如何提高印刷设备框架结构精度

　　印刷机的整体结构是以两块墙板为支撑基础件，在两块墙板之间安装大量滚、轴、辊等零件，使连续行进的承印物从排列有序的轴、辊、滚筒间等功能机构穿过。在承印物行进中，进行诸如张力控制、送纸、调偏、给水、给墨、印刷（套印）、裁切、输纸、纸张交接、打号码、烘干、冷却、上光及各种保证印刷过程自动完成的机构。其中，一块墙板的外侧，安装有各种传动零件，以带动墙板内侧的滚、轴、辊作旋转、轴向或间歇地运动，从而达到各种印刷功能的实现。另一块墙板的外侧则安装了各种操纵机构，以控制印刷的质量并保证印刷顺利进行。因此，墙板在保证加工质量的前提下，它的装配质量的优劣，将直接影响整机质量和精度保持性。作为印刷机的主要基础件，它还影响着完成印刷全过程各种功能零件的质量和寿命。重视基础零部件的研究，是提高印刷机内在质量的重要手段。本文准备从现有的装配定位工艺方法入手，通过定位产生误差的计算，分析主要基础零件产生定位误差的原因，从而提出几种供选择的新装配定位方法，以提高装配定位精度，进一步提高印刷的质量。同时，也为印刷企业对印刷机大、中修提供的装配方法和手段。
　　
　　一、传统工艺方法产生同轴度误差的计算
　　
　　传统的基础件同轴度精度的定位方法多采用芯轴定位方式。这种方法从理论上讲可以做到设计基准、装配基准、定位基准三统一，基准重合可以提高装配精度。但是，由于墙板定位孔存在形状、位置误差和尺寸误差，芯轴的定位部分也给定的公差值，因此两块墙板使用芯轴定位时，间隙的存在即使芯轴转动灵活也会产生同轴度误差。显而易见，随着两块墙板距离的拉大，同轴度误差值和墙板间距成正比和配合间隙大小成正比。大跨度的印刷机墙板由于间隙的存在，产生的同轴度误差不容忽视。虽然，滚、轴、辊装配以后，可以从公共轴线来确定滚、轴、辊间的相对位置，似乎影响不大，但是，众多的传动、操纵和自动控制零件则会处于恶劣的工作条件，更重要的是精度保持性差。
　　
　　为建立间隙，墙板间距和同轴度误差产生的关系式，先提出以下约束条件：
　　
　　1.墙板下平面是支承基准，也是加工时的导向基准，因此可以认为两块墙板上的所有同位孔相对支承基准高度尺寸一致，装配时，两块墙板的水平位置，由定位芯轴定位确定；
　　
　　2.可以从直观的角度想象出，产生最大同轴度误差的位置是：一个孔的两端与定位芯轴定位对角线接触，另一个孔内侧定位芯轴接触，从理论上讲，此时转动芯轴也应该灵活；或立式加工中工作台上合镗加工（也可以分镗加工），所以认为两块墙板孔轴线同向，但对墙板大平面的角度不同，这反映了拉轴（拉梁）零件的一致性精度；
　　
　　4.一般说来两块墙板对应孔径相同，为了使推导的关系式有普遍意义，特设两对应孔为不等径孔。
　　
　　二、同轴度误差分析
　　
　　印刷机三大基础件按现行装配工艺进行定位装配产生的同轴度误差，可以采用前面推导的三个关系式进行核算。（1）式为同轴度误差的通用计算式，但其中没有包含拉轴、拉梁的一致性产生的误差。（4）式是同轴度误差的简化计算式，即式中的变量符合印刷机的现实没计。（6）式为同轴度误差的综合式计算式，即同时考虑间隙和拉轴、拉梁一致性误差两个因素的计算式。
　　
　　进行同轴度误差分析可以适用以下同种情况：
　　
　　1.仅考虑间隙和定位芯轴影响产生的同轴度误差；
　　
　　2.综合考虑间隙和一致性产生的同轴度误差；
　　
　　3.用极大值的方法求出最大同轴度误差；
　　
　　4.按全面质量管理的方法，考虑加工、装配产生误差的正态分布，求出的合理的同轴度误差。
　　
