【CPP114】訊：隨著(zhù)全球經(jīng)濟的一體化，印刷機械產(chǎn)品市場(chǎng)的競爭日益激烈。為了提高市場(chǎng)競爭力，必須不斷縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開(kāi)發(fā)成本。在這種需求下，以虛擬樣機技術(shù)為代表的計算機技術(shù)不斷發(fā)展，是一種新的現代化設計手段。運用虛擬設計的方法，可以在產(chǎn)品設計初期，設計、分析和評估產(chǎn)品的性能，確定和優(yōu)化物理樣機參數，從而降低新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)風(fēng)險，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。本文以印刷機械的具體設計為實(shí)例，說(shuō)明虛擬樣機技術(shù)在印刷機械設計領(lǐng)域中的應用。

　　在傳統的印刷機械設計工作過(guò)程中，都是由工程師先根據機器功能改進(jìn)的需要，進(jìn)行理論選型，然后計算結果，畫(huà)出機械零件圖、部件圖和裝配圖，再交給車(chē)間進(jìn)行試制。待樣品出來(lái)以后，對樣品進(jìn)行運轉測試，把測試到的實(shí)際結果與設計前的理論構想進(jìn)行比對，尋找差異產(chǎn)生的原因，再重新進(jìn)行設計上的修改，直到樣品滿(mǎn)足改進(jìn)的需要。這種設計過(guò)程，需要的周期長(cháng)，樣品試制費用高，往往不能滿(mǎn)足市場(chǎng)對新機器換代及時(shí)性的要求，帶來(lái)了人力物力的巨大浪費。因此，有必要利用現代的設計手段，即虛擬樣機技術(shù)，來(lái)改善印刷機械的設計方法。

　　什么是虛擬樣機技術(shù)呢？機械工程中的虛擬樣機技術(shù)又稱(chēng)為機械系統動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是國際上20世紀80年代隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一項計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。工程師在計算機上建立樣機模型，對模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)性能分析，然后改進(jìn)樣機設計方案，用數字化形式代替傳統的實(shí)物樣機實(shí)驗。運用虛擬樣機技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化機械產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)過(guò)程，大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統級性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng )新的設計產(chǎn)品。因此，該技術(shù)一出現，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家、有關(guān)科研機構和大學(xué)、公司的極大重視，許多著(zhù)名制造廠(chǎng)商紛紛將虛擬樣機技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，取得了很好的經(jīng)濟效益。根據國際權威人士對機械工程領(lǐng)域產(chǎn)品性能實(shí)驗和研究開(kāi)發(fā)手段的統計和預測，傳統的機械系統實(shí)物實(shí)驗研究方法，將在很大程度上會(huì )被迅速發(fā)展起來(lái)的計算機數字化仿真技術(shù)取代。虛擬樣機技術(shù)的研究范圍主要是機械系統運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，其核心是利用計算機輔助分析技術(shù)進(jìn)行機械系統的運動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，以確定系統及其各構件運動(dòng)所需的作用力及其反作用力。

　　本文以具體的設備研發(fā)為例，探討虛擬樣機這一先進(jìn)技術(shù)在實(shí)際工程和實(shí)際工作中的應用，來(lái)探討虛擬樣機技術(shù)在印刷機械設計時(shí)使用的步驟及方法。

　　眾所周知，模切機是包裝印刷工業(yè)中重要的印后表面裝飾加工設備。經(jīng)過(guò)模切加工后的印品可大幅度提高檔次，在提高產(chǎn)品包裝附加值方面起著(zhù)重要的作用。自動(dòng)平壓模切機通常如圖一所示，由送紙部分、模切燙金部分、清廢部分、收紙堆垛部分組成。

