（机械设计及理论专业论文）纸盒模切版cadcam系统中自动锯槽机的设计.pdf

纸盒模切版c a d c a m 系统中自动锯槽机的设计 摘要 机械开槽式纸盒模切板c a d c a m 系统包括软件系统和硬件系统。其软 件系统，主要是完成纸盒模切版的自动加工，提高纸盒的设计和制造精度。 j e 硬件系统包括自动制图打样机，自动切刀机，自动弯刀机，自动锯槽机等， 其中自动锯槽机是其主要设备。该机主要包括数控工作台和锯钻联合工作头 两大部分，其工作过程如下：计算机读取纸盒数据后，经过处理，一方面向 j 作台x 、y 方向的伺服电机发出走步脉冲，由滚珠丝杠带动工作台实现迸 给：另一方面向位置固定的锯钻联合工作头发出升降、旋转及锯钻信号，完 成纸盒模切版的切槽加工。 本文完成，纸盒模切版c a d c a m 系统的自动锯槽机的设计。本次设计 的目的是为了降低模切版加工的成本，改善工作环境，提高工作效率，为我 国包装工业的发展提供现代化的工具。这项工作对改变我国纸盒制造行业的 落后面貌具有十分重要的现实意义。 论文首先介绍了纸盒制造业中引入c a d c a m 技术的意义，进一步阐述 了开发纸盒模切版c a d c a m 系统的先进性和重要性，明确了该课题的任务。 介绍j 纸盒模切版的作用、制造工艺，并对激光切槽方法与机械锯槽方法进 行r 比较，主要是留桥、搭桥工艺上的区别。对自动锯槽机的数控工作台和 锯钻联合工作头进行了设计和计算。锯钻联合工作头完成对模切板的锯槽加 工。工作台用来装夹支撑被切割材料( 胶合板) ，通过锯切加工装置与工作台 的1 - h x , j 移动，在胶合板上按c a d 设计的图案切割缝槽，再嵌入相应的切断、 压痕刀具，即成为纸盒模切版。 本文主要就以下几个方面的内容进行了设计和计算： 数控工作台的设计：包括其传动部分的设计( 滚珠丝杠、滚动导轨) 、 支撑部分的设计( 支撑胶合板的工作台、导轨支撑、电机支撑) 、伺服电机的 选择。 锯钻联合上作头有四部分组成，即锯槽部分、钻孔部分、传动部分。 根据锯钻联合工作头的工作过程，设计了双向螺纹螺杆机构，反向螺纹 螺杆机构，同步带传动，蜗轮蜗杆传动，花键连接，以及刀具夹紧机构，选 择r 伺服电机、三相异步电机、减速电机。 关键词：纸盒模切版，c a d c a m 技术，数控工作台，锯钻联合工作头 n d e s i g no ft h e a u t o m 。a t i cm a k i n g c h a n n e lm a c h i n e0 fc a r t o n d i e b o a r dc a n ，c a ms y s t e m a b s t r a c t t h em e c h a n i c a lc a r t o nd i e b o a r dc a d c a ms y s t e mi n c l u d e ss o f t w a r ea n d h a r d w a r et w os y s t e m s t h es o f t w a r es y s t e mm a i n l yc o m p l e t e st h ea u t o m a t i c m a k i n go f c a r t o nd i e b o a r da n dr a i s et h ea c c u r a c yo f c a r t o nd e s i g na n dm a n u f a c t u r e t h eh a r d w a r es y s t e mi n c l u d e sa u t o m a t i cd r a w i n gp r o o f p r e s s ，a u t o m a t i cc u t t i n g s w o r dm a c h i n e ，m a c h e t em a c h i n ea n da u t o m a t i cm a k i n gc h a n n e lm a c h i n ee t c t h e a u t o m a t i cm a k i n gc h a n n e lm a c h i n ei st h em a i na n di m p o r t a n tm a c h i n e t h e a u t o m a t i cm a k i n gc