立式模切机自动送料机构的合理性探析*

高秀兰，周 帅，吴 凡，赵升吨，贾 楠

(1.宝鸡文理学院, 陕西 宝鸡 721013; 2.西安交通大学，陕西 西安 710049; 3.西安外国语大学, 陕西 西安 710000)

0 引 言

作为包装印刷行业最常用到的重要配套设备[1]，模切机广泛用于纸盒、纸箱或商标等印刷品的模切、压痕和冷(或热)压凹凸，是印后包装加工成型领域里的重要加工设备[2]。模切机根据压印形式的不同,主要分为圆压圆、圆压平、平压平三种类型[3]。 平压平型模切机是应用最为广泛的类型[4]，因此笔者仅对此机型开展研究。平压平型模切机依据模压平面相对于地面是竖直与水平，又分为立式和卧式两种类型，其中卧式比立式价格高很多倍，中国纸制品包装行业规模以上生产企业超过4000家，绝大多数为中小企业，出于生产成本的考虑，大量采用立式平压平型的模切机，其凭借着价格便宜，适应性强，可以完成模切、压痕、烫金等印后作业，仍广泛应用于印刷包装行业[5]。

但国内的立式平压平型的模切机几乎均采用人工手动送料，生产效率低下，安全事故频发[6]。国内企业制造的模切机其中代表性企业主要有唐山兴业印刷唐山玉印、上海亚华和天津长荣等公司，近些年来形成了“北有玉印、南有亚华”的市场格局[7]。国际市场上比较有代表性的如瑞士的BOBST公司、德国JAGENBERG公司、西班牙IBERICA公司以及日本的SANWA三和公司等[7-8]。瑞士博斯特公司的模切机产品代表了当今世界的最高水平，其产品在世界模切机市场上占有很高的份额，成为高端模切机产品的代表[9-11]。立式平压平型的模切机工作时类似嘴咬合的动作，也增加了工人收送纸时受伤的风险[10-11]；同时生产质量和生产效率也与操作者的熟练程度有关，采用人工收送纸也增加了人工成本[12-13]。多种多样的立式机自动送料机构，都是从机器上方送纸；有的从上方收纸，有的从机器下方收纸[14-15]。图1～4为现有的几种全自动立式平压平模切机。因此文中重点对立式平压平型的模切机中的4种送料机构进行了分析。

1 平压平型的模切机送料机构设计分析

1.1 独立驱动的送纸臂和收纸臂的循环往复运动方式

图1为上海亚华公司生产的立式自动模切机，主要由电气柜、模切机气动离合器、控制台、导轨、纸堆升降平台驱动电机、收纸装置、送纸装置、立式模切装置等组成，自动收送纸装置安装在底座的导轨上，其动力由电机提供，可通过导轨与模切机进行接合和分离，自动收送纸装置分别采用连杆机构，利用独立的电机驱动实现送纸臂和收纸臂的循环往复运动，送纸臂和收纸臂的末端均安装有一排真空吸盘，可实现纸张的抓取；成品纸堆放在装置的顶部，待加工纸堆放在底部升降平台上，可随加工的进行而调节待加工纸堆高度，确保送纸臂可以吸附上待加工纸张。该类型自动立式模切机一体化程度高，整机的体积更加紧凑。

图1 上海亚华TYML750A型自动立式模切机1.电气柜 2.模切机气动离合器 3.控制台 4.导轨 5.纸堆升降平台驱动电机 6.收纸装置 7.送纸装置 8.立式模切装置

1.2 与主机联动的凸轮与连杆机构的组合方式

图2、3为某自动立式模切机及其送料系统原理图[16]。其自动收送纸结构与上种类似，但其动力通过传动装置与模切机共用一个，采用凸轮机构和连杆机构使得收纸臂和送纸臂实现往复摆动，实现收纸和送纸功能，其运动速度和轨迹固定，无法进行调节。

如图2所示的收纸装置固定在模切机的一侧机架上，收纸装置主要由收纸凸轮、带槽摆臂、凸板、槽摆臂、直线滑轨、带槽滑杆、活动连杆、长摆臂、中间摆臂、弹簧、小臂、收纸排、收纸吸嘴、长连杆、上摆臂等组成。收纸装置运动使收纸吸嘴进入印台大平面上方追踪印张，在贴靠上印张后产生真空负压将印张吸持后回收到收纸台上。

送纸装置的结构如图3(b)所示[17-18]，送纸装置固定在烫金模切机的另一侧机架上，送纸装置主要由主凸轮、副凸轮、三角臂、扁连杆、支架、撞块、送纸排、拉簧、送纸吸嘴、凸块摆臂、摆臂、可调连杆、送纸臂、拉杆、回位弹簧等组成。送纸装置运动由装在送纸排上的送纸吸嘴在真空负压的作用下吸持印张后，送往主机压印部分的印台大平面上后，送纸吸嘴真空负压在接通大气吸持力消失，印张转移到印台大平面上经定位，印台合压后翻开。该收送纸方式结构复杂，可靠性相对较差，不方便维护。

图2 某全自动立式模切机1.主机机架 2.电气箱 3.动力传动装置 4.传动装置 5.压印装置 6.烫金头 7.配气装置 8.纸台升降装置 9.送纸装置 10.堆纸台 11.收纸装置 12.副机机架

