾筒概述 .12 2.1.2 膠印機(jī)滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .12 2.1.3 印版滾筒軸向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .13 4.2 滾筒的設(shè)計(jì) .13 4.2.1 滾筒概述 .13 2.2.2 滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .14 第 3 章 卷筒組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算 .16 3.1 卷筒的基本要求 .17 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 .17 3.1.2 剛度 .17 3.1.3 抗振性 .18 3.1.4 溫升和熱變形 .19 3.1.5 耐磨性 .19 3.2 卷筒組件的布局 .19 3.3 卷筒結(jié)構(gòu)的初步擬定 .23 3.4 卷筒的材料與熱處理 .23 3.5 卷筒的技術(shù)要求 .24 3.6 卷筒直徑的選擇 .25 V 3.7 卷筒軸承的選擇 .26 3.8 軸承的選型及校核 .28 3.9 卷筒前端懸伸量 .31 3.10 卷筒支承跨距 32 3.11 卷筒組件的驗(yàn)算 32 3.11.1 支承的簡(jiǎn)化 33 3.11.2 卷筒的撓度 33 3.11.3 卷筒傾角 34 3.12 卷筒軸承的潤(rùn)滑 35 第 4 章 滾筒調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .36 結(jié) 論 .37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 40 1 第 1 章緒論 1.1 概述 生產(chǎn)印刷品及完成印刷過(guò)程使用的機(jī)械、設(shè)備、儀器的總稱。一般分 為制版機(jī)械、印刷機(jī)、裝訂機(jī)械 3 類。 另外，用于文具，電子類產(chǎn)品印刷的移印機(jī)、絲印機(jī)應(yīng)用也較廣泛。 1.2 印刷機(jī)分類 印刷機(jī)產(chǎn)品的種類繁多，有不同的分類方法。 1．按印版種類分類。按所用印版種類的不同可將印刷機(jī)分為以下四 種。 （1）凸版印刷機(jī)。凸版印刷是用凸版施印的一種印刷方式，凸版印刷 機(jī)是使用凸版完成印刷過(guò)程的機(jī)器。這里所說(shuō)的凸版是指圖文部分明顯高 于空白部分的印版，如活字版、照相凸版和感光性樹脂版等。 首先由勻墨輥 1 和著墨輥 2 在印版滾筒 3（圓柱形的印版支承物）的 印版上著以油墨，然后進(jìn)紙，在紙的背面由壓印滾筒 5（圓柱形的壓印體） 施以印刷壓力，從而使印版上的油墨轉(zhuǎn)移到紙上。此種印刷方法屬于直接 印刷方式，即印版上圖文部分的油墨直接轉(zhuǎn)移到承印物表面的印刷方式。 （2）凹版印刷機(jī)。凹版印刷是用凹版施印的一種印刷方式。凹版印 刷機(jī)是用凹版進(jìn)行印刷的機(jī)器。這里所說(shuō)的凹版是指圖文部分低于空白部 分的印版，主要有照相凹版和雕刻凹版。 凹印機(jī)的著墨方法與凸印機(jī)不同，即采用短墨路系統(tǒng)。首先使整個(gè)版 面全部著墨，然后把圖文部分 2 以外的油墨用刮墨刀 4 刮凈，當(dāng)紙張 5 從 壓印滾筒 6 與印版滾筒 1 中間通過(guò)時(shí)進(jìn)行壓印，完成印刷。為此，印刷部 應(yīng)設(shè)有利墨裝置。這種印刷方法也屬于直接印刷方式。 （3）平版印刷機(jī)。平版印刷是用平版施印的一種印刷方式。平版印 2 刷機(jī)是使用平版完成印刷過(guò)程的機(jī)器。這里所說(shuō)的平版是指圖文部分與空 白部分幾乎處于同一平面的印版，如平凹版、PS 版、多層金屬版以及無(wú)水 平版等。 由于現(xiàn)代平版印刷機(jī)一般采用間接印刷方式，即印版上圖文部分的油 墨，經(jīng)中間載體的傳遞，轉(zhuǎn)移到承印物表面的印刷方式，故也將平版印刷 機(jī)稱為平版膠印機(jī)，即按照間接印刷原理，印版通過(guò)橡皮布轉(zhuǎn)印滾筒將圖 文轉(zhuǎn)移到承印物上進(jìn)行印刷的平版印刷機(jī)。 印版滾筒 P 上的印版在著墨前首先用水輥 2 在版面上著水（空白部分 4 著水而抗墨） ，然后用墨輥 3 在版面上著墨（圖文部分著墨） ，利用水墨 互斥原理進(jìn)行印刷。因此，在結(jié)構(gòu)上除設(shè)有輸墨裝置外，還設(shè)有給水裝置。 另外，印版上圖文部分的油墨不是直接轉(zhuǎn)移到承印物表面，而是先轉(zhuǎn)印到 橡皮布上，再由橡皮布轉(zhuǎn)移到紙上，故特設(shè)橡皮滾筒 B。當(dāng)紙張從橡皮滾 筒與壓印滾筒中間通過(guò)時(shí)，在印刷壓力的作用下進(jìn)行壓印，完成印刷。 （4）絲網(wǎng)印刷機(jī)：絲網(wǎng)印刷是孔版印刷的一種?？装嬗∷⑹侵赣“?的圖文部分可透過(guò)油墨漏印至承印物上的印刷方式。絲網(wǎng)印刷印版呈網(wǎng)狀， 版面形成通孔和不通孔兩部分，印刷時(shí)油墨在刮墨板的擠壓下從版面通孔 部分漏印在承印物上。絲網(wǎng)印刷機(jī)是供絲網(wǎng)印刷用的機(jī)器，可分為平型和 圓型絲網(wǎng)印刷機(jī)。 ①絲網(wǎng)印版：一般簡(jiǎn)稱網(wǎng)版，版面呈網(wǎng)狀，由絲網(wǎng)模版、絲網(wǎng)和網(wǎng)框 組成的一種孔版。 a．絲網(wǎng)模版：由感光膠膜、膜片或其他材料附于絲網(wǎng)上，使空白部 分不漏墨的封閉層。 b．絲網(wǎng)：制作絲網(wǎng)印版支承體用的編織物，主要有尼龍絲網(wǎng)、聚酯 絲網(wǎng)和不銹鋼絲網(wǎng)等。 c．網(wǎng)框：支承絲網(wǎng)用的框架，由木材、金屬或其他材料制成。分為 固定式和可調(diào)式兩種形式。 3 ②刮墨板：將絲網(wǎng)上的油墨刮擠到承印物上的工具。 ③絲網(wǎng)印刷臺(tái)：絲網(wǎng)印刷機(jī)上放置承印物的裝置，在印刷時(shí)吸住承印 物，并與刮墨板共同產(chǎn)生有效印刷壓力。 ④網(wǎng)版間隔:絲網(wǎng)印刷機(jī)網(wǎng)版印刷面與承印物表面之間的距離。壓印 時(shí)靠網(wǎng)版間隔和絲網(wǎng)回彈性的作用，網(wǎng)版即刻脫離承印物表面，以保證在 印刷過(guò)程中網(wǎng)版印刷面與承印物表面處干線接觸狀態(tài)，這是實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷 油墨良好轉(zhuǎn)移的重要條件之一。 2．按用途分類。按用途不同可將印刷機(jī)分為一般印刷機(jī)和特種印刷 機(jī)。 （1）一般印刷機(jī):供一般印刷用的印刷機(jī)。所謂一般印刷是指采用凸、 平、凹等版式，以紙張為承印材料，以印刷書刊、報(bào)紙、產(chǎn)品目錄等一般 印刷物為主要對(duì)象，以傳遞信息為主要目的的印刷方式，如書版印刷機(jī)、 報(bào)版印刷機(jī)等。 （2）特種印刷機(jī):供特種印刷用的印刷機(jī)，主要有軟管印 刷機(jī)、不干膠標(biāo)簽印刷機(jī)、移印機(jī)等。 3．按承印物類型分類。主要包括以下兩種。 （1）單張紙印刷機(jī):指以單張紙或其他單張材料為承印物的印刷機(jī)。 （2）卷筒紙印刷機(jī):指以卷筒紙或其他卷筒材料為承印物的印刷機(jī)。 4．按壓印機(jī)構(gòu)形式分類:按壓印機(jī)構(gòu)和裝版機(jī)構(gòu)形式不同可將印刷機(jī) 分以下幾種。 （1）手壓平印刷機(jī):壓印機(jī)構(gòu)和裝版機(jī)構(gòu)均呈平面形的印刷機(jī)。印刷 部的基本構(gòu)楊如圖 1－5 所示。 ①壓印平板:平壓平印刷機(jī)用于對(duì)版臺(tái)施加印刷壓力的平板。②版臺(tái)。 手壓平或圓壓手印刷機(jī)供裝營(yíng)印版用的平臺(tái)。③著墨輥:印刷機(jī)上將油墨 涂布到印版上的輥。 把印版裝在版臺(tái)上，待印版由著墨輥著墨后，將承印物鋪在上面，由 壓印平板施加印刷壓力，完成印刷。 4 （2）圓壓平印刷機(jī):也稱平臺(tái)印刷機(jī)。壓印機(jī)構(gòu)呈圓筒形，裝版機(jī)構(gòu) 呈平面形的印刷機(jī)。圖 1－6 為圓壓平印刷機(jī)印刷部的構(gòu)成示意圖。 印版固定在版臺(tái)上作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓印滾筒在規(guī)定位置旋轉(zhuǎn)，在壓 印時(shí)壓印滾筒的圓周統(tǒng)速度應(yīng)與版臺(tái)平移速度相等。