曲面印刷机主机座及大转印辊说明书.doc

1 引言
1.1 全自动曲面印刷机简介
全自动曲面印刷机是提供一种多色套印准确、最高速度可达每分钟360件的一次完毕印刷的高效率全自动印刷机械，它是一种专用于圆柱形，圆弧形或截锥形物品的全自动多色曲面印刷机，涉及有轮转印刷机构、料盘机构、上下料机构和传动机构。由程控器协调上下料和各部件的同步联动。以往的曲面印刷机多采用丝网版往复移印或人工对版曲面印刷，生产效率低，成本高、质量差。而在可自动对版曲面印刷机中，采用了先进的自动对版技术，可以实现多色准确套印，大大提高了对版的精度和速度，提高了生产效率。全自动曲面印刷机的研制成功，填补了国内空白，缩短了我国包装容器高速彩色印刷技术与发达国家的差距，批量投入市场，取得了较大的经济效益和社会效益。不管是简朴的块色图案，全彩色图案或是具有过度色的图案，都能一次印刷完毕，无需制版、无需晒版和反复套色，色彩靓丽，效果逼真，图像防水，防晒，耐磨损附着力强，不褪色，机器 操作简易、性能稳定，发明出比传统方式更高的印刷质量，完全满足各行业高强度的批量生产规定，从而显著提高产品的市场竞争能力。适合于丝印厂、玩具厂、塑胶制品厂、五金厂、印铁厂、五玻璃制品厂、水晶制品厂、有机玻璃工厂为客户批量印刷产品、制作样品、并且制作速度快、图像效果好，深受广大客户爱慕，将为工厂等赢得声誉，接下更多的订单。快速批量印刷工厂生产的产品，使用范围广，真正做到想印就印的效果，成像速度快、图像清楚效果绝佳。
目前，包装工业的总体发展目的是保证印刷机械的产品质量日益提高。国内一些中、低档次的印刷设备虽然有少部分己经远销国外，但质量仍不高。曲面印刷机在中国的包装印刷设备中占有很大的比重。国内曲面印刷机印刷设备与国际市场上的先进水平相比还存在很大的差距，许多高端设备仍然靠进口。这样就直接导致曲面印刷机设备出口量少，进口量大，无法保证进出口的平衡。因此，提高曲面印刷机国内市场上的技术水平、质量水平以及产品性能,争取高技术含量的部分产品也能在国际市场上拥有一席之地是我国曲面印刷机现阶段的重要奋斗目的[1]。

1.2 曲面印刷机的组成结构和工作原理
1.2.1 组成结构
全自动曲面印刷机，由凸版轮转印刷机构、传动装置、料盘机构、上下料机构和控制装置构成，其整体布局如图1所示，系统组成说明如下[2]：
A：轮转印刷机构涉及有大胶辊(4)，墨辊箱(2)，版辊(1)．版辊及墨辊箱成组地沿大胶辊圆周呈卫星式分布，最多可装六组，墨辊箱内布置有一套涉及大墨辊(23)的传墨辊系；
B：轮转机构切向位置设立有料盘机构，料盘（6)上均布装有最多8个模把(5)，模把的模头根据被印刷物的形状制作，可更换。料盘(6)装在蜗形凸轮间歇传动箱(7)上并由其驱动作分度运动。传动箱(7)经万向轴(11)与轮转印刷机构联动，由一只主电机驱动形成主传动链；
C：轮转机构上的大胶辊(4)，版辊(1)以及墨辊箱（2）内的墨轮系均通过齿轮啮合联动，并由主电机驱动作同步运转；
D：料盘(6)上A点工位为上料工位，其正前方装有四螺头上杯机构(61)，C点为前解决工位，C点工位模把下方装有电火花解决器或火焰解决器，其上方装有模把驱动平
皮带，E点为印刷工位，此处大胶辊(4)与模把(5)接触对滚．使胶辊上的彩色图案印在模把上的印刷物外周曲面上，G点工位模把前方装有真空吸附接杯皮带机构(33)；
E：主传动链上装有光电编码器(8)。

