机械毕业设计（论文）-柔性圆网喷墨制网机机械设计--喷头与曝光系统设计【全套图纸PROE三维】

浙浙江江理理工工大大学学 本科毕业设计（论文） 题题 目目 柔性圆网喷墨制网机机械设计柔性圆网喷墨制网机机械设计喷头与曝光喷头与曝光 系统设计系统设计 学学 院院 机械与自动控制学院机械与自动控制学院 专业班级专业班级 0909 机械设计制造及其自动化（机械设计制造及其自动化（4 4）班）班 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 系系 主主 任任 学院院长学院院长 二二一三一三年年五五月月十二十二日日 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 浙浙 江江 理理 工工 大大 学学 机械与自动控制学院机械与自动控制学院 毕业论文诚信声明 我谨在此保证：本人所写的毕业论文，凡引用他人的研究成果 均已在参考文献或注释中列出。论文主体均由本人独立完成，没有 抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违 反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 声明人（签名）： 年 月 日 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 目 录 摘 要1 Abstract2 第 1 章 绪论4 1.1 选题的背景与意义.4 1.2 国内外研究现状和发展趋势.5 1.2.1 计算机制网技术简介5 1.2.2 激光照排制网图 6 1.2.3 制网技术的研究趋势6 1.2.4 我国制网技术的发展方向 6 1.2.5 国外圆网技术的发展 8 1.2.6 制网机新方法的研发 9 1.3 现设机械设计10 1.3.1 现代机械设计方法10 1.4 本论文主要研究内容.13 第二章：总体设计方案.15 2.1 总功能分析 .15 2.2 总功能分解.16 2.2.1 总功能分解的依据.16 2.2.2 总功能分解.17 2.2.3 功能元的解法和解组合.18 2.3 功能元的具体解法.19 2.3.1 喷头系统功能元的具体解法 .19 2.3.2 曝光灯系统功能元的具体解法 .20 2.4 设计要求及总体方案.22 2.5 喷墨圆网制网机的工作过程 .23 第三章：喷头系统的设计25 3.1 机构简述 .25 3.2 电机的选择.25 3.3 导轨的选择.26 3.4.喷头部分的设计.28 第四章：曝光灯的设计30 4.1 机构简述.30 4.2 型材的选用.30 4.3 电机的选择 .30 4.4 同步带传动的设计 .31 4.4.1 设计要求 .31 4.4.2 已知参数 .32 4.4.3 设计计算（参考 GB11362-89）.32 4.4.4 同步带齿形尺寸.33 4.4.5 MXL 同步带轮的几何尺寸 .33 4.4.6 曝光灯传动用 .34 4.4.7 曝光灯驱动用 .36 4.5 曝光灯组件装置的设计 .36 4.6 限位装置的设计 .37 4.7 曝光系统整体三维图.37 4.8 总体部分.38 第五章：总结39 参考文献40 致 谢41 1 摘 要 当今社会，纺织品印花是一个全球性的大产业。它不仅要满足人们的衣着 需求，还要满足家居环境等的美化要求。随着经济的发展人民生活水平的提高 和人口的增长这种需求不断提升。因此在印染界，对于印染设备的技术要求也 在不断的提高，这迫使着印染技术的日益更新。制高效率、高质量和低成本的 制网设备则成了一个迫切的任务。如今喷墨制网技术代替早先的激光制网和喷 蜡制网技术已成了必然趋势。 第一，从圆网喷墨制网机的历史背景和现状着手，阐述了研制圆网喷墨制 网机的目的和意义。同时本文提出了论文研究的基本内容和主要任务。 第二，通过对圆网喷墨制网机总的功能结构的分析，提出了圆网喷墨制网 机传动系统与机架、喷头与曝光系统、移动尾座等设计方案，得出圆网喷墨制 网机的总体设计方案。 第三，在总体设计方案的基础上，详细阐述了圆网喷墨制网机喷头系统和 曝光灯系统设计。在喷头系统中，对于喷头部分的设计，不仅能够在横向实现 双向移动，而且在纵向的定位也可以调节，通过电机及螺杆等装置来带动，这 样增加了可制圆网种类，提高了生产效率。 在曝光系统中，曝光灯组件在导轨表面上通过同步带传动装置实现左右来 回移动，同时对组件设置了径向移动的装置，通过两条平行的线性导轨来实现 这一功能，并且行程也得到控制； 结合其他两位同学的设计的基础上，用PRO/E和Solidworks绘制各部分零件 并进行组装连接。最后对本次设计做出最后的总结。 关键词：制网机;设计;喷头系统;曝光灯系统 . 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 2 Abstract Nowadays ，Textile printing is a global industry.not only it need to meet the peoples demand ,But also meet the landscaping requirements of the home environment.With the economic developmes,the peoples living standards is improving and population is growting ,the demand is rising.Therefore,The technical requirements for the dyeing and printing equipment has been improved. the growing printing and dyeing technology is update.the high efficiency, high-quality and low- cost system for network equipment has become an urgent task. Today the inkjet technology