h a n n e lm a c h i n ei n c l u d e sm a i n l yn u m e r i cc o n t r o lw o r k t a b l ea n d u n i t eh e a df o rs a wa n db r o a c h i t sw o r k i n gp r o c e s si st h a tt h ec o m p u t e g e t st h e d a t ao f c a r t o n ，a f t e rd e a l i n g ，s e n d sw a l k i n gi m p u l s et ot h exa n dy s e r v oe l e c t o r o f w o r k t a b l ea n dt h er o l ll e a d st h ew o r k t a b l et oc o m p l e t et h em o v i n ga tt h es a m e t i m es e n d ss i g n a l so f r a i s i n g ，r o t a t i n g ，s a w i n ga n db r o a c h i n gt ot h eu n i t eh e a do f s a wa n db r o a c h ，c o m p l e t e st h em a k i n gc h a n n e lp r o c e s so f c a r t o nd i e b o a r d t h i sp a p e r c o m p l e t e st h ed e s i g no f t h ea u t o m a t i cm a k i n gc h a n n e lm a c h i n e i t a i m st oc u td o w nt h ec o s t i n go f m a k i n g c a r t o n ，i m p r o v i n gw o r k i n ge n v i r o n m e n t ， r a i s et h ee f f i c i e n c ya n do f f e rt h et o o lf o rd e v e l o p m e n to f p a c k a g i n gi n d u s t r y t h i s i ss i g n i f i c a n tf o rc h a n g i n gl a ga p p e a r a n c eo f c a r t o nt r a d ei no u r c o u n t r y i t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h es i g n i f i c a t i o no fi n d u c t i n gc a d c a m t e c h n o l o g yt oc a r t o nm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y t h e nt h en e c e s s i t yo fd e v e l o p i n g c a r t o nd i e b o a r dc a d c a ms y s t e mi sp u tf o r w a r d a n dt h ea s s i g n m e n to ft h e p r o b l e mi sg i v e n 。i ti n t r o d u c e su s e f u l n e s sa n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u eo fc a r t o n d i e b o a r da n dc o m p a r e sl a s e rc u tm e t h o dw i t hm e c h a n i c a lc u t t i n gm e t h o d t h e u n i t eh e a do fs a wa n db r o a c hc o m p l e t e st h ep r o c e s so fm a k i