小型裁纸机的机械设计

小型裁纸机的机械设计

胡冬冬

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摘要：本课题内容记录了对小型裁纸机的整机机械设计的设计全过程，先是通过设计整机结构，提出本次设计要达到的预期目标，并对机器运行时的全部工作过程进行模块化设计，在本次方案设计中，牵引装置、裁切装置是主要设计内容，因此本次设计主要对牵引系统进行方案设计，基于设计尺寸的要求等，最终决定采用辊组形式为牵引系统主要内容。本设计中还对裁切装置进行创新，通过在刀组上装配检测定位移动系统，对刀组裁切时可通过程序控制裁切尺寸，由此完成对裁切的自动化设计。本次设计涉及的工作内容有刀具的选择和电机的选型、对机架基座的结构设计和尺寸设计，以及设计的分析计算过程，对主要部件如轴承的机械强度校核，还完成了本次设计所需主要零件的二维图和机器整机的二维装配图以及三维建模装配体等等。

关键词：整机设计  牵引装置  裁切装置  裁切刀组

1绪论

1.1课题背景

随着当前世界生活水平质量的提高，人们对于印后技术以及印后种类的要求也有较大的提高，对于印后机器来说，功能性印后机器的需求对于人们有了更多的要求。基于我国印后市场的现状，大型裁切机器市场基本已经饱和，但还存在问题如品类不齐，针对性功能较小，机器对功能性技术还不够专一，简便。针对这一问题，如能设计一款满足个性裁切并拥有完整裁切功能的小型裁纸机，通过控制系统实现机器的自动化功能完成精确裁切，实现操作的简便性并保证人员的安全，还能尽量缩小机器的尺寸，主要使用在办公或者室内加工等小型场所。

1.2国内外发展概况

随着印后市场的发展，印后加工设备也开始如雨后春笋般蓬勃出现。奥德利对手动裁切机进行改进，他选择使用特有的刀片，再配上鱼形垫，整个机构结构简单，拆卸也很方便，刀组还可以对介质进行双向裁切，并完成压料型材的抬起与放下，操作安全简单，是裁切机器增加了不少亮点。随后电动裁切机的出现更是为裁切机器积攒了人气，机器可以通过程序控制完成自动加工，进退刀过程，还设计安全装置，联动锁电开关、双手安全按钮保障人们的安全，此外，加工方面设置有提示标尺，为操作人员提供可视化尺寸选择，还有电机电磁刹车装置的选用，更是在加工过程中为纸质裁切提供了质量保证。但电动裁切机还存在许多不足，在专利CN101189105A中纵向裁切模块的添加,直接完成了全xy轴的裁切加工，并通过同步纵刀组的运动，大大提高了机器加工效率。外国的切纸机发展较国内水平处于先进水平，国外的机器机构裁切精度高、并且具有较高的精度保持性、加工出来的产品质量稳定较好、在操作方面还算是较为人性化，操作界面方便简洁并对操作人员具有很好的安全保护作用。

2设计方案对比

2.1设计分析

由绪论可知，本课题希望设计一个个性化裁切机器以满足小型裁切机器的需求，根据市面上主流裁纸机的结构进行调查，本次设计的裁纸机主要包括4个机构，分别是裁切机构，放卷机构，牵引机构，纠偏结构，其中最主要的是牵引机构和裁切机构的设计，因此对小型裁纸机的整机设计时，应针对以上机器裁切系统进行多个方案设计，并选择合适的方案来完成整机设计。

2.2裁切系统方案对比

2.2.1裁切系统设计方案一

小型裁纸机的主要工作内容是完成固定尺寸纸张的裁切，所以对于裁切系统的设计就是本课题重点内容。裁切方式主要分为横切和纵切，在整个机器的裁切工作过程中，可把纵切和横切分为单独的工作模块，两者的工作状态不相干扰。横刀的工作是在介质移动方向上的垂直边线上对介质进行裁切，可以采取圆盘切刀的形式，通过上下刀旋转配合裁切介质，裁切系统还有纵刀的设计，纵刀是裁切介质随牵引方向上的力，纵刀的裁切与横切刀的工作方式相近，都可采用圆盘切刀的方式进行裁切，但又与横切有所不同，在横切刀之前设置有夹送辊，介质通过夹送辊的牵引作用推送至横切刀处加工，若在纵切刀处继续增加一个夹送装置，不但增加安装难度，还会加长机器的尺寸，不利于整体结构紧凑，布局优化的实现。为解决这个问题，可以采用上下圆盘切刀安装胶轮的方法，胶轮给提供裁切动力并带动介质前进的方式进行安装。

2.2.2裁切系统设计方案二

裁切方式有很多种，可以参考市面上主要裁切机器的裁切装置来选用切刀。横切最常见的为斜刃裁切，即上刀为条刀，下刀起固定作用，通过将上刀抬起，给予上刀足够的角度和足够的力往下裁切，将介质裁断。其次是在纵切刀的选择，圆盘刀与条刀配合，工作方式为上刀为圆盘刀，圆盘刀自身旋转并沿条刀方向移动，通过上下刀刃裁切完成纸质裁切。

2.2.3设计方案对比及最终方案确定

在市场上的主流裁切机器中，都主要选用了斜刃裁切刀具，通过上刀上下运动并与下刀配合进行裁切，最终可将介质横边裁断以获得所需尺寸。这种方式主要在大型尺寸的介质中进行裁切，裁切刀运动时机器会产生极大的冲击和振动，会对刀片很快造成磨损，对机器寿命会产生影响，并且本课题所设计机器的横向方向尺寸最大值为841mm，在裁切时抬刀会占用更大的空间，对于本课题尽量缩小机器尺寸不适应，在切纸时机器承受的冲击以及载荷承载能力都会过大，因此方案二不适用本次设计。本课题选用上下圆盘刀裁切方式，选取的裁切刀不仅能够提升裁切精度，减少误差，还能减小裁切时的剪切应力，减少刀具磨损。在纵刀安装时，下刀还可以可以固定安装在轴上，刀具跟随轴转动和上刀配合裁切介质，上刀加装胶轮，胶轮同下刀配合起到牵引夹送作用，上刀同时起裁切和牵引作用，这种方案不但可以减少机器尾部的夹送辊牵引装置，减少安装尺寸，使整机结构更加紧凑，还有减少受力的功能，延长机器寿命。裁切系统的选用最终决定选择方案一。

参考文献

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