insteads of the earlier laser engraving and spray wax network technology has become an trend for sure. First, the interview of ink-jet system from the network is from the history and current situation on the development of ink-jet rotary screen machine system , and describes a simple screen technology system as well as the trend of the new method. This paper on this basis studies the basic content and the main issues that need to be resolved. Senconde,under the design requirements, through ink-jet rotary screen machine system network analysis of the overall functional structure, get this system made of rotary drive transmission network inkjet system with the rack, mobile tailstock, sprinkler systems and exposure design. This system combines with consideration of the design of machine came to the conclusion that ink-jet rotary screen machine system network design program. Third,in the basis of the design program, the paper elaborated on the exposure and sprinkler system design of the ink-jet rotary screen machine system network.in the sprinkler system, part of the nozzle design, in addition to two-way movement in the horizontal, vertical positioning at the same time can be adjusted through the motor and drive screw and other devices, such an increase can be rotary type of system to improve the production efficiency .In the exposure system, exposure of light components in the surface profiles through the realization of timing belt around gear 3 back and forth movement, at the same time set up a radial component of mobile devices, through two parallel linear guides to achieve this functionality and visit also brought under control. Combine the other two students with mobile Tailstock transmission based on the use of PRO / E and Solidworks software figured out the system network of the various parts of machine parts, and assembly connections. Keywords: net machine system;design;Sprinkler system;Exposure System 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 4 第 1 章 绪论 1.1 选题的背景与意义 当今社会，我们常常可以看见花花绿绿的人群，穿着形形色色的服装。其 中大部分人群只知道服装的好看与否，却不知道其中图案的印花技术。其实早 在新石器时代印花技术就已经产生。印花产品时尚性强、流行周期短、可选择 性大，属个性化的艺术+技术产品。目前纺织品印花是一个全球性的大产业它不 仅要满足人们的衣着需求，还要满足家居环境等的美化要求随着经济的发展人 民生活水平的提高和人口的增长这种需求不断提升。因此在印染界，对于印染 设备的技术要求也在不断的提高，这迫使着印染技术的日益更新。而制网技术 的先进与否，直接的影响到了印染效率的高低1。所以如何提高制网效率就成 了印染行业最关键的问题。 传统印刷一直离不开压印，要转印就必须要制版，然而制版的成本和时间， 无论怎么进步也无法满足少量多样的现代印刷趋势，为了找到简易、低成本的 印刷方法，于是就往无版、无压力的喷墨印刷发展。喷墨印刷技术是一种无版、 无压、无需接触承印物的数字成像技术，省去了传统印刷方法所需的制版设备、 版材以及胶片等耗材，而且能在不同材质及不同厚度的平面、曲面和球面等异 形承印物上印刷，不受幅面大小的限制。喷墨技术的提高带动着喷墨制网技术 的飞速发展。 近几年，喷墨制网技术在整个制网界悄然崛起，它相对于早先的激光制网 和喷蜡制网技术，在制网效率和节约成本上有了很大的提高，而且制网精度也 非前两者可比。利用喷墨打印的原理，通过打印喷头将数字图像以模拟液滴的 形式直接打印在己上好感光胶的圆网上。