曲面印刷机传墨系统结构设计说明书Word格式.docx

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关键词：

曲面印刷传墨系统Pro/Engineer

SurfaceTransferPrinterInkSystemDesign

Author’sName:

WuKaiTutor:

MaWeijin

ABSTRACT:

Flexography'

smainproductsforthefood,cosmetics,cleaningproducts,fueloilpackagingmaterial.Atthesametime,alsousedinsomedrinkingcupsandadvertisinggiftsprinting.Thecompositionofthematerialsurfaceofsubstratesmainlymetal,glass,ceramicsandPp,PCandotherpolymermaterialsWiththeimprovementofmodernscienceandtechnologydevelopmentandproductiontechnology,avarietyofunique,curvedbodyisroundJianyousubstrateseverywherevisible,itgivesuslifehastoofferalotofconvenienceandbeautifyourvisualspace.Whereinthecomponentsincludedare:

handwheel,thefountain,theMexicansteelrollertoroller,theintermediateroller,theinkingroller,inkrollerundertheuniform,largeinkroller.Rollerboxhastoswingbackandforthastheinkroller,theinkontheinkrollersteelbeltontotheintermediaterolls,theupperandlowerinkingrolleraxiallymovingstringandswing.Solargeinkrollerinkspreadevenly,thenspreadtoalargeinkfountainrollerRoller.Withtherapiddevelopmentofinformationsocietyandeconomicglobalization,theaestheticideasofthepeoplecontinuetoprogressandupdatingofcommercialandpackagingprintershavebecomeincreasinglydemanding,andincreasinglyclosecontact.Inthehugemarketdemanddrivenandundertheadvancedscienceandtechnologypromotion,packagingandprintingtechnologyaswellaspackagingandprintingmachineryareundergoinggreatchanges.

Design,fulluseofthesoftwaredesigncontentPro/Engineer3Dsolidmodeling,assembly,simulation,andexportbyPro/Engineer2-dimensionalassemblydrawingsandpartdrawings

KEYWORDS:

surfaceprintinginktransfersystemsPro/Engineer

3.4.1.4轴的设计原则17

3.4.1.5轴上零件的定位18

3.4.2传动轴的设计18

1绪论

1.1凸版曲面印刷技术发展历史

印刷术起源于中国，是我国四大发明之一，具有及其重要的意义，中国是世界上发明印刷术最早的国家。

但印刷机则首创于欧洲。

按印版分类印刷机可分为：

凸版、凹版、平版三种印刷机凸版印刷作为印刷的一种，是历史最悠久的一种印刷方法，起源于公元600年左右中国的木刻雕印。

而活字凸版，照相腐蚀凸版，复制凸版，今已逐渐式微。

继之兴起者，以文字电脑排版及感光性树脂（Photopolymer）版最具发展前途[1]

社会在发展，人类在进步。

随着社会的信息化普及发展，全球经济的不断进步，人们对商品包装，商业需求，和印刷包装上的要求越来越高，审美观念不断进步。

在庞大的市场需求推动与先进的科学技术促进下，包装印刷技术以及包装印刷机械都在发生巨大的变化[2]。

随着印刷机械的自动化、数字化印刷工作流程的不断更新和完善，印刷技术创新层出不穷，印前创新技术、印刷创新技术印后创新技术都得到快速的发展[3~4]。

1.2全自动曲面印刷机简介

近年来，随着经济迅速增长和人民生活水平的不断提高，包装印刷应用需求有较大增长，包装印刷业呈快速发展态势[5]。

曲面承印物的组成材料主要有金属、玻璃、陶瓷及Pp、PC等高分子材料随着现代科学技术的发展及制作工艺的日益完善，多种造型独特、圆正兼优的曲面体承印物随处可见，它给我们的生活提供了很多的方便并且美化着我们的视觉空间[6]。

