数控曲面印刷机的步进分度转盘及模把机构设计*

2018-06-03林伟霞王贤淮

机电工程技术 2018年5期

林伟霞，王贤淮

（广东隆兴包装实业有限公司，广东潮州 515638）

0 引言

曲面印刷装备是印刷装备的一种，其特点是应用于曲面物体上印刷而非平面上印刷，主要应用于圆柱、锥面、罐面、圆柱瓶盖等物品表面上印刷字体和图案等[1]。数控曲面印刷机采用可编程控制器(PLC)自动控制、高速传动机构、多工位上料、光电检测自动对版、自动下料打包等技术，具有功能强大齐全、自动化程度高使用方便、产品质量好可靠性高等特点，是机电一体化高新技术产品[2]。

图1所示为一种数控曲面印刷机，主要装置包括由转印大鼓轮（6）、与转印大鼓轮配合的各色版辊与油墨单元所构成的印刷主机（5），由步进分度转盘（2）、驱动步进分度转盘旋转的间歇驱动装置所构成的承印装置，印刷主机和承印装置的基座、送料滑道、成品输出装置及设于基座上的进料与送料检测、空料检测、电晕、印刷、固化（7、8）、次品弹出、故障检测装置等。

1 设计意图

图1 曲面印刷机示意图

通常曲面印刷机只能实现一次印刷固化，对于要求一层底色背景再在底色背景上叠加一层图文的产品，无法一次完成。传统的技术是将印刷固化好底色背景的承印物再次印刷固化，这种方式不仅工作效率低、耗能高，而底色背景与图文难以准确重叠，印刷精度及清晰度差[3]。为了实现一次完成两次印刷两次固化，必须要求第二次印刷时与第一次印刷时同一模把的位置不能有丝毫的偏差，然而，现有技术的步进分度转盘模把机构连接柄安装在分度转盘的安装孔的一端是圆柱状的直柄，这种结构在工作过程中，连接柄与分度转盘之间容易松动。对于传统曲面印刷机而言，由于只有一次印刷一次固化，尚能勉强满足传统曲面印刷机的要求，也不至于损坏UV灯管[4]。但是，对于一次完成两次印刷两次固化的曲面印刷机而言，传统的分度转盘及模把机构难以满足两次印刷的精度要求，连接柄不但影响印刷质量而且容易发生埙坏两次双层墨印刷固化装置[5]，尤其因需经常换规格而频繁拆卸时的效率低。在印刷质量的要求越来越高的当今时代，传统技术的分度转盘模把机构已经不能满足要求。

因此，本文针对现有技术中的存在问题，提出一种牢固不易松动、精准度高和操作方便快捷的分度转盘模把机构设计方案。

2 机构设计方案

承印装置如图2示，主要装置由步进分度转盘（2）、驱动步进分度转盘旋转的间歇驱动装置所构成。

图2 承印装置示意图

2.1 机构结构设计

本文提出的步进分度转盘及模把机构如图3示，包括有模把（1）、连接柄（3）及分度转盘（2），其中连接柄包括有转盘连接部（301）和模把安装部（302），转盘连接部设置成锥台状，分度转盘设置有与转盘连接部配合的安装孔（201），转盘连接部插置于安装孔并通过螺栓锁紧固定。模把装置于连接柄的模把安装部。现有技术中的连接柄（没有设置锥柄）是随着换规格的拆卸的磨损而越来越松影响安装精度影响产品质量，但本文提出的连接柄则随着曲面印刷机工作时间的增长反而越来越紧固，从而确保了高精准度安装，使拆卸操作更方便快捷，同时也因高精度而使整批产品质量颜色深浅一致清晰度高。

图3 步进分度转盘及模把机构结构示意图

运作时，模把（1）绕着连接柄（3）旋转，它们之间设置有轴承（304）尽量减少模把旋转对连接柄的影响。在模把旋转下连接柄会略微旋转，安装孔（201）的内侧面是与所述连接柄的转盘连接部（301）的外侧面相匹配的锥台曲面，其可以阻挡连接柄往里的旋转，同时，由于连接柄的转盘连接部具有一定的锥度使得连接柄与安装孔随着连接柄的转动而拧紧，因此，连接柄随着曲面印刷机工作时间的增长越来越紧固，确保了每次印刷对位的高精准度。而且，传统模把常规轴装配因需频繁装卸，磨损大，精度差，采用本文提出的锥度模把装卸方便，精度高。

