【CPP114】訊：隨著全球經濟的一體化，印刷機械產品市場的競爭日益激烈。為了提高市場競爭力，必須不斷縮短新產品的研發周期，提高產品質量、性能，降低開發成本。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展，是一種新的現代化設計手段。運用虛擬設計的方法，可以在產品設計初期，設計、分析和評估產品的性能，確定和優化物理樣機參數，從而降低新產品的開發風險，縮短開發周期，提高產品性能。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。

　　在傳統的印刷機械設計工作過程中，都是由工程師先根據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動態仿真技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發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性能分析，然后改進樣機設計方案，用數字化形式代替傳統的實物樣機實驗。運用虛擬樣機技術，可以大大簡化機械產品的設計開發過程，大幅度縮短產品開發周期，大量減少產品開發費用和成本，明顯提高產品質量，提高產品的系統級性能，獲得最優化和創新的設計產品。因此，該技術一出現，立即受到了工業發達國家、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品開發中，取得了很好的經濟效益。根據國際權威人士對機械工程領域產品性能實驗和研究開發手段的統計和預測，傳統的機械系統實物實驗研究方法，將在很大程度上會被迅速發展起來的計算機數字化仿真技術取代。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的運動學和力學分析，以確定系統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中重要的印后表面裝飾加工設備。經過模切加工后的印品可大幅度提高檔次，在提高產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。

　　作者經過對國內現有模切機，包括國外的一些模切機進行認真研究后發現，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處于模壓狀態的時候，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，紙張沿著擺動板傳送過來，并由固定在擺動板上的規矩裝置完成定位，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點繼續前進之前下擺，再加上規矩等的穩定時間，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，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。