曲面印刷机是指对外形呈曲面的承印物进行印刷的印刷机。

图1.1曲面印刷机机构示意图

全自动曲面印刷机包括有轮转印刷机构、料盘机构、上下料机构和传动机构。

通过可编程控器协调上下料和各部件的同步联动[7]。

轮转印刷机构将图案套色于大胶辊圆周上，再与料盘上模把接触对滚移印在被印刷物的外曲面上。

本机最多可套印六色，最高速度每分钟300件，套印准确，图案再现性好、自动化程度高[8]。

适用于大批量，高效率印刷塑料、金属、纸质成型后的包装容器，而且凸版和模把更换方便，也适用于多品种小批量的高速彩色印刷[9]。

所以全自动曲面印刷机应用非常广泛，既可以适用于大批量的曲面印刷。

也可以进行小批量的个体印刷。

齿轮传动能保持恒定速比，传动平稳，所以印刷机上大量采用。

其中传动齿轮的制造、安装和调节的精确与否对印刷质量有直接影响。

轮转印刷机构包括大胶辊、版辊和墨辊箱，其中版辊和墨辊箱成组地沿大胶辊圆周呈卫星式分布。

墨辊箱内皆采用齿轮传动。

八工位料盘机构上安装有八个模把，且模把模头的形状根据被印刷物的不同可以更换。

料盘装在间歇传动箱输出轴上，并由其驱动作间歇运动来完成印刷。

轮转印刷机构下方的锥齿轮传动箱由万向轴与主传动链连接，主机由一台调速电机驱动，实现各部同步运转。

1.3设计的目的和意义

全自动曲面印刷机的研制成功，填补了国内空白，缩短了我国包装容器高速彩色印刷技术与发达国家的差距，批量投入市场，取得较大的经济效益和社会效益。

1.4国内外曲面印刷的现状、发展趋势

1.4.1.国内外曲面印刷的现状

中国的印刷工业，由造纸术的发明创造，到西方印刷机的问世，凸版、凹版印刷的流逝，现代印刷的科技技术，无论是出版物的印刷、包装物的印刷、还是印刷设备和印刷器材的生产，都取得突飞猛进的发展[10]。

图1.2力泰公司生产的LTUV-WZ145型曲面印刷机

图1.3隆兴公司专业生产的LXUV-WZ160型曲面印刷机

图1.4意大利卡夫公司生产的LITHO6型六色曲面印刷机

1.4.2市场发展趋势

中国是造纸术、印刷术诞生之故乡，蔡伦对印刷物的改造与提升，加上凸版印刷的问世，使得中国的印刷术在农业经济时代独领风骚上千年。

但是遗憾的是，印刷机的问世是在欧洲。

在工业经济时代，印刷术推动了工业文明的传播，奠定了第一传媒400年的主体地位，例如报纸等纸质资料。

在进入知识经济时代之际，印刷产业正在进行数字化网络化改造，例如手机、电视、电脑等等等等新科技的问世。

从长远来看，虽然科技在快速不断的发展，但是在未来的很长一段时间里，胶印还会占有一定的市场，印刷品的增长还会持续一段时间，之后将逐步减少，但是，在包装的印制上，仍然有极大地发展前景和空间[13]。

同时，联合国教科文组织把一个国家的印刷工业产值占该国国民经济总值的比例，作为衡量该国科学文化发展水平的标志之一[14]。

1.5曲面印刷机的工作原理和结构

曲面印刷与平面印刷在印刷原理上并不存在差异，只是中间需要多一个转换介质，工艺难度大些[16]。

全自动曲面印刷机，包括有轮转印刷机构和传动机构等，其整体布局如图1所示，主机座结构如图2所示。

系统组成说明如下。

A：

轮转印刷机构包括有大胶辊（4），墨辊箱

（2），版辊

（1）．版辊及墨辊箱分布在大胶辊周围，最多可以装六组，墨辊箱内有一套包括大墨辊（23）的传墨辊系；

B：

C：

轮转机构上的大胶辊（4）

D：

主传动链上装有光电编码器（8）[17]。

图1.6曲面印刷机

图1.7曲面印刷机主机座图

1.6印刷工艺过程简述

首先要进行成型品前处理。

处理包括成型品表面的油脂及垃圾的清洗，以及为了改善油墨的润湿性和粘合性的表面处理。

成型品前清洗（脱脂）：

采用有机溶剂清洗成型品表面渗出的油污。

表面处理：

绝大多数的合成树脂与油墨的密接性不如金属和纸[18]。

为此有必要对成型品的表面进行适性处理。

然后将油墨放入凹版内，刮去过量的油墨，挤压曲面取得油墨，将曲面的油墨转印到成型品的表面。

这时就需要进行油墨固化处理了。

在多数情况下，采用某些方法使油墨固化。

硬化处理方法则有热硬化处理与UV硬化处理二种。

热固化处理：

将印刷后的成型品放入恒温槽内，使印刷品被远红外线照射或热风加热，因热反应使油墨固化。

UV固化处理：

被印刷的成型品在特定波长的紫外线（UV）照射下，利用光化学反应使油墨固化的方法。

最后，为了提高印刷品的耐久性，有时会实施表面涂布等后处理。

表面涂布方法，一般以涂布热固化性或UV固化性的透明涂布液最为常见[19]。

1.7研究途径

1）查阅有关曲面印刷机方面的书籍和文献资料，了解掌握曲面印刷机的工作原理。

综合资料整理出所设计传墨系统结构的资料，对设计部分进行改造，使之更为合理，简单。

2）Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。

Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。

是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。

另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。

Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。

它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

Pro/Engineer软件的功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。

Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：

筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。

这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。

这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。

造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。

Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。

它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（人工）和工程制图能力（不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。

