CN1174840C - 片状材料的加工方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种片状材料(2)的加工方法和装置。其中，片状材料(2)在两个辊子(3)之间被加工，这两个辊子围绕着各自的基本上相互平行的轴线(4)转动，并且按照特定的相互作用条件而相互配合工作，所述特定的相互作用条件取决于两个辊子(3)之间的空间位置关系；在工作时，借助于作用在调节件(13)上的电磁场的改变，通过调整两个辊子的轴线(4)的位置，按照所述特定的相互作用条件来不断地调整所述的空间位置关系。所述的调节件(13)由电磁导致伸缩的材料制成并且位于两个辊子(3)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种片状材料的加工方法。
背景技术
尤其是，本发明涉及一种纸条或类似材料的加工方法。
在下文说明中，完全以举例的方式对自动包装机上的纸条的切割和压印作专门的说明。
自动包装机的众所周知的特点是具有切割或压印装置，它包括安装在各自支承件上的相互配合的两个辊子，它们围绕着基本上相互平行的各自的轴线转动并且确定出一个加工区，片状材料送入到该加工区中，以便由一对分别安装在各个辊子上相互配合的工具进行加工。
以材料的加工质量和工具的最小磨损来衡量的工具的优化性能，取决于工具的配合情况，也就是说，取决于相互配合的工具是否满足特定的相互作用条件，所述的相互作用条件又取决于两个辊子的空间位置关系。例如，对于装有配合工作的数对刀片的两个切割辊，当每对刀片无干涉地相互掠过时，切割辊处于最佳工作状态。
两个辊子轴线之间空间位置关系的错误或改变将导致工具之间有害的相互作用，因而导致加工质量的恶化。尤其是在切削装置的情况下，当一对刀片相互干涉时，工具也就是刀片的磨损将大大增加。
在两个辊子装有相应数量工具的情况下，为一对工具的最佳相互作用所设置的辊子轴线的空间位置关系，很少也能够适用于其它的那些对工具，这是因为如：涉及到不同的刀具组装公差的原因。因此，加工装置的调置是一项非常艰难，因而也是高成本的工作。为了满足所有工具对的优化工作条件，辊子轴线的空间位置关系必然是一个折衷选择。
另外，优化后的工作条件会很快地受到工具磨损以及使用过程中消极因素的影响，因此必须经常地调整加工装置，这就进一步增加了维护成本。
EP-A1-707928和EP-A1-841133(根据EPC54(3)条款的中间文件)提供了一种旋转工具，它包括相互配合的刀片辊和光面辊，以及位于两个辊子两端处的、用于在使用中调整刀片辊和光辊之间接触压力的间隙调整机构。间隙调整机构包括一个与螺杆元件相连的曲拐机构，螺杆元件则由连接着电机的齿轮箱驱动。
上述的间隙调整机构有一些缺陷，这些缺陷是由于该机构要使两个辊子产生机械运动，因而是非常缓慢和低精度的机构。此外，要产生相当有力的高精度的运动，上述的间隙调整机构就将非常昂贵。
本发明的目的在于提供一种片状材料的加工方法和装置，它们能消除上述缺陷，同时价格便宜和便于生产。
发明内容
按照本发明，提供了一种片状材料的加工方法，其中片状材料在两个辊子之间被加工，这两个辊子围绕着各自的基本上相互平行的轴线转动，并且按照特定的相互作用条件而相互配合工作，所述特定的相互作用条件取决于两个辊子之间的空间位置关系；还设有调整所述空间位置关系的调整装置，通过调整每个所述轴线相对于另一轴线的空间位置，按照所述特定的相互作用条件来调整所述的空间位置关系；所述调整装置包括改变每个所述轴相对于另一个轴的空间位置的调节件，其特征在于，所述的调节件由电磁导致伸缩的材料构成，并且连接到两个辊子上，通过改变作用在调节件上的电磁场来调整每个所述轴相对于另一所述轴的空间位置。
本发明还涉及一种片状材料的加工装置。
按照本发明，提供了一种片状材料的加工装置，包括两个按照特定的相互作用条件而相互配合工作的加工辊，所述特定的相互作用条件取决于两个辊子之间的空间位置关系；还包括用来使两个辊子围绕着各自的基本上相互平行的轴线转动的驱动装置；以及调整装置，该调整装置通过调整每个所述轴线相对于另一轴线的空间位置，按照所述特定的相互作用条件来调整所述的空间位置关系；所述调整装置包括至少一个调节件，用来改变每个所述轴相对于另一所述轴的空间位置；该装置的特征在于，所述调节件由电磁导致伸缩的材料制成并且连接到至少一个所述辊子上，调整装置还包括用以在所述调节件上产生出可变电磁场的机构，通过改变作用在所述调节件上的电磁场来调整每个所述轴相对于另一所述轴的空间位置。