圆网喷墨制网机采用光栅，分别控制 圆网和喷头的移动，从原理上消除由于圆网直径大小差异所带来的误差及幅面 连晒时的对位误差和人工操作所带来的一系列误差，花型拼接和对位都非常准 确。瑞士的 ZUND 公司，在喷墨制网领域掌握着较高的技术水平，并在不断的对 其进行研究和改进。喷墨技术虽已成为主流技术，但由于在印花制网领域的应 用比较晚，所以工厂使用喷墨制网暂时还不多。然而，喷墨制网在未来几年内， 将会取代喷蜡制网。喷墨制网系统是当今最先进的制网新技术。该技术以成熟 的喷墨技术为核心，集计算机网络、CAD 设计和数字处理系统以及高技术的机 5 械、电子零部件和精细化工材料于一体，具有制网精度高、生产周期短和生产 成本低等优点，代表当今纺织印花制网技术的主流方向。本文主要介绍现代机 械设计方法及国内外制网技术发展现状。 1.2 国内外研究现状和发展趋势 1.2.1 计算机制网技术简介 所谓计算机制网技术，是指在印花 CAD 基础上发展起来的一种不需要制片 （FILM）就可以直接制网的新型机器设备。由于它省略了制片这一环节，从而 使制网效率，精度大大的提高，解决了传统制网环节中的接版问题4。 1.2.2 制网技术的研究现状 现在国内的制网方法多种多样，有传统的方法，也有先进的制网方法。主 要的几种制网方法如下： 1.照相制网法，照相制网法算是一种较为落后的制网方法，其主要制网工 艺流程为： 1-1 照相制网图 照相制网法的缺点比较明显，非常的耗工时，工序繁杂，多达 37 道，非常 的耗工时，其制网速度远不能满足市场的需求，且印花效果差，所以将逐渐推 出历史舞台。 2.激光照排制网法，激光照排制网法在国内运用的较多，其工艺如下 ： 1-2 激光照排制网图 激光照排制网法相对于照相制网，其制网工序大大减少，制网速度大幅提 升，满足了市场的需求，但是同时它在激光照排过程中，存在大量的技术问题， 原稿扫描 电脑分色激光照排 连晒、检查修片、调为打线 置圆网、清洁、干燥 涂胶 图稿连晒 曝光 显影、水洗、完成制网 感光、显影 完成制网 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 6 比如激光产生耗能大，胶网烧制产生大量污染性气体等，因此，这种方法也有 待改进。 3.喷蜡、喷墨制网法，这两种方法的原理基本一致，如下： 1-3 流程简图 喷腊、喷墨制网，在根本上解决了激光带来的各种技术问题，但是喷墨相对 于喷蜡，墨水成本远小于腊的成本，且墨水本身就是液体的，已于提高印网的 精度，因此喷墨制网更能适应时代的要求，将得到广泛的应用。 1.2.3 制网技术的研究趋势 制网技术一路走来，经历照排制网、激光制网、喷蜡喷墨制网等阶段，制 网技术一步步提高，不断的适应市场对于印网的需求。对于喷墨制网，由于其 结合了前几种制网技术的优点，并且摒弃了它们的各种缺点，且能满足市场对 于印染的高产量、高品质等各种要求。因此对喷墨制网技术的进一步研究和探 讨，是当下主要的研究趋势。 1.2.4 我国制网技术的发展方向 我国从90年代中期开始推广电脑分色系统和印花激光成像机，在制网工艺 上采用的是电脑分色、激光成像出胶片和手工包网制作这种工作流程，这一技 术的推广使得印花制网工艺改变了传统的手工描稿方式，有效地提高了生产效 率，在一定程度上提高了制网精度。但这套技术仍仅仅局限于制网工艺前端的 花样图形处理方面，尚未达到国外的直接制网的技术层面。 20世纪90年代末期，我国的直接制网技术和设备问世了。1999年我国引进 美国技术，开发出适合我国印花工艺的第一代喷射类直接制网机。其工作原理 是用蜡和墨水代替传统的印花胶片，直接在网上制作所需花形，大大提高了制 网精度，又一次缩短了制网工艺流程，从而打破了该类产品完全依靠进口的局 面。 国内第一代直接制网机有喷蜡、喷墨两种类型的机器，引进国外较为早期 的技术，喷蜡头为160个喷嘴，喷墨头为128个喷嘴。在先期推进市场后，起初 的确为厂家解决了一些难题，如满地云纹的颜色过渡、接版印等。但是由于第 原样 喷墨 曝光 显影 冲洗完成 7 一代设备使用了大量国产零部件，其品质难以保证设备的精度和稳定性，加之 核心技术依靠国外并且消化也不够，因此第一代直接制网机在技术上存在固有 缺陷，随着国际流行面料花样趋向不断变化和要求的提高，已经很难满足印染 企业对设备性能的要求。印花企业将直接制网设备的需求再次转向了进口设备， 国内的制造商同样面临着重大难题，亟待对设备进行技术改进和品质提高。 通过对中国印花企业的严格调研和对目前国内使用的第一代直接制网机的 技术分析后，不久前在中国杭州市古荡科技园区，由中美合资组建了一家专业 制造输出设备的高科技公司，制造第二代直接制网设备，将目前美国最新的第 二代产品的技术与设备直接引进国内，做到技术与国际接轨，产品与国际同步 投入市场，向中国印染企业推出合资产品喷蜡（喷墨）制网机及喷蜡喷 墨全能型制网机。 在第一代直接制网机的基础上，这家公司引进美国技术，推出性能稳定、 品质优秀的第二代直接制网设备。专业从事印染、印刷CAD软件和输出设备的研 发、制造和销售，目前已经推出电子雕刻机、全自动高精度激光照排机、喷蜡 （喷墨）雕版设备和喷蜡（喷墨）直接制网设备等多种输出设备。 ATEXCO SCREEN RS3500圆网直接喷墨制网机是由杭州宏华数码科技股份 有限公司开发和生产的新一代电脑一体化制版设备(CAM)，它有2种不同的规格， 可以用同样的精度来完成641、820、914mm等各种不同圆周长的圆网制版工作。 设备所特有的精密定位技术，保证了定位精度高达0.035ram。同时，它的不问 断墨水自动供给装置和喷头自动清洗装置，保证了系统在喷墨制网时能够连续 工作。 通过公司开发的分色系统生成的图像文件， 可直接喷墨在涂好感光胶的圆 网花筒上，经感光冲网即可获得生产用的网版，且网版清晰、均匀，花型逼真， 重演性好，能获得与原稿同样精美的效果。采用ATEXCO SCRE EN RS3500直接 制网，产品精度高，其优势是电脑印花分色无法相比的，还能制作满地云纹， 同行厂家无法模仿。该技术不再需要传统的照相制版设备、拷贝机、一次性感 光机以及大量的胶片等，直接将整幅花稿喷在网上， 自动化程度高，速度快、 效率高，一只网可在30rain内制成，而且完全可以在明处操作。