印刷時(shí)，壓印滾筒上 的咬紙牙咬住紙張帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，依靠壓印滾筒與印版接觸時(shí)的印刷壓力完 成印刷。版臺(tái)往復(fù)一次，完成一個(gè)印刷過(guò)程。 壓印時(shí)，由于是圓柱面與平面接觸，所以比平壓印刷機(jī)容易得到較大 的印刷壓力（接觸區(qū)單位面積上受到的力） ，而總壓力又不致過(guò)大,這樣， 有利于進(jìn)行大幅面印刷。 根據(jù)壓印滾筒的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)不同，圓壓平印刷機(jī)又可分為以下四種類型。 ①?；剞D(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)時(shí)，壓印滾筒旋轉(zhuǎn)一周，返 回時(shí)，壓印滾筒停止旋轉(zhuǎn)，完成一個(gè)印刷過(guò)程的印刷機(jī)。其工作原理 壓印滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)并與印版接觸時(shí)進(jìn)行壓印，接著壓印滾筒停止旋轉(zhuǎn)，版 臺(tái)作返回行程，這時(shí)印版從滾筒空檔下通過(guò)，二者不相接觸。 ②二回轉(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺(tái)每往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，壓印滾筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)二周，完 成一個(gè)印刷過(guò)程的印刷機(jī)。 當(dāng)壓印滾筒旋轉(zhuǎn)第一周時(shí)，壓印滾筒下降與印版接觸進(jìn)行壓印；當(dāng)壓 印滾筒旋轉(zhuǎn)第二周時(shí)，壓印滾筒上升，脫離印版版面，此時(shí)版臺(tái)作返回行 程。 ③一回轉(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺(tái)每往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，壓印滾筒轉(zhuǎn)一周，完成一個(gè) 印刷過(guò)程的印刷機(jī)。圖 1－7（c）為其工作原理圖。 本機(jī)印刷部采用大直徑的壓印滾筒，滾筒表面有兩個(gè)部分，一部分直 徑較大；用于壓??；另一部分直徑較小，以保證版臺(tái)在返回時(shí)不與印版表 面接觸。 ④往復(fù)轉(zhuǎn)印刷機(jī)：壓印滾筒每往復(fù)旋轉(zhuǎn)一次，完成一個(gè)印刷過(guò)程的印 5 刷機(jī)。其工作原理為圖 11－7（d）所示。版臺(tái)在印刷行程時(shí)，壓印滾筒按 逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)并下降與印版表面接觸進(jìn)行壓??；版臺(tái)返回行程時(shí)，壓印 滾筒按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)并上升脫離印版表面。 （3）圓壓圓印刷機(jī)：壓印機(jī)構(gòu)和獎(jiǎng)版栩村幼導(dǎo)圓筒形的印刷機(jī)。印 刷部的基本構(gòu)成如圖 1－8 所示。 將圓弧形印版裝于印版滾筒上，由壓印滾筒施加印刷壓力，承印物從 兩個(gè)滾筒中間通過(guò)完成壓印。 這種印刷機(jī)由于采用了連續(xù)旋轉(zhuǎn)的印版滾筒形式，利用兩個(gè)滾筒的線 接觸進(jìn)行壓印，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，避免了版臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 的慣性沖擊，叮以大大提高印刷速度，而且，還可將印刷裝置設(shè)計(jì)成機(jī)組 形式，易于進(jìn)行雙面、多色印刷。因此，圓壓圓印刷機(jī)得到廣泛應(yīng)用。 根據(jù)給紙形式不同，圓壓圓印刷機(jī)又分為單張紙印刷機(jī)和卷筒紙印刷 機(jī)。單張紙印刷機(jī)套印比較準(zhǔn)確，適于印刷精細(xì)印品；卷筒紙印刷機(jī)幾乎 全部采用了連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，印刷速度很高，并可附設(shè)折頁(yè)裝置，所以， 是進(jìn)行現(xiàn)代化大量印刷的有效設(shè)備。 5．按印刷色數(shù)和面數(shù)分類。在同一個(gè)印刷過(guò)程中，按所完成的印刷 色數(shù)和面數(shù)不同可將印刷機(jī)分為以下幾種類型。 ①單色印刷機(jī)：在一個(gè)印刷過(guò)程中，只完成單色印刷的印刷機(jī)。②雙 色印刷機(jī)。在一個(gè)印刷過(guò)程中，完成雙色印刷的印刷機(jī)。 ③多色印刷機(jī)：在一個(gè)印刷過(guò)程中，完成兩種以上墨色印刷的印刷機(jī)。 ④雙面單色印刷機(jī)：一個(gè)印刷過(guò)程中，在承印物的雙面都完成單色印 刷的印刷機(jī)。 ⑤雙面多色印刷機(jī)：一個(gè)印刷過(guò)程中，在承印物的雙面至少有一面完 成多色印刷的印刷機(jī)。 6 1.3 印刷機(jī)的構(gòu)造 1.3.1 印刷機(jī)滾筒 印刷機(jī)滾筒（輥筒）是印刷機(jī)械 的核心部件，其表面光潔度、幾何 精度的高低會(huì)對(duì)印刷品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，尤其是在印制精美印刷品時(shí)， 絲毫的誤差都會(huì)降低印刷品的整體效果，使對(duì)開印刷產(chǎn)品兩邊發(fā)虛或失真。 由于印刷過(guò)程中使用的酸性油墨、酒精 、水等化工原料會(huì)腐蝕印刷機(jī)滾 筒（輥筒）的兩邊，常常導(dǎo)致墨輥筒、版滾筒（輥筒 ）的局部塌陷和斑 點(diǎn)；對(duì)于鍍鉻滾筒（輥筒） ，經(jīng)常由于異物的帶入而產(chǎn)生壓坑。此外，長(zhǎng) 期、超負(fù)荷的使用也會(huì)導(dǎo)致印刷設(shè)備發(fā)生磨損失效。 1.3.2 收放卷裝置 收放卷自動(dòng)交接料裝置，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)接換料，大大節(jié)省了更換新紙卷 的時(shí)間，提高了機(jī)器 的生產(chǎn)效率。張力系統(tǒng)采用伺機(jī)電動(dòng)控制，收卷采 用變頻電機(jī)控制。 1.3.3 傳動(dòng)部分 主電機(jī)調(diào)速采用變頻調(diào)速器并配備精密齒輪，其傳動(dòng)精度高，噪音低， 整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。采用氣動(dòng)離合壓機(jī)構(gòu)精確調(diào)節(jié)印刷壓力 ，印刷壓錕氣動(dòng) 離合，并有保護(hù)鎖定功能，壓力任意可調(diào)。刮刀角度三維可調(diào)，刮墨刀設(shè) 有軸向往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以改變刮墨刀 在印版上的軌跡，達(dá)到更好的印刷 效果，同時(shí)使刮墨刀磨損均勻，并延長(zhǎng)刮墨刀的使用壽命。 1.3.4 供墨系統(tǒng) 采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的氣動(dòng)膈膜泵著墨油墨箱裝置。實(shí)現(xiàn)印版 凹陷部分 吸墨充分，確保圖象效果更佳。該裝置形成了供墨循環(huán)系統(tǒng)，由于油墨被 連續(xù)不斷地?cái)噭?dòng)，油箱 內(nèi)的油墨可以充分利用，效果更好。 7 1.3.5 干燥系統(tǒng) 為適應(yīng)塑料薄膜凹版印刷的特點(diǎn)和使油墨在塑料薄膜上迅速干燥的要 求，本機(jī)在每印刷單元機(jī)組上均配有加熱烘干箱和冷卻干燥箱，采用密封 式高效熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)，干燥溫度由控溫儀自動(dòng)控制，并根據(jù)印刷工作 需要增減電熱功率，實(shí)行節(jié)能、安全及環(huán)保工作，為操作者提高較好工作 環(huán)境。 1.4 工作原理 印刷機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)是：給件→定位→落版→降到墨板 、升回墨 板→刮墨 行程→升到墨板 → 降回墨板→抬版→回墨行程 →解除定位→收 件。