模切机主切机构参数化设计及其优化的研究
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摘要
本课题结合企业具体需求，对平压平系列自动模切机主切机构进行了分析和优化，初步开发出一个参数化设计系统，采用了人机交互的形式，提高了机构的设计柔性。
具体内容如下：
1．针对目前自动平压模切机市场上两种主要的主切机构型式，构造了通用的几何模型，为采用现代方法进行结构分析、机构综合和优化建立了基础。
2．研究分析了主执行系统运动协调性，建立了完成“走纸”工艺的平行分度凸轮的运动参数(动停比)和完成“模切”工艺的肘杆机构构件尺寸之间的关系。
3．基于构造的几何数学模型，以动平台自由行程，送料机构运动的动停比为主变参数，并考虑模切压力的因素，应用几何参数解析法，推导出肘杆机构构件尺寸参数的计算公式，为机构参数化设计提供了依据。
4．采用约束随机搜索法、矢量三角形法对一个具体系列主切机构以送料机构运动的动停比为目标函数进行了优化设计实例分析。结果表明，优化出的肘杆结构参数(杆件长度及有关位置参数)不仅能很好地保证动平台具有符合模切工艺要求的运动特性，而且提高了机器效率。
5．基于目前国内模切机的设计现状，本课题成功地用VC++开发了基于WINDOWS
西安理工大学硕士学位论文
平台的专用设计软件，实现了模切机主切机构的参数化设计，包括尺寸参数确
定，运动特性分析及曲线描述，机构动画等。
通过本课题的研究，不仅对模切机主切机构进行了系统分析，加强了我们自行
设计该类机构的能力，也为进一步对该类机构进行动态设计奠定了基础。
Combined enterprise' s material requirement, this article analyzed and optimized the main die-cutting mechanism of automatic platen die-cutter, and done a parametric design system which adopted man-machine alternate form to improve flexible mechanism design. Concrete contents is as follows:
1. Aimed at two kinds of main die-cutting mechanism forms of presently automatic platen die-cutter, the author constructed current geometrical models, which build foundation for machinery analysis, mechanism synthesis and optimized.
2. The author studied the motion compatibleness of executive system, and built the connection of the motion parameter (motion-stand ratio) that complete "walk paper" craft and the bar dimension of die cutting toggle press mechanism that complete "die cutting" craft.
3. As the free route of travel that to move the terrace, the motion-stand ratio of cam for the leading changed parameter, combining the factor about die cutting press, applying the method of analytic geometry, according to the above geometrical models, the author deduced the calculation formula of size parameter, and afforded gist for parameter design of machine.
4. To a concrete series die-cutting machine, the author optimized the bar dimension of die cutting mechanism, adopting the random-search
method and vector-triangle method, consequently got the excellent construction parameter (bar length and some angle parameter). This can not only be better to guarantee the motion characteristic that make movable table satisfy the die-cutting craft request, but also increases machine efficiency.
5. According to the current design condition of die-cutting machine, to realize parameter design of the main die-cutting mechanism, which include dimension parameter calculation, movement characteristic analysis and curve describing, machine moving, the author developed a special design software which based on Windows, and was programmed in VC++. This article not only provided analysis and optimization for the
main die-cutting mechanism design, but also made for enhancing our own
design abilities, and laid a foundation for further doing dynamic design
of the device.
