印刷新闻 印刷技术 印刷展会 印刷词典 院校社团 印刷企业 印刷杂志 电子书库

切纸机发展综述

资料来源:《广东印刷》2009年第3期 作者:侯玉鹏 武吉梅 更新日期:2009-11-23

切纸机是一种常用的纸张加工设备,其应用于生产已有上百年的历史。它主要用于造纸厂单张纸的裁切加工、印刷企业印前单张纸裁切和印后印刷品的整形加工以及包装产品中纸蜂窝芯的切制。近年来,切纸机又广泛应用于商标、不干胶贴片、卡片、甚至PS版、皮革、硬塑料等非纸材料的裁切。在印刷机械产品家族中,切纸机占有重要的地位,年销售量仅次于小型平版印刷机。随着社会经济的发展和科技的进步,切纸机的社会需求量不断增加,其自身的高科技含量也大幅提升。
一、切纸机的构造特点
虽然切纸机的型号繁多,但它们的结构基本相似,都由下列几个主要部件组成:裁刀、刀条、切纸台、侧规、后挡规及压纸器、机座。裁刀是切纸机的重要部件,裁刀又长又重位于机器的前方,固定在刀架上,当它向底座移动时完成裁切工作。刀片的角度及材料要依据被切材料的特性来选用和调节。刀条是切纸机另一个重要部件,位于切纸台面上一个沟槽中,正对裁刀下方。作用是防止裁刀每次切过纸叠后与金属切纸台相撞,否则裁刀就极易变钝甚至断裂。侧规和后挡规的作用是在裁切之前,调整纸叠的位置,将纸叠准确定位在裁刀下方。侧规是固定不动的,而后挡规能移动,可根据不同的裁切长度进行调整。压纸器是一个与裁刀平行的金属块,它有两个功能:裁切之前将纸叠中的空气排出;在裁切过程中将纸叠牢牢地固定在原位。切纸台是切纸机的工作台,要求平面度、平直度精度高,刚性好,保证推纸和裁切的平稳进行,以确保裁切精度。
二、国外切纸机发展状况
国际上众多先进的切纸机中最著名的当数Polar切纸机,它代表了切纸机的发展方向。而包括法国的沃伦贝格(WOHLENBERG)、施耐德(SCHNEIDER)、英国的凯琳琪(CHELLENGE)、日本的伊藤(ITON)等其他品牌切纸机也各有千秋。这里以Polar公司的机型为代表说明国外切纸机的发展历程。
1.机械式切纸机
最早的切纸机是机械式切纸机,它采用单导轨结构,结构简单,调试维修方便,但是这类切纸机没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置,裁切精度低,不能满足高档印刷品裁切的要求。另外这种切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠,容易出现工伤事故,而且没有自动送纸机构,劳动强度大,生产效率低下。该机型现已被淘汰。
2.液压式切纸机
机械式切纸机之后,人们将液压机构引入切纸机设计出了液压式切纸机。采用液压驱动的压纸器,压力大而恒定,受裁切时冲击力的干扰小,有的切纸机的裁刀也使用液压驱动,裁切准确而稳定。
3.数显和程控式液压切纸机
随着控制论和电子技术的发展,数显和程控式液压切纸机开始成为切纸机的发展主流。1956年波拉公司生产出了第一台磁带控制的切纸机,开辟了程控切纸机的设计先河。自1997年开始,德国Polar公司在国际性展览会上几乎每次都有新机型参展。从基本的Polar E型可编程序式切纸机,很快发展了第一台带微机控制的Polar EM型切纸机,进而又有Polar ED型切纸机问世。这同时还针对日益蓬勃发展的短版快印市场的需求,推出了全液压数字式Polar 66型切纸机。