客户在获得精 美印制效果的同时也简化了制网的工艺，缩短了加工时间并节约了生产成本6。 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 8 1.2.5 国外圆网技术的发展 圆网制网技术大致可分为五大类7： 第一类:以奥地利ZIMMER公司为代表的电铸刻花一次成型制网 把经高度磨光处理的不锈钢管光版胎模放在电解槽里电铸，使镍金属电解 晶体沉积在胎模的导体上，当镍层达到需要的厚度时，取出胎模，使镍层与胎 模分离，接着光版镍层圆筒从胎模上脱落，得到圆筒基体。基体表面再刮涂感 光乳胶，烘干；基体表面再包上有网点的分色负片或感光显影后，高温焙烘， 使感光胶固化，制版时，然后再用重铬酸钾溶液进行钝化处理，放人电解槽内 进行电铸，镍金属电解晶体沉积在芯筒的. 第二类:感光法制网 感光制网的原理是将含有对光敏感的化学药剂涂到圆网网坯上，低温烘干 后，将花样分色胶片包覆其上，然后进行曝光、显影、冲洗等，在网上制成所 需花纹。在印花过程中，使色浆从网中渗出，达到印制图案的目的。 第三类:以荷兰STORK公司为代表的激光制网 激光制网技术8 是STORK公司20世纪80年代末推出的。激光制网集激光技 术、电脑分色技术、精密机械制造技术和计算机控制技术于体，由电脑花样 分色的数字信息控制激光打点，直接在已涂胶的网上实现数字信息的点阵还原， 经激光瞬时烧蚀而“雕刻”出所需花纹。 第四类:以德国CST公司、瑞士LUSHER公司为代表的喷蜡制网9。20世纪90年代 中期，人们把电脑打印技术应用到制网技术上。喷蜡制网的核心技术是喷蜡技 术，它的工作原理在学术上称之为“热溶式DOD”。蜡块在常温下是固体，加热 溶化成液体，将液体蜡经压电式喷蜡头喷至网坯上，又冷却为固体再进行曝光、 显影、冲洗，完成制网。 第五类:以瑞士 PERFECrA 公司为代表的喷墨制网 喷墨制网技术的工作原理与喷蜡制网的原理基本相似，但仍有区别。墨水 本身是一种液体，不需加热溶化，而是直接经微压电式喷头10 喷出，形成相 应的喷墨花纹图案。 它的优缺点是，其中它的优点是(1)精度更高 可以打印出720、1440 dpi的 9 高精度花型。(2)成本低(使用成本低于10 m )。(3)制网速度快，可达612 minm (180360dpi条件下使用) 11。(4)网易冲洗。喷墨制网机喷好后，直 接用水冲网，即可完成制网。(5)喷头寿命为l0l2个月，喷射频率快。(6)不 需经过胶片拼接和包网等过程。 而它的缺点是喷墨时有时产生飞溅现象12。 1.2.6 制网机新方法的研发 最近，美国网版印刷研究所在喷墨技术上又有重大突破，推出直接制网印 版的喷墨印刷机FastSCREENTM。它采用一个机器人印刷头，将专门的UV黑色染 料FasLiNK TM，直接、高速地印刷到涂好感光乳剂的网版上，不需使用制版软 片FastSCREENTM用于T恤印刷行业，使用的网框尺寸(外径)为66 X 86cm。它可 以使用木网框坚硬的铝网框和可重复绷网的网版，并带有销钉定位系统。根据 图像的尺寸和文件的分辨力，多数标准尺寸的图像都能在25min内完成。 FasLSCREENTM有一个任选的台上曝光装置FastLIGIITTM (专利产品)，当在涂好 感光胶的膜版上印刷好图像之后，膜版可在高输出的UV光下立即曝光，操作者 可从喷墨印刷机上取下膜版直接到冲洗槽冲洗。FasLSCREENTM内装有一个激光 安全自动装置，当印刷头通道上出现任何情况时机器能够停止运转。该喷墨印 刷机包括辊床在内的实际尺寸是244(长)X 140 (宽)X 120cm (高)，使用标准电 压110V。若外配一个专用附件，Fast SCREEN TM喷墨制版机能很容易地转变成 能在纺织品上直接喷绘的机器FastTJET JUMBO，可用于大的海滨浴巾、大手 帕、超大T恤的印刷，采用帽子支架还可同时Ep4个棒球帽。另有一些配件供选 择，可印刷不同类型和尺寸的纺织品。 1.2.7 小结 在信息告诉发展的今天，人们希望未来的印花制网向着高速、高效、高质 量方向发展，圆网喷墨制网技术正符合这一要求。圆网喷墨制网技术是 20 世纪 90 年代国际上出现的最新制网技术，是对传统印花技术的一个重大突破，是集 计算机、电子信息、机械多种学科于一体的综合性高新技术。数圆网喷墨制网 技术改变了传统制网技术的生产模式。给纺织印染业带来了一个全新的概念， 使印花业从传统的劳动密集型工业进人了数码高科技时代。 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 10 人类从事的各种活动都离不开设计。人类所创造的物质文明无一不与设计 相关。创新是设计的本质，也是设计活动的最终目的。没有创新，就没有丰富 多彩的世界。随着科学技术突飞猛进的发展，大量科技成果转化为生产力，产 品更新换代的周期愈来愈短，同时在国际市场上的竞争也将日趋激烈。创新正 是适应这一全球性最新发展形势所采取的重要途径和手段，只有创新产品才能 满足、开拓出新的需，才能在瞬息万变的国际市场上有较强的竞争力，所以研 究现代设计方法学有着其特殊的意义13。本课题拟采用现代设计方法，开展圆 网喷墨制网机的设计。 1.3 现设机械设计 1.3.1 现代机械设计方法 为适应现代机械产品在质量、功能、成本、开发周期及服务方面更高要求， 已逐渐形成一个为在提高设计质量、水平和效率的现代的机械设计体系。现代 机械设计原则、设计方法构成现代设计体系、现代机械设计发展趋势3。 随着科技的进步，试验手段的加强，设计水平发展很快。首先，机械设计 的基础理论和各种专业产品设计机理的研究得到进一步加强；其次，关键零部 件的设计研究得到加强。纵观整个设计发展过程，设计从宏观走向微观，从静 态走向动态，从单目标设计走向多目标综合设计。 第一，通过设计来完善产品的功能及原理。 任何一种机器的更新换代都有三个途径：一是改革工作原理；二是通过改 进工业结构和材料，提高技术性能；三是加强辅助功能，使其更适应使用者的 心理。产品的功能原理受约于科技进步，任何机械产品都具有时代的局限性， 时代在前进，科技在飞速发展，产品的功能和原理就会发展。 第二，通过设计提高产品质量。 基本性能方面。