　　當前，國外自動(dòng)模切機的工作速度普遍在7500張/小時(shí)～9000張/小時(shí)。與此相比較，我國生產(chǎn)的自動(dòng)平壓模切機的工作速度較低，一般最高只有5500張/小時(shí)～7500張/小時(shí)。從模切精度上來(lái)講，國外自動(dòng)平壓模切機的模切精度通�？梢钥刂圃�0.10mm左右，而國產(chǎn)自動(dòng)平壓模切機的模切精度在0.15mm ～0.20mm范圍內，只有少量機型能夠達到0.1mm的模切精度。并且國產(chǎn)自動(dòng)平壓模切機的工作速度較高時(shí)，模切精度將大幅度下降，嚴重影響了印品的模切質(zhì)量。

　　作者經(jīng)過(guò)對國內現有模切機，包括國外的一些模切機進(jìn)行認真研究后發(fā)現，模切機提速后，制約模切精度的一個(gè)很重要的因素是紙張定位的時(shí)間不足。我們對此來(lái)加以分析，國內外的模切機的紙張定位和傳送機構的原理基本相同。

　　定位和傳送機構的工作過(guò)程是：大鏈輪帶動(dòng)鏈條（分成長(cháng)度相等的段）向模壓方向做周期性的間歇運動(dòng)。當前一段鏈條攜帶的紙張處于模壓狀態(tài)的時(shí)候，后一段鏈條也到達了取紙點(diǎn)（A點(diǎn)）。此時(shí)，大鏈輪和鏈條都是靜止的。這時(shí)，擺動(dòng)板上擺呈水平狀態(tài)，紙張沿著(zhù)擺動(dòng)板傳送過(guò)來(lái)，并由固定在擺動(dòng)板上的規矩裝置完成定位，然后交接給鏈條上的咬紙牙。交接完成后，擺動(dòng)板下擺。當前一段鏈條攜帶的紙張完成了模壓工作，在大鏈輪的帶動(dòng)下繼續向前運動(dòng)的時(shí)候，新取得紙張的鏈條將隨之運動(dòng)并到達模壓位置，循環(huán)復始。

　　從某一段鏈條到達A點(diǎn)，開(kāi)始靜止取紙，再到其開(kāi)始離開(kāi)A點(diǎn)，所用的時(shí)間一般只占一個(gè)循環(huán)的2/5。這2/5的時(shí)間包含了紙張的定位時(shí)間。并且，這2/5的時(shí)間不是全部用來(lái)紙張定位的。為了不發(fā)生機構的干涉，鏈條到達A點(diǎn)以后，擺動(dòng)板才可以上擺；擺動(dòng)板又必須在鏈條離開(kāi)A點(diǎn)繼續前進(jìn)之前下擺，再加上規矩等的穩定時(shí)間，真正用于紙張定位的時(shí)間一般不到這2/5時(shí)間的一半�？梢钥闯�，紙張定位時(shí)間原本就很緊張，而隨著(zhù)機器速度的不斷提高，紙張定位的絕對時(shí)間越來(lái)越短。毫無(wú)疑問(wèn)，定位時(shí)間的不足，將對模切精度帶來(lái)很大的損害。

　　為此，提出了一種改進(jìn)方法，得到一個(gè)新的紙張定位和傳送機構，將大大提高紙張的定位時(shí)間。如圖三所示。

　　新機構舍棄掉原來(lái)的擺動(dòng)板，安裝一個(gè)遞紙吸嘴。紙張在B點(diǎn)完成定位后，交接給遞紙吸嘴；遞紙吸嘴做水平運動(dòng)，交接給取紙鏈條，然后下擺返回。氣流的控制以及遞紙吸嘴的軌跡運動(dòng)都可以由凸輪機構完成，這些都是非常容易實(shí)現的。

　　新機構與原機構不同之處是：原來(lái)的紙張定位是受制于鏈條傳動(dòng)系統的，必須等到取紙鏈條到達A點(diǎn)以后擺動(dòng)板才能上擺到水平狀態(tài)，然后紙張過(guò)來(lái)，開(kāi)始定位。而改進(jìn)后紙張的定位是相對獨立的，它可以在取紙鏈條還沒(méi)有到達A點(diǎn)以前就開(kāi)始紙張的定位，并在取紙鏈條離開(kāi)A點(diǎn)以前交接給它就可以了。這樣紙張定位的時(shí)間就大大延長(cháng)了。