Polar E型切纸机是适用于一般裁切业务的可编程式机型,有128 KB存贮容量,约相当于1.2万个裁切位置。Polar ED型切纸机向用户提供了多种附加功能包括自动清废功能(Autotrim),在高速裁切过程中自动清除废料,最多可节约30%的时间。同时,可预先在支板上整理标签,哪怕是最小的标签,也能快速有效地进行处理。前部工作台可根据裁切尺寸的需要伸缩。裁刀前部的压紧装置可将裁刀前面的小幅面标签固定,防止标签混杂、移动或翻面,这样就改善了作业流程,提高了生产率。该机型还配备有在机外进行编程操作的编程软件,并与数据控制系统联网。它还具有高精度测量和定位系统,包括直接脉冲发生器、频率控制的驱动马达、带万向滚珠轴承的高精度主轴及推纸器所使用的精确线性引导系统。旋转后挡规或倾斜后挡规可将需要裁切的纸叠对齐。定位装置(Fixornat)可确保纸张固定在裁刀下,就像在印刷机上的定位一样。导向规在整个加工过程中都发挥作用,直到裁切完毕。裁切位置定位精度达0.01mm,推纸器最高速度为30m/min。该机型的自动压力调节装置能确保不同的纸张在各种裁切宽度下均获得最佳的压力。这样就可以加快裁切过程(无需手动调节压力),保持稳定的高质量裁切。裁切优化功能使裁刀的裁切动作和后挡规前移动作均得到优化,尤其是在进纸深度较小的情况下,由于后挡规前移时间较早,生产效率得以提高。在Drupa2000展览会上,波拉公司以Polar ED型切纸机为中心提出了7种裁切系统方案供用户选择。它是由高速切纸机和辅助设备相互组合而成的高效网络化的裁切系统。Polar ED型切纸机还安装了多种安全装置,使机器具有极高的安全性,符合欧洲CE安全标准和德国GS安全标准认证。波拉66型切纸机的压纸和切纸为全液压及数字化控制,该机可存储99套切纸程序,6464个程序步骤,换刀和调刀安全迅速,推纸器传动精度高,裁切运动轨迹得以优化,入切平稳,裁切精度高。
以上所有机型均为模块化设计,控制面板上的图形按钮,使人一目了然,操作简单、方便。高分辨力彩色屏显示,备有29种文字的操作信息。当裁切材料发生变化或变形时,可选用相应修正功能,纠正纸张尺寸误差。自我诊断系统对切纸机所有功能进行连续监视,如有任何错误和不正常,便立即有信号和文字显示,以便操作人员尽快排除故障。
Polar公司在高速切纸机和切纸机系统的外部联网管理上成功应用了PCM-Polar控制管理系统,并于2004年将该系统配置到公司80%的大型高速切纸机上。PCM-Polar控制管理系统具有诸多优点,如可自动生成裁切程序;由摄像机控制切纸机后工作台,使被裁切材料定位对齐;拥有用户与代理商、生产商在服务中心开办视频会议的电子诊断界面;可利用互联网下载切纸机升级软件;可利用印前处理信息和数据控制系统通过集成化的CMMPUCUT软件实现切纸机的内部网络化等。如今,Polar新一代切纸机都采用液晶显示和微机控制,能自动编程控制裁切工艺的操作和速度。其最新的Polar-X和XT型切纸机与E代和ED代产品相比更重也更结实。其78mm和92mm型切纸机有更深的前台,有一个最新的被称为Optiknife的裁刀更换和调整系统,允许操作者在较低的裁切位置对刀片进行调整,使刀片的更换更为简单,刀的寿命延长了一倍。此外,智能技术较高的P-NET技术能提供全面的以太网联络功能,这意味着可以将它作为一个中央服务器,自动地对闯纸机等外围设备进行设置。
4.裁切生产线
除了发展微机程控切纸机,许多国外厂家还发展了各种规格的裁切生产线以适应不同的生产需要。如海德堡的波拉裁切生产线就有L-137-L、L-R-137-T、T-155-T及L-R-P-137-T等不同规格。这种裁切生产线将各个操作工序,如升起、降下、填料、闯齐、缓冲、切齐、输送、卸料等,联结在一起,编入自动控制程序,使整个生产过程自动化。例如,波拉L-R- 137-T裁切生产线,操作人员只需将待裁切纸张放在倾斜的闯纸台上,剩余的事情就由系统自动完成。先是闯纸台面振动,使纸张闯齐,接着台面上升与切纸机工作台对齐,将闯齐的纸张输送到切纸机,切纸机自动按照规定尺寸连续切纸,切完的纸张再由中转台自动输送到卸纸设备Transomat E上,整个裁切过程完全自动化。
三、国内切纸机的发展状况
上海申威达公司飞达牌系列切纸机和四川中江利通公司的利通牌系列切纸机,代表了国产切纸机的发展水平。这两家企业已经不再生产落后的机械式切纸机,而以液压切纸机、程控切纸机和微机程控切纸机作为现阶段主流产品。
