【CPP114】訊：隨著全球經(jīng)濟的一體化，印刷機械產(chǎn)品市場的競爭日益激烈。為了提高市場競爭力，必須不斷縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質量、性能，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以虛擬樣機技術為代表的計算機技術不斷發(fā)展，是一種新的現(xiàn)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(shù)，從而降低新產(chǎn)品的開發(fā)風險，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。本文以印刷機械的具體設計為實例，說明虛擬樣機技術在印刷機械設計領域中的應用。

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

　　什么是虛擬樣機技術呢？機械工程中的虛擬樣機技術又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程（CAE）技術。工程師在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態(tài)性能分析，然后改進樣機設計方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機實驗。運用虛擬樣機技術，可以大大簡化機械產(chǎn)品的設計開發(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)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設計產(chǎn)品。因此，該技術一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家、有關科研機構和大學、公司的極大重視，許多著名制造廠商紛紛將虛擬樣機技術引入各自的產(chǎn)品開發(fā)中，取得了很好的經(jīng)濟效益。根據(jù)國際權威人士對機械工程領域產(chǎn)品性能實驗和研究開發(fā)手段的統(tǒng)計和預測，傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)實物實驗研究方法，將在很大程度上會被迅速發(fā)展起來的計算機數(shù)字化仿真技術取代。虛擬樣機技術的研究范圍主要是機械系統(tǒng)運動學和動力學分析，其核心是利用計算機輔助分析技術進行機械系統(tǒng)的運動學和力學分析，以確定系統(tǒng)及其各構件運動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技術在實際工程和實際工作中的應用，來探討虛擬樣機技術在印刷機械設計時使用的步驟及方法。

　　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，國外自動模切機的工作速度普遍在7500張/小時～9000張/小時。與此相比較，我國生產(chǎn)的自動平壓模切機的工作速度較低，一般最高只有5500張/小時～7500張/小時。從模切精度上來講，國外自動平壓模切機的模切精度通常可以控制在0.10mm左右，而國產(chǎn)自動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)自動平壓模切機的工作速度較高時，模切精度將大幅度下降，嚴重影響了印品的模切質量。

　　作者經(jīng)過對國內現(xiàn)有模切機，包括國外的一些模切機進行認真研究后發(fā)現(xiàn)，模切機提速后，制約模切精度的一個很重要的因素是紙張定位的時間不足。我們對此來加以分析，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程是：大鏈輪帶動鏈條（分成長度相等的段）向模壓方向做周期性的間歇運動。當前一段鏈條攜帶的紙張?zhí)幱谀�壓狀態(tài)的時候，后一段鏈條也到達了取紙點（A點）。此時，大鏈輪和鏈條都是靜止的。這時，擺動板上擺呈水平狀態(tài)，紙張沿著擺動板傳送過來，并由固定在擺動板上的規(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，在大鏈輪的帶動下繼續(xù)向前運動的時候，新取得紙張的鏈條將隨之運動并到達模壓位置，循環(huán)復始。

　　從某一段鏈條到達A點，開始靜止取紙，再到其開始離開A點，所用的時間一般只占一個循環(huán)的2/5。這2/5的時間包含了紙張的定位時間。并且，這2/5的時間不是全部用來紙張定位的。為了不發(fā)生機構的干涉，鏈條到達A點以后，擺動板才可以上擺；擺動板又必須在鏈條離開A點繼續(xù)前進之前下擺，再加上規(guī)矩等的穩(wěn)定時間，真正用于紙張定位的時間一般不到這2/5時間的一半。可以看出，紙張定位時間原本就很緊張，而隨著機器速度的不斷提高，紙張定位的絕對時間越來越短。毫無疑問，定位時間的不足，將對模切精度帶來很大的損害。

　　為此，提出了一種改進方法，得到一個新的紙張定位和傳送機構，將大大提高紙張的定位時間。如圖三所示。

　　新機構舍棄掉原來的擺動板，安裝一個遞紙吸嘴。紙張在B點完成定位后，交接給遞紙吸嘴；遞紙吸嘴做水平運動，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都可以由凸輪機構完成，這些都是非常容易實現(xiàn)的。

　　新機構與原機構不同之處是：原來的紙張定位是受制于鏈條傳動系統(tǒng)的，必須等到取紙鏈條到達A點以后擺動板才能上擺到水平狀態(tài)，然后紙張過來，開始定位。而改進后紙張的定位是相對獨立的，它可以在取紙鏈條還沒有到達A點以前就開始紙張的定位，并在取紙鏈條離開A點以前交接給它就可以了。這樣紙張定位的時間就大大延長了。