图2 整机布局图
图1 主机示意图

1.2.2 工作原理
曲面印刷是先将油墨放入雕刻有文字或图案凸版内，随后将文字或图案复印到曲面上，再运用曲面将文字或图案转印至成型品表面，最后通过热解决或紫外线光照射等方法使油墨固化。曲面印刷和平面印刷在印刷原理上并不存在差别，只是由于承印物的形状有所不同才产生了曲面印刷的提法。具体地说，曲面印刷机涉及其上固定有转印橡皮布的大胶辊、与大胶辊配合的各色版辊总成、与大胶辊配合的料盘以及安装在其上的模把、驱动大胶辊、料盘旋转的主传动轴系；通过传墨系统，将油墨传至版辊上，版辊将文字或图案复印到大胶辊上橡皮布上，大胶辊转动，各色版辊在大胶辊的转印橡皮布上套色，然后转印到模把上的承印物上。
1.3 曲面印刷机的技术特色
①版辊和墨辊箱成组地卫星式分布于大胶辊周边，可以实现自动对版，高效地完毕图案套印任务，同时具有较高的精度和速度；
②采用涡形凸轮间歇传动机构，驱动八工位料盘完毕印品的间歇移动，实现八工位料盘的右、上、左和下各工位分别按顺序完毕上杯、前解决、印刷和下杯工序；
③使用偏心机构实现大墨辊与版辊之间、版辊与大胶辊之间的版压调整，由气缸驱动间歇传动箱体，通过调整气路压缩空气，控制大胶辊与印杯之间的接触印刷压力，以保证印刷图案再现性和清楚度；
④整个机械由一台电机驱动，采用单一传动链，实现各部位之间的同步运转[3]；
⑤在涡形凸轮轴上安装光电编码器，PLC[4]控制实现各部位气动元件电磁阀的时序工作；
⑥采用版夹将PS感光树脂版[5]安装在版辊上，可以调整安装位置和张力；
⑦采用无杯不印快速控制技术，保证印刷过程中上杯失败时，油墨不污染模头；
⑧采用CCD传感器采集图像，分析色标位置误差，由PLC控制两个步进电机分别调整版辊圆周方向和轴向的回转，以快速消除误差，实现快速自动对版[6]。
1.4 国内外曲面印刷机技术现状
国内瓶盖曲面印刷设备研发的起步比较晚，目前重要采用的是曲面丝网印刷工艺[7,8]，这类设备效率低、操作复 杂、自动化限度低;国外厂家如意大利 OMSO 公司、 CALF 公司以及韩国 GCM 公司等，已采用技术更为先进的高速凸版曲面胶印工艺[9,10]。然而国外进口设备价格昂贵，国内绝大部分包装印刷公司无力购买。 因此，对高速凸版瓶盖曲面印刷机进行自主研发及产 业化，能大大提高国内瓶盖印刷设备的技术水平，促进国内包装生产公司设备与技术水平的提高[11]。
（1）国内生产厂商重要有浙江宏华机械塑胶有限公司和隆兴公司等。浙江宏华机械塑胶有限公司的生产的HFQ-1121型曲面印刷机如图3所示：

图3 浙江宏华机械塑胶有限公司的HFQ-1121型曲面印刷机
绍兴三高网印设备有限公司推出的曲面/平面多用网版印刷机SG-K1,合用于各种塑胶、化妆品、木器、玻璃、五金、机壳、金属标牌及各种礼品、工艺品等网版印刷[12]。

图4 SG-K1曲面、平面多用网版印刷机
（2） 国外生产曲面印刷机的公司故意大利卡夫公司，该公司生产的用于高速瓶盖印刷的LITHO 6 型全自动六色曲面印刷机（如图4所示）。LITHO 6 型六色曲面印刷机合用于刚性和柔性的圆管、瓶盖和圆棒的六色胶印。其特点是，整套设备既耐用同时保证完美的印刷质量，印刷辊组采用两个加墨辊为版辊加墨，在中心辊上可以使用一块、两块或四块橡皮布并且可以在控制盘上进行相关设立，设备配备有光学印版对版装置，印刷单元可以前后移动并且能精确复位便于迅速进行清洁、维护和更换橡皮布的操作，墨辊配备有清洗装置，设备运营状态下的电子加墨控制，通过两台电机的电子轴线控制实现印刷单元与工件输送装置的同步，可以只从设备的一侧进行调节，印刷辊组清洗装置，整台设备可以与连续生产线连接。

图5 意大利卡夫公司生产的LITHO 6 型六色曲面印刷机

1.5 课题研究意义
从1876年印刷机开始于英国被使用以来[13]，发展到现在的21世纪。我国包装印刷技术发展进入了一个新时代，曲面印刷也将发挥重要的作用。十一五期间，我国印刷业年增长率为19.34%，远高于GDP11.2%的增长率水平。通过市场调查发现，国际市场上，许多大型的专业印刷机械生产厂家如海德堡、曼罗兰、三菱等知名厂家并没有专门生产这种曲面印刷机型，国内的北人、上海印包、华光精工等印刷支柱公司也在此种印刷机型上开发甚少。可以说，曲面印刷的潜力还没有完全挖掘出来，还需要业内人士不断努力，任重而道远。我国印刷机械公司应当在继续扩大国内市场的占有率的同时，向中、高端产品领域进军，不失时机地扩大产品出口。
我们应当明确，中国印刷工业的发展离不开国内印刷装备产业的一起努力，也离不开国外先进技术和设备对印刷工业技术上水平的支持，随着中国制造设备遍布世界的现实，应当看到，中国制造的印刷机械设备大踏步的走出国门的时机已经到来[14]。
2 曲面印刷机主机座及大转印辊结构分析