1.申威达飞达牌系列切纸机
申威达飞达牌系列切纸机,通过微机处理及位置检测装置进行程序控制,是集机、电、光、液、气与数字技术为一体的机电一体化产品。其主要特点包括:采用模块化设计,零部件标准化、设计通用化;压纸器采用液压驱动实现无级调压,压力大而恒定;采用Internet网络技术、中英文选择的人机对话界面,实现远程故障监控和诊断;采用PLC进行控制,RS485接口进行通讯;当系统出现故障报警时,系统自动弹出故障名和建议处理方式;利用先进的滚珠丝杆和线性导轨结构使推纸器运行平稳、轻快,定位准确,噪声低,提高了裁切精度;工作台全部镀铬并附带气垫,使工作台耐磨,不生锈,推纸轻快;在安全防护方面,有双手连动保护按钮,红外线光电保护及电子锁等安全防护装置,从而保障了操作人员和设备的安全;可循环单次裁切,裁切时具有过载保护功能,换刀轻捷方便。
该公司的SQZK程控切纸机是国内切纸机最高水平的典型代表。其外观、功能、安全性、稳定性已达到国际90年代中期水平。该机的控制系统采用10.4英寸彩色显示屏,软盘驱动,存储的裁切容量巨大。可以进行裁切数据的传递或软件升级;具有裁切尺寸的工作表及裁切线的可视化功能;采用纸叠高度监测装置及辨刀感应装置,减少了切纸空行程时间;推纸器与丝杆螺母座采用国际上成熟的刚性连接技术,在推纸调节时,二者之间不产生相对位移;单球面支撑代替双球面支撑的推纸器与丝杆螺母座连接的新方案增加了推纸器抗冲撞力的支撑面积,提高了抗冲击能力和稳定性,从而能长期保持裁切精度;配置了压纸自动阀,使压纸力可减小到最小而不影响裁切,不会在柔软裁切物上留下压痕,还可选配电磁阀,与KM大屏幕控制系统配合,实现压纸力控制程序化;在115 cm以上尺寸机型上可选配废边清除装置,当压纸器压紧纸后,前平板前移,使裁切时废边掉入废纸箱,然后,后前平板与后平板再合拢,使裁切现场清洁而有条理;采用裁切监控装置,PLC可编程序控制器、无触点感应开关、压纸制动器等多种技术措施,以及按要求自由选用的符合CE标准的红外线光电装置、电气元件及移动部件和危险区域的罩壳等,保证了安全防护并通过了欧洲CE认证。
飞达牌切纸机还在国产切纸机中率先配备了一系列配套辅机,如升降机、闯纸机气垫工作台、卸纸机等。规格在1150mm以上的切纸机可配备自动清边装置。以规格在1150mm以上的程控机为核心可组成裁切生产线,从而自动完成纸张的装卸、整理、搬运、堆垛等工作,单机也可任意组合。
2.中江利通利通牌系列切纸机
四川中江利通公司的利通牌系列切纸机也有多项改进。“双导轨整体无槽工作台”利用台下两侧面的两根导轨进行导向,提高了工作台的刚性,使推纸器冲撞后位移量   四、切纸机裁切工艺新思路
从上面对切纸机发展状况的论述,可以看到随着科技的进步,切纸机发生了巨大变化:由原始的机械式发展到液压式切纸机,又发展到程控机,进而又发展到液晶显示和微机控制的智能化切纸机,目前又开始向以微机控制的智能化切纸机为核心,各种辅机组成的自动化纸张裁切生产线发展。这使得切纸机的纸张裁切精度、效率大幅提高。但另一方面也可以看到为了使机器运行稳定,特别是为降低受较大裁切抗力冲击的影响,而将机器设计得大而沉重,机器能耗也较大,这主要是其裁切机构没有实质性变化的原因。为了解决传统切纸机在裁切过程中裁切抗力较大,易产生“掏刀”故障且刀刃磨损严重的问题,自2005年开始,西安理工大学张广正教授和武吉梅教授突破传统裁切工艺的限制,进行了振动裁切工艺的研究。该工艺的特点是在纸张裁切过程中,给刀床的裁切运动迭加上一微幅振动,以此缓解刀床在入切时给机器造成的一次性冲击和过大的裁切抗力,通过搭建振动裁切试验平台,进行试验分析发现,振动的引入能够很好地降低裁切抗力,缓解入切冲击,使机器工作平稳,提高纸张的裁切质量,并能够降低能耗,节省材料,减少刀片的倾翻力矩,这为切纸机的设计提供了一条新的思路。