动态平台驱动唯一官网直营 动态平台驱动中心
韩雪+王佳琪+鲁楠
摘 要：凸轮传动机构有许多优点，只需要设计出合适的凸轮轮廓线便可用简单、紧凑的就够实现复杂的首周期性运动。目前，绝大部分机械设备中都会使用凸轮机构。鉴于凸轮的诸多优点，本文提出了凸轮传动机构，用于实现模切机动平台的驱动，通过建立适当的数学模型，结合MATLAB软件仿真出凸轮的轮廓线，并用Soildworks软件进行凸轮建模仿真，得到了用于模切机动平台驱动的可靠的凸轮机构。
关键词：模切机；动平台；凸轮机构
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.037
模切机的应用大大提高了印后包装的效率。然而，由于现有模切机常用的曲轴驱动双肘杆机构本身具有一定的缺陷，其动平台的行程无法进一步缩短，模切机的速度也达到了一个瓶颈，不能得到进一步的提高。随着中国制造2025概念的提出及印后生产效率提高的迫切需要，模切机与印刷机、糊盒机等的连线成为了趋势，想要实现这种连线，必须提高模切机的生产速度。而凸轮机构驱动的模切机可以大大缩短动平台的运动距离，进而大大提高模切机的生产速度。本文设计了一种用于模切机动平台驱动系统的共轭凸轮机构，打破了传统机构对模切机速度的限制，为提高模切机的生产速度提供了可能。
1 凸轮驱动模切机动平台机构的结构设计
现有模切机常用的曲轴驱动双肘杆机构本身具有一定的缺陷，其动平台的运动起伏和摆动都太大，行程无法进一步缩短，模切周期长，模切速度难以提高。如果改为凸轮驱动双肘杆机构驱动模切机的动平台，可以大大减小动平台的起伏和摆动幅度，改善动平台的运动轨迹，缩小动平台的行程，从而大大提高模切机的速度。由于模切机动平台的质量较大，惯性较大，高速情况下，动平台下降的过程若依靠自重会非常不稳定，因此需要用一对共轭凸轮分别驱动模切机的双肘杆机构实现动平台的上升与下降的过程。
在共轭凸轮驱动动平台的机构中，凸轮安装在凸轮轴上，凸轮轴由电机带动并安装在原有的曲柄处，在该共轭系统中两个共轭凸轮与其从动滚子及相关结构组成了形封闭的结构，保证了动平台上下往复运动的稳定性。
相对于传统的弹簧等形式的力锁合机构，高速运动时，共轭凸轮机构在不对模切机的动平台施加额外载荷的情况下，可以保证从同滚子时刻贴在凸轮上，使动平台的运动平稳可靠。这种机构在满足动平台的运动要求的同时，消除了机构的額外负载，提高了动平台运动的稳定性。
2 共轭凸轮机构中主凸轮的设计
该共轭凸轮机构中的双肘做往复摆动运动，因此，可以使用滚子摆动凸轮机构。并采用三共轭凸轮组成形封闭结构，保证凸轮在高速运动时，从同滚子时刻贴在凸轮上，使动平台的运动平稳可靠。
2.1 从动件运动规律的选择
凸轮的从动件的运动规律如果不合适，或者凸轮从动件的运动规律存在速度、加速度的突然变化，一些在低速运动时不明显的刚性冲击或柔性冲击在高速运动时对从动件运动的影响就不可忽视了。在不同的工况下，应根据实际情况选择合适的从动件运动规律。凸轮从动件在运动时，其惯性力正比于，而驱模切机的共轭凸轮属于高速重载凸轮，因此，在选择该凸轮从动件的运动规律时，越小越好。一般情况下，最大速度不会与最大加速度出现在同一时间。综合上述情况考虑，凸轮从动件的推程运动曲线优先选择改进的正选加速度曲线，凸轮从动件的回程运动曲线可以选择正弦加速度曲线。
由于模切机的膜切原理是将模切刀版安装在动平台的下平面上，动平台做上下往复运动，动平台从最低点上升至最高点与刀版合压，然后从最高点下降到最低点完成一个运动循环，由于曲柄连杆机构的特点，传统模切机的动平台在运动的过程中没有停止的时刻，根据上述特点，设计共轭凸轮时，可以优先考虑动平台的位置，然后再考虑动平台的升程和回程的运动过程。
2.2 凸轮基圆半径的确定
对于凸轮机构，在一般情况下，凸轮的轮廓上各个点对应的压力角是不一样的。凸轮机构的传递效率、改善机构的运动情况、改善各部件的使用寿命，设计凸轮时必须保证为保证压力角最大值。
影响凸轮与滚子之间压力角的因素主要有凸轮基圆半径、从动滚子的直径和从动件的运动规律，确定这些参数之后，便可得到压力角的范围并进行验证。
通过MATLAB编程软件可以得到两个凸轮的压力角在给定的运动规律下的变化范围，并可验证出设计中凸轮的最大压力角在许用范围之内。
3 小结
本文设计了一种用于平压平模切机动平台驱动的新型共轭凸轮机构，可代替传统模切机的曲柄双肘机构，使模切机的模切速度得到大幅提高。本文对该共轭凸轮机构进行了结构特性分析；和设计计算。首先确定凸轮从动件的运动规律，然后通过建立数学模型和计算机辅助设计对凸轮曲率半径、压力角等相关参数进行了验证，最后通过MATLAB对凸轮轮廓线进行仿真计算，得到共轭凸轮的轮廓线，为相关的设计提供了思路和参考。
参考文献：
[1]耿武帅.全自动模切机新型模切机构分析与研究[D].北京：北京印刷学院，2012.
[2]郭涵.数字化设计平台的研究及在模切机上的应用[D].广州：华南理工大学，2012.
[3]刘苏建.浅谈模切技术的特点和发展趋势[J].科技资讯，2013（35）：68-72.
[4]余俊.全自动平压平模切机模切机构特性分析及结构优化设计[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[5]耿武帅，齐元胜，王晓华.平压平模切机驱动机构创新设计及理论分析[J].包装工程，2011.
基金项目：科技创新服务能力建设-提升计划项目-折叠纸盒的可变信息编码与质量检测系统产业化（市级） 编号：TJSHG201510015011。endprint
