基于模态分析的卧式平压平模切机模切精度分析.pdf

设计与研究基于模态分析的卧式平压平模切机模切精度分析5孔朵朵（温州职业技术学院智能制造学院，温州32 50 35）摘要：模切机是重要的印后加工设备，其两个重要的性能指标是模切速度和模切精度。首先，介绍卧式平压平模切机和模切单元的组成与工作原理，并详细介绍模切单元双肘杆机构；其次，概述影响模切精度的因素；最后，应用ANSYS对模切单元进行模态分析，发现蜗轮蜗杆啮合产生的激振频率会造成设备振动而影响模切精度，因此开机与运行过程中的频率需避免与激振频率重合。关键词：卧式平压平模切机；模切精度；模态分析Analysis of Die Cutting Accuracy of Horizontal Flat Die Cutting MachineBased on Modal AnalysisKONGDuoduo(Wenzhou Polytechnic,Intelligent Manufacturing College,Wenzhou 325035)Abstract:Die cuting machine is an important post-press processing equipment,in which die cutting speed and die-cttingaccuracy are two important performance indicators.Firstly,the composition and working principle of horizontal flat die cuttingmachine and die cutting unit are introduced,and the double elbow bar mechanism of die cutting unit is introduced in detail,themodal analysis of die cutting unit is carried out by ANSYS,and it is found that the exciting frequency produced by the meshingof worm and worm can cause the equipment vibration and affect the die cutting precision,therefore,it is necessary to avoid thefrequency coincidence with the excitation frequency during the start-up and operation.Keywords:horizontal flat pressing die cutting machine;die cutting accuracy;modal analysis模切机是重要的印后加工设备。按照工作原理的不同，模切机可以分为圆压圆模切机、圆压平模切机、平压平模切机以及激光模切机等。卧式平压平模切机工作安全可靠、自动化程度高、模切速度快，除模切功能外，还可以进行压痕、压凸作业，应用较为广泛。模切速度和模切精度是卧式平压平模切机的两个重要指标，其中模切速度决定了设备的工作效率，模切精度决定了最终产品的质量和合格率。模切速度和模切精度主要由模切单元决定。因此，研究模切单元对于发挥模切机最佳性能具有重要意义2 。1卧式平压平模切机结构原理1.1模切机的组成与工作原理卧式平压平模切机如图1所示，主要由不停机飞达、进料平台、模切单元、清废单元、下料平台以及不停机取样单元（选配）组成。工作时，工作人员将分切好的卡纸堆放在不停机飞达处，送纸飞达头将卡纸输送到进料平台，进料平台通过皮带将卡纸向前输送，卡纸被叼纸牙排带入模切单元。模切单元动平台向上运动，与静平台刀版接触完成模切或压凸、压痕作业，然后叼口牙排将卡纸带到清废单元完成清废，基金项目：2 0 2 1年度温州市重大科技创新攻关项目（ZG2021023）。最后到达下料平台完成作业3。56111.不停机飞达；2.进料平台；3.模切单元；4.清废单元；5.不停机取样单元；6.下料平台。图1卧式平压平模切机1.2模切单元的组成与工作原理卧式平压平模切机模切单元普遍采用双肘杆机构或共轭凸轮机构，其中双肘杆机构应用最多，模型如图2（a）所示。如图2（b）所示，双肘杆主要由静平台、动平台、刀版、上肘杆、下肘杆连杆、曲柄、蜗轮蜗杆曲轴箱、带轮以及机架组成。工作时，电机通过皮带传动带动蜗杆轴转动。通过蜗轮蜗杆减速后，蜗轮轴带动曲轴转动，曲轴进而带动连杆、肘杆运动，实现静平台在竖直轨道内上下运动。动平台与静平台的刀版接触实现模切。工作时曲柄1转动，通过连杆和肘杆带动动平台上下运动。436现代制造技术与装备2023年第8 期总第32 1期（2）设备安装误差和加工误差。动平台相对机架竖直方向进行运动，由于安装误差和加工误差造成的不平行会使模切误差变大。（3）设备运行中的受力变形。模切模组在运行过程中受到模切力和惯性力，在力的作用下，动平台发生变形或移动会造成模切误差。（4）设备振动。设备振动也会造成模切误差，尤其是激振源与设备固有频率重合时。(a）模型图1011129OE4C3Dm1.曲柄1；2.连杆1；3.下肘杆1；4.上肘杆1；5.曲柄2；6.连杆2；7.