　　墙板用定位芯轴定位时，操作者要转动芯轴使其转动灵活，两墙板轴孔加工时为防止测量误差，往往操作者也把孔径控制在下限，定位芯轴的直径控制在上限，这样实际产生的同轴度误差要比以上计算的小。按全面质量管理的原理，产生如上面计算的最大同轴度误差仅占千万分之三（标准偏差控制在6σ之内）。这种定位方法的工序能力指数是比较高的，因为影响定位精度的因素较少。如果工序能力指数cp=1.33，前面的两个计算结果可以按下式计算出实际达到的同轴度精度。
　　
　　由于墙板孔和定位芯轴间的间隙存在，拉轴、拉梁尺寸一致性误差存在，这种装配定位方法产生较大的同轴度误差。从计算结果和关系式推导过程可以得出如下结论。
　　
　　1.产生同轴度误差的主要原因是墙板孔和定位芯轴之间的间隙，随着定位芯轴的使用磨损，同轴度误差还会不断扩大。
　　
　　2.拉轴、拉梁的一致性精度也影响同轴度精度，但是一个次要因素。在实际加工中，用卡板量具控制一致性精度的测量方法不可取，实验表明，由于管挠度变形其测量精度仅为0.4mm左右，这样对同轴度的影响就会加大。如果采用每台件双面铣削，精度则提高60%，一致性精度可以控制在0.04mm以内，这时，卡板只起到控制每批零件尺寸一致的作用。因此本文不再研究进一步提高一致性精度问题。
　　
　　3.由关系式可以看出，同轴度误差和墙板间距l、墙板厚度b都有直接关系。当墙板间距较小或墙板厚度很大，按前边公式核算能保证同轴度精度还是可以采用现芯轴定位方法的。采用钢板材料的墙板，因为厚度很小，同轴度误差较大。
　　
　　三、提高装配质量的措施
　　
　　1、传统定位方法的改进
　　
　　采用定位芯轴装配比较方便，而且经多年的使用已经习惯，在这种定位方法上加以改进也能取得较好的同轴度精度。
　　
　　一种方法在芯轴转动灵活的基础上，转动芯轴来测量与墙板大面的垂直度的方法。另一种方法是相对基准墙板，另一块墙板沿平行方向向两个方向移动到芯轴灵活转动的最远距离，然后取中的办法。具体做法如下：
　　
　　（1）第一块墙板以靠塞定位紧固；
　　
　　（2）装第二块墙板和拉轴、拉梁，并装入定位芯轴；
　　
　　（3）在墙板一端固定一块百分表，并压表；
　　
　　（4）沿与墙板平行的方向移动墙板，找了定位芯轴转动灵活的最远点，并在百分表上读数；
　　
　　（5）再向相反方向移动墙板，找出定位芯轴转动灵活的另一个最远点，并在百分表上读数；
　　
　　（6）按两个最远点的读数区间，计算中点读数值（指百分表读数）；
　　
　　（7）再移动墙板至中点读数位置。
　　
　　采用这种方法，可以消除定位芯轴和墙板孔间隙产生的同轴度误差，中点读数位置应该是第一块墙板孔的中心线位置，从道理上讲精度能达到很高的水平。由于在转动芯轴时，没有规定转动力矩的大小，因此求出的最远点可能存在误差。另外，在求出远点读数时，每移动墙板的步距越小，最远点求得越准确，这方面也影响最远点的准确性。为了提高装配精度，在墙板移动接近最远点位置时移动步距越小越好。如果按0.05mm移动墙板测试定位芯轴转动灵活性，最远点的读数就会出现0.05mm的读数误差，求出的中心读数误差为0.025mm，同轴度误差为0.05mm。如果在最远点附近墙板移动步距再减小，最远点测的准确，同轴度精度还可以提高。
　　
　　移动墙板的方法可以敲打，但最好做一个靠螺旋力推动墙板移动的工具，能收到较好的效果。
　　
　　2.用拉表的方法保证同轴度的措施
　　
　　这种方法和传统方法的相同点，都是以靠塞确定第一块墙板的位置，第二墙板位置传统的定位方法是定位芯轴转动灵活来确定，而这种定位方法不再用芯轴定位。这种方法是以底盘端面（或平版端面）为基准拉表测量墙板侧面一致性。从而保证孔同轴度。这种方法的优点主要是消除了定位间隙对同轴度的影响，但是，它也对墙板和底盘提出的特殊要求：
