啮合式螺旋对滚剪纸刀设计方法技术

本发明专利技术涉及一种啮合式螺旋对滚剪纸刀的设计方法，是一种两滚刀高速走刀剪切纸类等物品的加工技术，根据齿廓啮合基本定律设计的滚刀，当两刀以相同的角速度相向运动时，两滚刀的刀刃啮合点从里向外做点接触运动、将纸逐渐剪断。刀片在一个三维空间完成剪纸过程。为使所设计的滚刀各参数合理配合，滚刀具有断纸完全，无翘边、错牙、包绞等质量问题，还需提高滚刀使用寿命。本发明专利技术建立了滚刀各参数间的数学模型，在已知滚刀１的几何参数的基础上，通过数学公式计算出精确的符合实际要求的另一把滚刀２的设计几何参数，进而设计出能处于最佳工作状态的啮合式螺旋对滚剪纸刀。

【技术实现步骤摘要】

属相关纸类等高速定尺剪切加工领域。
技术介绍
目前在纸类等高速定尺剪切加工中用滚刀对冷鼓或切刀对热鼓的硬性对切来完成。例如烟草企业引进的一系列卷烟机对水松纸的剪切都主要是这两种硬性对切方式来完成的。实践证明，这类剪切方式存在以下的不足第一，滚刀的调整难度大耗时多以上两种剪切方式中的滚刀多数都是根据设备工作的要求由八至十四片刀片组合而成，由于加工的累计误差和装配间隙，要把这些刀片调整在允许的圆周度公差范围内是十分困难的，且非常耗时。一个熟练的技术工人，最短需3～4个小时，最长要3～4天才能完成一副滚刀的调试工作，影响了设备效率的正常发挥。第二，寿命短、硬质合金鼓损耗大、备件费用高对这两种剪切方式来讲，调试好的一副滚刀总成，不能以磨修圆周的方式来保证各刀片的同心度，只能通过加工精度和人工调试来保证，因此在实际的生产过程中，各滚刀的刃口始终处在轻重不一的切割状态中，在生产中就需要不停地加刀进行补偿，以达到最佳的切割效果。硬质合金制作而成的刀片和鼓体在频繁的冲击作用下很容易磨损、变钝或崩口，造成备件费用过高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是根据纸类等高速定尺剪切加工的要求，设计一种啮合式螺旋对滚切纸滚刀。即在已知一把圆柱形滚刀刀刃方程及中心距的条件下，设计出所求锥形滚刀所需刀刃方程即锥形滚刀刀刃在剪切时各点的坐标值；计算出该滚刀设计所需各几何参数；计算出滚刀运动过程中，两刀刃口之间的间隙或压下量的值。2、本专利技术通过以下技术方案实现1.啮合式螺旋对滚剪纸刀组成结构和工作原理图1所示为啮合式螺旋对滚剪纸刀几何模型。该模型由两把滚刀组成，其中一把为圆柱形滚刀1，另一把为所需设计的锥形滚刀2。工作时其原理与一对齿轮啮合基本相同，利用齿廓啮合的基本定律求共轭齿廓曲线的方法求出切纸滚刀的理论廓线和实际廓线。当两刀以相同的角速度相向运动时，两滚刀的刀刃啮合点从里向外做点接触运动，将纸逐渐剪断，产生用剪刀剪纸的效果。滚刀1的刀片刃口与其轴线平行，滚刀2的刀片则以一定的倾角α偏心安装在刀架上。2.锥形滚刀2在剪切时的确定为了根据滚刀1已知各参数，求出滚刀2在剪切时刀刃各点的坐标值，设计出滚刀2的刀刃，首先建立螺旋式切纸滚刀的数学模型。图2所示即为螺旋式切纸滚刀剪切时两滚刀的抽象模型。图中滚刀1的直径为φ1(半径为R1)，刀刃长为L，当啮合开始时其刀刃处在M位置，而啮合结束时处在M′位置，两滚刀中心距为A，现在确定滚刀2上与滚刀1相啮合的刀刃的方程。首先将滚刀1的刀刃LL′离散成n＝30等份，两滚刀在M点处开始啮合，在M′处脱开啮合，滚刀1转过的角度为β，OM与x轴的初始夹角为θ，终止夹角为(θ-β)。设计出滚刀2刀刃方程x-x0′′xn′′-x0′′=y-y0′′yn′′-y0′′=z-z0′′zn′′-z0′′---(1)]]>xyz为在坐标系OXYZ中滚刀1刀刃上各点在啮合线上的坐标。由于滚刀2与滚刀1的角速度相同，从而当滚刀1转过β角后，滚刀2也转过β角，因此式中x″0y″0z″0x″ny″nz″n为滚刀2刀刃上各点在转动前的坐标，可由以下(1-1)和(1-2)式计算出x0′′=-R20cos(θ0)]]>y0′′=R20sin(θ0)]]>z0′′=0---(1-1)]]>xn′′=-R2ncos(θn+β)]]>yn′′=R2nsin(θn+β)]]>zn′′=L---(1-2)]]>式(1-1)、(1-2)中，θ0、θn为滚刀2啮合线上第一点和最后一点在坐标系O′X′Y′Z′中与O′X′轴的夹角，R20、R2n为滚刀2在啮合线上第一点和最后一点的半径，β为滚刀1转过的角度，L为滚刀刃刃长度。