n gc h a n n e l w o r k t a b l e c l i p sa n ds u p p o r t i n gp l y w o o d i tc u t sc h a n n e lo nt h ep l y w o o da c c o r d i n gt h ed e s i g n o fc a dt h r o u g ht h ec o m p a r a t i v em o v i n go fc u t t i n gc h a n n e ld e v i c ea n dw o r k t a b l e i tc o m p l e t e st h em a n u f a c t u r i n go fc a r t o nd i e b o a r da f t e rp u t t i n gt h es a wi n t ot h e c h a n n e l t h ef o l l o w i n ga s p e c t so nc a r t o nc a d c a ma r ed e s i g n e da n dc a l c u l a t e d t h ed e s i g no fw o r k t a b l e ：i n c l u d e st h ed e s i g no f g e a r i n gp a r t ， s u p p o r t i n gp a r ta n dt h es e l e c t i o no fs e r v oe l e c t o re t c 2 f o u rp a r t so f t h eu n i t eh e a do f s a wa n db r o a c h ：c u r i n gc h a n n e lp a r t ， b o r i n gp a r t ，g e a r i n gp a r ta n ds u p p o r t i n gp a r t t h ep a p e rd e s i g n st h et w od i r e c t i o n a ls c r e w , o n ed i r e c t i o n a ls c r e w , d e n t i f o r m b e l t ，w o r ma n dw o r mw h e e l ，s p l i n ec o n n e c ta n ds e l e c t st h es e r v oe l e c t o re c t t h e p a p e ra l s od e s i g nt h es u p p o r t i n go fe l e c t o ra n dt h eu n i t eh e a do fs a wa n db r o a c h k e yw o r d s ：c a r t o nd i e b o a r d ，c a d c a mt e c h n i q u e ，n u m e r i c a lc o n t r o lt a b l e ， u n i t eh e a do fs a wa n db r o a c h 第一章绪论 1 1纸盒制造业中引入c a d c a m 技术的意义 1 1 1纸盒包装的地位和现状 在物质精神生活水平同益提高的今天，产品能否为广大消费者接受， 小仪取决于产品的质量，还取决于产品的外在包装。在所有的商品包装中， 由于纸盒包装充分体现了包装的三大功能即对产品的保护功能、宣传促销 功能、方便储运和使用功能，并且和其他材质的包装容器相比，具有原材 料比较丰富、价格比较低廉、不污染环境等优势，从而奠定了纸盒在销售 包装中无法替代的重要地位。经预测，我国纸包装制品年需求量到2 0 10 年 将超过l9 0 0 ) j - 吨，而目前我国年产量仅有9 0 0 力吨，可见市场潜力很大。 其中纸盒作为绿色销售包装容器，将广泛应用于食品、药品、化妆品等产 品的包装。 1 1 2 纸盒制造业中应用c a d c a m 技术的优越性 2 0 世纪6 0 年代相继出现的计算机辅助设计及计算机辅助制造 ( c a d c a m ) 技术，把计算机高速准确的运算功能、大容量存储功能以及 判断、对话等功能与人们的经验、智慧、创造性思维结合起来，丌辟了计 算机应用的新时代，成为近十年来工程技术领域发展最快、最引入注目的 一。