具体内容如下：
1．针对目前自动平压模切机市场上两种主要的主切机构型式，构造了通用的几何模型，为采用现代方法进行结构分析、机构综合和优化建立了基础。
2．研究分析了主执行系统运动协调性，建立了完成“走纸”工艺的平行分度凸轮的运动参数(动停比)和完成“模切”工艺的肘杆机构构件尺寸之间的关系。
3．基于构造的几何数学模型，以动平台自由行程，送料机构运动的动停比为主变参数，并考虑模切压力的因素，应用几何参数解析法，推导出肘杆机构构件尺寸参数的计算公式，为机构参数化设计提供了依据。
4．采用约束随机搜索法、矢量三角形法对一个具体系列主切机构以送料机构运动的动停比为目标函数进行了优化设计实例分析。结果表明，优化出的肘杆结构参数(杆件长度及有关位置参数)不仅能很好地保证动平台具有符合模切工艺要求的运动特性，而且提高了机器效率。
5．基于目前国内模切机的设计现状，本课题成功地用VC++开发了基于WINDOWS
西安理工大学硕士学位论文
平台的专用设计软件，实现了模切机主切机构的参数化设计，包括尺寸参数确
定，运动特性分析及曲线描述，机构动画等。
通过本课题的研究，不仅对模切机主切机构进行了系统分析，加强了我们自行
设计该类机构的能力，也为进一步对该类机构进行动态设计奠定了基础。
Combined enterprise' s material requirement, this article analyzed and optimized the main die-cutting mechanism of automatic platen die-cutter, and done a parametric design system which adopted man-machine alternate form to improve flexible mechanism design. Concrete contents is as follows:
1. Aimed at two kinds of main die-cutting mechanism forms of presently automatic platen die-cutter, the author constructed current geometrical models, which build foundation for machinery analysis, mechanism synthesis and optimized.
2. The author studied the motion compatibleness of executive system, and built the connection of the motion parameter (motion-stand ratio) that complete "walk paper" craft and the bar dimension of die cutting toggle press mechanism that complete "die cutting" craft.
3. As the free route of travel that to move the terrace, the motion-stand ratio of cam for the leading changed parameter, combining the factor about die cutting press, applying the method of analytic geometry, according to the above geometrical models, the author deduced the calculation formula of size parameter, and afforded gist for parameter design of machine.
4. To a concrete series die-cutting machine, the author optimized the bar dimension of die cutting mechanism, adopting the random-search
method and vector-triangle method, consequently got the excellent construction parameter (bar length and some angle parameter). This can not only be better to guarantee the motion characteristic that make movable table satisfy the die-cutting craft request, but also increases machine efficiency.
5. According to the current design condition of die-cutting machine, to realize parameter design of the main die-cutting mechanism, which include dimension parameter calculation, movement characteristic analysis and curve describing, machine moving, the author developed a special design software which based on Windows, and was programmed in VC++. This article not only provided analysis and optimization for the
main die-cutting mechanism design, but also made for enhancing our own