Pro/Engineer功能如下：

（1）特征驱动（例如：

凸台、槽、倒角、腔、壳等）；

（2）参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；

（3）通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。

（4）支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）。

3）通过阅读国内外学术书刊了解曲面印刷机国外的发展状况，采纳别人的创新思想完善自己的设计，做到结构优化，提高曲面印刷机的质量。

2零件选择要求

2.1机械性能要求

（1）强度准则

强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的强度限度不同的强度超越方式有不同的强度准则。

例如：

对于断裂来说，最大应力不应超过材料的强度极限，即，如果应力大于强度极限，就会使得材料产生断裂；

相对于疲劳破坏来讲，最大应力不应超过零件的疲劳极限，否则就会超出安全系数范围；

对于残余变形来讲，应力不超过材料的屈服强度。

这就叫做满足了材料的强度要求，符合了强度计算的准则。

（2）刚度准则

任何零件都有有弹性的，先有弹性后才是塑性。

零件在载荷作用下产生的弹性变形量y（它广义地代表了任何形式的弹性变形量）小于或等于机器工作性能所允许的极限值y（许用变形量），就可以保证刚度要求。

这就叫做满足了刚度要求，也符合了刚度的设计准则。

（3）寿命准则

影响寿命的主要因素——腐蚀、磨损和疲劳三个不同范畴的问题，它们各自发展的规律也不同。

迄今为止，还没有提出实用有效的腐蚀寿命计算方法，因而无法列出腐蚀的计算准则。

（4）振动稳定性原则

机器的振动来自内部与外界的双重振动干扰。

外部机壳受外力作用产生振动，内部由齿轮，轴承，轴等等的配合产生的振动。

机器中有很多的自身振动源。

要想减少机器的振动，可以隔离振动源和机器，也可以采用阻尼减小振动。

（5）材料的经济性

根据零件的使用要求和制造的数量，综合考虑材料本身的价格、材料的加工费用或毛坯材料的费用（如铸件或切割的钢板）、材料的利用率等选择材料。

有时可以将零件设计成组合结构，用两种材料制造，如蜗轮的齿圈和轮毂、滑动轴承的轴瓦和轴承衬等，从而节省贵重材料。

当零件在一些特殊环境下工作时，如高温、腐蚀性介质，应当参考有关的专业文献选择材料[20]。

2.2设计技术要求

在设计曲面印刷机的间歇传动机构时，都应考虑到印刷机的使用性能方面的因素。

可归纳为以下五方面：

⑴经久耐用要有较为长的寿命，要在高强度，高时间内作用之后仍能达到初始的精度。

⑵安全可靠要满足强度、刚度等等各种硬件要求，以防在印刷过程中产生零件崩裂等等硬件安全问题。

同时，更要保证操作人员的安全问题，所以，在印刷机的外围一定要有坚固的保护措施。

⑶操作方便要求印刷机要便于工人操作。

⑷运转平稳轴承在不同运动速率下，机械运动平稳可靠，不然就会出现抖动，噪音，进而影响曲面印刷机的印刷质量。

⑸速度可调通过调节输入蜗杆轴的速度，控制间歇传动机构运动速度。

3墨辊箱方案设计与机构分析

如1.2介绍的全自动曲面印刷机，此次设计的对象为六色彩印单元，其中涉及到机械系统的传动部分、控制操纵部件和其他辅助零件。

传动系统作为机械系统的最主要组

成部分，本身具有重要意义。

传动的种类很多，按工作原理可以分为摩擦传动、机械传动等等。

在机械传动中哟分为齿轮传动，蜗轮蜗杆传动等等。

在我们要设计的这个传动中，我们用到的是齿轮传动。

齿轮传动精确度高，适合用于高速重载的场合。

图3-1-1墨辊箱装配图

3.1墨辊箱的整体结构分析

图3-1-2墨辊箱爆炸视图

图3-1-3墨辊箱平面示意图

本课题要研究的对象是其六色彩印单元即墨辊箱，如图3-1-3，其中包含的零部件有：

给墨辊

（1）、上匀墨辊辊

（2）、版辊（3）、大墨辊（4）、下匀墨辊（5）、中间辊（6）、出墨钢辊（7）、墨斗（8）、手轮（9）。

如图3-1-3，在墨辊箱中，由出墨辊沾有油料传出到给墨辊中，而给墨辊一直在做往复直线运动，如图，当给墨辊在左端时，与出墨辊接触；

当给墨辊在右端时，与中间辊接触从而将出墨辊上的油料由给墨辊传递到中间辊上。

之后，上下匀墨辊与中间辊相连，将油料传递到大墨辊上。

在此，上下匀墨辊是在做串动，使得油料在大墨辊上均匀。

之后，再由大墨辊传递给版辊，完成传墨。

在传墨系统中，有三部分装置：

给墨：

手轮、油箱、出墨辊

匀墨：

上匀墨辊、下匀墨辊

传墨：

出墨辊、给墨辊、中间辊

在给墨装置中，连续不断地提供油墨，且要求连续不断且要适量，所以安装手轮方便调节墨箱与出墨辊间的缝隙，从而控制出墨量，达到更好的出墨效果。