随着科技的进步，出现一系列的新工艺、新材料，这些 新工艺、新材料使产品的某些性能指标有明显的提高，使产品在功能原理上的 不足得到补偿，使原来比较完善的产品在功能原理的优越性方面显得更加突出。 适应能力方面。机械设计除应满足产品的基本性能外，还要考虑工作情 况发生变化时的产品适应能力，如作业对象特征、工作状况、环境条件。 11 现代机械设计原则 (1)功能满足原则。产品设计的目的是构造能够实现规定功能的产品。如 果产品不具备要求的功能，设计就失去价值，满足功能是各类产品设计的必要 原则。 (2) 工艺优良原则。指设计能够且容易通过生产过程实现，它包括：可 制造性、可装配性、可测试性。 (3)质量保障原则。保证质量是产品设计的重要原则。产品质量主要由性 能和可靠性决定，因此这类原则主要包括：性能指标、可靠性、强度原则、刚 度原则、稳定性、抗磨损性、抗腐蚀性、抗蠕变性、动态特性、平衡特性和热 特性。 (4)经济合理原则。要求产品具有较低的开发成本和使用费用。 (5)社会使用原则。考虑产品投放市场后的表现行为，包括：环境友好性、 环境适应性、人机友好性、可维修性、安全性、可安装性、可拆卸性、可回收 性。 1.3.2现代机械设计理论及方法 设计理论是对产品原理和机理的科学总结，设计方法是使产品满足以及判 断产品是否满足设计原则的依据。现代设计方法是基于设计理论形成的，因而 更具科学性和逻辑性。但一些方法要有完善和发展的过程，所以现代设计方法 还不能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用， 它们仍是现代设计方法的重要组成。 1利用现代计算机软硬件技术的设计方法。采用三维图形和超媒体技术描 述产品的构思和产品结构，在产品开发初期即采用计算机辅助设计，借助于设 计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系 统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合 于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品 的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了 现有的CAD尖端技术虚拟现实技术。 Banerjee 和 Guan 在虚拟现实里已经发表了装配顺序和装配规划并且确 定了装配规划是一个重要的虚拟现实额应用，可以解决一些常见问题的执行。 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 12 对比装配规划中的非逼真与逼真的环境，他们提出虚拟现实环境的好处是， 支 持装配规划。孙等人提出的是实时虚拟规划环境中使用两个之间的相互作用。 手册4基于虚拟现实的装配规划与仿真应用,已双向连接与基于特征的参数化 CAD 系统，包括以先进的物理为基础的建模技术和现实的处理部分5。 2积极开发发展绿色设计、制造。 绿色设计制造是现代设计制造的可持续发展模式。人们已经认识到环境 与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模 式，即为资源型发展模式逐渐转变为技术型发展模式，依靠科技进步，节约资 源和能源，提高效益，减少废物排放，实旌清洁生产和文明消费，建立资源与 环境相联系的新的发展模式。 发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇。开发绿色设计制造是人 类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为。实际 上，绿色制造不仅是一个社会效益显著的行为，也可能是取得显著经济效益的 有效手段。环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性， 减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于 提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好的 社会形象，为企业增加无形资产。 发展绿色制造将推动新一轮技术创新。在全球性竞争日趋激烈的背景下， 利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动 和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。事实上，无论从技术 发展，还是从需求推动的角度，绿色制造已经在影响和引导当今的技术发展方 向。从产品设计到制造技术，从企业组织到营销策略的制定，一批绿色制造技 术与概念已经在发展之中。实旌绿色设计制造是一个极其复杂的系统工程，研 究一套绿色设 计制造的评估指标体系和评估系统，是当前绿色设计制造的研究和实旌急需解 决的问题。 3.充分利用机电一体化技术 当今科技突飞猛进，科学的交叉与综合，各学科间的相互联系、相互渗透， 使得用机电一体化来设计更科学。机电一体化是一种复合化技术，它是机械技 13 术与微电子技术信息互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。应用机械 电子等有关技术对它们进行有机的组合与综合，实现了整体最佳化，是在信息 论、控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术。 随着科学技术的突飞猛进，现代机械设计正朝着计算机辅助设计、智能化 设计方向迈进，设计的产品将更进一步服务于社会。 1.4 本论文主要研究内容 第一，从圆网喷墨制网机的历史背景和现状着手，阐述研制圆网喷墨制网 机的目的和意义。同时本文提出论文研究的基本内容和主要任务。 第二，通过对圆网喷墨制网机总的功能结构的分析，提出圆网喷墨制网机 传动系统与机架、喷头与曝光系统、移动尾座等设计方案，得出圆网喷墨制网 机的总体设计方案。 第三，在总体设计方案的基础上，详细阐述圆网喷墨制网机喷头系统和曝 光灯系统设计。