【CPP114】訊：隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化，印刷機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以虛擬樣機(jī)技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，是一種新的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段。運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)的方法，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)、分析和評(píng)估產(chǎn)品的性能，確定和優(yōu)化物理樣機(jī)參數(shù)，從而降低新產(chǎn)品的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。本文以印刷機(jī)械的具體設(shè)計(jì)為實(shí)例，說明虛擬樣機(jī)技術(shù)在印刷機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

　　在傳統(tǒng)的印刷機(jī)械設(shè)計(jì)工作過程中，都是由工程師先根據(jù)機(jī)器功能改進(jìn)的需要，進(jìn)行理論選型，然后計(jì)算結(jié)果，畫出機(jī)械零件圖、部件圖和裝配圖，再交給車間進(jìn)行試制。待樣品出來以后，對(duì)樣品進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，把測(cè)試到的實(shí)際結(jié)果與設(shè)計(jì)前的理論構(gòu)想進(jìn)行比對(duì)，尋找差異產(chǎn)生的原因，再重新進(jìn)行設(shè)計(jì)上的修改，直到樣品滿足改進(jìn)的需要。這種設(shè)計(jì)過程，需要的周期長(zhǎng)，樣品試制費(fèi)用高，往往不能滿足市場(chǎng)對(duì)新機(jī)器換代及時(shí)性的要求，帶來了人力物力的巨大浪費(fèi)。因此，有必要利用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)手段，即虛擬樣機(jī)技術(shù)，來改善印刷機(jī)械的設(shè)計(jì)方法。

　　什么是虛擬樣機(jī)技術(shù)呢？機(jī)械工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)又稱為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是國(guó)際上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)。工程師在計(jì)算機(jī)上建立樣機(jī)模型，對(duì)模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)性能分析，然后改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。因此，該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家、有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)、公司的極大重視，許多著名制造廠商紛紛將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)中，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國(guó)際權(quán)威人士對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域產(chǎn)品性能實(shí)驗(yàn)和研究開發(fā)手段的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究方法，將在很大程度上會(huì)被迅速發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)數(shù)字化仿真技術(shù)取代。虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究范圍主要是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，其核心是利用計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，以確定系統(tǒng)及其各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)所需的作用力及其反作用力。

　　本文以具體的設(shè)備研發(fā)為例，探討虛擬樣機(jī)這一先進(jìn)技術(shù)在實(shí)際工程和實(shí)際工作中的應(yīng)用，來探討虛擬樣機(jī)技術(shù)在印刷機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)使用的步驟及方法。

　　眾所周知，模切機(jī)是包裝印刷工業(yè)中重要的印后表面裝飾加工設(shè)備。經(jīng)過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重要的作用。自動(dòng)平壓模切機(jī)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(dāng)前，國(guó)外自動(dòng)模切機(jī)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(guó)生產(chǎn)的自動(dòng)平壓模切機(jī)的工作速度較低，一般最高只有5500張/小時(shí)～7500張/小時(shí)。從模切精度上來講，國(guó)外自動(dòng)平壓模切機(jī)的模切精度通常可以控制在0.10mm左右，而國(guó)產(chǎn)自動(dòng)平壓模切機(jī)的模切精度在0.15mm ～0.20mm范圍內(nèi)，只有少量機(jī)型能夠達(dá)到0.1mm的模切精度。并且國(guó)產(chǎn)自動(dòng)平壓模切機(jī)的工作速度較高時(shí)，模切精度將大幅度下降，嚴(yán)重影響了印品的模切質(zhì)量。

　　作者經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有模切機(jī)，包括國(guó)外的一些模切機(jī)進(jìn)行認(rèn)真研究后發(fā)現(xiàn)，模切機(jī)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(duì)此來加以分析，國(guó)內(nèi)外的模切機(jī)的紙張定位和傳送機(jī)構(gòu)的原理基本相同。

　　定位和傳送機(jī)構(gòu)的工作過程是：大鏈輪帶動(dòng)鏈條（分成長(zhǎng)度相等的段）向模壓方向做周期性的間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前一段鏈條攜帶的紙張?zhí)幱谀�壓狀態(tài)的時(shí)候，后一段鏈條也到達(dá)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)，紙張沿著擺動(dòng)板傳送過來，并由固定在擺動(dòng)板上的規(guī)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(dāng)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(xù)向前運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，新取得紙張的鏈條將隨之運(yùn)動(dòng)并到達(dá)模壓位置，循環(huán)復(fù)始。

　　從某一段鏈條到達(dá)A點(diǎn)，開始靜止取紙，再到其開始離開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)間不是全部用來紙張定位的。為了不發(fā)生機(jī)構(gòu)的干涉，鏈條到達(dá)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A點(diǎn)繼續(xù)前進(jìn)之前下擺，再加上規(guī)矩等的穩(wěn)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。可以看出，紙張定位時(shí)間原本就很緊張，而隨著機(jī)器速度的不斷提高，紙張定位的絕對(duì)時(shí)間越來越短。毫無疑問，定位時(shí)間的不足，將對(duì)模切精度帶來很大的損害。

　　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(jī)構(gòu)，將大大提高紙張的定位時(shí)間。如圖三所示。

　　新機(jī)構(gòu)舍棄掉原來的擺動(dòng)板，安裝一個(gè)遞紙吸嘴。紙張?jiān)贐點(diǎn)完成定位后，交接給遞紙吸嘴；遞紙吸嘴做水平運(yùn)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(yùn)動(dòng)都可以由凸輪機(jī)構(gòu)完成，這些都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。

　　新機(jī)構(gòu)與原機(jī)構(gòu)不同之處是：原來的紙張定位是受制于鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)的，必須等到取紙鏈條到達(dá)A點(diǎn)以后擺動(dòng)板才能上擺到水平狀態(tài)，然后紙張過來，開始定位。而改進(jìn)后紙張的定位是相對(duì)獨(dú)立的，它可以在取紙鏈條還沒有到達(dá)A點(diǎn)以前就開始紙張的定位，并在取紙鏈條離開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(zhǎng)了。