在連續(xù)循環(huán)動(dòng)作中，只要能實(shí)現(xiàn)功能，每個(gè)動(dòng)作占用的時(shí)間應(yīng)盡量短， 以縮短每個(gè)工作循環(huán)同期，提高工作效率。在印刷行程中，到墨板擠壓油 墨和絲網(wǎng)印版 ，使絲網(wǎng)印版與承印物形成一條接觸線，稱為壓印線 。這 條線在刮墨板刃口處，無(wú)數(shù)條壓印線構(gòu)成印刷面。實(shí)現(xiàn)理想的壓印線是很 困難的，因?yàn)橛∷⑿谐淌且粋€(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。 8 圖 1.1 印刷工作原理 經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，讓刮墨板 在運(yùn)動(dòng)中擠壓油墨和絲網(wǎng)印版，使 絲網(wǎng)印版與承印物形成一條壓印線，由于絲網(wǎng)具有張力，對(duì)刮墨板產(chǎn)生 力，回彈力使絲網(wǎng)印版除壓印線外都不與承印物相接觸，油墨 在刮墨板 的擠壓力 F1 作用下，通過(guò)網(wǎng)孔，從運(yùn)動(dòng)著的壓印線漏印到承印物上。在 印刷過(guò)程中，絲網(wǎng)印版與刮墨板進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擠壓力 F1 和回彈力 F2 也隨之同步移動(dòng)，絲網(wǎng)在回彈力作用下，及時(shí)回位與承印物脫離接觸， 以免把印跡蹭臟。即絲網(wǎng) 在印刷行程中，不斷處于變形和回彈之中。 印刷機(jī)刮墨板在完成單向印刷后與絲網(wǎng)印版一起脫離承印物，同時(shí)進(jìn) 行返程回墨，即完成一個(gè)印刷循環(huán)?；啬蟪杏∥锏纳厦媾c絲網(wǎng)印版反面 的距離稱為同版距或網(wǎng)距，一般應(yīng)為 2～5mm。手工印刷時(shí)，操作工人的手 法與熟練程度直接影響壓印線的形成。在實(shí)踐中絲印工作者積累了許多寶 貴經(jīng)驗(yàn)，具體可歸納為六點(diǎn)，即保證刮墨板運(yùn)動(dòng)中的直線性、勻速性、等 角性、均壓件、居中性和垂邊性。印刷時(shí)刮墨板應(yīng)直線前進(jìn)，不能左右晃 動(dòng)；不能前慢后快，前快后慢或忽慢忽快；到墨板的傾斜角應(yīng)保持不變， 特別要注意克服傾斜角逐漸增大的通??；印刷壓力要保持均勻一致；保持 刮墨板與網(wǎng)框內(nèi)側(cè)兩邊的距離相等；到墨板與邊框保持垂直。 印刷機(jī)平面絲網(wǎng)印版夾持在網(wǎng)框上由平網(wǎng)曲面絲網(wǎng)印刷機(jī)帶 動(dòng)作勻 速平移，由于網(wǎng)版的摩擦便放置在支承裝置上的承印物隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。在壓印 線處曲面承印物的線速度與平面絲網(wǎng)印版移動(dòng)速度一致，實(shí)現(xiàn)刮墨印刷。 理論上壓印 線應(yīng)在曲面承印物最高一條母線處，以利于加大離網(wǎng)角，保 證印刷質(zhì)量。為調(diào)整方便，刮墨板一般采用 60°±15°頂角，要求能作垂 直程度與上下尺寸的調(diào)整。 印刷機(jī)圓筒形容器或圓錐形容器的 曲面印刷可采用兩對(duì)滾輪支座， 長(zhǎng)度與直徑之比小于 1．5 的蓋類和杯類用軸套支座，軟性中空容器可用 充氣裝置支撐。橢圓面近似為圓柱面的一部分，可以用圓柱 體鑲嵌辦法 9 支承。在圓錐體的表面進(jìn)行印刷的原理，與在圓柱體表面進(jìn)行印刷的原理 基本相同，所不同的是絲網(wǎng)印版的圖形形狀和絲網(wǎng)印版的運(yùn)動(dòng)形式。在制 作用于 圓錐體表面印刷的絲網(wǎng)印版時(shí)，要先畫出圓錐體表面的展開圖， 并根據(jù)展開圖求出扇形的中心，再選取適當(dāng)網(wǎng)框制作絲網(wǎng)印版。 印刷機(jī)在版的下方用 4 個(gè)輥支撐承印物，刮板呈固定狀，按扇形移 動(dòng)版框，刮板加壓就可進(jìn)行圓錐版的表面印刷了。印刷時(shí)，圓錐形承印刷 在一定的刮板壓力下與絲網(wǎng)印版呈線接觸；當(dāng)絲網(wǎng)印版繞扇形展開圖的軸 心作水平扇形移動(dòng)時(shí)，承印物在支撐裝置上作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；油墨在刮板 的壓擠下，漏印到承印物的表面，完成印刷。 1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及 控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn) 步。 卷筒紙印刷設(shè)備形成龐大的數(shù)控設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有 10～20 萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在 20 世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷 了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興 現(xiàn)代制造業(yè)。90 年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過(guò)重大改組。如美國(guó)、 德國(guó)等幾大制造商都經(jīng)過(guò)較大變動(dòng)，從 90 年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升， 在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從 2000 年至今 已接受３個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。隨著我國(guó)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)引 進(jìn)了許多世界上先進(jìn)的卷筒紙印刷設(shè)備，使我國(guó)印刷業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展階 段，報(bào)業(yè)、商業(yè)印刷以及包裝印刷迅猛崛起印刷技術(shù)。以海德堡、曼羅蘭、 高寶、小森、三菱、西研、德蘭特-格貝爾等為代表的公司都推出了采用 新技術(shù)的卷筒紙膠印機(jī)，其都具有印刷速度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度 高、印刷質(zhì)量好等特點(diǎn) 10 1.6 卷筒紙膠印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 卷筒紙膠印機(jī)的基本發(fā)展方向是多色式印刷，有較好的發(fā)展。多色式 印刷，多色機(jī)可以打印多種顏色，效率高，主要是提高印刷速度，減少輔 助時(shí)間。從兩個(gè)方面來(lái)保證卷筒紙膠印機(jī)效率高。具體包括： （1）高速發(fā)展方向 由于高時(shí)效性的報(bào)紙，因此，使用卷筒紙膠印機(jī)首先要求高速度。大 型卷筒紙膠印機(jī)，主要由滾筒直徑的兩倍，每轉(zhuǎn) 4 的報(bào)紙。每小時(shí)超過(guò) 160000 件的報(bào)紙印刷。近年來(lái)出現(xiàn)了用卷筒紙膠印機(jī)雙卷筒新聞。因?yàn)槊?小時(shí)輥速度，同樣可以印制的 160000 多份報(bào)紙。和更靈活的，可以節(jié)省 板。在卷筒紙膠印機(jī)業(yè)務(wù)，書刊，過(guò)去為了保證印刷質(zhì)量，大部分選用中 小型機(jī)單或半寬度。隨著技術(shù)的發(fā)展，印刷質(zhì)量控制問(wèn)題已經(jīng)完全解決， 目前，與本機(jī)的商業(yè)和書籍已經(jīng)開發(fā)出更多的單和單一的趨勢(shì)。印刷速度 也不斷提高。鼓的輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的速度達(dá)到了每小時(shí)十萬(wàn)。為了保證印刷質(zhì) 量，追求高速度的卷筒紙膠印機(jī)發(fā)展的基本方向。 （2）精密智能自動(dòng)化的發(fā)展 結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)，光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在輪轉(zhuǎn)印 刷機(jī)上的應(yīng)用。