图2-1主机架
曲面印刷机主机座及大胶辊结构在整个曲面印刷机中起到图案转移的作用。（如图2-1为主机架示意图）其中大胶辊上拥有四块胶皮布，颜料先由墨辊箱涂在大胶辊的胶皮布上，然后由大胶辊转涂到待印的物体表面。在该结构左侧共有六组墨辊箱，每组墨辊箱上都可印一种颜色，总共可印六种颜色，其传动比为1:4，即大胶辊每转一周，墨辊箱转四周。在其右侧为八工位料盘，大胶辊将完整的图案转印到待印的物体表面，其传动比为2:1，即大胶辊每转动两周，八工位料盘转动一周。轮转机构三层底板可绕一固定轴作0～15°的回转调整，用以适应被印刷物体的锥度，其中三层底板与二层底板是通过固定轴连接的。电机控制滑杆缩进完毕三成底板的回转调整。手轮与大胶辊采用齿轮传动，其传动比为1:30。以方便手动对版调整，即墨辊箱与大胶辊的对版及大胶辊与八工位料盘的对版。手轮上设计有安全机构，当手轮拔出时，机器可以安全启动；当手轮插入时，机器锁死，无法通电启动。墨辊箱支杆总共有12组，前后墙板分别设有六组，其设计重心是规定灵活，墨斗箱墨辊与大胶印辊之间是对滚的，所以其之间就有一定的接触压力，这就规定支撑墨斗箱的力必须是可调的。调整重要是依靠弹簧和螺母的接触部位来调节支撑力的大小。
本次设计重要是参考了专利号为93248040.3的曲面印刷机，此曲面印刷机是一种专用于圆柱形、圆锥形或圆弧形包装容器类产品的全自动多色凸版印刷机。轮转印刷机构将图案套色于大胶辊圆周上，再与料盘上模把接触对滚移印在被印刷物的外表面上。该机最多可套印六色，最高速度每分钟300件，套印准确、图案再现性好、自动化限度高。合用于大批量、高效率印刷塑料、金属、纸制成型后的包装容器，并且凸版和模把更换方便，也合用于多种小批量的高速彩色印刷。
2.1 曲面印刷机主机座三层底板结构分析：
轮转机构的三层底板可绕一固定轴作0～15°回转调整运动，用以适应被印刷物的锥度。三层底板与二层底板是通过固定轴相连接，可转动。电机控制滑杆缩进可完毕三层底板的回转调整。
2.2 曲面印刷机大转印辊结构分析：
大转印辊是采用轴承连接的，（如图2-2所示）固定在前墙板与后墙板之间；在轮转机构上的大胶辊、版辊经及墨辊箱内的墨轮系均通过变速轮与主传动链相联而作同步运转。大胶辊为铸件，所以需对其进行加工工艺设计，其计算内容涉及：强度校核；结构设计计算。

图2-2 大转印辊示意图

图2-3 大转印辊三维图

2.3 曲面印刷机手轮结构设计
手轮与大胶辊采用齿轮传动，传动比为1:30。起作用的是手动对版调整，即墨辊箱与大胶辊的对版以及大胶辊与八工位料盘的对版。其间设计有安全机构，当手轮拔出时，机器可以安全启动；当手轮插入时，机器锁死，无法通电启动。
图2-4手轮图
2.4 锥齿轮箱设计
锥齿轮箱作用为传动转向，内部为两个轴心成90度的直齿锥齿轮构成。并设计有进油口和出油口。