在喷头系统中，对于喷头部分的设计，不仅能够在横向实现双 向移动，而且在纵向的定位也可以调节，通过电机及螺杆等装置来带动，这样 增加可制圆网种类，提高了生产效率。在曝光系统中，曝光灯组件在导轨表面 上通过同步带传动装置实现左右来回移动，同时对组件设置了径向移动的装置， 通过两条平行的线性导轨来实现这一功能，并且行程也得到控制； 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 14 第二章 总体设计方案 2.1 总功能分析 圆网直接喷墨制网系统将电脑分色(CAD)系统产生的各套色图像信息转换 成墨滴，喷射在涂好感光胶的圆网上，而后感光，利用油墨的防紫外线照射特 性，将要雕刻的部分同其它部分区分开来14。 图图 2-12-1 圆网直接制网系统黑箱示意图圆网直接制网系统黑箱示意图 我们把圆网直接制网系统的总功能描述为制版，它的黑箱示意图如图 2-1 所示。它是以物料的转换为主的机械系统，也即物料流是主流，输入物料流是 丝网以及无秩序的墨水，输出物料流是已有花型图案的印花用的丝网。输入物 料流同输出物料流区别在于前者的，物料之间是无序的组合，而后者是物料之 间有序的组合。 2.2 总功能分解 2.2.1 总功能分解的依据 由圆网直接喷墨制网的总功能，可知圆网直接喷墨制网系统的目的功能是 喷墨制网。从圆网直接喷墨制网工艺流程分析，喷墨制网由喷墨、曝光、冲洗 三个工序组成。 能量 丝网、无序的墨水 信息 喷墨制网 系统对环境的影响 印花用的丝网 系统对环境的干扰 15 图图 2-22-2 圆网直接制网系统功能结构图圆网直接制网系统功能结构图 考虑主流物料流的变化，喷墨时是实现物料位置和秩序上的变化，输入物 料是丝网和无秩序离散的墨水，输出物料是具有由喷滴组成图像的丝网；曝光 时是物料性质上的变化，使圆网上的感光胶固化。考虑设计要求表的各项要求， 需要对加入一些辅助功能，以保证机器的正常工作，如显示功能，调整功能； 需要加入控制功能，处理信息和接受控制指令；需要加入连接和支撑功能，以 实现系统内部各组成部分之间及系统与外部的连接支撑；需要加入动力功能部 分，以所期望的方式为其他部分提供和转换能量。考虑各功能之间的相互关系， 建立功能结构关系如图 2-2 所示12。 简要说明： 1.人是指操作人员对机器的要求，即考虑人机工程学设计； 2.虚线方框以内为机械内部结构，机械与外界联系用实线大方框表示。 2.2.2 总功能分解 实现机械产品的功能是靠工艺动作来完成的，即一系列工艺动作的目的是 完成所需的功能。工艺动作的分解往往对应于功能的分解。圆网直接喷墨制网 连接与支撑 能量传递与分配 喷墨 曝光 调整 信息处理与控制功能 信息 丝网 无序的墨水 能量 待冲洗的 丝网 人 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 16 的目的功能分解为喷墨和曝光两大功能。从机械产品的角度来看，可以看成为 喷墨于丝网和曝光丝网两大功能，它们所对应的动作为喷墨打印头（喷头）与 丝网相对运动，曝光灯与丝网相对运动两大动作。 考虑到工效实用性，技术经济性，结构工艺性等方面的要求，实现喷墨打 印头与圆网相对运动，有三种比较合理的分解方案： 1.圆网步进转动，喷头连续往复直线运动； 2.圆网连续往复直线运动，喷头步进转动； 3.圆网连续转动，喷头连续转动。 实现曝光灯与圆网的相对运动，一般采用曝光灯连续往复运动和圆网的连 续转动。综合考虑，我们把圆网直接喷墨制网系统的工艺动作分解为圆网连续 转动和圆网步进转动两大类。 对制网方案从生产效率、控制系统难易程度、制造成本、可靠性、产品精 度方面进行综合考虑评价。 由表 21 可知，采用 C 方案时，由于喷头和圆网都采用连续的方式，要 形成一定的喷滴图形，对控制系统要求很高，大大提高了产品成本，因此不予 采用。 A 方案和 B 方案实际上是把图形信息按行（列）划分，再按行（列）喷 出墨滴，都是比较合理的方案。我们选择采用 A 方案。 表表 2 21 1： 工艺动作分解方案评价表工艺动作分解方案评价表 制网制网 方案方案 工艺动作工艺动作生产生产 效率效率 控制控制 难易难易 制造制造 成本成本 可靠可靠 性性 产品产品 精度精度 圆网间歇传动 喷头连续往复直 线传动 圆网连续旋转 A:A:圆网圆网 步进步进 （喷头（喷头 连续）连续） 曝光灯连续往复 直线运动 较高易较低较好较高 圆网连续传动B:B:喷头喷头 步进步进曝光灯连续往复 17 直线运动（圆网（圆网 连续）连续）喷头间歇往复直 线运动 较高易较低较好较高 圆网连续传动 曝光灯连续往复 直线运动 C:C:喷头喷头 连续连续 （圆网（圆网 连续）连续）喷头连续往复直 线运动 高难高较低较低 2.2.3 功能元的解法和解组合 有了总功能分解图，下面进行功能元的解法和解组合： 1. 动力源（A）：异步电机，滑差电机，直流电机，直线电机，柴油机， 汽油机，液压马达，气压马达，活塞式气缸，油缸，步进电机，伺服电机 2. 圆网步进、连续转动(B)：平行四边形机构，双转块机构，圆柱齿轮机 构，圆锥齿轮机构，棘轮机构，涡轮蜗杆机构，槽轮机构，凸轮机构，行星轮 系，谐波传动机构，摩擦轮机构，同步带机构，链传动机构 3. 喷头往复移动(C)：曲柄滑块机构，移动导杆机构，凸轮机构，同步带 传动机构，齿轮齿条传动机构，钢丝绳机构，滚动蜗旋机构，链传动机构 4. 曝光灯往复移动(D)：曲柄滑块机构，移动导杆机构，凸轮机构，同步 带传动机构，齿轮齿条传动机构，钢丝绳机构，蜗旋机构，链传动机构 由以上可知，光考虑动力源与执行运动的系统运动方案总数就有 N=12x14x9x9=13608 种。如果再考虑传动系统的机构选型组合，则运动方案还 会数量级的增长。 方案的确定： 由于动力源直线电机、气缸和活塞式油缸无法与各传动机构、执行机构相 容，考虑它们都可以单独完成往复直线运动，故也可以作为喷头和曝光灯的动 力源机构。另外，此系统对精度的要求很高，且整个系统的尺寸比较大，因而 要求传动系统尽可能简单，传动链尽可能短。这样不仅有利于减少整个系统中 机构累积的运动误差，而且可以提高系统的工作效率和工作可靠性。此外，这 样还可以减少制造和装配的难度、减轻系统的重量、降低制造成本。