不僅解決了張力控制問(wèn)題，印刷，油墨控制問(wèn)題，而且還 配備了色彩管理系統(tǒng)，組織或 CIP4（CIP4 接口。為了滿足高速度，高質(zhì) 量的要求，機(jī)床的精度普遍提高，并逐步配備自動(dòng)組卷系統(tǒng)，自動(dòng)或半自 動(dòng)換版系統(tǒng)，機(jī)器自動(dòng)故障診斷顯示折疊機(jī)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程診斷和調(diào)整系統(tǒng)， 自動(dòng)，甚至可以直接與印刷裝訂設(shè)備。一些新聞網(wǎng)站抵消紙庫(kù)完全實(shí)現(xiàn)帶 紙，紙，機(jī)器自動(dòng)換版，自動(dòng)換紙路，所有印刷自動(dòng)控制，加工，包裝， 印刷，整理客戶地址，自動(dòng)輸送自動(dòng)化。作為一個(gè)結(jié)果，自動(dòng)化，智能化 控制，大大減少了輔助時(shí)間，卷筒紙膠印市場(chǎng)更好地適應(yīng)短版，質(zhì)量高， 短時(shí)間內(nèi)發(fā)展的需要。 11 （3）標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的開發(fā) 卷筒紙膠印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，根據(jù)不同的切割尺寸的要求，設(shè)計(jì) 了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。一方面可以組織專業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量， 根據(jù)市場(chǎng)和用戶的需求，更重要的是，使用不同的排列組合，組合成不同 的形式及時(shí)機(jī)，以滿足市場(chǎng)和客戶的要求。如果有需要，可以配備在用戶 的機(jī)器上的色組，改裝機(jī)。 （4）向多功能的方向發(fā)展 擴(kuò)大使用的卷筒紙和使用范圍的另一個(gè)顯著特點(diǎn)。主要包括： 1.多單位，多紙路，一個(gè)可以同時(shí)打印多個(gè)磁帶機(jī)，大大提高工作效 率。 2、直接光刻，改變每個(gè)帶各印刷色數(shù)，減少印刷單元印刷多色印刷。 （5）對(duì)數(shù)字膠印機(jī) 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)，計(jì)算機(jī) CTP 制版技術(shù)， 很快的數(shù)字印刷技術(shù)的發(fā)展。數(shù)字卷筒紙膠印機(jī)是重要的發(fā)展方向之一。 曼羅蘭公司推出的 dicoweb 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字膠印機(jī)的代表。目前，數(shù)字印刷機(jī)的 “板塊”一般是可以記錄不能擦，擦不能記錄。曼羅蘭公司推出的 dicoweb 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字印刷機(jī)的“ 盤” ，不僅可以記錄也能擦。它是在印版滾筒 上套一個(gè)由特殊材料制成的金屬套，在類似的帶狀材料使用 Creo 曝光的 激光頭，然后轉(zhuǎn)移色帶上的親水性或親愛(ài)的油原料進(jìn)入金屬套，形成“版 本” ，可以打印。印刷完畢后，用清潔液清潔圖像可。需要“版本的金屬 套” 。這種技術(shù)也可以移植到單張紙數(shù)字印刷機(jī)。 （6）結(jié)合輪轉(zhuǎn)印刷機(jī) 隨著技術(shù)和印刷產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展的要求越來(lái)越高，有時(shí)膠印機(jī)不僅是一 個(gè)單一的滿足需求。因此，會(huì)出現(xiàn)在不同的印刷方法的組合式印刷機(jī)。的 卷筒紙膠印機(jī)組合主要有：在柔性版印刷或打印模式組合印刷的組合，和 12 其他數(shù)字印刷機(jī)的組合。選擇哪種組合，根據(jù)用戶的具體要求確定。 第 2 章 滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 卷筒紙膠印機(jī)的印刷部件跟單張紙膠印機(jī)區(qū)別不大，只是結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)單 一些。因?yàn)椴恍枰鸺堁澜Y(jié)構(gòu)，滾筒的空擋很小，印版和橡皮的安裝比較 方便。 2.1 印版滾筒的設(shè)計(jì) 2.1.1 膠印機(jī)滾筒概述 印版滾筒是裝卡印版的滾筒，卷筒紙膠印機(jī)和單張紙膠印機(jī)的印版滾 筒結(jié)構(gòu)不同，印版裝卡和調(diào)整機(jī)構(gòu)也不同。卷筒紙膠印機(jī)的印版滾筒可以 設(shè)計(jì)成安裝一塊印版的結(jié)構(gòu)，也有設(shè)計(jì)成安裝兩塊印版的結(jié)構(gòu)。 2.1.2 膠印機(jī)滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 印版滾筒安裝夾機(jī)構(gòu)可以分為夾板式印版滾筒、裝四塊印版的印版滾 筒、套紅印版滾筒、卷軸式印版滾筒、窄槽式印版滾筒和無(wú)縫滾筒等幾種。 目前采用最為廣泛的是窄槽式印版裝夾機(jī)構(gòu)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)亦采用了此種 機(jī)構(gòu)。 圖 1-1 所示的為目前廣泛應(yīng)用的窄槽式印版裝夾機(jī)構(gòu)。這種裝夾機(jī)構(gòu) 只是在滾筒體上開一個(gè)約 1~1.5mm 的窄槽, 將印版在彎版機(jī)上彎成前端小 于 90o的角（按窄槽的角度確定）, 一般為尾端大于 90°的角, 先將印版 的前端勾住滾筒上窄槽與滾筒外圓夾角小于 90o的角, 再將尾端插入滾筒 的槽內(nèi), 印版就裝好了。這種印版要求彎版尺寸非常準(zhǔn)確, 利用印版前端 和尾端的擠壓力使印版在滾筒體上固定。 這種裝版機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作非常簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是如果印版彎版尺寸不合 13 適, 印版就不能很好的緊緊地貼在版滾筒上, 印版壽命會(huì)受一定的影響。 2.1.3 印版滾筒軸向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整體部件是對(duì)稱的，在兩邊對(duì)稱處安裝齒輪以保證滾筒不會(huì)產(chǎn)生扭曲。 采用走肩鐵式的滾筒，兩端的螺紋用于安裝鎖緊螺母，進(jìn)行印版滾筒 的軸向定位和調(diào)整。 圖 1-4 為印版滾筒 SolidWorks 所做的實(shí)體，兩端的偏心套完成離合 壓和調(diào)壓的工作，在滾筒的兩端安裝成對(duì)的齒輪，從而達(dá)到一個(gè)比較好的 傳動(dòng)效果。 滾筒走肩鐵是現(xiàn)在比較流行的方式，可以使印版滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)的更加平穩(wěn)。 14 4.2 滾筒的設(shè)計(jì) 4.2.1 滾筒概述 橡皮滾筒的作用是將印版滾筒上的圖文轉(zhuǎn)陰到橡皮布上，在轉(zhuǎn)印到紙 張上。另外，橡皮滾筒還有滾筒離合壓和調(diào)壓的工作部件。橡皮滾筒具有 橡皮布裝卡機(jī)構(gòu)，橡皮布必須平整均勻地包在橡皮滾筒上，使用中不允許 有松動(dòng)現(xiàn)象。新橡皮布使用一段時(shí)間之后一般會(huì)伸長(zhǎng)，故要求裝卡橡皮布 機(jī)構(gòu)能重新拉緊橡皮布。不同的機(jī)器裝卡機(jī)構(gòu)也不同，根據(jù)機(jī)器使用裝卡 機(jī)構(gòu)分類，橡皮滾筒可分為壓板式橡皮滾筒、卷軸式橡皮滾筒、窄縫式橡 皮滾筒及套筒式橡皮滾筒等。 2.2.2 滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中采用的是壓板式橡皮滾筒。橡皮滾筒槽內(nèi)安裝有橡皮夾板 和張緊螺栓。橡皮布兩端先用橡皮夾板夾住，然后再放入橡皮滾筒槽內(nèi)， 擰動(dòng)螺栓可使 橡皮布緊緊截面地貼在滾筒上。當(dāng)橡皮布松動(dòng)時(shí)擰緊螺栓 可以使橡皮布張緊。 