電子凸輪在印刷機中應用
發布時間：2024-05-21 點擊：123
在2005年5月第六屆北京國際印刷技術展覽會上，國際眾多知名印機制造企業（海德堡、羅蘭、小森等）和國內很多印機廠都帶來了其新開發的技術產品。綜合當前印刷機的發展，可以看出，就傳統的膠印機、凹印機等來說，其機械部分改進不大，大多數廠家都把重心放在印刷機的電氣自動化上。像海德堡公司在展覽會上重點宣傳的是其印通cp2000控制中心等先進的印機控制技術。另外，自從德國的曼內斯曼公司開發出了用伺服電機組來取代機組式印刷機的長軸，也就是通過電氣控制來保證各機組及滾筒之間同步的無軸技術后，該技術迅速在印機行業得到了推廣。通過這次展覽會我們可以欣喜地看到，很多企業的印刷機上都已用到了無軸技術，像北人股份生產的60a卷筒紙平版中型印報機等。而且通過相關信息，我們也了解到，繼北人股份、上海高斯等國內大型印機生產廠家推出了采用無軸技術的印刷機后，陜西北人印刷機器有限公司、中山松德包裝機械有限公司推出了無軸傳動卷筒紙凹版印刷機，無錫寶南印刷機器制造有限公司也推出了采用無軸技術的小滾筒印報機。國外的一些機型還采用無軸飛達以提高生產效率，避免機器故障，如高寶公司的利必達185/205等。由此可見，電氣控制水平的提高已是傳統印刷機發展以及提高工作性能的一個主要方向。
一、電子凸輪
眾所周知，對于印刷機來說，凸輪是必不可少的。而凸輪的設計以及加工難度確實很大。國內印刷機印刷速度總是徘徊在8000張/時以下，其中有很大一部分原因是由于凸輪機構造成的機器相關部件在高速狀態下動態性能的變壞，所以機械凸輪一直以來都是困擾印機制造業的一個難題。而電子凸輪的出現給大家帶來了希望的曙光。
電子凸輪是通過控制器控制伺服電機來模擬機械凸輪的功能。
電子凸輪的結構，注定了其具有很多比機械凸輪優越的特點。電子凸輪的使用使機器的控制精度提高，控制距離加遠，故障率降低，可靠性提高；簡化了機構，使機構更加靈活，使調試和維修變得簡便。電子凸輪用軟件來控制信號，改變程序就能改變控制信號的輸出規律，繼而改變工藝過程。如果對電子凸輪的控制器進行一定的改進和采用精度更高的傳感器，能夠增加其開關數，任意設置輸出點的接通關斷時間，使其變成能夠滿足多種場合通用性很強的電子凸輪。所有的電子凸輪都具有以下共同的特性：
1.緊湊的設計和極少的接線。電子凸輪由控制器、位置傳感器（ 旋轉編碼器）以及連接電纜組成。使用時，將控制器安裝在電器柜里，位置傳感器安裝在旋轉軸上。傳感器和控制器用一根電纜線連接，使用方便迅速。
2.簡單的角度設置。on/off位置的設置值既可以通過直接輸入角度值來確定，也可以通過手動功能來指定；而機械凸輪中的角度調整比較困難。
3.持久耐用的傳感器。傳感器能經受震動、沖擊、惡劣的溫度、油、灰塵等工廠環境。
鑒于上述電子凸輪的諸多優點，很多行業的機器設備已采用了電子凸輪這一先進技術。如紡織行業中的細紗機改進就用到了電子凸輪。采用了電子凸輪技術后，改變了傳統的紡紗成型工藝，可根據用戶紡紗品種的要求，通過參數設置，任意改變紡紗成型，以滿足新產品發展的需要。簡化了機械結構，提高了機器的生產效率，降低了消耗。
在印刷包裝行業，電子凸輪也逐漸地得到了應用。上海亞華公司的mw1050a高速自動模切機，由plc可編程序控制器和電子凸輪分度器對整機運行和故障進行監控、顯示，從而使機器的控制和故障診斷極為方便。而且由于采用伺服傳動，其高速、高精度、高響應的特性使生產速度極大提高。傳統設備通常最高生產速度為80張/分，而這套系統可將設備生產速度提高一倍，達到160張/分。這套系統的閉環設計和快速響應能力使設備在高速生產下仍能保持極高的控制精度，套印偏差≤±（0.3～0.5）mm（視機械狀況而定）。