将滚刀2刀刃n＝30等分，通过(1)式可以得到n在不同值时，其刀刃在剪切时各点的坐标值x，y，z。3.锥形滚刀2设计所需几何参数的确定如图3所示，锥形滚刀2设计所需的几何参数包括滚刀大头半径R2max，锥角γ，滚刀大头偏心距emax，刀片的安装倾角α，如图3所示，通过对各参数之间的关系及影响因素展开研究，设计和建立了公式(2)至(6)的数学模型。R2max=(a-R1cosθ)2+(R1sinθ)2---(2)]]>γ=arctgR2max-R2minL---(3)]]>在(2)、(3)式中，A为两滚刀中心距，R1为已知滚刀1半径，L为滚刀刃刃长度，θ为滚刀1OM与x轴的初始夹角，R2max滚刀2大头半径，R2min滚刀2小头半径。R2min由以下两式计算R2min=(xn′)2+(yn′)2=2+2]]>在图3中，当刀片处在M2位置时，求出此时刀面P的平面的方程为cosα·(x-emax)+0·(y-Rmaxsin(θ2))+sinα·(z-0)＝0，当刀片从M2转到M位置时，刀面P在新坐标系O′X′Y′Z′平面的方程通过坐标变换和采用滚刀2刀刃方程求出其在原坐标系OXYZ的平面的方程为cosθ·x0′′+sinθ·y0′′-emax=0·]]>两式联立得一方程组，求出θ值一定范围内变化时，最合理的e值，即emax=cosθ·x0′′+sinθ·y0′′---(4)]]>α=arctg---(5)]]>以上各式中，emax为滚刀大头偏心距，α为刀片的安装倾角，x″0y″0x″ny″n为滚刀2刀刃上各点在转动前的坐标，L为滚刀刃刃长度，θ为OM与x轴的初始夹角。通过(2)、(3)、(4)、(5)完成锥形滚刀2几何参数的计算，并以此设计出锥形滚刀2。4.两滚刀刀刃之间压下量的确定压下量是当滚刀1转过 时两滚刀刀刃之间的间隙或压下量。压下量过大，滚刀容易磨损；压下量过小，剪切力不够，切下的纸质量不好，为使滚刀在剪切过程中工作处于最佳状态，在剪切过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种啮合式螺旋对滚剪纸刀设计方法，剪纸刀由圆柱形滚刀１和锥形滚刀２按啮合式螺旋对滚剪纸方式组合，当两刀以相同的角速度相向运动时，两滚刀的刀刃啮合点从里向外做点接触运动，将纸逐渐剪断，滚刀１的刀片刃口与其轴线平行，滚刀２的刀片则以一定的倾角α偏心安装，在已知滚刀１的设计参数基础上，计算并设计滚刀２的大头直径φ↓［２ｍａｘ］、锥角γ、大头偏心距ｅ↓［ｍａｘ］，刀片的安装倾角α，其特征在于滚刀２的几何参数设计是根据建立起来的数学模型按一下步骤来完成：１）将滚刀２刀刃分成ｎ＝３０等分，将滚刀２的刀刃方程式求得等分中各点在刀刃剪切时的三维Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标值；滚刀２刀刃方程式为：＊＊＊２）运用以下公式计算出上述各点的两滚刀刀刃在压下量ｄ↓［１］至ｄ↓［３０］的一组值，ｄ＝－［（ｘ↓［１］－Ｒ↓［１］ｃｏｓ（θ－ｉ.β／ｎ）］.（ｙ↓［２］－ｙ↓［１］）＋（ｘ↓［２］－ｘ↓［１］）［ｙ↓［１］－Ｒ↓［１］ｓｉｎ（θ－ｉ.β／ｎ）］／＊３）再根据下列４个公式计算出滚刀２设计时所需几何参数大头直径φ↓［２ｍａｘ］、锥角γ、大头偏心距ｅ↓［ｍａｘ］，刀片的安装倾角α，Ｒ↓［２ｍａｘ］＝＊γ＝ａｒｃｔｇＲ↓［２ｍａｘ］－Ｒ↓［２ｍｉｎ］／Ｌｅ↓［ｍａｘ］＝ｃｏｓθ.ｘ↓［０］″＋ｓｉｎθ.ｙ↓［０］″α＝ａｒｃｔｇ［（１／Ｌ）.（ｅ↓［ｍａｘ］－ｃｏｓθ.ｘ↓［ｎ］″－ｓｉｎθ.ｙ↓［ｎ］″）］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迟毅林，董为民，袁名松，孙东明，李珊，尹红，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]