此種橡皮布裝卡機(jī)構(gòu)裝卡雖然比較費(fèi)時(shí)間，但如圖 2-2 橡皮布的裝卡 它的結(jié)構(gòu)緊湊，適合應(yīng)用于本設(shè)計(jì)中的小滾筒單版膠印機(jī)。 15 在本設(shè)計(jì)中，采用的是滾筒離合壓的結(jié)構(gòu)。其中一個(gè)橡皮滾筒作為離 合壓和調(diào)壓的基準(zhǔn)以及主動(dòng)輪，另一個(gè)滾筒則完成兩個(gè)橡皮滾筒的離合壓 和調(diào)壓的工作。在此處說(shuō)明滾筒軸向結(jié)構(gòu)，離合壓部分則在下一部分說(shuō)明。 圖 3-3 為兩個(gè)橡皮滾筒的主動(dòng)滾筒，它作為調(diào)壓的基準(zhǔn)。 16 圖 3-3 橡皮滾筒（主動(dòng)）SolidWorks 實(shí)體圖 最右邊的齒輪和電動(dòng)機(jī)齒輪相嚙合，成為整個(gè)印刷平臺(tái)的動(dòng)力源。左 端的鎖緊螺母在對(duì)滾筒進(jìn)行軸向定位的同時(shí)，完成整個(gè)印刷平臺(tái)的手動(dòng)操 第 3 章 卷筒組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算 卷筒組件是印刷機(jī)的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，完成 表面成形運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還起傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩、承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷的 作用。由于卷筒組件的工作性能直接影響到印刷機(jī)的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率， 因此它是印刷機(jī)中的一個(gè)關(guān)鍵組件。 卷筒和一般傳動(dòng)軸的相同點(diǎn)是，兩者都傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩并承受傳動(dòng)力， 17 都要保證傳動(dòng)件和支承的正常工件條件，但卷筒直接承受切削力，還要帶 動(dòng)工件或刀具，實(shí)現(xiàn)表面成形運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)卷筒有較高的要求。 3.1 卷筒的基本要求 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 卷筒的旋轉(zhuǎn)精度是指卷筒在手動(dòng)或低速、空載時(shí)，卷筒前端定位面的 徑向跳動(dòng)△r、端面跳動(dòng)△a 和軸向竄動(dòng)值△o。如圖 2-1 所示：圖中實(shí)線 表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實(shí)際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)卷筒以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 時(shí)，卷筒回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運(yùn)動(dòng)精度。 卷筒組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如卷筒、軸承及支承座 孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運(yùn)動(dòng)精度還取決于卷筒的轉(zhuǎn)速、軸 承的性能和潤(rùn)滑以及卷筒部件的動(dòng)態(tài)特性。各類通用印刷機(jī)卷筒部件的旋 轉(zhuǎn)精度已在印刷機(jī)精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用印刷機(jī)卷筒部件的旋轉(zhuǎn)精度 則根據(jù)工件精度要求確定。 △ a△ o△ r 圖 3-1 卷筒的旋轉(zhuǎn)誤差 3.1.2 剛度 卷筒組件的剛度 K 是指其在承受外載荷時(shí)抵抗變形的能力，如圖 2-2 所示，即 K=F/y（單位為 N/ m） ，剛度的倒數(shù) y/F 稱為柔度。卷筒組件的? 18 剛度，是卷筒、軸承和支承座的剛度的綜合反映，它直接影響卷筒組件的 旋轉(zhuǎn)精度。顯然，卷筒組件的剛度越高，卷筒受力后的變形就越小，如若 剛度不足，在加工精度方面，卷筒前端彈性變形直接影響著工件的精度； 在傳動(dòng)質(zhì)量方面，卷筒的彎曲變形將惡化傳動(dòng)齒輪的嚙合狀況，并使軸承 產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方 面，將使卷筒在變化的切削力和傳動(dòng)力等作用下，產(chǎn)生過(guò)大的受迫振動(dòng)， 并容易引起切削自激振動(dòng)，降低了工件的平穩(wěn)性。 圖 3-2 卷筒組件靜剛度 卷筒組件的剛度是綜合剛度，影響卷筒組件剛度的因素很多，主要有： 卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動(dòng)件的 布置方式、卷筒組件的制造與裝配質(zhì)量等。 3.1.3 抗振性 卷筒組件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的 能力。在切削過(guò)程中，卷筒組件不僅受靜載荷的作用，同時(shí)也受沖擊載荷 和交變載荷的作用，使卷筒產(chǎn)生振動(dòng)。如果卷筒組件的抗振性差，工作時(shí) 容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和卷筒軸承 的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著印刷機(jī)向高精度、高效率方向 發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來(lái)越高。 評(píng)價(jià)卷筒組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)能力的 19 大小。 3.1.4 溫升和熱變形 卷筒組件工作時(shí)因各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫 升，溫升使卷筒組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以卷 筒組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來(lái)度量。 卷筒組件溫升和熱變形，使印刷機(jī)各部件間相對(duì)位置精度遭到破壞， 影響工件加工精度，高精度印刷機(jī)尤為嚴(yán)重；熱變形造成卷筒彎曲，使傳 動(dòng)齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使卷筒和軸承，軸承與支承座之 間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過(guò)小將加速 齒輪和軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。 影響卷筒組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式， 軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤(rùn)滑方式和散熱條件等。 3.1.5 耐磨性 卷筒組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。 因此，卷筒組件各個(gè)滑動(dòng)表面，包括卷筒端部定位面、錐孔，與滑動(dòng)軸承 配合的軸頸表面，移動(dòng)式卷筒套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度， 以保證其耐磨性。 為了提高卷筒組件的耐磨性，應(yīng)該正確地選用卷筒和滑動(dòng)軸承的材料 及熱處理方法、潤(rùn)滑方式，合理調(diào)整軸承間隙，良好的潤(rùn)滑和可靠的密封。 3.2 卷筒組件的布局 卷筒組件的設(shè)計(jì)，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)， 考慮卷筒組件的布局。 20 印刷機(jī)卷筒有前、后兩個(gè)支承和前、中、后三個(gè)支承兩種，以前者較 多見(jiàn)。