基于模態(tài)分析的臥式平壓平模切機(jī)模切精度分析

孔朵朵

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院，溫州 325035）

模切機(jī)是重要的印后加工設(shè)備。按照工作原理的不同，模切機(jī)可以分為圓壓圓模切機(jī)、圓壓平模切機(jī)、平壓平模切機(jī)以及激光模切機(jī)等。臥式平壓平模切機(jī)工作安全可靠、自動化程度高、模切速度快，除模切功能外，還可以進(jìn)行壓痕、壓凸作業(yè)，應(yīng)用較為廣泛[1]。

模切速度和模切精度是臥式平壓平模切機(jī)的兩個(gè)重要指標(biāo)，其中模切速度決定了設(shè)備的工作效率，模切精度決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。模切速度和模切精度主要由模切單元決定。因此，研究模切單元對于發(fā)揮模切機(jī)最佳性能具有重要意義[2]。

1 臥式平壓平模切機(jī)結(jié)構(gòu)原理

1.1 模切機(jī)的組成與工作原理

臥式平壓平模切機(jī)如圖1 所示，主要由不停機(jī)飛達(dá)、進(jìn)料平臺、模切單元、清廢單元、下料平臺以及不停機(jī)取樣單元（選配）組成。工作時(shí)，工作人員將分切好的卡紙堆放在不停機(jī)飛達(dá)處，送紙飛達(dá)頭將卡紙輸送到進(jìn)料平臺，進(jìn)料平臺通過皮帶將卡紙向前輸送，卡紙被叼紙牙排帶入模切單元。模切單元?jiǎng)悠脚_向上運(yùn)動，與靜平臺刀版接觸完成模切或壓凸、壓痕作業(yè)，然后叼口牙排將卡紙帶到清廢單元完成清廢，最后到達(dá)下料平臺完成作業(yè)[3]。

1.2 模切單元的組成與工作原理

臥式平壓平模切機(jī)模切單元普遍采用雙肘桿機(jī)構(gòu)或共軛凸輪機(jī)構(gòu)，其中雙肘桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最多，模型如圖2（a）所示。如圖2（b）所示，雙肘桿主要由靜平臺、動平臺、刀版、上肘桿、下肘桿連桿、曲柄、蝸輪蝸桿曲軸箱、帶輪以及機(jī)架組成。工作時(shí)，電機(jī)通過皮帶傳動帶動蝸桿軸轉(zhuǎn)動。通過蝸輪蝸桿減速后，蝸輪軸帶動曲軸轉(zhuǎn)動，曲軸進(jìn)而帶動連桿、肘桿運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)靜平臺在豎直軌道內(nèi)上下運(yùn)動。動平臺與靜平臺的刀版接觸實(shí)現(xiàn)模切[4]。工作時(shí)曲柄1 轉(zhuǎn)動，通過連桿和肘桿帶動動平臺上下運(yùn)動。

圖2 臥式平壓平模切單元

2 影響模切精度的因素

模切機(jī)的速度、模切力大小、振動、制造精度以及安裝精度都會影響模切精度。

影響模切精度的因素主要有4 個(gè)方面[5]。

（1）卡紙定位精度。卡紙定位精度低將直接造成模切精度低，導(dǎo)致整體位置精度偏差。

（2）設(shè)備安裝誤差和加工誤差。動平臺相對機(jī)架豎直方向進(jìn)行運(yùn)動，由于安裝誤差和加工誤差造成的不平行會使模切誤差變大。

（3）設(shè)備運(yùn)行中的受力變形。模切模組在運(yùn)行過程中受到模切力和慣性力，在力的作用下，動平臺發(fā)生變形或移動會造成模切誤差。

（4）設(shè)備振動。設(shè)備振動也會造成模切誤差，尤其是激振源與設(shè)備固有頻率重合時(shí)。

設(shè)備共振是造成模切精度異常的主要原因。因此，本研究將通過模態(tài)分析技術(shù)研究模切模組。

3 基于模態(tài)分析的模切精度分析

模切速度為每小時(shí)5 500.0 ～9 000.0 張時(shí)，可以計(jì)算設(shè)備整體工作頻率為1.53 ～2.50 Hz。由于蝸輪蝸桿減速器減速比為41，即蝸輪蝸桿嚙合的頻率為62.73 ～102.50 Hz，可能造成設(shè)備共振。

模切單元零部件上有許多安裝孔，會降低分析質(zhì)量并減慢分析速度。對模切單元進(jìn)行簡化處理，然后對模切單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖3（a）所示。給模切單元底面施加固定約束，并添加重力載荷，如圖3（b）所示。最后，對模切單元進(jìn)行模態(tài)分析，如圖3（c）所示。

圖3 模切單元模態(tài)分析

模切誤差主要由動平臺的振動和變形引起。單獨(dú)研究動平臺變形，模切單元前兩階模態(tài)云圖如圖4 所示。

表1為模態(tài)分析結(jié)果，模切單元前2 階的共振頻率與蝸輪蝸桿嚙合激振的頻率范圍重合，因此在模切機(jī)開機(jī)或正常運(yùn)行過程中極易發(fā)生共振。此外，動平臺的最大變形超過了模切精度要求范圍，會造成設(shè)備模切誤差異常。因此，在模切機(jī)啟動過程中要避免設(shè)備在每小時(shí)3 512.8 張的速度下較長時(shí)間運(yùn)行，而工作過程中避開在每小時(shí)7 547.0 張的速度下運(yùn)行。

表1 模切單元模態(tài)分析結(jié)果

4 結(jié)語

平壓平模切機(jī)是重要的印后加工設(shè)備，其模切速度和模切精度是兩個(gè)重要參數(shù)，直接決定了設(shè)備性能。從設(shè)備共振角度對模切精度進(jìn)行研究。模切機(jī)運(yùn)行過程中蝸輪蝸桿嚙合產(chǎn)生的激振頻率會造成設(shè)備共振，因此設(shè)備在啟動和工作過程中應(yīng)避開共振頻率。

造成模切精度較低的原因還有設(shè)備受力變形、設(shè)備安裝誤差、設(shè)備加工誤差等，可以通過構(gòu)建模切機(jī)誤差拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型進(jìn)行研究。通過減小安裝間隙、提高安裝精度、改善油膜潤滑效果等方式，提高模切精度。