图2-5锥齿轮箱图
2.5 设计途径
通过查阅关于曲面印刷机等方面的书籍和文献资料，理解曲面印刷机的工作原理，以及各部分构造，从而对所设计部分有了一定结识。综合资料整理出所设计部分的工作原理，在结合查阅的资料，对设计部分进行一定改造，使之更为简朴、合理。
通过对SolidWorks2023版的学习，结合AutoCAD进行图纸的设计，并且建立三维模型。SolidWorks是一款参变式CAD设计软件。所谓参变式设计，是将零件尺寸的设计用参数描述，并在设计修改的过程中通过修改参数的数值来改变零件的外形。SolidWorks中的参数不仅代表了设计对象的相关外观尺寸，并且具有实质上的物理意义。例如，可以将系统参数（如体积、表面积等）或者用户自己按照设计流程需求所定义的用户定义参数加入到设计构思中以表达设计思想。这不仅从主线上改变了设计的理念，并且将设计的便捷性向前推动了一大步[15]。
通过查阅机械设计手册，结合机械设计[16]、机械原理[17]、金属切屑原理与机床[18]等以前学过的相关科目的知识，对曲面印刷机八工位转盘机构模把、模头以及转盘直径等进行相关计算，并进行总结。
查看有关与数控编程方面的书籍或资料，结合自己所学的编程方面的知识对关键部件的加工进行编程，数控铣床手动编程中二维加工在没有使用刀补的情况下编制数控加工程序时，由于刀具是圆柱形，存在一定的直径，使刀具中心轨迹与零件轮廓不重合。如此时按照轮廓线编程，刀具中心（刀位点）行走轨迹将和图样上的零件轮廓轨迹重合，就会导致过切或少切现象。我们可以通过度析、尝试及验证，在数控程序中巧秒地使用G41、G42、G40指令，不仅可以解决上述问题，且使编程及加工变得简朴[19]。
3 Solidworks软件介绍
3.1 Solidworks 简介
SolidWorks是一套基于Windows系统开发的3D CAD软件[20]，它有一套完整的3D CAD产品设计解决方案， SolidWorks使用者只要通过简易的对话框问答和点选方法，就能实现设定并且快速获取有关资料，所以，通过有限元分析的分析可以快速改善原始设计参数有用。
3.2 SolidWorks功能介绍
SolidWorks 特别合用于以规则几何形体为主的机械产品设计, 能很好地满足构形设计之需。SolidWorks能实现拉伸特性、旋转特性、扫描特性、放样特性和拔模等特性建模,可以和大多数的机械CAD软件进行数据转化及结构分析、数据管理软件集成。
SolidWorks对CAD程序的改善具有很强的促进作用。特别是SolidWorks的选择功能，在机械零件的设计目前的系列，具有良好的使用价值。不仅在零件设计中运用配置,还能设计不同样的尺寸、特性以及属性的系列化零件。在设计组装时，使用的配置可以简化装配关系，以及应用程序的各个部分的配置，参数的不同特性或不同尺寸的参数，来实现产品的设计。
Solidworks程序功能多，运用广，组件众多。SolidWorks 不仅拥有这样巨大的用途，并且对每一个工程师和运用者来说，使用简朴快捷、方便实用。
SolidWorks私有的拖拽功能，让使用者在很短的时间里实现大型装配设计。当使用SolidWorks时 ，使用者可以在很短的时间里做好很多工作，可以更方便的把高品质的产品投入市场。
在巨大的策划功能和简朴快捷的操作（包含PC风格的拉/放、点/击、剪切/粘贴）共同作用下，当使用SolidWorks时 ，整体产品设计是可以所有编辑，零件设计、装置设计与工程图都是有关的。