兩支承卷筒軸承的配置型式，包括卷筒軸承的選型、組合以及布置， 主要根據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)卷筒組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要 求，并考慮軸承的供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等具體情況，加以確定。在選擇時(shí)，具體 有以下要求： （1）適應(yīng)剛度和承載能力的要求 卷筒軸承選型應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。徑向載荷較大時(shí)，可 選用滾子軸承；較小時(shí)，可選用球軸承。雙列滾動(dòng)軸承的徑向剛度和承載 能力，比單列的大。同一支承中采用多個(gè)軸承的支承剛度和承載能力，比 采用單個(gè)軸承大。一般來(lái)說(shuō)，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因?yàn)榍爸?承剛度對(duì)卷筒組件剛度的影響要比后支承的大。表 2-1 所示為滾動(dòng)軸承和 滑動(dòng)軸承的比較。 表 3-1 滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較 滑動(dòng)軸承 基本要求 滾動(dòng)軸承 動(dòng)壓軸承 靜壓軸承 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差。 可在無(wú)隙或預(yù)加 載荷下工作。精 度也可以很高， 但制造困難 單油楔軸承一般， 多油楔軸承較高 可以很高 剛度 僅與軸承型號(hào)有 關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載 荷無(wú)關(guān)，預(yù)緊后 可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升 高而增大 與節(jié)流形式有關(guān)， 與載荷轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān) 21 承載能力 一般為恒定值， 高速時(shí)受材料疲 勞強(qiáng)度限制 隨轉(zhuǎn)速增加而增 加，高速時(shí)受溫 升限制 與油腔相對(duì)壓差 有關(guān)，不計(jì)動(dòng)壓 效應(yīng)時(shí)與速度無(wú) 關(guān) 抗振性能 不好，阻尼系數(shù) D=0.029 較好，阻尼系數(shù) D=0.055 很好，阻尼系數(shù) D=0.4 速度性能 高速受疲勞強(qiáng)度 和離心力限制， 低中速性能較好 中高速性能較好。 低速時(shí)形不成油 漠，無(wú)承載能力 適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小，潤(rùn)滑 調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較 大 f=0.002～0.008 較小 f=0.001~0.08 本身功耗小，但 有相當(dāng)大的泵功 耗 f=0.0005～0.001 噪聲 較大 無(wú)噪聲 本身無(wú)噪聲，泵 有噪聲 壽命 受疲勞強(qiáng)度限制 在不頻繁啟動(dòng)時(shí)， 壽命較長(zhǎng) 本身壽命無(wú)限， 但供油系統(tǒng)的壽 命有限 （2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號(hào)和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn) 速是不同的。軸承的規(guī)格越大，精度等級(jí)越低，允許的最高轉(zhuǎn)速越低。在 承受徑向載荷的軸承當(dāng)中，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，比圓錐滾子軸承的 高。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最高；推力球 軸承的次之；圓錐滾子軸承的最低，但承載能力與上述次序相反。因此， 應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)速和承載能力兩方面要求來(lái)選擇軸承型式。 22 （3）適應(yīng)精度的要求 起止推作用的軸承的布置有三種方式：前端定位—止推軸承集中布置 在前支承；后端定位—集中布置在后支承；兩端定位—分別布置在前、后 支承。 采用前端定位時(shí)，卷筒受熱變形向后延伸，不影響軸向定位精度，但 前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙較不便，前支承處發(fā)熱量較大；后端定位 的特點(diǎn)與前述的相反；兩端定位時(shí)，卷筒受熱伸長(zhǎng)后，軸承軸向間隙的改 變較大，若止推軸承布置在徑向軸承內(nèi)側(cè)，卷筒可能因熱膨脹而彎曲。 （4）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求 當(dāng)要求卷筒組件在性能上有較高的剛度和一定的承載能力，而在結(jié)構(gòu) 上徑向尺寸要緊湊時(shí)，則可在一個(gè)支承（尤其是前支承）中配置兩個(gè)或兩 個(gè)以上的軸承。 對(duì)于軸間距很小的多卷筒印刷機(jī)，由于結(jié)構(gòu)限制，宜采用滾針軸承來(lái) 承受徑向載荷，用推力球軸承來(lái)承受軸向載荷，并使兩軸承錯(cuò)開排列。 （5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 確定卷筒軸承配置型式，除應(yīng)考慮滿足性能和結(jié)構(gòu)方面要求外，還應(yīng) 作經(jīng)濟(jì)性分析，使經(jīng)濟(jì)效果好。 在中速和大載荷情況下，采用圓錐滾子軸承要比采用向心軸承和推力 軸承組合配置型式成本低，因?yàn)榍罢吖?jié)省了兩個(gè)軸承，而且箱體工藝性較 好。 綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)的卷筒采用前、后支承的兩支承卷筒，前 支承采用雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承的組合，D 級(jí)精度；后支 承采用圓柱滾子軸承，E 級(jí)精度。其中前支承的雙列圓柱滾子軸承，滾子 直徑小，數(shù)量多（50—60 個(gè)） ，具有較高的剛度；兩列滾子交錯(cuò)布置，減 少了剛度的變化量；外圈無(wú)擋邊，加工方便；軸承內(nèi)孔為錐孔，錐度為 1：12，軸向移動(dòng)內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實(shí)體保 23 持架，利于軸承散熱。前支承的總體特點(diǎn)是：卷筒靜剛度好，回轉(zhuǎn)精度高， 溫升小，徑向間隙可以調(diào)整，易保持卷筒精度，但由于前支承結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，前、后支承的溫升不同，熱變形較大，此外，裝配、調(diào)整比較麻煩。 3.3 卷筒結(jié)構(gòu)的初步擬定 卷筒的結(jié)構(gòu)主要決定于卷筒上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承和 密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮卷筒加 工和裝配的工藝性，一般在印刷機(jī)卷筒上裝有較多的零件，為了滿足剛度 要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把卷筒設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸 徑從前軸頸起向后依次遞減。卷筒是空心的或者是實(shí)心的，主要取決于印 刷機(jī)的類型。此次設(shè)計(jì)的卷筒，也設(shè)計(jì)成階梯形，同時(shí)，在滿足剛度要求 的前提下，設(shè)計(jì)成空心軸，以便通過(guò)刀具拉桿。 卷筒端部系指卷筒前端。它的形狀決定于印刷機(jī)的類型、安裝夾具或 刀具的形式，并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確，裝卸方便和能傳 遞一定的扭矩。 3.4 卷筒的材料與熱處理 卷筒材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素 選擇。 