附图说明
下面结合附图以举例的方式描述本发明的非限制性的实施例。
图1表示了本发明装置的推荐实施例的示意性主视图，为了清楚起见去除了一些元件。
图2表示图1装置的另一个示意性主视图。
具体实施方式
图1中的标号1表示了用来对通常是纸条或类似材料的片状材料2进行切割的整个装置。片状材料在两个相互配合的公知辊子3之间被切割，辊子3围绕着各自大致平行的、垂直于图1纸面的轴线4转动。
每个辊子3包括一个安装在支架6上的轴5，以便能够围绕各自的轴线4转动以及沿着垂直于轴线4的调节方向7运动。切割装置1包括连接至每个轴5的公知的驱动装置(未示出的)，以使两个辊子3以基本上恒定的相同角速度、沿相反方向围绕各自的轴线4转动。
在未示出的另一个实施例中，调节方向7，也就是对辊子3的轴线4的相互位置进行调整的方向，不垂直于辊子3的轴线4。
每个辊子3包括一些等间隔的圆周刀片8，当辊子3转动时，它们与另一辊子3上的相应刀片8相互配合，也就是说，一个辊子3上的每个刀片8与另一辊子3上的相应刀片8形成了相互配合工作的一对刀片8。
具有最小刀片8摩损量的材料2的优质切割通常取决于两个相应刀片8在某一特定的相互作用条件下的相互配合，这又取决于两个辊子3的特定的空间位置关系。
更具体地说，针对处于特定的切割位置中的相互配合的一对刀片8来说，所说的相互作用条件涉及到在切割作业期间、在两个刀片8之间传递的作用力(以下称为“相互作用力”)，其数值处于特定的范围内。相互作用力的值基本上取决于两个刀片8之间的相互作用程度，因而也就取决于切割作业期间辊子3的轴线4之间的距离。
一般来说，如果相互作用力的值低于所说范围的下限所对应的第一临界，那么刀片8就分开得太远以及材料2的切割状况很差；反之，如果相互作用力的值高于所说范围的上限所对应的第二临界值，那么刀片8就靠得太近，尽管能够有效地切割材料2，但刀片受到严重摩损。
如图2中更清楚地表示的，每个轴5通过各自的滚殊轴承9(仅示出了其中之一)安装到支架6上，轴承9位于各个辊子3的两端并且装在各自的支承体10(仅示出了其中之一)中，支承体10可沿着圆柱导杆11滑动，导杆11则平行于调节方向7而延伸并且其两端装在支架6上。
这样，在所示的实施例中，切割装置1包括四个支承体10(仅示出了两个)，它们分为两对(仅示出了一对)，每一对支承体支承着两个轴5的同侧的端部。所说两对支承体的每一对中的两个支承体10由弹簧12之类的弹性件相互推向一起，每个弹簧12与其导杆11同轴并且位于支架6和相应的支承体10之间；每对支承体中的两个支承体10通过圆柱形调节件13克服弹簧12的作用而保持一特定的间隔距离。调节件13位于两个支承体10之间，并且具有平行于调节方向7和垂直于辊子轴线4的纵向轴线14。
在未示出的另一个实施例中，每对支承体中的一个支承体10与支架6制成一体，只是另一个支承体10可沿导杆11滑动。
每个调节件13上绕有导体线圈15，当线圈通电时，就在调节件13中产生出大致平行于其纵向轴线14方向的磁场。
调节件13由磁致伸缩的材料制成，也就是由一种受到磁场作用后产生变形的材料制成。尤其是每个调节件13由这样的磁致伸缩材料制成，当它受到平行于纵向轴线14方向的磁场时，它将改变其尺寸，更具体地说，随着平行于纵向轴向14方向的磁场密度分量的增加，磁致变形材料将沿着纵向轴线14收缩。在磁场密度值的一个特定范围内(通常是0～1.5泰斯拉)，所述变形基本上是线性的。
在推荐的实施例中，磁致伸缩材料采用TERFENOL(注册商标)，它由稀有金属和铁磁材料的合金构成。当10cm长的TERFENOL圆柱体受到密度为1泰斯拉的磁场时，它大约收缩0.1～0.4mm；变形可调节到几微米的精度，以及变形的速率能够以高达4500m/s2的加速度达到1700m/s。
为了降低每个线圈15的磁路中的磁阻，支承体10和导杆11都由标准的铁磁体材料制成。这样，很小的电流，因而也就是很少的电能，就足以在每个调节件13中产生出(高达2泰斯拉的)高密度磁场。
