吳 波，何 康，胡學(xué)青

宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州,234000

隨著數(shù)碼印刷的快速發(fā)展，市場上個性化印刷的需求越來越大[1-3]。由于單紙小型化的燙金和模切工序的設(shè)備較少，因此當(dāng)前市場對小幅面模切機(jī)有著極大的需求量。遞紙牙排在設(shè)備中主要承擔(dān)傳送紙張的作用，牙排裝置傳輸?shù)姆€(wěn)定性直接影響著整個燙金機(jī)的工作效率[4]。新鄉(xiāng)市新機(jī)瑞博印刷機(jī)械有限公司的趙安等通過對牙排銷軸的改進(jìn)研究來提高設(shè)備的安全和穩(wěn)定性[5]；丁懷青設(shè)計(jì)了一種牙排鏈條連接定位裝置以滿足印品的高精度要求[6]。

目前牙排裝置結(jié)構(gòu)都是鏈排滾筒形式，運(yùn)動方式為單向圓周運(yùn)動[7]。這種形式的牙排只能向一個方向運(yùn)行，需要由鏈條或同步帶連成一個封閉的環(huán)形，導(dǎo)致傳送鏈過長。鏈條的拉伸對機(jī)器長期運(yùn)行的精度和穩(wěn)定性也會有影響，同時影響工作效率。因此，開發(fā)一種更高效的牙排裝置，將有效提高燙金機(jī)工作效率，提升市場競爭力。目前，國內(nèi)對牙排裝置的改進(jìn)還都是基于原滾筒式牙排的零件優(yōu)化。本文提出一種新的設(shè)計(jì)方案，首先通過改變牙排的運(yùn)動軌跡，將現(xiàn)有技術(shù)的牙排單向圓周運(yùn)動方式改為直線前后往復(fù)運(yùn)動方式；其次通過精確計(jì)算主機(jī)作業(yè)時間，使牙排在主機(jī)作業(yè)的同時完成叼紙動作，以達(dá)到節(jié)省待機(jī)時間，提高設(shè)備工作效率的效果。

1 原牙排裝置問題分析

1.1 燙金機(jī)工作過程

燙金機(jī)基本工作過程為：在輸紙單元，單張紙印刷品首先通過飛達(dá)頭(輸紙器)將紙張從給紙堆連續(xù)不斷地輸送給叼紙牙排；再通過電子套準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行定位，牙排叼住遞紙器送來的紙張傳送至主機(jī)內(nèi)部；電化鋁在燙金單元通過伺服電機(jī)傳送至模壓單元，在模壓單元經(jīng)過合壓、電化鋁的剝離，將電化鋁轉(zhuǎn)移到紙張上，完成紙張的模壓及燙金動作；然后牙排叼著紙張進(jìn)入收紙單元，當(dāng)牙排停止時，叼紙牙排被打開，紙張落到收紙堆上；紙張被前齊紙機(jī)構(gòu)和側(cè)齊紙機(jī)構(gòu)在兩個方向上擺放整齊。紙堆高度由紙堆超高檢測光電控制。當(dāng)紙堆收集到一定高度時，會自動下降一定高度，將紙張收集成垛(圖1)。

圖1 工作流程圖

1.2 原有牙排工作方式

通過以上對燙金機(jī)工作流程的說明，可以知道單張紙的印刷、模切、燙印、壓痕等加工作業(yè)時，是通過采用牙排裝置叼著被加工紙張到各個加工工位，實(shí)現(xiàn)對紙張的輸送。制品的質(zhì)量與叼紙牙排的精度有著直接關(guān)系[8]。以牙排叼紙進(jìn)行模切作業(yè)為例，當(dāng)牙排叼著紙張進(jìn)行模切作業(yè)時，叼紙牙排必須停止下來，待模切工序完成后平臺還需退回一定距離，牙排才向后輸送紙張至下一個工位進(jìn)行加工作業(yè)，待牙排完成輸送任務(wù)后，牙排再沿環(huán)形軌跡回到初始位置再次叼紙張進(jìn)行輸送。