design abilities, and laid a foundation for further doing dynamic design
of the device.
引文
【1】叶元烈。机械优化理论与设计。中国计量出版社，2000。
【2】魏瑞玲。印后原理与工艺。印刷工业出版社，1995。
【3】和克智。C++程序设计。西安交通大学出版社，1995。
【4】孟彩芳。机械原理电算分析与设计。天津大学出版社，1999。
【5】金孟浩，虞红根。新型模切与烫印双肘杆机构研究。机械设计，1993。
【6】张华良，刘晓霞。MQ400自动连续式纸盒商标模切机设计。西北轻业学报，1997。
【7】许成林主编。包装机械。长沙：湖南大学出版社，1989年6月。
【8】雷伏元。包装工程机械概论。长沙：湖南大学出版社，1989年12月。
【9】智文广。包装印刷。北京：印刷工业出版社，1996年10月。
【10】刘筱霞。MQ-880型全自动纸板模切机设计。西北轻工业学院学报，1998。
【11】尚有轩。平压平烫印模切机曲柄连杆和双肘杆机构的特点。印刷杂志，2002年11月。
【12】谢红主编。新型平压模切机的设计。机械设计与制造，2001。
【13】张海燕。平压平模切设备及其应用。今日印刷，2001。
【14】潘金坤。纸板压痕机曲柄肘杆机构的优化设计。机械工程师，1992。
【15】梁锦华。一个主执行机构的设计。机械设计，1994。
【16】孙桓，陈作模主编。机械原理。高等教育出版社，1995。
【17】曹惟庆，徐曾萌主编。机构设计。机械工业出版社，1999。
【18】姜琪主编。机械运动方案及机构设计一机械原理课程设计题例及指导。北京：机械工业出版社，1979。
【19】曹惟庆著。平面连杆机构分析与综合。科学出版社，1989。
【20】刘政昆编著。间歇运动机构。大连：大连理工大学出版社，1991。
【21】何德誉主编。曲柄压力机。机械工业出版社，
【22】郑福廷编。平面连杆机构设计。机械工业出版社，1989。
【23】邹慧君等编。机械原理。北京：高等教育出版社，1999。
【24】杨延力著。机械系统基本理论一结构学、运动学、动力学。机械工业出版社，1996。
【25】李宁。德鲁巴印后加工整饰机械。印刷技术，2000．11。
【26】王郁辉。模切、烫印机现状及其发展。中国印刷，2001．1。
【27】天央。国内模切机市场现状及特点浅谈。印刷技术，2001．10—3。
【28】周永义。自动平压模切机发展现状及趋势。今日印刷，2001．5。
【29】张志涌。精通MATLAB5.3版。北京航空航天大学出版社，2000。
【30】黄颖为。间歇输纸系统的动力学研究。西安理工大学学位(硕士)论文，1999。
【31】TomoyaSato, Masafumi Hagiwara·IDSET: Interactive Design System using Evolutionary Techniques·Computer-Aided Design, 2001, 33:367-377。
【32】Simon Szykman, Steven J. Fenves, Walid Keirouz, Steven B. Shooter·A Foundation for interoperability in next generation product development systems·Computer-Aided Design, 2001, 33: 549-559。
【33】王炳武主编。MATLAB5.3实用教程。中国水利水电出版社，2000
【34】John E．Seanke著。Visual C++MFC扩展编程实例。机械工业出版社，2000
【35】郭跃玲著。AutoCAD 2000实用教程。机械工业出版社，1999。
【36】魏宁主编。Visual C++面向对象的通用类与通用算法设计。南京大学出版社。
【37】奚红宁，王世航著。Visual C++可视化编程技术。科学出版社出
版，1996。
【38】[美]阿瑟．G.. 厄尔德曼，乔治．N．桑多尔著。机构设计——分析与综合。庄细荣，党祖祺，张启先译，高等教育出版社，1992。
【39】曲继方，安子军，曲志刚著。机构创新原理。科学出版社，2001。
【40】[民主德国] J．弗尔海主编。机构学教程。孙可宗，周有强译，高等教育出版社，1990。
【41】吴良军。MWl050自动烫印模切机输纸系统的特性研究。西安理工大学学位(硕士)论文，2003。
【42】《常见机构的原理及应用》编写组编。常见机构的原理及应用。机械工业出版社，1982。
【43】殷鸿梁，朱邦贤著。间歇运动机构设计。上海科学技术出版社1994年10月。
【44】张海燕。市场发展需要高质量的模切机。印刷技术，2001.1。
【45】张选生。从Drupa 20000展览看模切机的发展。印刷技术，2001.1。
【46】李桂红，成刚虎著。平压模切机构及其运动协调性的分析研究。包装与食品机械，2003年第21卷第5期。
【47】熊敏，刘宏昭。商标模切机主切机构精度分析及设计。西安理工大学学报，2003年第19卷第1期。
【48】杨广义，成刚虎著。平面复杂机构运动分析的一种搜索算法。包装工程，2003年第4期。
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【39】曲继方，安子军，曲志刚著。机构创新原理。科学出版社，2001。
【40】[民主德国] J．弗尔海主编。机构学教程。孙可宗，周有强译，高等教育出版社，1990。
【41】吴良军。MWl050自动烫印模切机输纸系统的特性研究。西安理工大学学位(硕士)论文，2003。
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【46】李桂红，成刚虎著。平压模切机构及其运动协调性的分析研究。包装与食品机械，2003年第21卷第5期。
【47】熊敏，刘宏昭。商标模切机主切机构精度分析及设计。西安理工大学学报，2003年第19卷第1期。
【48】杨广义，成刚虎著。平面复杂机构运动分析的一种搜索算法。包装工程，2003年第4期。