卷筒的剛度與材料的彈性模量 E 值有關(guān)，鋼的 E 值較大 （2.1×10 N/cm 左右） ，所以，卷筒材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量72 E 的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無(wú)關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈 性模量 E 基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如 45 鋼） ，只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密印刷機(jī)卷筒需要 減少熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動(dòng)的卷筒需要保證其耐磨性時(shí)，才考 慮選用合金鋼。 24 當(dāng)卷筒軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度， 防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少 45 鋼卷筒軸頸仍進(jìn)行高頻淬火 （HRC48～54）.有關(guān) 45 鋼卷筒熱處理情況如下表 2.2 所列： 表 2-2 使用滾動(dòng)軸承的 45 鋼卷筒熱處理等參數(shù) 材 料 牌 號(hào) 工 作 條 件 使 用 機(jī) 床 常 用 代 用 熱 處 理 硬 度 輕中負(fù)載 車、鉆、 銑、卷筒 45 50 調(diào)質(zhì) HB220～ 250 輕中負(fù)載局部要求高硬 度 卷筒軸 45 50 高頻淬 火 HRC52～ 58 輕中負(fù)載 PV≤40（N·m/cm ·s2 ） 車、鉆、 銑、卷筒 45 50 淬火回火 高頻淬火 HRC42～ 50 HRC52～ 58 此次設(shè)計(jì)的印刷機(jī)卷筒，考慮到卷筒材料的選擇原則，選用價(jià)格便宜 的中碳鋼（45 鋼） 。查表 2-2 中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部 高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。 3.5 卷筒的技術(shù)要求 卷筒的精度直接影響到卷筒組件的旋轉(zhuǎn)精度。卷筒和軸承、齒輪等零 件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接 觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接 觸剛度愈高。因此，對(duì)卷筒設(shè)計(jì)必須提出一定的技術(shù)要求。 （1）軸頸 25 此次設(shè)計(jì)的卷筒，應(yīng)首先考慮軸頸。支承軸頸是卷筒的工作基面、工 藝基面和測(cè)量基面。卷筒工作時(shí)，以軸頸作為工作基面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；加 工卷筒時(shí)，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基 面來(lái)最后精磨錐孔；在檢查卷筒精度時(shí)，以軸頸作為測(cè)量基面來(lái)檢查各部 分的同軸度和垂直度。采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸的精度必須與軸承的精度相 適應(yīng)。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動(dòng)軸承的配合質(zhì)量。 對(duì)于普通精度級(jí)印刷機(jī)的卷筒，其支承軸頸的尺寸精度為 IT5，軸頸 的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應(yīng)小于直徑公差的 1/4～1/2。 （2）內(nèi)錐孔 內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗(yàn)印刷機(jī)精度時(shí)，它是代 表卷筒中心線的基準(zhǔn)，用來(lái)檢查卷筒與其他部件的相互位置精度，如卷筒 與導(dǎo)軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經(jīng)常裝拆，故內(nèi)錐孔必須耐磨。 錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距 100～300 毫米 處對(duì)軸頸的徑向跳動(dòng)表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)錐著色檢查的接觸面積 大小來(lái)檢驗(yàn)，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。 3.6 卷筒直徑的選擇 卷筒直徑對(duì)卷筒組件剛度的影響很大，直徑越大，卷筒本身的變形和 軸承變形引起的卷筒前端位移越小，即卷筒組件的剛度越高。 但卷筒前端軸頸直徑 D1 越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要 達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時(shí)，加大直徑還受到軸承 所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為印刷機(jī)結(jié)構(gòu)所不允許。 通常，卷筒前軸頸直徑 D1 可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類印刷機(jī)的 卷筒軸頸尺寸確定。查《金屬切削印刷機(jī)設(shè)計(jì)》第 506 頁(yè)表 5-12 中，幾 種常見(jiàn)的通用印刷機(jī)鋼質(zhì)卷筒前軸頸的直徑 D1，可供參考，如下表 2-3 所 示： 26 印刷機(jī)，查上表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)，初取 D1= D2=30。 表 3-3 卷筒前軸頸直徑 D1的選擇 機(jī)床功率 （千瓦） 機(jī)床 1.47～2. 5 2.6～3. 6 3.7～5. 5 5.6～7. 3 7.4～11 11～14. 7 車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～14 5 140～16 5 銑床 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105 100～11 5 外圓磨 床 — 50～90 55～70 70～80 75～90 75～100 3.7 卷筒軸承的選擇 根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬手冊(cè)》第 375 頁(yè)，選取前支承的 角接觸球軸承。 27 KOYO22311RHR 軸承參數(shù) d(內(nèi)徑):55mm ? OD(外徑):120mm ? B(厚度):43mm ? r(最小):2 ? Cr(額定動(dòng)載荷):236kN ? Cor(額定靜載荷):264kN ? Grease(脂潤(rùn)滑):3000rpm ? Oil(油潤(rùn)滑):4000rpm 28 ? b_type(類別):球面滾子軸承 圖 3-6 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸 3.8 軸承的選型及校核 3.8.1 確定軸承型號(hào) 軸承的類型有很多種，主要根據(jù)其承載情況和調(diào)心等要求，進(jìn)行選擇。 因?yàn)楸菊n題設(shè)計(jì)的是膠印機(jī)滾筒設(shè)計(jì)，所以卷筒軸上軸承的轉(zhuǎn)速很高，負(fù) 荷很大，且工作時(shí)間很長(zhǎng)，最主要的是，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間工作后，會(huì)因?yàn)椴?均勻磨損而產(chǎn)生不平衡附加作用力。軸承間距大，軸會(huì)產(chǎn)生撓曲，此外， 軸承的中心也難保證同心，因此選用調(diào)心滾子軸承。查表選出軸承型號(hào) 450918C, dxBxD=45X100X36 調(diào)心滾子軸承. 卷筒軸兩端支撐采用滾動(dòng)軸承支撐，根據(jù)工況，每天工作 8 小時(shí)，單 向轉(zhuǎn)動(dòng)，只有在被卡住故考慮不計(jì)。