Система автоматического позиционирования заднего упора в одноножевой резальной машине
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине:
«Автоматизация технологических процессов
и производств»
Тема:
«Система автоматического
позиционирования заднего
упора в одноножевой
резальной машине»
Студентка: Попова
Ю.В.
_____________________
Группа: ВЦмаг 5-1
Руководитель: Иванов
Ю.П.
_____________________
МОСКВА 2008
Содержание
Введение
Несмотря на кажущуюся простоту процесса резки бумаги, машины, выполняющие эту функцию, являются очень ответственной и важной составляющей полиграфического комплекса. От точности предварительной подрезки бумаги в значительной степени зависит качество получаемой печатной продукции. Особенно это важно при печати цветных тиражей на одно- или двухкрасочных печатных машинах или при заключительной обработке продукции на машинах с автоматическим самонакладом (устройством подачи бумаги). В этом случае каждому листу бумаги предстоит пройти через несколько разных машин или через одну печатную машину несколько раз. При этом каждый раз бумага должна автоматически выравниваются по двум смежным (передней и боковой) сторонам. Поэтому для обеспечения качественной печати очень важно, чтобы листы имели одинаковый размер, ровные углы в 90 градусов и хорошую (без ворса и зазубрин) поверхность кромок. В противном случае, один и тот же лист может по разному позиционироваться в механизме равнения. Наверняка читателям приходилось встречать восьмиглазые лица или незапланированными цветные рамки на изображениях.
Известно, что цветная продукция требует совмещения красок не хуже 0.1 мм. В идеале подобный допуск должны выдерживать и современные бумагорезальные машины. Важность точной разрезки полученных оттисков под размер готовой продукции также очевидна. Учитывая, что роспуск печатного листа на малоформатную продукцию (этикетки, визитки, буклеты и т.п.), как правило, является заключительной операцией, от точности и стабильности работы резальных машин зависит труд очень многих рабочих типографии. Брак на этой стадии, так называемое "зарезывание", обойдется дороже всего, так как придется переделывать всю работу с начала до конца.
Классификация, устройство резальных машин
Наш обзор начнем с классификации и принципа действия бумагорезальных машин. По количеству режущих элементов бумагорезальные машины бывают одно- и трехножевыми. Последние являются довольно специфическими машинами и предназначены только для окончательной подрезки книжно-журнальной продукции. Они пооперационно выполняют: загрузку и выравнивание заготовки, продольный и поперечный резы, выгрузку готовой продукции. Трехножевые машины достаточно дороги и, ввиду своей специфичности, находят применение лишь на предприятиях с большим объемом книжно-журнального производства. В данной работе они рассматриваться не будут.
По типу режущего механизма одноножевые машины (далее просто резальные машины) можно разделить на аппараты с дисковым, ножничным или плоским ножом. Первые два типа применяются в основном на недорогих ручных резаках, ориентированных на разрезку небольшого количества бумаги или пленки. Основное применение этих аппаратов в современном производстве – подрезка пленки на формном, цветопробном участке или при широкоформатной печати. Такие машины также не будут рассматриваться в данном курсовом проекте. Для промышленного резания бумаги применяются исключительно машины с плоским ножом. На рис. 1 представлена одноножевая резальная машина Polar 115.
На рисунке
2 показана схема разрезки стопы на классической
одноножевой бумагорезальной машине.
Рис.
2. Схема разрезки стопы
Вкратце
опишем принцип ее работы. Стопа 1 помещается
на стол 2 и выравнивается за счет
приталкивания к заднему
Пользуясь этой простой схемой, можно выделить основные узлы любой резальной машины. Это механизмы перемещения и точного позиционирования затла, привод прижима и привод ножа. В зависимости от привода прижима машины можно разделить на ручные, электромеханические и гидравлические. Привод ножа на почти на всех машинах делают электромеханическим. Связано это с довольно простой реализацией плавного разгона и остановки тяжелого ножа посредством кривошипно-шатунного механизма. Ножи с ручным приводом используются лишь в ножничных и дисковых резаках. Гидравлический двухпоршневой привод с очень сложной кинематикой применяется лишь на единственной серии (S-Line) резальных машин Schneider-Senator. Исходя из этого, повелось что термины - "ручная", "электромеханическая" или "гидравлическая" машина - чаще всего подразумевает вид привода прижима.