项高新技术。 美国、日本、德国等发达国家早就运用先进的计算机技术丌发了纸盒 的自动设计、制作系统。到目前为止，国外已推出了数百种“包装纸盒 c a d c a m 软件”。7 0 年代初，美国的a t l a ss t e e lr u l ed i e 公司 和德国的m a r b a c h 公司先后成功地研制了“激光切割模板系统”和用于 模切包装纸盒的“激光切割设各”。8 0 年代初，德国的e l c e d e 、d o s s m a n n 等公司也先后7 1 ：发了“包装纸盒c a d c a m 系统”，使激光模切技术得到了 有效的推广和应用。1 9 8 6 年德国l k s 公司开发的“纸盒样品切割绘图仪” 是当时包装纸盒c a d c a m 的典型产品，计算机辅助设计后，经“切割仪” 压痕、裁切，可迅速为用户提供高质量的纸盒样品，同时为印刷工艺提供 图形软件。进入9 0 年代以后，h 本东京大发公司推出的“d t 系列样品刀 具、高精度绘图机”是兼有绘图和制作各种纸板样品两种功能的c a m 设备， 可按信息处理标准，接受所有c a d 数据。 1 9 8 9 年以来，我国的一些研究单位和院校关于c a d c a m 技术包装上 的应用也进行了一定的研究和，f 发。如天津、上海激光研究所曾丌发了“激 光切割模版系统”，但因受当时计算机的软、硬件水平及价格因素的制约， 这些系统未能推广应用。1 9 9 7 年，北大方j 下集团推出了以包装印前处理为 主要内容的包装软件，它主要偏重于包装印刷的前期处理。最近济南铸造 锻压机械研究所成功地研发了数控模切版激光切割机；温州奥科电脑切割 设备厂推出的纸箱纸盒打样机都填补了国内的空白，达到了国际先进水平。 虽然我凼在包装纸盒c a d c a m 方面作了一些工作，但与发达国家相比还 有很大差距。 在纸盒工业中应用c a d c a m 技术具有以下优越性。 首先，人机结合，提高设计的创造性。 其次，屏幕硅示，直观清晰。 最后，缩短产品的设计制造周期，提高产品的精度，有利于市场竞争。 1 2 课题的提出及意义 随着国民经济的快速发展和人民生活水平不断提高，在商品流通领域，人 们对彩色纸盒的造型结构、表面装潢印刷的质量要求越来越高；在现代化包装 生产中，往往对纸盒的结构以及尺寸精度提出严格的要求。为此，不得不重视 制盒i i 岂的改进和关键设备的研发。 彩色纸盒的q - 产过程包括：纸盒结构设计、表面装潢设计、模切版的 制作、印刷、上光、压光、覆膜、烫印、模切和糊盒等加工工序，其中模 切是纸盒生产中的重要：l 序，纸盒模切版则是加工纸盒的关键部件。模切 版的制作质量不仅影响它的工作寿命，而且直接影响纸盒产品的尺寸精度。 深入了解纸盒模切版制作技术的发展过程及现状，f 确分析并展望其未来， 为振兴我国纸盒行业乃至整个包装工业，具有重要的意义。 目前国内许多纸盒制造厂商在模切版加工过程中仍采用手工操作或半 机械化操作，劳动强度高、效率低，难以满足高档纸盒加】= = 精度的要求，尤 其足对高速包装机，如卷烟厂的硬盒包装速度为4 0 0 7 0 0 包分，手工制 版根本就达不到这个精度；而且对于尺寸较小的纸盒，在一个模切版上往 往要纵横排列许多个。手工操作带来的误差更不容易保证包装纸盒的精度。 由此可见，为了满足现代包裟需求，提高市场竞争力，在我国纸盒行业引 入先进的c a d c a m 技术，以实现纸盒包装设计、制造现代化，尤为重要。 由德同等发达国家推出的纸盒模切板c a m 系统中，激光切槽机是最主 要的设备，其售价几乎是整个系统的一半。它由数控工作台和激光头两大 部分组成。采用c n c 技术控制数控工作台来保证进给运动的精度，采用激 光头进行高质量的切槽加工。由于使用的上千瓦的c 0 2 激光发生器价格昂 贵，以致激光切槽机的成本高居不下。山于这套系统具有开槽精度高、加 l ：速度快的特点，1 9 9 5 年以前，国内使用的高精度纸盒模切版均要发往国 外加工，这样使模切版的成本必然很高。后束国内极少数企业不惜重金引 进了这套系统，但模切舨加工成本依然高居不下，而且高达上百万美元的 售价使国内许多纸盒企、只好望而却步。目前我国模切版制作仍处于手工 和半机械化操作的落后状态。国内生产的纸盒模切版c a d c a m 系统有许 多不完善之处，比如在切槽加工之前，必须根据纸盒数据进行数控编程， - j 一作量大。