現在很多國外公司把電子凸輪作為自己的一個主要控制器產品來開發，如日本光洋公司生產的用于轉角檢測控制的fc21型可編程電子凸輪開關等。這就為電子凸輪在印刷行業機器設備中的運用提供了技術支持。對于機械凸輪機構占有很大分量的印刷機來說，采用電子凸輪來對傳統的機械凸輪結構進行改造無疑對提高印刷機的性能帶來很大的幫助。
二、膠印機恒力機構凸輪改進
我們知道，膠印機遞紙牙機構的大拉簧是用來克服和平衡遞紙牙擺動過程的慣性的，它使連桿機構的滾子始終緊貼遞紙牙凸輪，以保持力封閉和嚴格的運動關系，防止出現沖擊。由于遞紙牙軸本身繞偏心中心旋轉，遞紙牙受凸輪、連桿機構控制作擺動運動，固定在遞紙軸兩端的掛簧活動銷軸上，其位置在運動過程中不斷變化。由此造成大拉簧在工作過程中除了原來的預拉伸外，拉伸長度在不斷變化。當遞紙牙擺動到兩個極限位置，其最大拉伸變化量達110 mm，這樣產生不均勻載荷，對遞紙牙機構動力性能不利。同時由于彈簧頻繁變形，超出疲勞強度而過早斷裂。已被淘汰的j2101機在使用的時候就會產生大拉簧頻繁失效，給用戶帶來諸多的不便。因此在以后的改進中（如j2108機）專門設計了一套跟蹤凸輪和擺桿機構，使大拉簧在遞紙牙整個運動過程保持拉伸長度恒定不變，這就是恒力機構。通過恒力機構的原理和作用，我們可以了解到，跟蹤凸輪是恒力機構的核心，但是由于其機械結構的局限，使得存在著很多問題。就拿 j2203型、j2108型膠印機恒力機構來說吧，其恒力凸輪受力不均衡，滾筒每個工作循環中都帶有沖擊，因此恒力凸輪輪轂的鍵槽特別易晃動。一般情況下，兩年內凸輪輪轂的鍵槽就會發生晃動。另外，我們知道凸輪輪廓曲線設計的優劣和加工裝配精度都直接關系到噪音和振動的大小等。同時，由于加工能力的限制，也很難得到完美的輪廓曲線，從而大拉簧所受的力很難保證恒定，只能保證變化小而已，很難達到理想的效果。如果用電子凸輪來代替傳統的機械凸輪，則相應地解決了這些問題，而且結構簡單，降低了機械加工成本。
原來的機械凸輪以及相關很多零件不見了，代之出現的是一個伺服電機。機械結構大大地簡化了，相對應的機構的可靠性也能夠得到提高。綜上所述，大家可以預見，電子凸輪在印刷機中的應用將會是越來越廣泛。這無疑將會對我國印機制造行業提高產品質量，趕超國外同行業產品水平帶來契機。
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一、電子凸輪
眾所周知，對于印刷機來說，凸輪是必不可少的。而凸輪的設計以及加工難度確實很大。國內印刷機印刷速度總是徘徊在8000張/時以下，其中有很大一部分原因是由于凸輪機構造成的機器相關部件在高速狀態下動態性能的變壞，所以機械凸輪一直以來都是困擾印機制造業的一個難題。而電子凸輪的出現給大家帶來了希望的曙光。
電子凸輪是通過控制器控制伺服電機來模擬機械凸輪的功能。
電子凸輪的結構，注定了其具有很多比機械凸輪優越的特點。電子凸輪的使用使機器的控制精度提高，控制距離加遠，故障率降低，可靠性提高；簡化了機構，使機構更加靈活，使調試和維修變得簡便。電子凸輪用軟件來控制信號，改變程序就能改變控制信號的輸出規律，繼而改變工藝過程。如果對電子凸輪的控制器進行一定的改進和采用精度更高的傳感器，能夠增加其開關數，任意設置輸出點的接通關斷時間，使其變成能夠滿足多種場合通用性很強的電子凸輪。所有的電子凸輪都具有以下共同的特性：
