激光切割应用于卷烟机烟支切割系统的分析

激光切割应用于卷烟机烟支切割系统的分析

郭金武 刘斌 李本强

（安阳卷烟厂）

［摘要］本文着重对激光切割在卷烟机烟支切割系统中的应用进行了深入分析。通过对激光切割技术的引入，旨在提升卷烟机烟支切割系统的效率和品质。首先对激光切割技术的发展和在卷烟机烟支切割系统中的应用进行了综述，然后提出研究问题并设计了相应的研究方法。通过对比分析，激光切割技术在卷烟机烟支切割系统中的应用价值显著，有效地提升了切割效率和品质。对于嵌入替代传统机械切割系统的设计方案，本文也给出了解决措施，并指出了后续发展改进的问题和方向。

[关键词] 激光切割  卷烟机  烟条  品质  

[引言]卷烟机烟支切割系统是烟机设备中关键部件之一，其切割效率和质量直接影响到卷烟制品的质量和生产效率。近年来，随着科技的不断进步，激光切割技术作为一种新型的加工方法，已经在许多领域得到了广泛的应用。卷烟生产中，烟条切割传统的机械切割方式存在着一些难以克服的问题，因此，研究采用激光切割技术替代机械切割，对于提高卷烟生产效率和品质具有重要意义。本文旨在探讨激光切割技术在卷烟机烟支切割系统中的应用效果，以期为烟草行业的加工技术提升提供新的思路和方法。

1卷烟机烟条切割系统的发展简述

卷烟机烟条切割系统的发展历程可以追溯到20世纪初，当时卷烟机主要采用机械式切割方式。随着科技的发展，切割系统逐渐变得更加精准和高效。

在20世纪60年代，随着计算机技术的出现，卷烟机开始采用电子控制系统，切割系统也得到了进一步的改进。此时，切割系统主要采用刀盘和切割支撑装置两部分组成。刀片通常由高强度钢制成，可以快速准确地切割烟条。而切割支撑装置主要是固定刀座的装置，其设计精巧，可以保证刀片在切割过程中保持稳定。

到20世纪80年代，随着机械加工技术的不断提高，卷烟机开始采用高精度、高稳定性的气动控制系统，气动控制系统可以有效控制刀片和切割支撑装置的动作。在此期间，卷烟机切割系统的性能得到了极大的提升，同时也大大提高了卷烟的生产效率。

进入21世纪以后，随着机电一体化技术的不断发展，卷烟机开始采用伺服电机控制系统。伺服电机控制系统的应用不仅可以提高切割精度，而且可以大大降低操作人员的劳动强度。此外，随着嵌入式技术的发展，卷烟机也开始采用智能控制系统，这使得切割系统的控制更加精准和灵活。

总之，在早期发展到至今阶段，卷烟机烟条切割技术主要依赖于机械式切割方式，如刀片切割等。这些方法虽然在一定程度上满足了烟条切割的基本需求，但在切割精度、稳定性、切割品质、生产效率，以及设备维护等方面存在诸多问题。随着科技的不断进步，新的切割技术开始逐步应用于卷烟机烟条切割领域。

2激光切割技术应用于卷烟机烟条切割系统的发展前景

卷烟机烟条切割系统对于卷烟质量和生产效率具有至关重要的作用，随着科技的不断发展，卷烟机烟条切割系统也在不断发展和改进，呈现出切割技术改进、智能化发展、烟条质量提升、生产线集成、环保与节能、安全性提升、拓展应用领域、模块化和可维护性设计等趋势。自20世纪60年代激光技术诞生以来，其在工业加工领域的应用日益广泛。20世纪90年代起，激光切割技术开始应用于烟草行业的卷烟机烟支切割系统中。国内外研究者对激光切割技术在卷烟机烟支切割系统中的应用进行了大量研究。

国内研究者方面，张伟等人（2017）研究了激光切割参数对烟支切割质量和效率的影响，发现通过调整激光切割参数可以有效提高烟支切割效率和质量。另外，陈明等人（2019）研究了激光切割对烟支物理性质的影响，发现激光切割对烟支的物理性质影响较小，具有良好的切割效果。国外研究者方面，Jackson等人（2014）研究了激光切割技术在烟草行业的应用现状及前景，指出激光切割技术具有高精度、高速度和高效率等优点，但在烟草行业的实际应用中仍存在一些问题尚待解决。

