自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)精密定位裝置設(shè)計(jì)

王健偉，梅順齊，席程琳，郝瑞欣

（武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430073）

絲網(wǎng)印花是平面篩網(wǎng)印花的工藝之一，印花過程中，織物固定于臺(tái)板上，臺(tái)板上面放有色漿的網(wǎng)框。在印花工位，臺(tái)板通過機(jī)械裝置與網(wǎng)框?qū)R并緊密接觸，刮刀開始刮印，網(wǎng)框上的色漿受到刮刀的擠壓通過具有花型的絲網(wǎng)到達(dá)織物，刮印完成后臺(tái)板繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入烘干、清洗等工序［1］。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，絲網(wǎng)印花機(jī)從手動(dòng)逐步向自動(dòng)化演變，無論是手動(dòng)印花還是自動(dòng)印花，由于織物固定在臺(tái)板上，都必須要求絲網(wǎng)框與放有織物的臺(tái)板嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，因此臺(tái)板與網(wǎng)框之間的定位是極其重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到印花的成?。?］。臺(tái)板與網(wǎng)框之間必須具有較高的定位精度，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)花、脫版等疵病［3－4］，絲網(wǎng)框與臺(tái)板之間的快速、精準(zhǔn)的定位是保證印花質(zhì)量和印花效率的關(guān)鍵。目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種橢圓型自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)，橢圓形結(jié)構(gòu)，模塊化組合，方便空間布局，可隨時(shí)擴(kuò)充印頭、工位，采用集中控制系統(tǒng)和人機(jī)界面，操作簡潔，刮刀由電控運(yùn)行更精確平穩(wěn)，可提高印花的清晰度和質(zhì)量。刮刀行程與角度調(diào)節(jié)便捷，每把刮刀的工作壓力都可單獨(dú)調(diào)節(jié)，采用機(jī)、電、氣一體化自動(dòng)控制，運(yùn)用絲網(wǎng)印刷原理，套色精確，大大增加工作效率［5］。

1 常用網(wǎng)框定位方式

1.1 銷孔定位

傳統(tǒng)的印花機(jī)大部分都是網(wǎng)框運(yùn)動(dòng)臺(tái)板固定，如圖1所示是一種傳統(tǒng)定位中典型的定位方式，主要利用銷孔來定位。利用三點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，用三對(duì)定位銷、孔對(duì)網(wǎng)框和臺(tái)板進(jìn)行定位，適用于對(duì)花型清晰度要求不高的產(chǎn)品，定位誤差比較大［6］。其誤差來源有如下幾點(diǎn)：（1）銷孔的固有間隙及使用過程中產(chǎn)生的磨損，導(dǎo)致銷孔之間出現(xiàn)較大的松動(dòng)。（2）銷與孔之間較大的間隙，定位時(shí)產(chǎn)生無限的定位點(diǎn)，造成不穩(wěn)定的定位點(diǎn)，且每個(gè)工位上的定位點(diǎn)也不相同，嚴(yán)重影響印花質(zhì)量。（3）不同的網(wǎng)框中三個(gè)定位銷的位置會(huì)不同，但臺(tái)板上面的三個(gè)孔不變，一旦更換網(wǎng)框，可能會(huì)出現(xiàn)較大誤差，不能保證每個(gè)網(wǎng)框裝進(jìn)去后的定位精度，操作較復(fù)雜，該定位方式現(xiàn)已很少用。

圖1 三孔定位裝置

1.2 二銷三點(diǎn)定位

在傳統(tǒng)手工印花技術(shù)中，常用的一種定位方式是二銷三點(diǎn)定位，如圖2和圖3所示為二銷三點(diǎn)定位裝置示意圖，臺(tái)板固定，網(wǎng)框活動(dòng)。二銷三點(diǎn)定位原理是利用網(wǎng)框上的三根圓銷靠在臺(tái)板前后邊緣上來固定網(wǎng)框的前后方位，其中一定位銷與固定在臺(tái)板邊緣上的定位圓柱接觸，限定網(wǎng)框左右方向，將網(wǎng)框固定在臺(tái)板上面。該定位裝置是方法合理但機(jī)構(gòu)不合理，存在很多缺陷［2］，主要有以下幾個(gè)方面：（1）印花時(shí)工人先用一個(gè)定位銷抵住定位圓柱然后慢慢旋轉(zhuǎn)網(wǎng)框使之與臺(tái)板重疊，定位推力大小的不同會(huì)影響定位精度。（2）網(wǎng)框左右方向的定位是通過一個(gè)定位銷與定位圓柱實(shí)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，定位銷與定位圓柱之間的磨損會(huì)使其變得不規(guī)則，產(chǎn)生定位誤差。（3）印花過程中工人用網(wǎng)框的兩個(gè)銷子來“找”臺(tái)板上的定位圓柱，容易造成定位不準(zhǔn)，降低印花效率，同時(shí)也要求工人有熟練的經(jīng)驗(yàn)。絲網(wǎng)印花機(jī)從手動(dòng)逐步向自動(dòng)化演變，而該裝置主要用于手工印花，需要很多的人力，很難被推廣。