3.3 Solidworks工具的使用
SolidWorks工具介绍：
(1)Toolbox－使用标准件库自动装配的工具箱。
(2)FeatureworksTM－简化了重用以不同文献格式创建的 3D CAD 数据的过程。
(3)SolidWorks Uilities－快速轻松地查找同一零件的两个版本之间的区别。
(4)SolidWorks任务调度器可以安排占用大量资源的任务的执行时间，比方，当您离开工作场合时，运营很多份打印、报告分析以及工程数据升级，都可以方便快捷的完毕。
(5)检查SolidWorks设计一个有效的工具来保证你的公司的设计标准的产品设计。
(6)SolidWorks Scan to3D使设计人员可以在 SolidWorks 中打开扫描数据，并将其转换为曲面和实体模型。
4 曲面印刷机主机座及大胶辊结构设计
在曲面印刷机的整体设计中采用分步设计绘图的方法。一方面完毕大胶辊的设计绘图；第二步完毕支撑板即前后墙板和两侧板的设计绘图；第三步完毕传动系统的设计绘图；第四步完毕手轮的设计绘图；第五步墨辊箱支撑系统设计绘图；第六步完毕底板的设计绘图；第七步进行整机装配。
4.1 零件材料选取原则
零件的材料选取是通过是通过检测其机械性能是否符合规定，零件的性能一般从以下几点考虑;
（1） 强度：材料在外力作用下抵抗破坏（变形和断裂）的能力称为强度。强度是机械性能中最重要的一个性能指标了。我们一方面考必须虑承受载荷的状态和应力特性。在静载荷下工作的零件，可以选用脆性材料制造。当载荷带有些冲击时，应重要使用塑性材料。对于需要承受弯曲或扭转应力的哪些零件，由于应力分布不均匀，可以采用调质和表面硬化等符合热解决，使零件的表面与芯部具有不同的金相组织，提高零件的疲劳强度。当零件承受变应力时，应当选择耐疲劳的材料。而组织均匀、韧性较好、夹杂物少的钢材的疲劳强度都较高。零件结构形状、表面状态和热解决方法对疲劳强度都有明显的影响[21]。
（2） 磨损：是零部件失效的一种基本类型。我们在选用零件的时候必须考虑到零件的耐磨性，由于当零件磨损到一定的限度将不再符合使用的规定使得整个机械的精度出现问题乃至失效，所以零件的耐磨性必须符合规定，在一定条件下，摩擦系数小且稳定，耐磨性好、磨合性好的材料称为减摩材料。在关键零件处应当使用减摩材料比较合适。
（3） 刚度：是材料或结构弹性变形难易限度的表征。他是通过弹性模量E来衡量的，而由于结构形状对零件的刚度有显著影响，设计中常通过改变结构来调整零件的刚度。
（4） 制造的工艺性：机械制造工艺性一方面必须考虑工艺性的可行性，当一个零件的结构非常复杂的时候，我们必须对零件的材料提出铸造性和可焊性的规定，由于复杂零件一般是通过铸造和焊接制造的。尚有假如零件在车床上有很多的加工环节，那么该零件必须具有良好的可切削性，使车刀避免过多的磨损。
（5） 材料的经济性：我们在生产零件的过程中在符合上述4点的规定下，应当尽量的选择经济些的材料。这样可以很好的减少成本，使生产出来的机械在市场上更具优势。
4.2 设计技术规定：
在设计曲面印刷机各个机构时，都应当考虑到印刷机的使用性能因素。可归纳为以下六个方面：
(1)经久耐用：规定印刷机在长时间使用后还必须保持一定的精度。
(2)安全可靠：规定在印刷机上除设有安全保护装置外，还设有安全保险装置。当机器出现故障时可以自动停机。 用以保证操人员的人生安全，尚有设备的安全。
(3)满足强度和刚度规定：对受力很大的零件，满足强度是非常重要的；同时必须满足刚度规定，由于刚度不仅影响传动零件的正常工作，并且还影响着部件的工作精度。
(4)散热性能和热变形问题：零件摩擦发热是不可避免的，所以这就使印刷机的零件难免会发热，发热使得润滑油粘度变化，影响其润滑性能；同时温度升高使零件产生热变形，从而对零件的精度和强度有很大的影响。
(5)结构设计合理：像支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有助于提高零件的强度和刚度以及耐久。
（6）工艺性好：涉及毛坯制造、机械加工及热解决、维护修理、安装固定、装配调整、吊装运送等各方面的工艺性。

4.3 主机座及大胶辊结构整体造型示意图

图4-1 主机座及大胶辊三维造型（爆炸图）

图4-2 主机座及大胶辊三维造型（装配图）
如图4-1所示是所需完毕三维设计曲面印刷机主机座及大胶辊结构的爆炸图。如图4-2所示是所需完毕三维设计曲面印刷机主机座及大胶辊结构的整体造型。
4.4 大胶辊及其装配
4.4.1 大胶辊
大胶辊又叫转印辊，如图4-2所示，起作用为色彩转移，上面共装有四块同等大小的胶皮布，由六个墨辊箱将图案印到大胶辊的四块胶皮布上，再由转印辊转印到待印物体的表面。并有一斜齿轮装在大胶辊的一侧，进行传动。大转印辊的尺寸较大，采用铸铁材料，重量较大，精度规定高。印辊直径720毫米，外圈轮廓宽140毫米，内径直径144毫米，内部采用6018深沟球轴承，D=160mm，d=90mm，B=30mm。

图4-3 大胶辊
4.4.2 大辊轴结构设计
轴的材料种类很多，所以在选择时应重要考虑如下因素：
　 （1）轴的强度、刚度及耐磨性规定；
　 （2）轴材料的热解决方法、机加工工艺性以及材料的经济性；　　
　　轴的常用材料是碳钢和合金钢。碳钢应用更广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。特别是45号钢，而对于那些不重要的轴也可用Q235A等普通碳素钢。
虽然碳钢应用更广，但是合金钢具有更好的机械性能和淬火性能，只是对于相应力集中比较敏感，且价格较贵，所以合金钢多用于特殊规定的轴。如20Cr、低碳合金钢，经渗碳解决后可提高耐磨性。
　　低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韧性规定较高或转速较高的轴。
　　球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备，吸振性好，相应力集中的敏感性低，近年来被广泛应用于制造结构形状复杂的曲轴等。
轴的设计应满足如下原则：
（1） 考虑工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的材料、毛胚形式及热解决方法。
（2） 考虑轴的结构的合理性的各方面，如配合尺寸、定位方式等对轴的结构进行设计。
（3） 对轴的强度进行计算和校核。对受力大的细长轴还要进行刚度计算。对在高速工作下的轴，进行振动稳定性计算。
除此之外还应当考虑零件在轴上的定位，零件在轴上的定位要考虑零件在轴上的轴向定位和周向定位。常用轴向定位方法有：轴肩（或轴环）、套筒、圆螺母、挡圈及圆锥形轴头等：