Деление резальных машин по траектории движения плоского ножа стало историей и приобрело чисто теоретический характер. Существовавшие ранее машины с вертикальным плоскопаралельным движением ножа сейчас вытеснились машинами, производящими сабельный рез, когда нож двигается под углом к поверхности стола и изначально расположен с небольшим наклоном к горизонтали. При этом нож полностью выравнивается лишь в нижней точке своего движения, что позволяет ему более плавно входить в стопу бумаги. Не перерубать, а, как бы, перепиливать бумагу. За счет этого улучшается качество реза, уменьшаются нагрузки на механизм привода и увеличивается стойкость ножа.
Прижим
Прижим служит для удерживания стопы во время резания. Из рисунка 3, где в увеличенном масштабе показана стопа, видно как верхние листы увлекаются ножом вниз, а нижние, изгибая нож, отталкивают его от стопы. Воздействия различных нагрузок приводят к неточностям реза при высокой стопе, недостаточной жесткости ножа и люфтах в механизме нижние листы могут оказаться длиннее верхних.
Рис.
3. Процесс разрезания стопы бумаги
На качество продукции кроме ножа оказывает роль также механизм прижима. С одной стороны, для увеличения точности реза его усилие должно быть максимальным. А с другой, если учесть возможное перетискивание свежих оттисков (перенос краски с нижнего листа на оборотную сторону верхнего листа), то чем меньше давление, тем лучше. Поэтому оптимальным представляются резальные машины с прижимом, давление которого можно изменять. Возможно именно поэтому так популярны гидравлические механизмы прижима, в которых очень просто реализуется плавная регулировка усилия в широких пределах (от 150 до 3000 кг).
По конструкции можно выделить два основных типа прижима: жесткий и упругий. Жесткий механизм обеспечивает фиксированное, неподвижное положение балки прижима во время резки, тогда как упругий поддерживает постоянное давление балки, компенсируя прогиб стопы под действием ножа. Жесткий применяется в несложных по конструкции машинах с ручным винтовым механизмом. Для того, чтобы гарантированно предотвратить сдвиг листов при разрезки, приходиться создавать давление с большим запасом, что повышает опасность перетискивания и деформации верхних листов. Упругость прижима реализует гидравлический или электромеханический привод. В такой схеме давление предварительного прижима может быть меньше, чем в жесткой системе, так как с началом резания прижим дожимает стопу, компенсируя ее прогиб от ножа.
Обычно прижим приводится в движение автоматически, и, после своей остановки, дает сигнал к началу опускания ножа. В то же время почти на всех резальных машин существует механическая или электрическая педаль, которая может опустить балку прижима отдельно, не трогая нож. Предварительный прижим позволяет устранить воздушные прослойки из стопы до начала цикла. Другое предназначение предварительного прижима – обозначение линии реза – сейчас теряет свое значение, так как для этого в современных резальных машинах используют тонкий световой луч.
Для уменьшения минимального размера резки, балку прижима и затл обычно выполняют в виде встречных гребенчатых структур, входящих друг в друга. Иногда, при разрезке наиболее тонкой бумаги (например, рыхлых самокопирующих бумаг) это приводит к рельефному оттискиванию гребенки прижима на верхних листах. Чтобы избежать это, используют специальные прямоугольные накладки (так называемые, фальшпластины) на прижим, более равномерно распределяющие нагрузку на стопу. Для того, чтобы затла не натыкался на фальшпластину при установке минимального размера реза, машина будет блокировать эту функцию, пока оператор не уложит снятую с прижима фальшпластину в специальное фигурное гнездо на корпусе с автоматически замыкающими электрическими контактами.
Задний сталкиватель (задний упор)
Механизма привода затла представляет собой соединение винт-гайка, которое позволяет перемещаться затлу вперед-назад по столу резальной машины и устанавливать необходимую длину реза бумажной стопы. Для уменьшения трения задний сталкиватель вывешивают над поверхностью стола. А чтобы листы бумаги не проваливались в промежуток между столом и затлом, образовавшаяся при этом щель закрывается свободно вывешенными в направляющих затла пластиковыми или металлическими бобышками, свободно скользящими по столу. Зачастую, именно конструкция и качество изготовления привода затла определяют надежность и долговечность бумагорезальной машины. Наиболее слабым местом является винтовая втулка, на которой крепиться тяжелый затл. Дело в том, что при работе резчики могут использовать затл для выравнивания (сталкивания) стопы бумаги (процесс сталкивания подробно рассмотрен в авторской сноске 1). При этом, тяжелую стопу с размаху бьют о затл, причем, не всегда целясь в его центральную часть. Возникающие при этом боковые нагрузки могут привести к образованию зазоров в паре винт-гайка, износу втулки и ходового винта в местах установки наиболее популярных форматов.