鉴于国内纸盒模切版生产的这种状念，大部分纸盒企业期望尽 快研发出加工精度满足要求、工作效率高，而价格又较低的类似系统。 我校包装工程教研室对纸盒c a d c a m 技术进行了探索性地研究与，l ： 发，积累了一定的经验，发表了不少有价值的论文。目前正在丌发的纸盒 模切版c a d c a m 系统，采用数控技术和锯槽工艺加工模切版，希望在提 高加：精度的同时降低设备成本，以满足国内大部分纸盒企业的生产需求。 以取代现在普遍使用的自动化程度很低的手工或半机械锯切丌槽法。这项 r 作对改变我国纸盒制造行业的落后面貌具有十分重要的现实意义，具体 表现为： ( 1 ) 降低纸盒生产的成本，提高纸盒加工的质量。 ( 2 ) 改善工作环境，提高工作效率，缩短包装纸盒的生产周期。 ( 3 ) 提高纸盒的设计和制造精度，为包装生产的自动化提供保证。 ( 4 ) 改变手工操作的落后状况，为我国包装工业的发展提供现代化的 ：i ：其。 ( 5 ) 有力地推动我国包装行业向标准化、自动化、智能化方向发展。 1 3 课题的主要内容 纸盒模切版c a d c a m 系统的研究与开发包括软件和硬件两大部分。 硬件部分： 切槽机是加工纸盒模切版的主要设备，主要由锯钻联合工作头和数控 ：j ：作台组成。模切版切槽加工方法有两种：一种是采用机械锯切开槽方法， 另一种是采用激光切槽方法。本课题采用机械锯切法。工作台用来装兴支 撑被切割材料( 胶合板) ，通过控制数控工作台与锯钻联合工作头的相对移 动，实现模切版上纸盒图形的切槽加二r = 。 软件部分：丌发c a d c a m 接口软件，以控制纸盒模切版的自动加工。 纸盒模切版c a d c a m 系统的研究与开发是陕西省教育厅专项科研项 f 1 。本课题主要完成该项目中的硬件部分的设计。 本课题的主要内容是： 数控工作台的设计：包括其传动部分的设计、支撑部分的设计、伺 服电机的选择等。 锯铺联合工作头的设计：主要包括刀具升降机构中的双向螺纹螺杆 的传动设计、同步带的传动设计、驱动锯条转动的蜗轮蜗杆传动的设计， 导轨的设计、曲柄滑块机构设计、电机的选择计算等。 4 第二章纸盒模切版的制造工艺 2 1 纸盒模切版的结构及功能 随着我国包装工业的快速发展，高速、多功能、全自动包装生产线不 断涌现，对纸盒设计制造提出了更高的要求。纸盒的生产过程包括：表面 装潢设计、纸盒造型结构设计、包装装潢的制版和印刷、纸盒的模切成型 等。其中的模切工艺是在纸盒坯料上根据图文、折叠等要求进行压痕、切 割，使之成为所需纸盒形状，它是纸盒生产中的重要工序。纸盒模切版是 根据纸盒的边框线、压痕线要求用来冲压纸盒坯料、实现切断、压痕加2 i ： 的重要部件，其质量直接影响到纸盒的制造精度和使用寿命。其结构如图2 1 所示，其主要制作过程是先按纸盒展丌图在模切版基材上划线丌槽，再 嵌入相应的切断、压痕刀线即可。目前国内常用多层木质胶合板为模切版 的基材。 纸盒模切加工有平压平、圆压平和圆压圆三种形式，其中平压平模切 机应用最多。模切加工时，必须先将模切版固定在部件1 上，背衬固定任 部件2 上。当纸板由供给装置传送到模切版和背衬版之间，并定位后，电 机驱动部件1 上下运动，使上、下压板接触压合，于是其间的盒纸板受到 j | i 痕、切割、形成盒坯，再经过清除废边，即获得盒件。 横奶版的基材压裹刀 图2 1 纸盒模切版的结构及工作示意图 f i 9 21 s t r e t ur ea n dw o r k i n gp r o c e sso fc a r t o n d ie b o a r d 2 2 模切版的制造工艺 2 2 1 纸盒模切板制作技术的发展趋势 近2 0 年来，为了适应现代包装的需要，纸盒模切版的结构及其制版技 术部发扛了重大变革，并有如下的发展趋势。 1 纸盒模切版的结构向更加合理的方向发展 纸盒模切版的传统形式是手工制作的铸铅版，通常以特制木盒的某个 删边作为铅块排列的基准，利用若干大小不等的铅块和软铁衬片将刀线、 愿痕线按图纸尺寸固定，弯角和圆弧部分用铅溶液浇铸而成，并辅以衬片 弥补尺寸之不足，再以粘合剂固定木盒。由于制作过程以手工操作为主， 所以工作效率低、尺i j 精度差、随意性大。此外，铅是重金璃，对入体有 管。目前这种模切板己被淘汰。 后来采用木质胶合版取代铸铅版，其结构更加合理，不仅降低了制版 的成本、减少了制版的时问，避免了铅污染，而且解决了铸铅版容易发生 的问题，如串刀、掉刀、散版和接刀不严等。 