　　
　　（1）墙板侧面（指拉表面）到轴孔的距离一致，这点可以由合装加工或加工中心单片加工来保证；
　　
　　（2）底盘端面应和侧面或预做的靠塞孔中心线垂直；
　　
　　（3）墙板侧面与轴孔平行，加工时它们的定位基准都是墙板大平面，这也是容易做到的。
　　
　　采用这种定位方法，同轴度误差主要源自靠塞和底盘端面的垂直度误差；拉轴、拉梁的一致性误差。为了计算方便，对墙板孔和侧面平行度误差，靠塞的塞尺量误差、墙板孔对侧面的一致性误差、底盘的平面度误差等忽略不计。这时同轴度误差δ=0.00615（同轴度误差计算公式推导和示意图略）。
　　
　　这个计算结果表明，采用这种定位方法使两块墙板的同轴度精度大大提高，甚至提高精度一百多倍。当然影响同轴度的误差因素相当多，有些还涉及到设计和工艺的改进，但无疑这是提高同轴度较好的装配方法。
　　
　　为推行这种定位方法，要解决的设计、工艺问题有以下几点：
　　
　　（1）在以底盘为基准拉表读数时，如在墙板厚度内读数有变动，应以墙板厚度中心读数为准；
　　
　　（2）多色印刷机底盘较长，底盘端面距墙板侧面较远，可以在底盘上加工和靠塞定位面垂直的槽，作为测量基准（没有底盘的印刷机可在装配平板上解决）；
　　
　　（3）一个机组定位后，其它机组的定位，可以测为轴孔平行度，用专用带表卡尺测量芯轴获取数据进行调整。采取这种方法，可以设计直接量孔距的带表卡尺进行测量，即分别测量传动在和操纵面孔距进行比较。
　　
　　3.采用双靠塞定位的措施
　　
　　前边阐述的两种墙板定位方法都是一块墙板使用靠塞定位，另一块墙板靠拉轴、拉梁定向。两块墙板定位一种方法用孔定位，另一种方法是用墙板侧面拉表定位。这种双向使用靠塞定位方法，就是把拉表定位改为靠塞定位。即印刷机底盘在零件加工时，用加工中心预先加工出四个圆柱靠塞孔，装配时压入圆柱销，并用0.02mm塞尺检验接触情况。采用这种方法获得的同轴度精度低于拉表测量法，其原因主要取决于四个靠塞孔加工的位置精度，当然也和塞尺量、墙板侧面的一致性有关。如果，两组靠塞的重直度为0.05、塞尺量为0.02，按拉表法计算公式推断，产生同轴度误差的最大值约的0.1mm左右。采用这种定位方法要比传统的定位方法也提高精度十倍以上。
　　
　　4.采用激光准直仪和定心光靶的定位方法
　　
　　这种方法是将激光准直仪安装在墙板孔中，再将光靶放在另一块墙板的孔中。当激光准直仪射出的红色激光束打到光靶上时，在光靶中心按四个象限分布的四块硅光电池就会测量出x、y轴的位置偏差。墙板装配时仅控制水平方向同轴度，因此激光准直仪仅在水平面内转180°即可。这种方法是提高同轴度精度的方向。不过，这种方法工作效率低，不适用装配流水线生产，但可以用在装配精度校准检测。
　　
　　5.在三坐标检查机中定位的措施
　　
　　三坐标检查机的规格范围很宽，对一些中小印刷设备可以在三坐标检查机下定位，就是一些对开幅面的设备也可以在三坐标检查机下装配定位，当然这样做的成本较高。国内有一家企业已经对重点高端印刷设备，采用这种方法进行装配定位和其他现场检测。
　　
　　四、结论
　　
　　传统的墙板定位方法产生很大的同轴度误差已毋庸置疑，除了前边计算得到了证明，就是在装配实践和用户反映中也得到了证明。
　　
　　本文提出的五种装配定位方法，既兼顾目前传统定位方法的改善，进而提出提高同轴度精度的具体措施和采用先进检测技术的方向。这些提高同轴度精度的措施，同样适用于与印刷机结构类似的其它印刷机械设备和印刷设备的大修理。

信息来源：中国包装印刷展览网