Для увеличении жесткости соединения ходовую втулку делают большой длины, а также, вместо стандартного соединения винт-гайка, используют втулку с шариковым соединением.
В резаках с длиной реза, превышающей 140 см, используют два ходовых винта с каждого края затла. В этом случае, вместо проблемы надежности, встает не менее сложная задача синхронизации движения затла. Точность установки размера в современных бумагорезальных машинах достигает 0.01 мм, и выдержать такой допуск при перемещении затла не просто.
Отсчет величины реза в современных машинах производится с помощью электронного датчика, так называемого энкодера (Enсoder), который состоит из щелевого фотодатчика, перекрываемого непрозрачным пластиковым диском, по окружности которого расположены отверстия. Диск через редуктор или ременную пару соединен с приводом ходового винта и, вращаясь, периодически перекрывает ход луча в фотодатчике. Каждый световой импульс соответствует единице измерения размера реза. Микропроцессорное управление и шаговые двигатели постоянного тока позволяют задавать необходимую величину реза на дисплее и контролировать движение затла, плавно ускоряя его в начале и замедляя его по мере приближения к заданному размеру.
Точность реза
Точность реза бумагорезальных машин - серьезный вопрос, на котором хочется заострить внимание.
Известно, что наиболее качественными на сегодняшний день считаются резальные машины с точностью реза до одной сотой миллиметра. Говоря об этом, многие и не задумываются о том, что 0.01 мм - это четверть толщины человеческого волоса. Понятно, что с такой точностью резать стопу обычной бумаги высотой в 7-13 см невозможно хотя бы по следующим причинам:
Даже идеально столкнутая бумага в стопе лежит неровно, и, как бы резчик не старался, столкнуть стопу с точностью большей, чем десятые доли миллиметра, ему вряд ли удастся
Бумага - материал упругий и, под действием прижима и ножа, не только срезается, но и деформируется (сжимается или растягивается). Соответственно, после снятия нагрузки возникает обратная деформация отпуска, величина которой на порядок превышает рубеж в 0.01 мм.
Точность резания зависит не только от механизма установки размера. При резке высоких стоп плотных бумаг и пленок, а также из-за тупого лезвия, обязательно, хотя бы и незначительно, но все-таки происходит увод ножа в сторону. В результате, каким бы жестким не был нож и точным механизм его привода, все равно нижние листы будут длиннее верхних на несколько сотых долей миллиметра.
Неизбежные
люфты затла также могут
Точность позиционирования затла характеризует качество исполнения узлов и механизмов задания размеров резальной машины. Точность индикации размера - вид электронной начинки (датчика, дисплея и т.п.) резальной машины. В отличие от точности реза, эти данные производители могут и должны гарантировать.
Причем бывают случаи, когда даже на машины с прецизионными механизмами привода затла обеспечивающими точность в 0.01 мм, производители (например, французская фирма SEM) устанавливают более простую и соответственно дешевую электронику и дисплеи с одним знаком после запятой. При этом точности установки размера в 0.1 мм хватает в 90% случаев, машина оказывается заметно дешевле и впоследствии ее можно легко модернизировать и улучшить точность задания размера.
Система управления
Резальные
машины могут иметь различные
модификации систем управления. У
примитивных
В состав стандартной системы управления резальной машиной входят:
– персональный компьютер;
– контроллер управления;
– датчик угла поворота ходового винта;
– калибровочный датчик.
В режиме тестирования автоматически измеряются выбеги по всей длине ходового винта, которые в дальнейшем учитываются при установке затла на требуемый размер. Выход на задаваемые размеры осуществляется в ручном и автоматическом режиме (по программе), при этом контролируется точность позиционирования, если она не укладывается в заданные величины, делается еще одна попытка, а в случае если и она не позволяет достигнуть необходимых значений, на монитор выводится соответствующее предупреждение.
Размеры, на которые выставляется затл, записываются в виде программы (с указанием моментов включения и отключения воздушной подушки) и могут сохраняться на жестком диске компьютера с необходимыми комментариями. Процесс написания программы достаточно прост, а сама программа не содержит сокращенных названий и может содержать на каждой строке пояснения, что облегчает ее повторное использование другим рабочим-оператором. При работе программы на экран постоянно выводится текущее положение затла и требуемый размер, что облегчает контроль за работой машины.
При
возникновении неисправностей, на
экран монитора предусмотрен
вывод сообщений об их
Все основные узлы системы имеют гальваническую развязку между собой. Компьютер подключается к контроллеру управления через порт RS-232 и имеет оптронную развязку, обеспечивающую надежную и безопасную работу.