切割装置1包括一个中央控制器16，它向线圈15提供同样可变密度的电流；两个编码器17连接于中央控制器16，用来测定各个轴5的角位置；两个线性编码器18连接于中央控制器16，用来测定各个支承体10、因而也就是各个轴5在调节方向7中的位置；以及至少一个测力传感器19连接于中央控制器16；用来测定由各个支承件10沿调节方向7施加在各个调节件13上的作用力。
中央控制器16由公知的处理器(未示出)构成，后者又由(未示出的)公知的存储器构成，存储器通过公知的各个输入/输出装置(未示出)分别与编码器17、18和测力传感器19输入连，并且与各个线圈15输出连接。
中央处理器16的存储器中存储着辊子3的空间位置关系，在这些空间位置关系下能够使每一对相应的刀片8满足所要求的相互作用条件而配合作业。在中央处理器16的存储器中，空间位置关系由一个表格表示，它为辊子3的每个角位置指定了一个距离，这个距离是沿着辊子3的轴线4上的相应两点之间在调节方向所测定的距离。
在实际工作中，中央处理器16不断地读取辊子3相对于轴线4的角位置，并且根据所序述角位置的变化，按照存储器中所存储的值来调整辊子3的轴线4之间的距离，使得每一对相应的刀片8中的刀片8能在切割位置上满足所要求的相互作用条件而配合作业
中央控制器16通过调整每个调节件13上的磁场密度值来调整辊子3的轴线4之间的距离。例如，增大每个线圈15的电流就增大了调节件13上的磁场密度值；这样，通过所述的磁致伸缩特性，每个调节件13在调节方向7上收缩；以及通过每个弹簧12的作用，两个轴5，因而也就是两个辊子3相互靠近，以减小轴线4之间的距离。
在另一个实施例中，独立地对两个调节件13的线圈15进行控制，以便同时对轴线4所确定的平面中的相互倾斜的两个辊子3之间的距离进行调节。
相互配合的两个刀片8之间存在的相互作用力传递至辊子3的支承体10，致使辊子3克服弹簧12的作用而略微分离，从而减小了弹簧12在调节件13上的作用力。因此，在切割作业中，刀片8所传递的最大的相互作用力意味着最大程度地减小了弹簧12在调节件13上的压力。
在实际的工作中，切割装置1具有连续的自适应程序，通过这一程序自动地修改存储在中央控制器16的存储器中的、辊子3的轴线4之间的距离值。按照这一程序，在特定的一对刀片8的切割作业期间，中央处理器16通过测力传感器19不断地读取弹簧12在调节件13上所施加的压力变化。如果这一变化值(如上所述的相应于两个刀片之间相互作用力的值)表现出要超出该值的给定范围，中央控制器16就调整辊子3的轴线4之间的距离值，以使变化值保持在给定的范围内。这种调整在辊子3的下一圈转动的整个过程或部分过程中都可以进行。
切割装置1还具有初始时的自动获知步骤，通过这一步骤自动地获取存储在中央控制器16的存储器中的、辊子3的轴线4之间的距离值。按照这一程序，对于辊子3的每一角位置，中央控制器16存储了轴线4之间的标称(额定)的距离值；然后，在辊子3的通常以低速方式进行的、以及至少开始时在辊子3之间没有供入材料2的初始作业期间，这些距离值完全按照上面自适应程序所述的方式进行修改。
在未示出的另一个实施便中，装置1借助于两个辊子3实施加工作业而不是切割作业。每个辊子的特征在于这两个辊子3带有各自的工具，并且按照给定的相互作业条件相互配合，所述的相互作业条件取决于两个辊子3之间的空间位置关系。实际上，装置1可以完成压印作业。在这种情况下，调节方向7，即辊子3的轴线4的相互位置调整方向，最好与轴线4交叉。
在未示出的另一个实施例中，两个辊子3的轴线4的相互位置不单单在调节方向7这一个方向中进行调节，而是在通常为相互垂直的几个方向中行，实际上，调整方向7的数量可以是两个或三个，这取决于两个辊子3上的工具之间的相互作用条件。
在未示出的另一个实施例中，调节件13由电致伸缩的材料制成，即由一种在受到电场作用时能变形的材料制成。这样，线圈15就由用以在调节件13上产生出可变电场的一些类似的装置所替代。
与相同类型的已知装置相比，由于上面所述的片状材料加工装置能够使两个辊子3上的相应的多个成对加工工具在整个作业期间以最佳的条件工作，即满足所要求的相互作用条件，因此，该装置具有显著的众多优点。
此外，由于基本上免去了对加工装置的复杂的初始调整和定期调整，也就降低了维护成本
最后，通过采用磁致伸缩材料，这种材料能够达到微米级的精确调整以及万分之一秒的快速反应程度，因而保证了高质量的加工作业。
Claims (17)