图3 某全自动模切机的收纸装置与送纸装置结构图 1.收纸凸轮 2.带槽摆臂 3.凸板 4.槽摆臂 5.直线滑轨 6.带槽滑杆 7.活动连杆 8.长摆臂 9.中间摆臂 10.弹簧 11.小臂 12.收纸排 13.收纸吸嘴 14.长连杆 15.上摆臂 16.主凸轮 17.副凸轮 18.三角臂 19.扁连杆 20.支架 21.撞块 22.送纸排 23.拉簧 24.送纸吸嘴 25.凸块摆臂 26.摆臂 27.可调连杆 28.送纸臂 29.拉杆 30.回位弹簧 31.后墙板 32.第一滚动轴承 33.第二滚动轴承

1.3 独立驱动的单送纸臂方式

图4为某立式平压平型的模切机[6]及其下出料方式。其主要由模切机曲柄、连杆、出纸口、压架、模切机机架以及送纸装置(未显示)等组成，模切机电机通过皮带传动带动齿轮旋转，齿轮带动模切机曲柄转动，通过连杆使得压架张开和闭合，其送纸依靠一个送纸臂往复运动实现，送纸臂的结构与布置形式与前面两种的送纸臂相似，收纸则是在模切机打开时使加工的纸张落到模切机底部的出纸口中，出纸口设置有传送带，将纸张传送出模切机，落到成品纸堆上。该收送纸装置结构比较简单，对纸板尺寸有一定限制，并且许多模切机打开后底部并没有空间可以使纸板落下，需对模切机进行较大的改造，其应用有一定局限性。

图4 某改装自动立式平压平模切机及其下出纸方式[6]1.模切机曲柄 2.连杆 3.出纸口 4.压架 5.模切机机架

1.4 工作台带有气缸收纸臂方式

图5为某一型号自动模切机[10]及其动压模板上带有收纸功能的送料方式。主要由收纸装置、收纸平台、立式模切机、控制箱、输纸装置、送纸装置等组成。

图5 某自动立式模切机及其动压模板带有收纸功能的装置[10] 1.收纸装置 2.收纸平台 3.立式模切机 4.控制箱 5.输纸装置 6.送纸装置

图5中送纸装置安装在模切机上方，纸张通过输纸装置传送到送纸装置的吸盘上，吸盘吸附纸板，在电机驱动下送纸臂带动待加工纸板向模切机压架平台方向摆动，同时模切机压架逐渐打开，安装在模切机压架一侧的收纸装置，通过气缸使收纸臂运动到压架台面上，吸附已加工好的纸板，在气缸的作用下，已加工好的纸张远离压架送至收纸平台，已加工纸板取走后，待加工纸板抵达模切机压架台面，真空吸盘停止吸气，释放纸板到加工位置。该收送纸装置直接安装在模切机的动压模板之上，需对模切机进行一定改造，结构简单，使用维护方便。

2 结 语

(1) 国内量大面广的立式平压平模型模切机广泛地采用以人工手动送料的方式，生产效率低、生产的人身安全性差。迫切需要研发具有自主知识产权

的自动送料机构。

(2) 适合立式平压平型的模切机进行送料时合理的方式应从机器上方送纸，或从机器上方收纸，或从从机器下方收纸。

(3) 适用于立式平压平型的模切机的自动送料的方式主要有智能机械手传送方式、独立驱动的送纸臂和收纸臂的循环往复运动方式、与主机联动的凸轮与连杆机构的组合方式、独立驱动的单送纸臂方式和工作台带有气缸收纸臂方式送料机构4种。

(4) 立式平压平型的模切机的自动送料时工作台带有气缸收纸臂方式的送料方式，结构简单，使用维护方便，值得在目前中工业实际中采用的立式模切机中推广。

[1] 钱 进.我国纸制品包装行业现状与发展趋势[J].包装世界, 2003(6):23-26.

[2] 韩晓良.我国模切机发展现状[J].今日印刷,2005(1):12-15.

[3] 孙 彪.自动平压平模切机主要机构对模切质量的影响[J].印刷杂志，2006(7)：60-62

[4] 陈 卓.模切机送纸机构的分析与设计[D].西安：西安理工大学, 2008.

[5] 施向东.模切与烫金设备的现状与发展趋势[J].印刷杂志, 2008(11):55-59.

[6] 吴焕兰.立式平压模切机的技术创新[J].今日印刷, 2007(1):75-77.

[7] 周永义.自动平压模切机发展现状及趋势[J].今日印刷, 2001(5):55-58.

[8] 肖亚彬.模切机活动平台驱动机构创新设计[D].西安：西安理工大学, 2006.

[9] 范有为.一种气动连续式自动输纸机:中国,204124863[P].2014-08-22.

[10] 余 俊.全自动平压平模切机模切机构特性分析及结构优化设计[D].武汉：武汉理工大学,2010.

[11] 平压平型模切机简介[EB/OL]：艾特贸易网资讯，2014-10-14.

[12] Stephan Balleis,Heidelberg (DE).Die-Cutting Machine and Method for Adjusting a Pressing Force In A Die-Cutting Machine:US，2014/0195038 A1[P].2014-07-10.

[13] 李艳莉.MW1050型模切机间歇机构创新设计与研究[D].西安:西安理工大学，2008.

[14] 林友士.一种智能型立式自动模切机:中国,104842401A[P].2015-08-19.

[15] 杨义军.全自动立式模切压痕机的喂纸机构:中国,2693454Y[P].2004-03-09.

[16] 徐礼建，陈 功.一种新型自动烫金模切机：中国，10239018A[P].2012-03-28.

[17] 徐礼建，陈 功.一种自动烫金模切机的收纸装置：中国，102358077A[P].2012-02-22.

[18] 徐礼建，陈 功.自动烫金模切机的送纸装置：中国，103121598A[P].2013-05-29.