2.2 承印物的吸紧或吹出功能气道设计

为实现各工位的模头单元上承印物的吸紧或吹出的功能，气道盘的结构如图4和5所示，连接柄（3）的内部沿中轴线方向设置有连接柄气道（303），连接柄的转盘连接部的中部内凹并与安装孔（201）的侧壁面形成中转气室（305），连接柄气道与中转气室相通；模把的内部设置有模把气室（101），模把气室与连接柄气道相通，一个模把与一个连接柄构成一个模头单元。还设置有气道盘（15），气道盘开设有弧形气道（202）、第一独立气道（203）、第二独立气道（204）及第三独立气道（205），弧形气道、第一独立气道、第二独立气道及第三独立气道分别通过设置有电磁阀的气管与气泵连通，所有电磁阀均与控制器电连接，弧形气道与分别位于接料、传送、电晕、顶料底、印刷共计五个工位的五个模头单元的中转气室相通；第一独立气道与位于传送或者次品卸料工位的模头单元的中转气室相通；第二独立气道与位于固化工位的模头单元的中转气室相通；第三独立气道与位于卸料工位的模头单元的中转气室相通；气道盘与分度转盘（2）紧贴，分度转盘在步进分度器的驱动下相对于气道盘转动使得安装于分度转盘的全部连接柄的连接柄气道按序依次经过弧形气道、第一独立气道、第二独立气道及第三独立气道来分别实现各工位的模头单元上承印物的吸紧或吹出的功能需要。

图4 气道盘的结构示意图

图5 气道功能结构示意图

而传统技术中只有一个弧形气室同用于吸气和吹气，不能根据分度转盘的动静同步供气，不适应于高速传送。而本文提出的设计方案由于连接的气泵的所有高压气管均设置有电磁阀，并且所有电磁阀与控制器电连接，故可在控制器的控制下实现气泵根据分度转盘的动静同步工作而分别实现每条气管的吸气吹气，分度转盘的弧形气道及三个独立气道连接的气管均安装有电磁阀以实现承印物的传送、次品弹出、固化及卸料，适用于高速传送，工作效率高。

同时，模把（1）的底部设置有多个气孔（102），多个气孔均布于模把底部的圆周外沿，并且每个气孔均与模把气室（101）相通。传统技术中仅在模把底部的中间设置有气孔，大于高度的承印物（例如矮杯）在卸料时难以保证平衡而导致接料袋不能顺利接料叠料传送。本发明中，在模把的底部均布多个气孔可方便于直径大于高度的承印物平衡卸料以保证接料袋顺利接料叠料传送。

2.3 进料装置设计

进料装置如2、5、6、7、2所示，设置有支撑架、四根传动轴（17）、四个变距螺旋（11）和驱动装置，四根传动轴可调节位置地设置于支撑架，且四根传动轴通过同步传动机构由驱动装置同步驱动自转，每个变距螺旋分别固定在一根对应的传动轴，变距螺旋的外表面设置有螺旋槽（1101），螺旋槽的螺距自一端向另一端逐渐增大，四根变距螺旋之间形成物料通道。承印物进入物料通道后，在变距螺旋的转动下，随着螺旋槽螺距逐渐增大，叠推成条的承印物相邻两个承印物之间的距离逐渐增大，最前方的承印物与后一承印物完全分离，实现送料的自动化。同时，为了承印物（13）更好地出料，变距螺旋还设置有指令送料的电磁阀及辅助送料气枪（12），辅助送料气枪装设于支撑架，工作时，辅助送料气枪的出气口对准承印物的开口外沿（131）在承印物被送出所述变距螺旋的实现辅助送料；指令送料的电磁阀与控制器电连接，指令送料的电磁阀控制辅助送料气枪根据控制器的指令朝承印物的开口外沿瞬间喷射高压气体。利用辅助送料气枪的气流将承印物吹送到模把上。辅助送料气枪根据实际需要选择市面上的普通气枪即可。本文提出的方案利用辅助送料气枪送料，特别适合于直径大于高度的承印物，控制器依据设定的程序根据其他机构传递的信号，指令送料的电磁阀开启或者关闭，并根据步进分度转盘模把的停顿接料和卸料的瞬间，控制辅助送料气枪将高压气瞬间冲向承印物的开口外沿（例如杯子的杯沿）实现辅助送料。

图6 变距螺旋结构示意图

图7 进料单元结构示意图

2.4 驱动系统

分度转盘连接有独立的步进分度器交流伺服驱动系统，包括有步进分度器、步进分度器的交流伺服驱动器、步进分度器的交流伺服电机及步进分度器的交流伺服电机的旋转编码器，步进分度器的交流伺服驱动器、步进分度器交流伺服电机及步进分度器的交流伺服电机的旋转编码器的各部件相邻之间由电路连接，交流伺服电机通过机械传动部件连接步进分度器的动力输入轴。

还包括有驱动所有模把（1）转动的模把同步转盘（14），模把同步转盘连接有模把同步转盘交流伺服电机传动系统，模把同步转盘交流伺服电机传动系统包括有模把同步转盘交流伺服驱动器、模把同步转盘交流伺服电机及模把同步转盘交流伺服电机的旋转编码器及传动机构，传动机构包括有轴承、传动同步轮及同步带，模把同步转盘交流伺服驱动器、模把同步转盘交流伺服电机及模把同步转盘交流伺服电机的旋转编码器的各部件相邻之间由电路连接，模把同步转盘交流伺服电机通过传动机构连接模把同步转盘。

上述的两个交流伺服驱动系统与转印大鼓轮交流伺服驱动系统分别构成三个独立闭环控制系统，并又同一个控制器控制，使得步进分度器、转印大鼓轮和模把同步转盘保持恒定的传动比及同步运动，从而达到印刷效果清晰，满足两次印刷两次固化技术对印刷精度及清晰度的要求。