图4-4 大胶辊轴
大胶辊轴，即固定大胶辊的轴，如图4-4所示，上面装有四个角接触球轴承。两端分别与前后连接轴相连接。
4.4.3 大胶辊轴端盖

图4-5 端盖
如图4-5是大胶辊轴的端盖。其重要作用是轴承外圈的轴向定位，以及用于防尘和密封。
4.4.4 轴承

图4-6圆锥滚子轴承
如图4-6所示是圆锥滚子轴承，这种轴承能承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度都比较高。只是滚子大端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较多，故允许的转速较低。为解决这个问题，应用空心滚子圆锥滚子轴承、滚子是空心的，保持架为铝制，整体加工，把滚子之间的间隙填满[22]。
4.4.5 大胶辊及胶辊轴装配图
大胶辊和胶辊轴之间的固定上面装有四个角接触球轴承，两端分别与前后连接轴相连接。

图4-7大胶辊及胶辊轴装配图
4.5 前后墙板及侧板设计
4.5.1 前后墙板设计
前后墙板如图4-8所示采用铸铁材料HT200,它支撑大转印辊、印辊齿轮和墨斗箱。墨斗箱靠装在墙板两侧的摆杆支撑，墨斗箱有六组分别有六组摆杆，摆杆靠螺栓与墙板连接，第一组摆杆竖直放置，其余五组摆杆分开的角度分别为40度19分、31度3分、44度24分、29度16分和36度33分。摆杆的顶部为了便于固定分别有两个连杆连接起固定作用。前墙板上面要装有首轮（其作用是印前微量调节）、过度齿轮轴（支撑传动齿轮作用）。最下方的通孔是为了便于安装和拆卸变速箱齿轮轴。

图4-8 前墙板（左） 后墙板（右）
4.5.2 侧板

图4-9
侧板如图4-9所示与墙板连接，作用一是固定系统，作用二是保护内部齿轮，作用三是使整个系统看上去更加美观。
4.5.3 键的选择与设计
键是一种标准零件。键连接的重要类型：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接[23]。
本次设计中电机轴与绳轮中轴的连接最终选用了单圆头平键，键一般采用抗拉强度极限sb<600MPa的碳钢制造，通常用45钢。轴的轴向定位使用的平键，材料为45钢。重要用到的尺寸为：5x5、6x6、8x7，长度分别选为10、10和12。除上面一些键之外，还用到垫圈、轴肩挡圈等。
4.6 主机座传动系统设计
如图4-10所示是转印辊的传动系统，可以看到它是由两个直齿圆锥齿轮和三个斜齿圆柱齿轮组成。直齿轮稳定性不如斜齿轮，所以说斜齿圆柱齿轮传动优于直齿圆锥齿轮[24]，并且可以凑紧中心距从而用于高速重载。

图4-10 传动系统
4.6.1 大斜齿轮设计
如图4-11所示，大斜齿轮与大胶辊固定在一起，为大胶辊传动。它的材料选用40Cr，该材料的强度极限为700MPa，屈服极限为500MPa，硬度为241～286HBs。
其具体参数如下：
法面模数 mn： 2.25；
压力角αn： 20°；
齿数 Z : 320；
螺旋角β : 30°；
精度等级 :6-LN.GB179-83；
公法线长度 W : 266.62；
齿轮旋向 : 左旋；
径向综合公差 Fi″ ：0.063；
公法线长度变动公差 Fw：0.032；
齿形公差 ff ：0.012；
基节极限公差 fpb ：±0.013；

图4-11 大斜齿轮

4.6.2 小斜齿轮设计
如图4-12所示，小斜齿轮和过轮轴配合固定在后墙板上，同时与斜齿轮和大斜齿轮啮合。
其各类参数如下：
法面模数 mn： 2.25；
压力角αn： 20°；
齿数 Z : 22；
螺旋角β : 30°；
精度等级 :6-LN.GB179-83；
公法线长度 W : 17.35；
齿轮旋向 : 右旋；
径向综合公差 Fi″ ：0.09；
公法线长度变动公差 Fw：0.04；
齿形公差 ff ：0.012；
基节极限公差 fpb ：±0.013。

图4-12 小斜齿轮及过轮轴
4.6.3 斜齿轮设计
如图4-13所示，斜齿轮与小斜齿轮啮合，装配在斜齿轮箱的一端。
其各类参数如下：
法面模数 mn： 2.25；
压力角αn： 20°；
齿数 Z : 80；
螺旋角β : 30°；
精度等级 :6-LN.GB179-83；
公法线长度 W : 260.46；
齿轮旋向 : 左旋；
径向综合公差 Fi″ ：0.09；
公法线长度变动公差 Fw：0.04；
齿形公差 ff ：0.012；
基节极限公差 fpb ：±0.013。