术质胶合版易受环境温度和湿度变化的影响而产生变形，尺寸稳定性 差。目前国外还流行使用纤维塑胶版和三文治钢板作为模切舨的基材。和 木质胶合板相比，纤维塑胶版和三文治钢板受温、湿度变化的影响极小， 彳i 仅尺、，精度高，而且使用寿命长，分别为木质胶合版的3 倍和6 倍以匕。 2 ， 纸盒模切版的制作工艺向更加先进匀方向发展 纸盒模切板由人工铸铅版过渡到木质胶合版或其它基材版，不仅结构 更加合理，而且其制造工艺n 趋先进。木质胶合舨通过先在基板上) | 稽， 然后在槽内镶刀的制版工艺远比铸铅版的制作工艺简单得多，质量也相对 容易控制。 木质胶合版和其它基材版的制作关键是在基材板上开槽。早在1 9 9 5 年 以前，无论在基材板上划线，还是在盒型线的每个转角处和线段的起始点 处钻锯眼孔，以及将锯条插入孔内沿盒型线锯槽，全是手工作业。 ：艺虽 然比制铸铅版前进了一步，但是仍存在生产效率低、劳动强度大、切槽不 准确等弊端。 计算机绘图技术的应用和木样机的开发，使纸盒模切板的制作步入半 机械化阶段。由计算机绘制好的纸盒展丌图形粘贴到基材板上，钻好锯嫩 孔后，可在木样机上锯切槽缝，使划线和锯槽缝摆脱了人工操作的原始状 态，降低了劳动强度、提高了工作效率，由于机械锯槽加工中，仍需人【 推扶基材板来控制锯槽方向，所以锯槽的质量与人工的操作技术关系极大， 锯槽的尺寸精度、平直度、重复性不可能很高，劳动强度仍然较大。 由于这种加工技术设备投入少，制造成本低，目前国内仍普遍使用，即 6 使在发达国家，在制作尺寸精度要求不太高的纸盒模切版时也在使用。 3 高新技术的引入，极大提高了模切板的质量和自动化加工水平 激光技术、c n c 技术、c a d c a m 等高新技术的引入，使纸盒模切版 的制作技术产g i 了新的飞跃。激光制造模切版就是利用聚集后的高功率密 度激光束来切割模切版的基板胶合板，并由计算机控制激光束与胶合板 的相对移动，在胶合板上切割形成由c a d 设计的图案缝槽，作为嵌月模具。 激光切割模版的精度高，可以切割任意的形状和图案，误差小；速度快， 比手工钻孔锯缝的效率提高几倍到几卜倍，使模切舨的制作周期大大缩短： 重复性好。 激光切槽方法制作模切版的工艺流程如图2 所示。出用户提出要求， c a d 系统进行设计计算，并输出纸盒展歼圉，由自动制图打祥视出样。用 户感到满意后，c a d 系统将数据输出，c a m 系统利用该展) f 图的数据，控 制模切版的制作，包括：在多层木质胶合扳上丌槽以及弯刀等操作。纸盒 模切版c a m 系统的硬件包括纸盒打样机、模切版切槽系统、自动切刀机和 自动弯刀机。 白 j ：自 蹦 动刀 动 户 切材 弯 提j c a d 设计 排 刀 刀 山 机 机 要 刀 加 弯 求刀 - 断蝴切卜 臼动制图打样机出样 图2 2 纸盒模切板生产工艺流程图 f i g 2 2p r o d u c in gt e c h n o l o g yf l o wg r a p ho fc a r t o nd i e b o a r d 4 数控锯槽加工技术 利用c a d 软件设计的纸盒图形，由计算机数控装置实时控制模切版的 剀槽加工，并- w j 。利用计算机进行优化排版，使图形排列较为紧凑、合理， 提高了材料利用率。整个过程无需入工干预，实现了自动化。它的生产工 艺流程与激光切槽工艺类似，区别在于它的切槽系统采用的足机械锯切装 置，而彳i 是激光头。 2 2 2 机械开槽式纸盒模切版g a m 系统的组成 利用机械切割加工模切版是机械、电子学和材料学相结合的。项综合 技术，该系统由自动锯槽机、纸盒c a d 软件、c a m 接口软件等组成。其 功能参考网2 3 。 自动锯槽机用以完成模切版钻孔和切槽等工序，其数控工作台用束装 央加工一j ：件( 胶合板) ，通过它与锯钻联合工作头的相对运动实现纸盒图形 的切割；c a m 软件是整个系统的指挥中心，它读入c a d 输出的纸盒数据 信息，实时控制胶合板的加工。纸盒c a d 系统可以为用户提供合适的盒型， 并生成纸盒数据文件，囱c a m 系统提供盒型数据。整个系统的显著优点是 不需要针对每个图形分别进行n c 代码人工编程，c a m 系统可以自动将数 据文件中的数据处理成加工信息，实现了锯槽加工自动化。 本次课题主要是完成机械开槽式纸盒模切版c a m 系统中的自动锯槽 机的部分没计。具体包括数控工作台的改进设计和锯钻联合工作头的设计 两夫部分。 