下肘杆2；8.上肘杆2；9.动平台；10.刀版；11.静平台；12.机架。图2 卧式平压平模切单元2影响模切精度的因素模切机的速度、模切力大小、振动、制造精度以及安装精度都会影响模切精度。影响模切精度的因素主要有4个方面5。（1）卡纸定位精度。卡纸定位精度低将直接造成模切精度低，导致整体位置精度偏差。B;ModalTotal DeformationType:Total DeformationFrequency:40.007HzUnit:mm2023-08-2221:440.614.570Max0.5462800.4780000.4097100.3414300.2731400.2048600.1365700.0680.000.000Min设备共振是造成模切精度异常的主要原因。因此，本研究将通过模态分析技术研究模切模组。3基于模态分析的模切精度分析KOJ82F.5G6B(b）双肘杆简图Max0.37114模切速度为每小时550 0.0 9 0 0 0.0 张时，可以计算设备整体工作频率为1.532.50 Hz。由于蜗轮蜗杆减速器减速比为41，即蜗轮蜗杆啮合的频率为H62.7310 2.50 H z，可能造成设备共振。模切单元零部件上有许多安装孔，会降低分析质7量并减慢分析速度。对模切单元进行简化处理，然后对模切单元进行网格划分，如图3（a）所示。给模切单元底面施加固定约束，并添加重力载荷，如图3(b)所示。最后，对模切单元进行模态分析，如图3（c）所示。（a）划分网格（b）施加载荷与约束（c）模态分析图3模切单元模态分析模切误差主要由动平台的振动和变形引起。单独研究动平台变形，模切单元前两阶模态云图如图4所示。B:ModalTotal Deformation2Type:Total DeformationFrequency:85.952HzANSYS2023-06-0223:58R17.21.32330Max1.176201.029200.882180:.73510.588120.294050.44109.147030.00000MinANSYSUnit:mmR17.2Max0.358220.000.00400.00200.00600.00（a）1阶模态云图300.00600.00（m m)800.00（m m)150.00（b）2 阶模态云图450.007设计与研究B:ModalTotal Deformation3Type:Total DeformationFrequency:1ll.36Hz2023-06-0223:582.46840Max2:19410.91990.097780.822548808:271230.00000MinMax0.423.97B:ModalANSYSType:Total DeformationUnit:mmR17.2Total Deformation4Frequency:132.79HzMax2023-06-0223:590.495.92.70700Max.406201064080447030390100.601560:300780.00000MinANSYSUnit:mmR17.20.00150.00（c）3阶模态云图表1为模态分析结果，模切单元前2 阶的共振频率与蜗轮蜗杆啮合激振的频率范围重合，因此在模切机开机或正常运行过程中极易发生共振。此外，动平台的最大变形超过了模切精度要求范围，会造成设备模态共振频率/Hz1阶40.0072阶85.9523阶111.3604阶132.7905阶153.6806阶158.4904结语平压平模切机是重要的印后加工设备，其模切速度和模切精度是两个重要参数，直接决定了设备性能。从设备共振角度对模切精度进行研究。模切机运行过程中蜗轮蜗杆啮合产生的激振频率会造成设备共振，因此设备在启动和工作过程中应避开共振频率。造成模切精度较低的原因还有设备受力变形、设备安装误差、设备加工误差等，可以通过构建模切机误差拓扑结构模型进行研究。通过减小安装间隙、提高安装精度、改善油膜润滑效果等方式，提高模切精度。300.00450.00模切单元最大变形/mm0.614.571.323 302.468 402.707 005.183701.014 60600.00（m m)0.00150.00（d）4阶模态云图图4动平台模态分析云图模切误差异常。因此，在模切机启动过程中要避免设备在每小时3512.8 张的速度下较长时间运行，而工作过程中避开在每小时7 547.0 张的速度下运行。表1模切单元模态分析结果动平台最大变形/mm0.371 140.358 820.423 970.495.900.141 430.385 861韩晓良.我国模切机发展现状.今日印刷，2 0 0 5（1】：11-14.2高秀兰，周帅，张锋涛，等.双肘杆卧式平压平型高速模切机的惯性力分析.山西建筑，2 0 2 2（14）：19 3-19 5.3王泽仁.平压平模切机驱动机构的仿真及结构改进设计D.邯郸：河北工程大学，2 0 13.4郭宁宁.平压平模切机动平台传动系统的分析研究D.北京：北京印刷学院，2 0 17.5韩应敏，田盼盼，张淼.大幅面平压平模切机主切系统的分析研究J.绿色包装，2 0 16（增刊1）：39-42.300.00450.00每小时工作张数/张3512.87547.09778.011 660.013 494.013.916.0参考文献600.00（m m)