图4-13 斜齿轮
4.6.4 锥齿轮及锥齿轮箱设计
（1）锥齿轮:该齿轮如图4-14是一个直齿圆锥齿轮，所选材料为40Cr，该材料的强度极限为700MPa，屈服极限为500MPa，硬度为241～286HBs。齿轮齿数Z=80，模数m=2，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25，齿轮宽度为L=40mm，孔径D=50mm。
计算：
分度圆直径 d=mz=160mm；
齿顶圆直径 da=m(z+2ha*)=164mm；
齿根圆直径 df=mz-2m(ha*+c*)=155mm；
齿顶高 ha=ha*m=2mm；
齿根高 hf=m(ha*+c*)=2.5mm；
齿距 p=3.14m=6.28mm；
齿厚 s=3.14m/2=3.14。

图4-14
（2）锥齿轮轴及轴承座

图4-15锥齿轮轴Ⅰ（上）锥齿轮轴Ⅱ（下）

图4-16 轴承座

（3）锥齿轮箱装配图

图 4-17锥齿轮箱装配图
4.7 手轮设计
手轮如图4-18所示的功能是在印前做调节对版使用。手轮的内部结构较烦琐，重要是由于手轮在调节对版时候是推动去与内轴对合，进行调节，在机器运转的时候把手轮拔出，手轮与内部结构脱节，不起作用。手轮设计应当注意到：轻便、实用、舒适、美观。手轮设计有安全开关，当手轮插入时，压块被顶起，方钉远离接近开关，电源开关被锁死，机器无法启动；当手轮拔出时，压块落下，方钉接近接近开关，电源开关可正常使用，机器可以正常启动。

图4-18手轮装配图
4.7.1 手轮轴及齿轮轴及轴承座设计
手轮轴与齿轮轴设计为可互相啮合如图4-19所示。

图4-19 手轮轴

图4-20轴承座
4.7.2 手轮斜齿轮设计
如图4-21所示，斜齿轮与大斜齿轮啮合。
其各类参数如下：
法面模数 mn： 2.25；
压力角αn： 20°；
齿数 Z : 22；
螺旋角β : 30°；
精度等级 : 8-7-7-HK.GB179-83；
公法线长度 W : 17.35；
齿轮旋向 : 右旋；
径向综合公差 Fi″ ：0.09；
公法线长度变动公差 Fw：0.04；
齿形公差 ff ：0.011；
基节极限公差 fpb ：±0.011。

图4-21手轮斜齿轮
4.7.3 接近开关选型及安装设计
如图4-22所示当手轮插入时，压块被顶起，方钉远离接近开关，电源开关被锁死，机器无法启动；当手轮拔出时，压块落下，方钉接近接近开关，电源开关可正常使用，机器可以正常启动。

图4-22 接近开关设计及装配
4.8 墨辊箱支撑杆设计
墨辊箱支杆的设计重点是规定灵活，墨斗箱墨辊与大胶印辊之间是对滚的，之间会存在一定的接触压力，这就规定支杆支撑墨斗箱的力应当是可调的。调节方法重要依靠弹簧和螺母的接触部位来调节支撑力的大小。支杆直径30mm，支杆外套内经40mm，中间两侧各有一个橡胶垫圈，起支撑作用，并且使支杆能上下移动。摆杆有六组，我只示意的画一组，其余五组安装孔留出。
4.8.1 前后连接轴堵头设计
前后连接轴是用来固定和链接大胶辊轴和前后墙板的位置，同时支撑方套Ⅰ。

（a）前连接轴堵头 （b）后连接轴堵头
图4-23前后连接轴堵头

4.8.2 弹簧设计
弹簧是一种运用弹性来工作的机械零件。用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，去除外力后恢复本来的形状。所以弹簧在零件设计中起到了支撑和缓冲压力的重要作用。

图4-24弹簧
4.8.3 支撑方套设计
如图4-25所示，是支撑方套成对的固定在前后墙板上，其与滑杆相配合，滑杆一端和墨辊箱后体相连接，另一端插入方套通过弹簧连接在前后连接轴堵头上，并通过螺母调弹簧的预紧力。