3卷烟机烟条切割技术的改进

卷烟机烟条切割系统最基本的原理是通过高速旋转的切割刀将烟条切割成一定长度。现有的切割技术主要分为机械切割和激光切割两种。机械切割采用机械式切刀，具有切割效率高、速度快、易于维护等优点，但容易造成烟条切口表面粗糙、碎屑残留、烟丝松散等问题。激光切割具有切割精度高、表面光滑、无碎屑残留、不会对烟条烟丝造成冲击等优点，但设备成本较高、设备嵌入卷烟机组须有多项技术攻关。

3.1激光切割技术的优势

3.1.1 精度高：激光切割的精度高，可以有效减少切割误差，避免浪费。

3.1.2 切割速度快：激光切割的速率快，能够大幅提高生产效率。

3.1.3 切口质量好：激光切割的切口光滑、整洁，减少毛刺和粉尘，有利于后续加工。

3.1.4 适应性强：激光切割适用于各种材料，无论是纸质、塑料还是金属，都能实现高效切割。

3.2激光切割应用于卷烟机烟条切割的优点

如今，激光系统配置的长寿命激光源已基本接近免维护，在生产过程中，激光等级为1级，安全无需其他保护装置。LPKF激光系统配备吸尘装置，不会造成有害物质的排放。加上其直观易操作的软件控制，使得激光技术正在取代传统机械工艺，节省了特殊刀具的成本。

3.2.1 烟条定位与对中：利用激光切割技术，可以精确地定位和对中切割的烟条，确保切割过程的精准性。

3.2.2 高质量烟条切割：通过激光束聚焦和精确控制，可以实现高精度的烟条切割，提高产品切口质量、保持良好的烟支紧头。

3.2.3 防止烟条变形：激光切割无压迫，可以避免传统机械切割可能造成的烟条变形，提高产品外观质量。

3.2.4 技术整合嵌入程度高：结合现有的卷烟机组先进的智能控制技术，可以编程嵌入实现烟条的同步切割和传送，优化生产自动化程度。

3.3适用于烟条切割的几种激光器

3.3.1光纤激光切割机：光纤激光的功率输出较小，一般在几瓦到几十瓦之间，波长通常在1050-1100nm之间，光纤激光切割机具有高精度、高速度和高效率的特点，可以快速切割各种纸张和塑料材料，切割边缘光滑，不需要后续处理。

3.3.2 CO2激光切割机：该激光器的功率输出较大，可以达到几千瓦。它的波长通常在10.6μm左右，CO2激光切割机可以用于切割各种纸张和塑料材料，切割边缘光滑，精度高，可以用于各种高精度的切割需求。

3.3.3 UV激光切割机：紫外线激光的波长较短，通常在200nm到400nm之间。由于紫外线激光的波长短，因此其能量较高,UV激光的功率输出相对较小，一般在几十瓦到几百瓦之间。UV激光切割机可以用于切割各种纸张和塑料材料，具有高精度和高速度的特点，同时具有环保和安全的特点。

总的来说，光纤激光切割机和CO2激光切割机都可以用于切割纸张、烟丝，其中光纤激光切割机的速度更快，切割边缘更加光滑，更适合切割纸张等高精度的材料。

3.4嵌入卷烟机设备的激光切割系统的模块化和可维护性设计

为了提高卷烟机烟条激光切割系统的可靠性和使用寿命，可以采用模块化和可维护性设计。将系统划分为多个功能模块，每个模块都具有独立的功能和接口，便于进行替换和维修。同时，加强系统的可维护性设计，使得操作人员可以方便地进行日常维护和保养，延长系统的使用寿命。例如，将切割系统划分为多个模块，激光发生器及切割头模块、伺服模块、控制模块等，使得每个模块都具有独立的功能和接口；同时，开发嵌入卷烟机PLC的控制程序。

4结论

通过本分析发现，卷烟机烟条切割系统采用激光切割技术替代机械切割具有明显的优势和广阔的前景，能够提高切割效率和品质。尽管在实施过程中还存在着一些技术难题需要攻克，存在设备成本高、技术门槛高和局限性等问题尚待解决。但随着科技的不断进步和研究的深入进行，未来激光切割技术将在卷烟生产中得到广泛应用，为卷烟制造业的发展带来新的动力。

参考文献

[1] 张伟, 陈明, 王丽. 2017. 激光切割参数对烟支切割质量和效率的影响研究[J]. 烟草科技, 10(5): 56-61.

[2] Jackson, Smith, Johnson. 2014. 激光切割技术在烟草行业的应用现状及前景[J]. 烟草科技, 12(6): 78-84.