出于这些 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 18 考虑，系统的动力部件决定采用分布式布置即各执行部件使用单独的动力源， 且考虑圆网步进和圆网连续传动都是实现圆网传动，所以采用同一动力源，以 使传动链更加简单。在动力源选择上。喷墨头移动机构和圆网转动机构的由于 精度很高，为了满足工艺性能，故需要采用闭环控制的电机类型伺服电机； 曝光灯移动机构由于精度要求相对较低在满足机构性能的前提下，考虑到曝光 灯移动机构的行程较长(丝网的长度超过 2 米),为了便于控制并降低整机的造价， 动力源采用步进电机，而不采用直线电机、气缸等直接带动执行件。 2.3 功能元的具体解法 2.3.1 喷头系统功能元的具体解法 对于喷头系统而言，其主体部分是喷头部分的装置，首先考虑到是喷头部 分能够在机体上实现可控性的左右移动，因而所设计的机构是用支座来固定喷 头部分的装置，然后通过滑块的联结，使得喷头支座能够实现在机体上左右往 复移动。 为了能够调节打印头部分上下移动，因而所设计的机构是加入一个驱动部 分来实现打印头部分要达到的功能，所以采用电机来驱动，其具体结构如图 2- 3 所示。 运动简图中电机固定不动，电动机和丝杆通过联轴器的连接，带动丝杆旋 转，在丝杠上装有打印头座，通过丝杠的工作，再加上支座上的导轨限制其旋 转，这样打印喷头部分在直线上只会上下移动。通过控制电机的正反转，从而 起到打印喷头部分的调节作用。 图图 2 23 3 打印喷头部分的驱动装置打印喷头部分的驱动装置 19 对于电机轴与丝杠的联结，所设计的另一个机构是：螺杆来代替丝杠的转动， 然后用紧定螺钉来联接电机轴与螺杆，同时限定它们之间的相对转动。这样， 机构的设计更加紧密与简单，同时又能保证同样功能的实现。 2.3.2 曝光灯系统功能元的具体解法 对于曝光系统而言，其主体部分是曝光组件部分功能的实现，它的实现是 借助于曝光灯组件机构的装置，此机构的功能既要达到能支撑曝光灯组件，同 时能保证曝光灯组件在机体上实现左右移动，以及行程的控制。 综合考虑其上因素：为了实现曝光灯组件能够左右往复移动，设计曝光灯 组件通过滑块的联结，然后在导轨上实现功能，因为这样才能够让曝光灯组件 在机体上实现横向的移动以及纵向的支撑。 2.4 设计要求及总体方案 设计要求： 圆网直接喷墨制网系统将电脑分色系统产生的个各套色图像信 息转换成墨滴，喷射在涂好感光胶的圆网上，而后感光，利用油墨的紫外线照 射特性，将要雕刻的部分同其他部分区分开来。 在整个设计过程中，涉及到传动系统与机架、喷头与曝光系统和移动尾座 的设计。我们的主要任务是： 1. 设计传动系统与机架，实现圆网准确工作和机架上导轨的合理分布； 2. 设计喷头与曝光系统，实现圆网喷头位置的准确定位，曝光系统的快速 移动； 3. 设计移动尾座和锁紧装置，实现尾座位置的准确定位和锁紧； 4. 整个机器的运动仿真，为了更加直接的观察到机器的运动以及在运动中 零件是否有干涉情况等，我们都可以通过仿真来观察。 在本论文中主要设计喷头与曝光系统，实现圆网喷头位置的准确定位，曝 光系统的快速移动； 总体方案： 根据工作要求，该设备要实现圆网的夹紧，喷头和曝光系统的左右往复移 动，圆网制网时圆网的旋转。首先通过移动尾座将圆网固定在制网机上，然后 调整喷头和曝光系统的位置，将他们调整到初始位置。接着喷墨系统在同步齿 形带的带动下开始在圆网上喷墨绘制图形，同时曝光系统也在同步齿形带的带 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 20 动下对已绘制好的图形进行曝光。等图形绘制完成后，接触锁紧装置的锁紧， 将尾座后移，取下圆网。 结合其他两位同学的设计，得到圆网制网机的总体方案： 1. 移动尾座：在制网之前，调整尾座的位置，使之与圆网的尺寸相配合， 保证圆网充气后的密封。其中尾座的小行程有电机带动，大行程有人力手推。 2. 锁紧装置：在尾座的位置确定后，对尾座进行锁紧，使之固定，保证制 网质量。 3. 喷墨系统：当圆网在制网机上固定后，喷墨系统往复运动在圆网上喷墨 绘制图形，由电机带动。 4. 曝光系统：在圆网完成喷墨工序之后，曝光系统往复运动将在圆网上喷 制的图形烘干，他的运动由电机带动。 5. 传动系统：在圆网制网时，带动圆网旋转，使制网顺利进行。 6. 机架设计：采用冷弯方形空心钢，用焊接的形式进行组装。 图图 2-42-4 总体布置图总体布置图 2.5 喷墨圆网制网机的工作过程 1. 准备阶段 (1)圆网的准备。圆网的选择按织物幅宽、花型等因素选择不同规格的圆网 进行制网。同时圆网在上感光胶前圆网必须洗净。将圆网放在清洗架上，先用 60%铬酸往复清洗，用水冲洗后，再用 10%纯碱冲洗，最后用水冲洗。因为冲水 21 是由里向外，冲水压力不能过大。待圆网表面呈现出均匀水膜时，即可防入低 温烘箱烘干。然后上感光胶。完成圆网的制备。 (2)根据已制备的圆网的尺寸，调整尾座大行程和小行程的位置使之与圆网 尺寸向配合。并进行充气调试，检查圆网的安装情况，待确认圆网安装密封后， 用锁紧装置对尾座的大行程进行锁紧。 (3) 启动电机，带动圆网的旋转，检查圆网旋转的同步性。 2. 制网阶段 (1)启动电机使圆网开始旋转，并保持均匀低速运动。 (2) 喷墨系统的电机开始启动带动同步齿形带带动喷墨系统在导轨上做往复 运动。 (3)喷墨系统在导轨做往复运动的同时，开始在圆网上根据系统接受的图形 喷墨绘制图形。 (4)曝光系统的电机开始启动，通过同步齿形带带动曝光灯在导轨上做往复 运动。 (5)曝光灯在导轨上做往复运动同时对已绘制好的在圆网上的图形进行曝光。 3. 检查阶段 对已完成制网的圆网进行检查，检验制网质量。 4. 卸网阶段 对已完成制网的圆网在检验符合要求之后，启动尾座小行程的电机使之反 向运动，压鼓后退，使原来密封的圆网产生间隙，网内和网外的气压相等。取 下圆网。完成圆网制网。 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 22 第三章 喷头系统的设计 3.1 机构简述 电机通过同步带的传动，来实现喷头支座在线性导轨上左右移动，同时， 打印头支座的上下移动通过小电机的驱动，通过紧盯定螺钉的连接，传到螺杆， 然后实现机构要达到的功能。