Контроллер
управляет штатными
Процессор
контроллера защищен от
Существенное повышение удобства работы и производительности резальной машины дает возможность их программирования рабочих операций. Современные машины могут держать сотни различных программ на тысячи позиций в своей памяти. У некоторых программируемых машин при работе автоматически перемещается лишь затл, а сам рез каждый раз оператор должен делать сам, нажимая клавиши на корпусе машины. Другие, более развитые машины весь цикл резания по программе делают сами, и на долю рабочего остается лишь загрузка и выгрузка бумаги. Разумеется, в этом случае работа невозможна без надежной системы защиты.
Датчик
Единственным средством автоматизированного получения информации о состоянии регулируемого объекта являются датчики. Датчик – это устройство, преобразующее какую-либо физическую величину (например, массу, прозрачность, наличие/отсутствие какого-либо излучения и т.д.) в электрический сигнал, пригодный для использования в цифровой системе управления. Датчики являются одним из главных элементов системы и во многом определяют ее эффективность.
Принцип
работы оптический энкодера заключается
в следующем. Энкодер состоит из оптопары
(светодиод и фототранзисторы – каналы
A, B и Index) и вала с импульсным диском (диск
размечен – от частоты разметки зависит
разрешающая способность датчика и, как
следствие, точность измерения величины).
Вал с диском вращается, свет проходит
через щели, и образует 3 импульсные последовательности.
Первые две сдвинуты друг относительно
друга на 1/4 периода и служат для определения
скорости и направления перемещения. Третья
последовательность (Index канал) служит
для определения позиции.
Существуют два основных вида энкодеров: абсолютные и инкрементальные. Принципы работы этих энкодеров изображены на рисунках 4 и 5. Диск абсолютного энкодера (рис.4) представляет собой уникальную комбинацию меток для каждого углового положения, в то время как диск инкрементального энкодера (рис. 5) содержит равномерно нанесенные одинаковые метки. Прохождение меток диска через пару излучатель-приемник формирует поток импульсов, которые попадают в схему обработки сигналов.
Цифровые фотоимпульсные энкодеры служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала.
Точность таких датчиков составляет до 1000 имп/об.
Рис.4. Принцип работы однооборотного абсолютного энкодера
Рис.5. Принцип работы инкрементального энкодера
Основные характеристики энкодеров:
– количество импульсов на оборот;
– ошибка квантования;
– погрешность нанесения деления (зависит от точности оборудования, наносящего разметку).
Оптические энкодеры выполняют самые различные производственные задачи: контроль углового положения, измерение скорости вала, его положения или смещения, контроль позиционирования. Благодаря высокоточной фотоэлектрической технологии измерений, энкодеры при измерении линейных перемещений объектов имеют разрешение, измеряемое в мкм, а точность измерения угла составляет несколько тысячных долей градуса.
SICK AG является
мировым лидером в
Компания была образована в 1946 г Ервином Сиком (Erwin Sick) и в настоящее время занимает лидирующие позиции на рынке приборов промышленной автоматизации.
Сегодня насчитывается более 40 представительств в различных частях света от Америки до Китая, в которых работает более 4000 человек.
С первых дней своего существования компания SICK уделяла особое внимание научно-исследовательской деятельности, поэтому значительную часть своего денежного оборота тратила на научные разработки и исследования. На рисунке 1 показан объем вложений, потраченных на исследования в 1999—2003 гг. Благодаря этому, а также гибкой политике цен и высочайшему качеству выпускаемой продукции, фирма в настоящее время занимает второе место в мире по обороту в области промышленной автоматизации и первое место — по оптическим и фотоэлектрическим датчикам.
Промышленные энкодеры выпускаются под маркой SICK-STEGMANN. Фирма STEGMANN, имеющая давнюю историю и хорошо известная своими энкодерами, была приобретена компанией SICK AG в недалеком прошлом.
Энкодеры широко применяются в любой отрасли промышленности. Абсолютные и инкрементные энкодеры устанавливаются на приводы бумаго- и картоноделательных машин, упаковочных агрегатов, лесозаготовительных машин и деревообрабатывающих станков, продольно- и поперечнорезательных (рубительных) машин, прокатных станов, на приводы лифтов и подъемных кранов, суппорты токарных станков и координатных столов. Эти энкодеры монтируются на любой мощный электропривод.
Также
фирма SICK выпускает многооборотные
энкодеры. Принцип их действия сочетает
оптическую, магниторезистивную технологию
с технологией зубчатых передач.
Таблица 1
Абсолютные энкодеры серий ARS 60 и ATM 60/АТМ 90