在匀墨装置中，是为了将供给的油墨打成均匀的油墨层，从而进行拓印。

在传墨装置中，将油料由出墨辊传递给中间辊。

轴向分布的多个手轮可以调节墨斗箱内的出墨量来达到更好油墨印刷效果。

墨辊箱与版辊作铰链安装，便于日后清洗墨辊、版辊上的油墨。

每只版辊均可通过其轴上的调整装置进行轴向和圆周向的调节，方便对版。

版辊由偏心轴头安装于版辊架上，回转轴头可调整版辊与大胶辊的接触压力。

大墨辊也是以偏心轴头结构安装于墨辊箱内。

合上墨辊箱，回转轴头可调整大墨辊与版辊之间的接触压力[23]。

为了把薄而均匀的油墨涂在印版的印刷部分

3.2墨辊箱箱体及其内部零件材料的选择

应2.1所述的对零件材料机械性能的原则，对墨辊箱内零部件进行材料选择

箱体用HT200；

墨辊用HT200；

齿轮用40Cr;

轴用40Cr。

3.3墨辊箱箱体的设计

箱体是墨辊箱的外壳，支撑着箱体内所有零部件，是内部所有零部件的固定件。

箱体的好坏决定了墨辊的工作环境，影响了轴、齿轮的工作精度和振动强度，它的选材也很重要，箱体材料应根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等相关要求来进行正确选择与设计，常用的有：

铸铁：

容易铸成形状复杂的零件；

价格较便宜；

铸铁的内摩擦大。

有良好的抗振性。

其缺点是生产周期较长，单件生产成本较高。

铸件易产生废品，质量不易控制；

铸件的加工余量大，机械加工费用大。

若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，应采用耐磨铸铁[25]。

根据相关要求，墨辊箱箱体的材料选择为HT200。

图3-3-1墨辊箱箱体

如图3-3-1所示，箱体共选用了六块铸铁板。

为了便于加工，左右两块铸铁都用螺栓与底板相连并固定。

这样也便于日后箱体内零部件出现问题之后好维修，箱体内其他零部件的安装也较为方便。

箱体上根据其他零部件的安装要求加工了很多孔，主要是用于安装轴承。

安装其他零部件的顺序可先将中间的隔板固定，然后再固定中间一个墙板，进行安装，最后再安装上剩下的一块板即可。

3.4墨辊箱内部零部件的设计

3.4.1轴的设计

3.4.1.1轴的分类

轴是组成机器的重要零件之一，机器上一切做回转运动的零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。

因此轴的功用是支承回转零件及传递运动和动力。

1.1按照轴线形状分类，可分为直轴、曲轴：

①直轴：

直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、华键轴齿轮轴及蜗杆轴等。

其中直轴又可以分为光轴和阶梯轴。

光轴形状简单，应力集中源少，阶梯轴相反。

光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴常用于转轴。

②曲轴：

曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或做相反的运动变换。

对于墨辊轴来说，因为有众多轴上零件，所以需要阶梯轴来进行精确定位。

1.2按照轴所承受载荷的不同分类，轴可分为心轴、转轴和传动轴：

a心轴：

只承受弯矩作用而不承受转矩作用的轴，只起支撑转动零件的作用。

b转轴：

既受弯矩又受转矩的轴。

c传动轴：

只承受转矩而不承受弯矩或受自重引起弯矩的轴。

3.4.1.2轴的材料

首先应该有足够的强度，对应力集中敏感性低；

还应满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的加工性。

常用的材料主要有碳钢、合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。

选择轴的材料时应考虑到轴所受载荷大小和性质、转速高低、周围环境、轴的形状和尺寸、生产批量、重要程度、材料的机械性能和经济性等因素。

由于碳钢要比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛。

合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。

因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度有着明显的效果。

球墨铸铁和高强度铸铁容易做成复杂的形状，且具有价格低廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可以用于制造外形复杂的轴。

3.4.1.3轴的失效形式

轴的失效形式主要有因强度不足而产生疲劳断裂、因强度不足而产生的塑性变形和脆性断裂、磨损、超过