图4-25方套Ⅰ（左）方套Ⅱ（中）Ⅲ（右）
5 手轮轴的加工工艺
5.1 机械加工工艺过程简述
机械加工工艺过程是指操作人员用机械加工方法使毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质发生改变从而成为零件的全过程。机械加工工艺过程的基本单元是工序。而工序又提成安装、工位、工步及走刀四部分[25]。
5.2 机械加工工艺规程的重要作用
（1）工艺流程为生产准备作业中的重要根据。按照其组织原料和毛坯的供应，进行适当机床调节、特别工艺装备的设计和构造，操作生产工作计划，调配劳动力效率，和进行生产成本的核算等功能[26]。
（2）技术规则也是组织生产和调度的基础。有了它，你就可以取得高质量、高收益、低消耗的进度计划。
（3）工艺规程为新建工厂的基础技术文献。使用它和制作程序，可以准确地需要机床的类型和数量，工厂的落地面积，机床的平面布局。
5.3 机械加工工艺规程的种类
机械加工有两个特别重要的文献，分别为工艺过程卡片和工序卡片。关于检查程序和检查程序；自动和半自动机床的实现过程，也是调整的卡片机。工艺过程卡片是为了介绍零件加工工艺流程的工艺文献。工序卡片是每个工序具体制订时，为了直接引导生产，从而大批量生产零件和成批中的重要部件。
5.4 手轮轴的作用

图5-1 手轮轴
手轮轴重要是用来传递动力的，在传递力的过程中重要承受交变扭转负荷或冲击，所以该零件必须达成所需的强度、刚度以及韧性，使其适应工作条件。这个传动轴零件形状比较简易的阶梯轴，构造简朴明了。要想完毕轴的精确传动和轴与轴互相间的紧密组合，需要相称高的精度等级以及表面粗糙限度。
5.5 拟定手轮轴的毛坯
由于这种传动轴在作业过程中要承受交变负荷与冲击，想要增强其强度和冲击韧度从而获得纤维组织，毛坯应当选用锻件。由于生产类型为单件小批量生产，且轮廓尺寸较大应当选用自由锻的方法来制造毛坯。

图5-2手轮轴毛坯图
查阅有关文献[27]可知，铸件的CT=10级，MA为G级。
5.6 拟定工艺路线
（1） 定位基准的选择原则:定位基准分为粗、细两种，一般要建立精度，然后建立一个粗略基准。
（2）精基准的选择:按照传动轴零件图的设计规定以及精基准的选择规定规定，定位基准和设计基准重合。其采用轴的两端面中心孔作为定位基准，可以很简朴的加工各轴肩端面和各外圆表面，还能保证加工Φ25外圆相对于中心轴线的圆柱度和同轴度的误差。当在加工键槽时要改动定位基准，按照设计规定选取Φ25左端面作为定位基准加工键槽。
（3）粗基准的选择:不能把外表面的两个端面的定位，在同一时间，使其解决可以保证在两个两端同轴度的中心线，并为随后的工作整理好。
（4）零件的工艺路线的拟定[28]。
表5-1手轮轴加工工艺路线
工序号
工序内容
简要说明
01
锻造
毛坯解决
02
正火解决
改善切削性能
03
涂漆
防止生锈
04
粗车φ25轴端面10mm
先加工面

05
精车φ25轴端面5mm

06
粗车φ44外圆140mm
使用外圆车刀
07
精车φ40外圆140mm

08
粗车φ30外圆120mm

09
精车φ26外圆120mm

010
精车φ25外圆40mm

011
车φ25轴左端面倒角1x45O

012
铣键槽

013
调头

014
粗车φ40端面10mm

015
精车φ40端面5mm

016
车φ40轴端面倒角1x45O

017
铣方孔12*16

018
清毛刺
保证表面粗糙度
019
检查

020
入库

5.7 各工序的加工示意图

工序号1 工序号2

工序号3 工序号4

工序号5 工序号6

工序号7 工序号8

工序号9
最终二维CAD零件图如图5-3所示。

图5-3二维零件图

参 考 文 献

[1] 于瑞湘﹒曲面印刷机光电自动套准系统关键技术研究[D]﹒硕士学位论文﹒中北 大学﹒2023
[2] 马维金,李凤兰.全自动曲面印刷机.中国专利：CN2179822,1994-10-19.
[3] 马维金,杜文华,段能全等.可自动对版的高速曲面印刷机.中国专利： CN,2023-05-21.
[4] 郑钧宜，黄媛，刘艳丽.机床电气与PLC应用［M].武汉:华中科技大学出版社.2023
[5] 章信.阳图PS版系列专用感光树脂[J].塑料，2023（5）：101~102.
[6] 齐元芹.移动机器人运动控制及测速的研究[D].北京：北京交通大学，2023
[7] 王子美，刘瑞芳，唐正宁． 柔性版印刷:原理与实践:第一卷［M］北京:化学工业出版社.2023
[8] 韩晓良． 丝网印刷设备发展概况［J］．印刷杂志， 2023( 6) :1