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全自动平压平模切机主要用于纸品包装装潢工业中的商标、纸盒、贺卡等的模切、压痕和冷压凸作业，是包装印刷工业中应用较为广泛、自动化程度和技术含量较高的印品表面装饰加工设备之一。随着印刷包装行业的快速发展，对大幅面模切机的需求越来越高。

　　目前国内像 1050 等小幅面平压平模切机技术较为成熟，而大幅面平压平模切机多是在小幅面的基础上通过增大尺寸改进而成，由于机器结构和空间限制等因素，无法做到完全等比例放大，无法继承小幅面机型的全部优点。大幅面模切机尺寸的确定更多的是依靠经验，缺乏必要的理论推导与计算，这就会出现许多问题，如 :动平台自由行程过大、构件强度过小、模切压力过小、模切精度降低等。产生这些问题的因素众多，如间歇输纸系统稳定性不够、清废系统运行不顺畅、收纸系统不匹配等。其中，下平台运动系统是模切机的重要的组成部分之一，其运动性能的优劣直接决定着模切机的速度、精度、稳定性。本文就大幅面平压平模切机的主切机构的研究提出一些方法。

　　1 运动学分析。

　　模切机的主切系统是一个既有转动副又有移动副的复杂的 10 杆机构。其中有 9 个活动构件，共有 13个运动副，且都是低副，则机构的总自由度为 F=3n-2P1-Ph=3*9-13*2-0*1=1.该机构只有一个原动件，即曲轴，保证了原动件数目等于自由度数，该机构具有确定的运动规律。模切机主切系统属于多杆组机构，根据杆组划分它包含Ⅱ级杆组和Ⅲ级杆组。其中Ⅱ级杆组包含 2 个活动构件，3 个低副，杆 AB 和 BC 以及A'B' 和B'C' 分别组成了Ⅱ级杆组 ;Ⅲ级杆组包含有 4 个活动构件，6 个低副，杆 BD、B'D' 与动平台、导向滑块组成了一个Ⅲ级杆组。模切机下平台运动系统所含的杆组级别最高为 3 组，因此该系统属于Ⅲ级机构。杆组级别越高则对其运动和力的求解就越复杂。

　　对于Ⅱ级杆组可以得到其显式解，而对于Ⅲ级及以上杆组，由于方程中为含有三角函数的非线性方程组，就目前的理论无法求其显式解，只能用数值分析的方法得到其数值解。

　　得出各个构件在 4000r/h 转速下的位移、速度、加速度等运动参数后，用 MATLAB 绘制出运动曲线，得出各构件在一个周期内的运动规律。图 4、图 5 为动平台的角位移与加速度曲线。

　　2 动力学分析基础。

　　在运动学分析的基础上，不考虑运动副间的摩擦力，运用达朗贝尔原理对主切系统进行多刚体动力学分析，可求解出在最大模切压力下各构件所受的约束力和原动件需要的驱动力矩。模切机下平台运动运动系统是由 10 杆组成的复杂平面连杆机构，属于多刚体组成的系统。用牛顿 -- 欧拉方法求解复杂多刚体运动系统，建立系统数学模型的过程十分规范，需要拆开每一个构件逐一进行分析，一般无解析解，须求其数值解。对每一个构件逐一列写牛顿 -- 欧拉方程，以杆 BC 为例。

　　

　　其他各杆受力分析与杆 AB 相似，列出所有杆的牛顿 -- 欧拉方程组成方程组 AX=B.

　　当动平台在最顶端时模切压力最大，各杆件受力最大，求解该方程组即可求得各杆的约束力和原动力矩。V 带传动效率取 0.96,双头蜗杆传动效率取 0.8,即可求得所需电机的输入力矩，根据所需输入力矩来选择电机。

　　3 有限元分析。

　　在动力学分析中求出了在最大模切压力下各杆的受力，在此基础上借助 ANSYS 软件对主切系统的关键机构进行有限元分析，得出应力云图、应变云图，对薄弱环节进行结构改进。综合分析可知需对底台、动平台、下肘杆、曲轴等构件进行有限元分析，这里以曲轴为例进行说明。曲轴是负责把电机传来的转动变为动平台的上下运动，受力点为曲轴与蜗轮之间的键及键槽，因为曲轴是转动，受扭矩作用，若强度较低则容易发生扭转变形，是一个薄弱部位。用solidworks 进行三维建模，选用 SOLID45 作为有限元分析的三维块体单元，自动划分网格，精度为 6,对曲轴的四个曲柄轴进行约束，使自由度为 0,载荷施加面为键槽的侧面，采用均布载荷。ANSYS 软件配有专业后处理模块，可图形输出，如等值线、彩色云图等输出相应的分布规律，还可列表输出。从应变应力云图可看出位移最大位置为键槽处，最大位移量为 0.01267mm, 极其微小，最大应力为 166Mpa, 小于许用应力，安全可靠。

　　4 总结。

　　本文给出了大幅面平压平模切机主切机构的分析方法，运用该方法可分析在小幅面机型基础上方法尺寸得到的大幅面模切机是否满足运动特性要求、动力特性要求以及机构强度要求，对大幅面模切机的设计与生产有一定的指导意义。

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