下图为其运动简图。 3.2 电机的选择 图 3-1 喷头移动见图 选择伺服电机或者步进电机来驱动同步带的传动，但考虑到步进电机与伺服 电机的区别，主要有： 第一，控制精度不同。两相混合式步进电机步距角一般为 3.6、 1.8， 五相混合式步进电机步距角一般为 0.72 、0.36。也有一些高性能的步进 电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距 角为 0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其 步距角可通过拨码开关设置为 1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、 0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式 交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采 用了四倍频技术，其脉冲当量为 360/10000=0.036。对于带 17 位编码器的 23 电机而言，驱动器每接收 2 的 17 次方=131072 个脉冲电机转一圈，即其脉冲当 量为 360/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8的步进电机的脉冲当量的 1/655。 第二，低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率 与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。 这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不 利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比 如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺 服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解 析机能（FFT） ，可检测出机械的共振点，便于系统调整。 第三，矩频特性不同。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转 速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300600RPM。交流伺服电机为 恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000RPM）以内，都能输出 额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 第四，过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较 强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要 选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现 了力矩浪费的现象。 第五，运行性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过 大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证 其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器 可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会 出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 6.速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转） 需要 200400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下 MSMA 400W 交流伺 服电机为例，从静止加速到其额定转速 3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速 柔性圆网制网机机械设计-喷头与曝光灯系统 24 启停的控制场合。 综上所述，在所设计的喷头系统中，喷头支座的移动要达到的要求是：移 动的控制精度要高，移动的速度要平稳 ，控制性能要高等等，伺服电机正能满 足其要求。所以选择伺服电机来驱动同步带的传动。喷头由电动机通过一级同 步带减速后，由同步带直接驱动，其中伺服电机的型号为“三菱 HC-PQ23” ，额 定转速为 3000；分辨率为 4000 脉冲/转 3.3 导轨的选择 自从采用了 Thomson 于 20 世纪 40 年代发明的圆形导轨 Ball Bushing 直线 轴承，循环滚珠直线导轨领域一直保持稳定发展。载荷能力、使用寿命的提高 以及制造的简化，使几近零摩擦的直线导轨越来越多的应用于更为广泛的领域 中。 尽管设计中固有的各种磨制要求导致方形导轨的初始成本是圆形导轨的数 倍，但新的制造技术和尺度经济性已经允许方形导轨在更广泛的应用空间与圆 形导轨展开有力竞争。在进入机床领域之后，在曾经只能采用圆形导轨产品的 许多应用中，现在已经能够看到方形导轨的使用。由于某些固有独特性以及适 合特定应用的有利特性，滚珠衬套导轨依然流行，最重要的原因就是因为它们 是圆形的，而方形销有时是无法匹配到圆形孔中的。而在圆网制网机中，导轨 只是用于直线传动，同时整个导轨需要底板来支撑导轨，因此在本设计中，采 用方形导轨。 方形导轨可以用于带预载荷的情况，载荷从轻载荷（额定动载荷的 3） 到重载荷（额定动载荷的 13）均可适用。方形导轨轴承的典型应用是对载荷 能力、刚度和准确度要求极高的机床行业。由于轴承已经承受了一个初始变形， 因此，