圖2 二銷三點(diǎn)定位裝置

圖3 二銷三點(diǎn)定位圖

2 新型定位裝置

目前的定位方法多是采用銷孔鎖緊等機(jī)械方法，避免了使用銷孔定位，主要是使用V形塊及網(wǎng)框支座、定位塊。裝置分為兩個(gè)部分，第一部分是用兩個(gè)相互垂直的V形塊來定位臺(tái)板，第二部分是臺(tái)板和網(wǎng)框之間的定位，主要是利用內(nèi)嵌于網(wǎng)框支座、定位塊之中的5個(gè)鋼球來保證臺(tái)板與網(wǎng)框的精確定位。

2.1 臺(tái)板的定位

V形塊是定位元件之一，主要用來安放軸，圓盤等圓形工件［7］。如圖4所示為用兩個(gè)相互垂直V形塊定位臺(tái)板的示意圖，其中4和9是兩個(gè)V形塊，相互垂直且都固定在臺(tái)板的背面；兩個(gè)V形塊定位軸座固定在氣缸上，可隨著氣缸一起上下運(yùn)動(dòng)。在印花工位中，臺(tái)板運(yùn)動(dòng)到網(wǎng)框的正下方后停止，氣缸開始動(dòng)作將定位軸往上頂，依次帶動(dòng)V形塊、臺(tái)板一起向上運(yùn)動(dòng)，直到臺(tái)板與網(wǎng)框接觸為止。這種定位方式既方便又快捷，可提高工作效率，用兩相互垂直V形塊定位有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可限制臺(tái)板各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。如圖5所示是兩垂直V形塊定位示意圖，V形塊Ⅰ和V形塊Ⅱ下面連接氣缸，如圖4所示，可限制臺(tái)板沿Z方向的移動(dòng)→ˉZ和X、Y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，V形塊Ⅰ限制X方向的移動(dòng)，V形塊Ⅱ限制Y方向的移動(dòng)，兩個(gè)V形塊一起限制Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，臺(tái)板六個(gè)方向的自由度都被限制，屬于完全定位。（2）保證臺(tái)板與水平面的平行度。只用一個(gè)V形塊或不是兩垂直V形塊來定位都達(dá)不到這樣的效果［8－9］。

圖4 臺(tái)板定位示意圖

圖5 兩個(gè)垂直V形塊定位示意圖

對(duì)臺(tái)板與水平面的平行度進(jìn)行分析，如圖6所示。臺(tái)板下裝有兩個(gè)相互垂直的V形塊Ⅰ和V形塊Ⅱ，現(xiàn)假設(shè)臺(tái)板的定位基準(zhǔn)為直線O1O2（定位軸Ⅱ的軸線與定位軸Ⅰ的軸線交于點(diǎn)O1，取定位軸Ⅱ的中點(diǎn)為O2），V形塊的傾斜角為β，且不考慮V形塊的制造誤差。假設(shè)定位軸Ⅰ、定位軸Ⅱ的直徑分別為和，公差分別為2Td1和2Td2。定位軸與V形塊接觸后的中心點(diǎn)會(huì)隨著定位軸直徑的改變而變化，由于制造誤差，會(huì)造成定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位移和偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致臺(tái)板發(fā)生傾斜。傾斜最嚴(yán)重的情況就是O1在最低位置O2在最高位置或者O1在最高位置O2在最低位置，由于前后兩種情形所產(chǎn)生的誤差是相同的，就以前者為例，如圖6所示。

過 O1′作 O1′O垂直 OO2″于 O點(diǎn)，其中 O1′是 O1的最低點(diǎn)，O2′是O2的最低點(diǎn)，此時(shí)臺(tái)板所在平面的位置是O1′O2″，假設(shè)與水平面的傾斜角度為α。O1O1″＝而 L是兩V形塊中心距，大小跟臺(tái)板大小相關(guān)，一般都很大，Td1和Td2是圓筒直徑的誤差，一般都比較?。?］，所以可認(rèn)為 L?（Td1＋Td2），則故這樣誤差就比較小，傾斜程度微弱，可認(rèn)為臺(tái)板是水平的。