且由于軸的跨距較長(zhǎng)，兩支撐軸承在 同心的要求，確定使用調(diào)心滾子軸承。 在根據(jù)安裝軸承段軸的直徑，以及軸的轉(zhuǎn)速和要求的傳遞的轉(zhuǎn)矩查機(jī) 械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-77 可初步選用 450918C 型號(hào)的調(diào)心滾子軸承。 29 3.8.2 軸承的校核 上步選定軸承為調(diào)心滾子軸承 450918C（GB/T 288-1994）,，其額定 動(dòng)載荷為 =1050 , =1830 ， =0.30， =2.3rCkNr0key (1)計(jì)算軸承的支反力 假設(shè)在工作過(guò)程中所受的力為 遠(yuǎn)大于卷筒軸的重力，故忽kNF136? 略重力不計(jì)，且根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)可看作軸承受力平均，得軸承的支反力 。NR50621? (2)計(jì)算軸承派生軸向力 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 10.7，可得公式 )2/(yRS? 將 ， 代入公式，可得：3.yNR50621NS01?S? 由于軸承本身沒(méi)有軸向力的作用，則可得 A1A102 (3)計(jì)算軸承所受當(dāng)量當(dāng)量動(dòng)載荷 軸承工作時(shí)有中等沖擊，由表 10.6 可查載荷系數(shù) 5.1?nf 因 查表得eR??506/1/ 0,1yx 根據(jù)公式 ，將數(shù)據(jù))(22YAXfp? 代入可得kNp851 kWP,3/?? 同理可得， Np852 (4)計(jì)算軸承壽命 由于 ，故任取一軸承計(jì)算，由表 10.3 取溫度系數(shù) =1?12 tf 有軸承壽命計(jì)算公式 )(601PCfnLrtk? 由于是滾子軸承取 ，將數(shù)據(jù)代入公式可得3/? 30 hLk1704? 則符合膠印機(jī)滾筒的使用要求，則可確定使用 450918C 型號(hào)軸承。 3.9 卷筒前端懸伸量 卷筒前端懸伸量 a 指的是卷筒前支承支反力的作用點(diǎn)到卷筒前端受力 作用點(diǎn)之間的距離，它對(duì)卷筒組件剛度的影響較大。懸伸量越小，卷筒組 件剛度越好。 卷筒前端懸伸量 a 取決于卷筒端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn) 選取，有時(shí)為了提高卷筒剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。 另外，卷筒前端懸伸量 a 還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件 或夾具的夾緊方式以及前支承的潤(rùn)滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。 因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量 a，以利于提 高卷筒組件的剛度。 初算時(shí)，可查《金屬切削印刷機(jī)設(shè)計(jì)》第 158 頁(yè)，如下表 3-4 所示： 表 3-4 卷筒的懸伸量與直徑之比 類型 機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型 a/ D1 Ⅰ 通用和精密車床，自動(dòng)車床和短卷筒端銑床，用滾動(dòng)軸承支 承，適用于高精度和普通精度要求 0.6～1.5 Ⅱ 中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)卷筒端的車床和銑床，懸伸量不太長(zhǎng)（不是 細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支承，適用于絕 大部分普通生產(chǎn)的要求 1.25～2. 5 Ⅲ 孔加工印刷機(jī)，專用加工細(xì)長(zhǎng)深孔的印刷機(jī)，由加工技術(shù)決 定需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或卷筒可移動(dòng)，由于切削較重而不適用于 有高精度要求的印刷機(jī) 2.5 根據(jù)上表所列，所設(shè)計(jì)的印刷機(jī)屬于Ⅱ型，所以取 a/ D1為 1.25～2.5，即： 31 a=（1.25～2.5）D 1=（1.25～2.5）×30=37.5～75 初取 a=45。 3.10 卷筒支承跨距 卷筒支承跨距 L 是指卷筒前、后支承支承反力作用點(diǎn)之間的距離。 合理確定卷筒支承跨距，可提高卷筒部件的靜剛度?？梢宰C明，支承 跨距越小，卷筒自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的卷 筒前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的卷筒前端的位移 量較小，但卷筒本身的彎曲變形將增大?？梢?jiàn)，支承跨距過(guò)大或過(guò)小都會(huì) 降低卷筒部件的剛度。 有關(guān)資料對(duì)合理跨距選擇的推薦值可作參考： （1） L =（4～5）D 1合 理 （2） L =（3～5）a，用于懸伸長(zhǎng)度較小時(shí)；合 理 （3） L =（1～2）a，用于懸伸長(zhǎng)度較大時(shí)。合 理 根據(jù)此次設(shè)計(jì)的印刷機(jī)剛性卷筒的懸伸量較大，取 L ≤2.5a 為宜。合 理 即此次設(shè)計(jì)的卷筒兩支承的合理跨距 L ≤2.5a=2.5×120=300合 理 初取 L=280。 3.11 卷筒組件的驗(yàn)算 卷筒在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定卷筒尺 寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此卷筒的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算， 與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的卷筒也能滿足 強(qiáng)度的要求。 剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時(shí)，剛度與彈性變形成 32 反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。卷筒組件的彈性變 形計(jì)算包括：卷筒端部撓度和卷筒傾角的計(jì)算。 3.11.1 支承的簡(jiǎn)化 對(duì)于兩支承卷筒，若每個(gè)支承中僅有一個(gè)單列或雙列滾動(dòng)軸承，或者 有兩個(gè)單列球軸承，則可將卷筒組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，如下圖 2-8 所示；若 前支承有兩個(gè)以上滾動(dòng)軸承，可認(rèn)為卷筒在前支承處無(wú)彎曲變形，可簡(jiǎn)化 為固定端梁，如圖 3-9 所示： 圖 3-8 卷筒組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁 圖 3-9 卷筒組件簡(jiǎn)化為固定端梁 此次設(shè)計(jì)的卷筒，前支承選用了一個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個(gè) 推力球軸承作為支承，即可認(rèn)為卷筒在前支承處無(wú)彎曲變形，可簡(jiǎn)化為上 圖 3-9 所示。 33 3.11.2 卷筒的撓度 查《材料力學(xué) I》第 188 頁(yè)的表 6.1，對(duì)圖 2-9 作更進(jìn)一步的分析，如 下圖 2-10 所示： 根據(jù)圖 2-10，可得此時(shí)的最大撓度 =maxB?EIF3-l 其中， F—卷筒前端受力。此處，F(xiàn)=F =1213.1NZ l—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cm θ 圖 3-10 固定端梁在載荷作用下的變形 E—卷筒材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72 I—卷筒截面的平均慣性矩。當(dāng)卷筒平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時(shí)， I= 。此處，D=3564d-）π （ D 故可計(jì)算出，卷筒端部的最
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