1.緊湊的設計和極少的接線。電子凸輪由控制器、位置傳感器（ 旋轉編碼器）以及連接電纜組成。使用時，將控制器安裝在電器柜里，位置傳感器安裝在旋轉軸上。傳感器和控制器用一根電纜線連接，使用方便迅速。
2.簡單的角度設置。on/off位置的設置值既可以通過直接輸入角度值來確定，也可以通過手動功能來指定；而機械凸輪中的角度調整比較困難。
3.持久耐用的傳感器。傳感器能經受震動、沖擊、惡劣的溫度、油、灰塵等工廠環境。
鑒于上述電子凸輪的諸多優點，很多行業的機器設備已采用了電子凸輪這一先進技術。如紡織行業中的細紗機改進就用到了電子凸輪。采用了電子凸輪技術后，改變了傳統的紡紗成型工藝，可根據用戶紡紗品種的要求，通過參數設置，任意改變紡紗成型，以滿足新產品發展的需要。簡化了機械結構，提高了機器的生產效率，降低了消耗。
在印刷包裝行業，電子凸輪也逐漸地得到了應用。上海亞華公司的mw1050a高速自動模切機，由plc可編程序控制器和電子凸輪分度器對整機運行和故障進行監控、顯示，從而使機器的控制和故障診斷極為方便。而且由于采用伺服傳動，其高速、高精度、高響應的特性使生產速度極大提高。傳統設備通常最高生產速度為80張/分，而這套系統可將設備生產速度提高一倍，達到160張/分。這套系統的閉環設計和快速響應能力使設備在高速生產下仍能保持極高的控制精度，套印偏差≤±（0.3～0.5）mm（視機械狀況而定）。
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二、膠印機恒力機構凸輪改進
我們知道，膠印機遞紙牙機構的大拉簧是用來克服和平衡遞紙牙擺動過程的慣性的，它使連桿機構的滾子始終緊貼遞紙牙凸輪，以保持力封閉和嚴格的運動關系，防止出現沖擊。由于遞紙牙軸本身繞偏心中心旋轉，遞紙牙受凸輪、連桿機構控制作擺動運動，固定在遞紙軸兩端的掛簧活動銷軸上，其位置在運動過程中不斷變化。由此造成大拉簧在工作過程中除了原來的預拉伸外，拉伸長度在不斷變化。當遞紙牙擺動到兩個極限位置，其最大拉伸變化量達110 mm，這樣產生不均勻載荷，對遞紙牙機構動力性能不利。同時由于彈簧頻繁變形，超出疲勞強度而過早斷裂。已被淘汰的j2101機在使用的時候就會產生大拉簧頻繁失效，給用戶帶來諸多的不便。因此在以后的改進中（如j2108機）專門設計了一套跟蹤凸輪和擺桿機構，使大拉簧在遞紙牙整個運動過程保持拉伸長度恒定不變，這就是恒力機構。通過恒力機構的原理和作用，我們可以了解到，跟蹤凸輪是恒力機構的核心，但是由于其機械結構的局限，使得存在著很多問題。就拿 j2203型、j2108型膠印機恒力機構來說吧，其恒力凸輪受力不均衡，滾筒每個工作循環中都帶有沖擊，因此恒力凸輪輪轂的鍵槽特別易晃動。一般情況下，兩年內凸輪輪轂的鍵槽就會發生晃動。另外，我們知道凸輪輪廓曲線設計的優劣和加工裝配精度都直接關系到噪音和振動的大小等。同時，由于加工能力的限制，也很難得到完美的輪廓曲線，從而大拉簧所受的力很難保證恒定，只能保證變化小而已，很難達到理想的效果。如果用電子凸輪來代替傳統的機械凸輪，則相應地解決了這些問題，而且結構簡單，降低了機械加工成本。
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