圖6 放大后的極限位置

2.2 臺(tái)板與網(wǎng)框的定位［10］

在絲網(wǎng)印花技術(shù)中，應(yīng)盡量避免網(wǎng)框與臺(tái)板發(fā)生歪斜，必須保持正對(duì)。預(yù)先將網(wǎng)框固定在網(wǎng)框支座上，網(wǎng)框支座分為前后兩個(gè)部分，且都與機(jī)架相連。如圖7所示是臺(tái)板到達(dá)印花工位時(shí)臺(tái)板與網(wǎng)框支座、左定位塊和右定位塊之間的位置關(guān)系圖。網(wǎng)框支座、左定位塊和右定位塊四者處于同一平面，均在臺(tái)板的正上方，其中后網(wǎng)框支座沒有畫出來。左定位塊固定于機(jī)架，右定位塊可在后面氣缸的推動(dòng)下左右運(yùn)動(dòng)。小鋼球總共有5個(gè)，其中前網(wǎng)框支座內(nèi)嵌兩個(gè)，后網(wǎng)框支座內(nèi)嵌一個(gè)，左、右定位塊各內(nèi)嵌一個(gè)。臺(tái)板停好后，氣缸就會(huì)頂起臺(tái)板與網(wǎng)框接觸，此時(shí)右定位塊也在氣缸的推動(dòng)下與臺(tái)板邊緣接觸，兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)完成，如圖8所示是臺(tái)板與網(wǎng)框定位完成的示意圖。活動(dòng)的右定位塊不但可確保臺(tái)板有足夠的空間上升，另一方面還可用來修正臺(tái)板與網(wǎng)框之間的歪斜。A、B、C三個(gè)鋼球限制了臺(tái)板的前后方向，三個(gè)處于同一平面的小鋼球是保證臺(tái)板水平，防止臺(tái)板發(fā)生傾斜，D、E兩個(gè)鋼球限制了臺(tái)板的左右方向，且鋼球E通過活動(dòng)的定位塊可將臺(tái)板夾緊，5個(gè)小鋼球?qū)⑴_(tái)板限制在網(wǎng)框的正下方，實(shí)現(xiàn)臺(tái)板與網(wǎng)框的精確定位。

與傳統(tǒng)的定位裝置相比，本裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）定位準(zhǔn)確，操作快捷，裝置利用了網(wǎng)框支座，再加上定位塊和鋼球，定位方式簡單方便，成本低廉，定位精度高。（2）上下裝卸網(wǎng)版快速、簡便，更換不同花版、花版檢查對(duì)版可直接快速目視調(diào)整，加漿料方便，無障礙，不損花版，獨(dú)特的網(wǎng)框臺(tái)板對(duì)位系統(tǒng)，上、下、左、右均可定位。（3）能長久保持高精度，裝置的套印對(duì)花精度很高，不會(huì)產(chǎn)生像圓盤印花機(jī)因套色數(shù)量遞增而導(dǎo)致機(jī)械直徑變大，使精度偏差增高，無論套色數(shù)量的多少，都可保障網(wǎng)印的高精度和快速度。

圖7 臺(tái)板網(wǎng)框支座、定位塊之間的位置關(guān)系

圖8 臺(tái)板網(wǎng)框定位

該定位裝置不僅精度高且定位速度快、操作方便，具有較強(qiáng)的可行性和實(shí)用價(jià)值，應(yīng)用到自動(dòng)絲網(wǎng)印花生產(chǎn)上，大大提高絲網(wǎng)印花機(jī)的工作效率，降低能耗。如圖9所示是應(yīng)用該定位裝置研制的新型自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)，目前該自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)已經(jīng)安裝完畢并調(diào)試成功，完全達(dá)到預(yù)期的效果。

圖9 新型自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)

3 結(jié)語

新型定位裝置顛覆了傳統(tǒng)的定位方式，利用相互垂直的V形塊定位臺(tái)板，用網(wǎng)框支座、定位塊和鋼球定位，有效的減少了誤差源，提高了定位精準(zhǔn)度的層次，定位方式更方便、更快捷，能提高印花效率，對(duì)印花的質(zhì)量大大提升，對(duì)印花機(jī)的全自動(dòng)化具有促進(jìn)作用，應(yīng)用前景十分樂觀。

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