1、一种片状材料的加工方法，其中片状材料(2)在两个辊子(3)之间被加工，这两个辊子围绕着各自的基本上相互平行的轴线(4)转动，并且按照特定的相互作用条件而相互配合工作，所述特定的相互作用条件取决于两个辊子(3)之间的空间位置关系；还设有调整所述空间位置关系的调整装置(16)，通过调整每个所述轴线(4)相对于另一轴线(4)的空间位置，按照所述特定的相互作用条件来调整所述的空间位置关系；所述调整装置(16)包括改变每个所述轴(4)相对于另一个轴(4)的空间位置的调节件(13)，其特征在于，所述的调节件(13)由电磁导致伸缩的材料构成，并且连接到两个辊子(3)上，通过改变作用在调节件(13)上的电磁场来调整每个所述轴(4)相对于另一所述轴(4)的空间位置。
2、如权利要求1所述的方法，包括初始时的自动获知步骤，以确定与相互作用条件相符的所述空间位置关系的变化情况；所述初始时的自动获知步骤包括获取和修改与上述两个辊子(3)中至少一个辊子相关的至少一项物理参数。
3、如权利要求2所述的方法，其中，所述的物理参数是两个辊子(3)之间的相互作用力。
4、如权利要求2所述的方法，其中，所述的物理参数是两个辊子(3)的轴线(4)的相应点之间的距离。
5、如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述加工是切割作业；在与两个辊子(3)的轴线(4)相垂直的调节方向(7)上调整每个轴线(4)相对于另一轴线(4)的空间位置。
6、如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述调节件(13)由磁致伸缩的材料制成，通过改变所述电磁场的磁场分量来实现所述的调整。
7、如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述调节件(13)由电致伸缩的材料制成，通过改变所述电磁场的电场分量来实现所述的调整。
8、一种片状材料的加工装置，包括两个按照特定的相互作用条件而相互配合工作的加工辊(3)，所述特定的相互作用条件取决于两个辊子(3)之间的空间位置关系；还包括用来使两个辊子(3)围绕着各自的基本上相互平行的轴线(4)转动的驱动装置；以及调整装置(16)，该调整装置通过调整每个所述轴线(4)相对于另一轴线(4)的空间位置，按照所述特定的相互作用条件来调整所述的空间位置关系；所述调整装置包括至少一个调节件(13)，用来改变每个所述轴(4)相对于另一所述轴(4)的空间位置；该装置的特征在于，所述调节件(13)由电磁导致伸缩的材料制成并且连接到至少一个所述辊子(3)上，调整装置(16)还包括用以在所述调节件(13)上产生出可变电磁场的机构(15)，通过改变作用在所述调节件(13)上的电磁场来调整每个所述轴(4)相对于另一所述轴(4)的空间位置。
9、如权利要求8所述的装置，其中，所述的调节件(13)位于两个辊子(3)之间。
10、如权利要求9所述的装置，其中，所述的调整装置(16)还包括至少一个传感器(18、19)，用以读取与两个辊子(3)中至少一个辊子相关的至少一项物理参数的值。
11、如权利要求10所述的装置，其中，所述的传感器(18、19)是测力传感器(19)。
12、如权利要求10所述的装置，其中，所述的传感器(18、19)是线性的位移检测器(18)。
13、如权利要求8～12中任一项所述的装置，还包括至少两个用于所述辊子(3)的支承体(10)；这两个支承体(10)这样安装，使得它们借助于所述调节件(13)的作用在调节方向(7)上相互运动。
14、如权利要求13所述的装置，其还包括用以在调节方向(7)上推动两个辊子(3)相互靠近的弹性元件(12)。
15、如权利要求13所述的装置，其中，两个辊子(3)是两个切割辊(3)，所述的调节方向(7)垂直于两个切割辊(3)的轴线(4)。
16、如权利要求8～12中任一项所述的装置，其中，所述的调节件(13)由磁致伸缩的材料制成，以及所述的可变电磁场基本上是磁场。
17、如权利要求8～12中任一项所述的装置，其中，所述的调节件(13)由电致伸缩的材料制成，以及所述的可变电磁场基本上是电场。
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