图2 3 纸盒模切版c a d c a m 系统功能框图 f i g 2 3 f u n c t i o n a lg r a p ho fc a r t o nd i e b o a r dc a d c a m c a m 硬件 图2 4 模切版c a m 系统硬件框图 f i g 2 - 4h a r d w a r eg r a p ho fd i e b o a r dc ams y s t e m 机械开槽式纸盒模切版c a m 系统的框图如图2 4 所示。伺服电机l 、 2 分别驱动工作台在x 、y 方向运动；电机3 控制锯条旋转；电机4 控制钻 头转动；电机5 控制钻头和锯条升降；电机6 控制锯条切割。开关s ，、s ， 分别控制电机启停；限位丌关k i 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 、k 6 分别控制 ：作台和 钻头不超过最大位置。 2 3 激光切槽方法与机械锯槽方法的比较 模切版制造工艺流程为： 留桥一切槽( 搭桥) 一切边框，其中留桥和 9 搭桥是制作中的关键。 2 3 1 留桥 包装纸盒的展开图，+ 般都是由若干个封闭的几何图形拼成的。例如 彩色胶卷彩色胶卷的展开图如图2 5 所示，由13 个图形组成。如果按展 丌剧的图线切割，每个封闭线框内的基材切槽过程中将会自动脱落。为了 得到一块完整的模切版，必须在某些图线上特意留出一些线段不t u 。这些 线段像桥梁一样，把版面联成一个整体，这在切割工艺上叫留桥。 d 2 。 7 )确定滚珠丝札副规格代号 根据以上诸条件选定南京工艺装备制造厂，产的型号为f 4 0 0 8 5 双 螺博预紧的滚珠丝杠副。其各项技术指标为；丝杠底径d 2 ：3 4 9 m m ；螺母 长度l ：1 6 4 m m ：动载c 。：2 8 k n ；静载c 。：10 3 1 k n ；刚度r = l5 8 0 n u r n 。 8 ) 计算预紧力f p ( n ) 当最大轴向工作载荷f 。能确定时 1 f p = f 。a 。 ( 4 7 ) j 又已知f 。= 7 0 0 7 n得： f p = 2 3 3 6 n 。 9 )行程补偿值c ( um 、 c = 1 1 8atl 。10 3， ( 4 8 ) 其中： at 一温度变化值，2 3 c ，取t = 2 5 ”c ； l 。一丝杠副有效行程，l 。= 行程+ ( 8 1 4 ) p 。， 山行程为l7 0 0 m m ，得： l 。= l7 0 0 + 1 2 8 = 1 7 9 6 m m 。 将以一卜数据代入式4 8 ，得： c = 5 2 ，9um o 1 0 )预拉仲力f t ( n ) f t = 1 9 5at d2 2 ( 4 9 ) 将t = 2 5 + c ，d 2 = 3 4 9 m m 代入式4 9 ，得： f t _ 5 9 3 7 8 n 1 1 )滚珠丝杠螺纹部分长度的确定 滚珠丝杠螺纹部分的最小长度为17 0 0 + l = 17 0 0 + 16 4 = l8 6 4 m m ， 卜b 以上所选滚珠丝杠副的型号知螺母长度l = 1 6 4 m m 。 l2 )滚珠丝杠副极限转速n 。计算( r m i n ) 在选定了滚珠丝杠副的规格型号及其支承条件后，为防止发生共 振，以避免较大的横向振动，还需验算其极限转速。根据下式可求出 其极限转速。 n 。：堡墼 ( 4 10 ) n c 2 2 ( 一) l ：z 其中： f 一支承系数，由以上所选滚珠丝杠的支承方式，查机械没计手册 ( 币行本) 表11 1 4 0 ，得： f = 15 1 。 由滚珠丝杠的支承方式，其临界转速计算长度： l e 2 一s + l o 2 由以上已知最大行程s = 1 7 0 0 m m ，螺母长度l o = 1 6 4 m m ，代入上式得： l 。2 = 17 8 2 m m 。 将以上数据代入式4 1 0 ，得： f l c = 1 6 5 9 5r m i n 。 已知n m 。= 1 2 5 0 r r a i n ，0 8n 。= l5 6 7 6r m i n ， 由以上可知：n m a x l h 校核通过。 4 。3 5 系统剐度和国有频率 滚珠丝杠副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压振动固有 频率，其扭转刚度影响扭转振动固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杜副的 拉压系统刚度k 。