面向小幅面烫金机的一种牙排装置设计

吴 波，何 康，胡学青

宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州,234000

随着数码印刷的快速发展，市场上个性化印刷的需求越来越大[1-3]。由于单纸小型化的烫金和模切工序的设备较少，因此当前市场对小幅面模切机有着极大的需求量。递纸牙排在设备中主要承担传送纸张的作用，牙排装置传输的稳定性直接影响着整个烫金机的工作效率[4]。新乡市新机瑞博印刷机械有限公司的赵安等通过对牙排销轴的改进研究来提高设备的安全和稳定性[5]；丁怀青设计了一种牙排链条连接定位装置以满足印品的高精度要求[6]。

目前牙排装置结构都是链排滚筒形式，运动方式为单向圆周运动[7]。这种形式的牙排只能向一个方向运行，需要由链条或同步带连成一个封闭的环形，导致传送链过长。链条的拉伸对机器长期运行的精度和稳定性也会有影响，同时影响工作效率。因此，开发一种更高效的牙排装置，将有效提高烫金机工作效率，提升市场竞争力。目前，国内对牙排装置的改进还都是基于原滚筒式牙排的零件优化。本文提出一种新的设计方案，首先通过改变牙排的运动轨迹，将现有技术的牙排单向圆周运动方式改为直线前后往复运动方式；其次通过精确计算主机作业时间，使牙排在主机作业的同时完成叼纸动作，以达到节省待机时间，提高设备工作效率的效果。

1 原牙排装置问题分析

1.1 烫金机工作过程

烫金机基本工作过程为：在输纸单元，单张纸印刷品首先通过飞达头(输纸器)将纸张从给纸堆连续不断地输送给叼纸牙排；再通过电子套准系统进行定位，牙排叼住递纸器送来的纸张传送至主机内部；电化铝在烫金单元通过伺服电机传送至模压单元，在模压单元经过合压、电化铝的剥离，将电化铝转移到纸张上，完成纸张的模压及烫金动作；然后牙排叼着纸张进入收纸单元，当牙排停止时，叼纸牙排被打开，纸张落到收纸堆上；纸张被前齐纸机构和侧齐纸机构在两个方向上摆放整齐。纸堆高度由纸堆超高检测光电控制。当纸堆收集到一定高度时，会自动下降一定高度，将纸张收集成垛(图1)。

图1 工作流程图

1.2 原有牙排工作方式

通过以上对烫金机工作流程的说明，可以知道单张纸的印刷、模切、烫印、压痕等加工作业时，是通过采用牙排装置叼着被加工纸张到各个加工工位，实现对纸张的输送。制品的质量与叼纸牙排的精度有着直接关系[8]。以牙排叼纸进行模切作业为例，当牙排叼着纸张进行模切作业时，叼纸牙排必须停止下来，待模切工序完成后平台还需退回一定距离，牙排才向后输送纸张至下一个工位进行加工作业，待牙排完成输送任务后，牙排再沿环形轨迹回到初始位置再次叼纸张进行输送。

2 新型牙排装置的设计

2.1 新型牙排装置开牙方式

新型牙排装置(图2)开牙方式为：凸轮16在开牙电机的带动下转动，摆杆18跟随凸轮面的形状变化上下摆动，从而带动连杆19上下运动，开牙杠3在连杆19和弹簧15的作用下以固定轴4为轴心上下摆动；当开牙杠3向下摆动时下压开牙块8，牙排9张开；当开牙杠3向上摆动时，开牙块8复位，牙排9闭合。

图2 新型牙排装置工作示意图

2.2 工作原理

(1)牙排9分为前段和后段；工作初始，待加工纸张7被输送至给纸台上，牙排9闭合，其前段夹住待加工纸张7；前后往复机构带动牙排9向后运行，将夹持的纸张放在主机作业工位5后放开纸张；

(2)前后往复机构带动牙排9返回运行，回到初始位置。与此同时，主机进行加工作业，新的待加工纸张7被输送至给纸台上；待主机作业完毕，牙排9闭合，其前段夹住新的待加工纸张7，其后段夹住加工完的纸张6；

(3)前后往复机构带动牙排9向后运行，当待加工纸张7运行到主机作业工位5时，牙排9停止运动并打开，牙排9前段将夹持的待加工纸张7放在主机作业工位5，牙排9后段将加工完的纸张6放在收纸装置上；

(4)重复(2)-(3)的动作，将纸张不断地输送至作业工作进行加工，同时将加工完的纸张输送到收纸装置上带走。

(5)前后往复机构带动牙排9动作的方法为：伺服电机21转动带动传动皮带12运动，与传动皮带12固定连接的牙排9也随着做前后方向的往复运动。

2.3 新型牙排装置优点

(1)科学合理地利用了主机加工作业的时间，牙排完成了输送纸张的准备工作，一旦主机作业完成，牙排就将新的待加工纸张送入主机作业工位，同时将加工完的纸张运到输送装置上，极大地提高了设备的工作效率。

(2)该牙排不需要依靠长的环形传动链，也不存在链条拉伸对设备的影响，保证设备的运行精度和稳定性。

(3)皮带带动一根牙排往复运动送纸，结构新颖，调整方便，精度高，稳定性好。

(4)调节维修方便。牙排驱动电机采用伺服电机，如果牙排需要调节，只需要调一根，或者通过修改伺服参数就能够完成。

2.4 与同类产品相比较

新型牙排的设计已装备在烫金机设备，通过与实际生产较同类产品叼纸速度和牙排故障检修相比较有较大优越性，比较数据如表1。

表1 与同类产品比较

4 结 语

牙排要获得良好的运作特性,不仅与运动方式有关，还与牙排系统材料、辅助装置都有着重要关系。所以在牙排系统的设计过程中应综合考虑各种因素,以满足牙排在工作时的稳定性要求[9]。不断对烫金机结构及零部件必要的创新改进是提高烫金机工作效率，适应市场的不二法则。