2 新型牙排裝置的設(shè)計(jì)

2.1 新型牙排裝置開牙方式

新型牙排裝置(圖2)開牙方式為：凸輪16在開牙電機(jī)的帶動下轉(zhuǎn)動，擺桿18跟隨凸輪面的形狀變化上下擺動，從而帶動連桿19上下運(yùn)動，開牙杠3在連桿19和彈簧15的作用下以固定軸4為軸心上下擺動；當(dāng)開牙杠3向下擺動時下壓開牙塊8，牙排9張開；當(dāng)開牙杠3向上擺動時，開牙塊8復(fù)位，牙排9閉合。

圖2 新型牙排裝置工作示意圖

2.2 工作原理

(1)牙排9分為前段和后段；工作初始，待加工紙張7被輸送至給紙臺上，牙排9閉合，其前段夾住待加工紙張7；前后往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動牙排9向后運(yùn)行，將夾持的紙張放在主機(jī)作業(yè)工位5后放開紙張；

(2)前后往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動牙排9返回運(yùn)行，回到初始位置。與此同時，主機(jī)進(jìn)行加工作業(yè)，新的待加工紙張7被輸送至給紙臺上；待主機(jī)作業(yè)完畢，牙排9閉合，其前段夾住新的待加工紙張7，其后段夾住加工完的紙張6；

(3)前后往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動牙排9向后運(yùn)行，當(dāng)待加工紙張7運(yùn)行到主機(jī)作業(yè)工位5時，牙排9停止運(yùn)動并打開，牙排9前段將夾持的待加工紙張7放在主機(jī)作業(yè)工位5，牙排9后段將加工完的紙張6放在收紙裝置上；

(4)重復(fù)(2)-(3)的動作，將紙張不斷地輸送至作業(yè)工作進(jìn)行加工，同時將加工完的紙張輸送到收紙裝置上帶走。

(5)前后往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動牙排9動作的方法為：伺服電機(jī)21轉(zhuǎn)動帶動傳動皮帶12運(yùn)動，與傳動皮帶12固定連接的牙排9也隨著做前后方向的往復(fù)運(yùn)動。

2.3 新型牙排裝置優(yōu)點(diǎn)

(1)科學(xué)合理地利用了主機(jī)加工作業(yè)的時間，牙排完成了輸送紙張的準(zhǔn)備工作，一旦主機(jī)作業(yè)完成，牙排就將新的待加工紙張送入主機(jī)作業(yè)工位，同時將加工完的紙張運(yùn)到輸送裝置上，極大地提高了設(shè)備的工作效率。

(2)該牙排不需要依靠長的環(huán)形傳動鏈，也不存在鏈條拉伸對設(shè)備的影響，保證設(shè)備的運(yùn)行精度和穩(wěn)定性。

(3)皮帶帶動一根牙排往復(fù)運(yùn)動送紙，結(jié)構(gòu)新穎，調(diào)整方便，精度高，穩(wěn)定性好。

(4)調(diào)節(jié)維修方便。牙排驅(qū)動電機(jī)采用伺服電機(jī)，如果牙排需要調(diào)節(jié)，只需要調(diào)一根，或者通過修改伺服參數(shù)就能夠完成。

2.4 與同類產(chǎn)品相比較

新型牙排的設(shè)計(jì)已裝備在燙金機(jī)設(shè)備，通過與實(shí)際生產(chǎn)較同類產(chǎn)品叼紙速度和牙排故障檢修相比較有較大優(yōu)越性，比較數(shù)據(jù)如表1。

表1 與同類產(chǎn)品比較

4 結(jié) 語

牙排要獲得良好的運(yùn)作特性,不僅與運(yùn)動方式有關(guān)，還與牙排系統(tǒng)材料、輔助裝置都有著重要關(guān)系。所以在牙排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮各種因素,以滿足牙排在工作時的穩(wěn)定性要求[9]。不斷對燙金機(jī)結(jié)構(gòu)及零部件必要的創(chuàng)新改進(jìn)是提高燙金機(jī)工作效率，適應(yīng)市場的不二法則。