取决于丝杠本身的拉压刚度k 。、丝杠副内滚珠与滚道的 接触刚度k c 、轴承的接触刚度k b 和螺母座的刚度k h 。 有丝杠的支承方式可按下式计算： 一1 ：l + 上+ 上+ 上 k 。2 k bk 。k f k h 丝杠在拉压负荷下的弹性变形和刚度 q c堡帆 = h 中其 支承组合形式为双推一单推的丝杠，在轴向负荷f 。作井3 下的弹性变 形6 。和拉压刚度k s 分别为： 6s = f 。a ( a e ) 1 0 0 “t n k s = f a 6s = a e a 1 0 一o n l am 其中： a 一丝杠最小截面积，a = n d z 2 4 = 9 5 6 6 m m ； e 一材料的弹性模量，钢的e 值为2 l o g p a ； f 。一丝札的轴向负荷( n ) ，又己知f m a x = 7 0 0 7 n ，则f 。：f m a x = 7 0 0 7 n ； a 一螺母至轴向固定处的距离( m m ) ， 已知滚珠丝杠两轴承支点阊距离l = 1 9 5 0 m m ，螺母的长度l o = 16 4 m m ， a 的最大值为： a m a x = l l o 2 = l8 6 8 m m ，最小值为a m i n = l o 2 = 8 2 m m 。 将以上数据代入式4 18 ，则弹性变形的最大值为： 6s = 6 5um 。 拉址刚度的最小值为： k s = f 。6 。= 7 0 0 7 6 5 = 1 0 7 8 n um 。 丝礼副内滚珠与滚道的接触刚度 丝杠副内滚珠与滚道的接触刚度k 。可按滚珠丝杠副的型号查样本获 得。山e 所选丝杠町知接触刚度k 。= 15 8 0 n hm 。 轴承的接触刚度 轴承的接触刚度k s 可按轴承型号查样本获缛，或按有关公式计算。 若近似计算，可按线性插入法在下列范围内求取。 d o = 2 0 ，1 0 0 m m ， k b = 15 0 0 ，7 0 0 0 n um ， 所选轴承的d o = 3 0 m m ，线性插入法可得k b = 2 18 7 5n um 。 螺母座的刚度 螺母座的刚度k h 可按有限元法进行计算。若采取结构措施提高螺母座 的刚度，则可忽略其弹性变形。 近似计算中，可取k h = 10 0 0n um 。 轴向拉压总刚度 将以上数据代入式4 一l8 ，得： 1 k 。= 0 0 1 11 ， 则k 。= 8 9 7 8n ui l l 。 丝杠系统轴向拉压振动的固有频率 丝杠系统轴向拉压振动的固有频率；按下式计算； 3 0 s = k 。搠 其中： m 一丝杠未端移动部件和工件的质量和，已知m = 3 0 0 k g ； 将k 。、m 的值代入式4 一l8 ，得： s = 3 2 8 2 3 m i n 1 2 5 0 r m i n 。 扭转刚度 扭转刚度k t 按下式计算： k t = 7 8 4 d 2 4 l 其中： l 一丝杠全长，有两支点距离为l9 5 0 m m ，取丝杠全长为 2 0 0 0 r a m ，代入匕式得： k t = 7 8 4 d 2 4 l = 7 8 4 3 4 9 4 2 0 0 0 = 5 8 15 5 n m r 。 丝杠系统扭转振动的固有频率 丝杠系统扭转振动的固有频率ut 按下式计算 吣= 缸砑万丽 其中： j w 一运动部件重量换算到丝杠轴上的转动惯量； js 一丝杠的转动惯量( 假定只有1 3 集中在自由端) ： 工作台与工件的等效转动惯量为： j w = m e h ( 2 r t ) 2 = 3 0 0 【o 0 0 8 ( 2 兀) 。0 0 0 0 4 8 6 k g 。r r l 2 。 丝杠的转动惯量为： j s = r c d 。l p 3 2 取丝杠中径d 。计算转动惯量： d m = ( 3 4 9 + 4 0 ) 2 = 3 7 4 5 a i m ， 又已知丝杠全长l = 2 0 0 0 m m ，密度p = 7 8 10 3 k g m 3 ， 将以上数据代入，得： j s = 3 0 1 10 3 k g m 2 将以上数据代入式4 1 9 ，得： t = 9 9 5 9 s 一1 = 5 9 7 5 4 m i n 一 1 2 5 0 r m i n 。 4 3 6半闭环伺服进给系