文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985題 目 機(jī)械剪板機(jī)的設(shè)計(jì)及分析學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè) 班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 老 師： 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985I摘要制造業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)的支柱之一，同時(shí)也是評(píng)價(jià)一個(gè)國家科技實(shí)力和國防實(shí)力是否領(lǐng)先的重要標(biāo)準(zhǔn)。在機(jī)械制造業(yè)中，金屬加工是機(jī)械制造過程中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，而冷沖壓技術(shù)是近代金屬加工領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)少切屑甚至無切屑的先進(jìn)工藝。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，剪板機(jī)是最重要的板材加工設(shè)備之一，而曲柄式剪板機(jī)是利用機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生壓力的實(shí)現(xiàn)冷沖壓技術(shù)的重要機(jī)器之一，在冷沖壓工藝中占有很大的比重。曲柄式剪板機(jī)的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，后通過傳動(dòng)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳給工作機(jī)構(gòu)，從而將工件發(fā)生確定的變形，達(dá)到剪切的目的。本文設(shè)計(jì)了公稱壓力為 60KN 開式單點(diǎn)曲柄式剪板機(jī)。首先進(jìn)行了剪板機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)；然后設(shè)計(jì)了剪板機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)；重點(diǎn)對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，并對(duì)主要承載構(gòu)件上刀片進(jìn)行了工作能力校核及ANSYS 應(yīng)力分析；選擇了合適的離合器和壓料器。關(guān)鍵詞：剪板機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；曲柄連桿；動(dòng)態(tài)仿真文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985IIABSTRACTManufacturing is one of the pillars of the national economy. It is also an important criterion to evaluate whether a country's scientific and technological strength and national defense strength are ahead. In the machinery manufacturing industry, metal processing is an indispensable link in the process of mechanical manufacturing, and cold stamping technology is an important part of the field of modern metal processing, and it is an advanced technology to realize small chip or even no chip. In the modern industrial production, the shearing machine is one of the most important processing equipment, and the crank shears are one of the most important machines to realize the cold stamping technology using mechanical transmission, and it occupies a large proportion in the cold stamping process.The power of the crank shears is provided by the motor, and then the motion and energy of the motor are passed to the working mechanism through the transmission system, thus the deformation of the workpiece is determined and the purpose of shearing is achieved.The open type single point crank shearing machine with a nominal pressure of 60KN is designed. First, the overall scheme of the shearing machine is designed; then the mechanical transmission system of the machine is designed; the emphasis is on the analysis and design of the crank slider mechanism, and the ANSYS stress analysis is carried out on the blade of the main bearing member; the suitable clutch and pressure feeder are selected.key word：Shearing machine; transmission system; crank connecting rod; dynamic simulation.文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985III目錄摘要 IABSTRACT.II1.緒論 .11.1 剪板機(jī)概述 11.2 剪板機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 31.3 剪板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 51.4 研究目的及研究內(nèi)容 61.5 本章小結(jié) 72.剪板機(jī)總體方案的確定 .82.1 剪板機(jī)的基本參數(shù)要求 82.2 剪板機(jī)設(shè)計(jì)總體方案的確定 .92.3 本章小結(jié) 123.剪板機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .133.1 電動(dòng)機(jī)的選型 133.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 .183.3 本章小結(jié) .274.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .274.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡介 .274.2 曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 .284.3 連桿的設(shè)計(jì) 334.4 本章小結(jié) 35文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985IV5.離合器與制動(dòng)器 .355.1 離合器的選擇 365.2 制動(dòng)器的選擇 376.上刀架的設(shè)計(jì)及上刀片的有限元分析 .396.1 上刀架的設(shè)計(jì) .396.2 刀片的選擇 406.3 上刀片的有限元分析 416.4 本章小結(jié) 457.簡易機(jī)械剪板機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 .467.1 方案選擇的合理性分析 .467.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 .49總結(jié)與體會(huì) 50參考文獻(xiàn) 51致謝 53附錄一 54附錄二 72文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985V文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985VI文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511.緒論1.1 剪板機(jī)概述剪板機(jī)（英文名稱：plate shears ；guillotine shear ）是用一個(gè)運(yùn)動(dòng)的上刀片相對(duì)另一固定的下刀片作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)剪切板材的機(jī)器。是借于運(yùn)動(dòng)的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對(duì)各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離 【1】 。剪板機(jī)屬于鍛壓機(jī)械中的一種，主要作用于金屬加工行業(yè)。剪板機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可以分為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類；按傳動(dòng)方式分，可以分為液壓傳動(dòng)式剪板機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)剪板機(jī)兩類。此外，再根據(jù)剪板機(jī)的傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)形式及使用性質(zhì)的不同可以將剪板機(jī)分為曲柄剪板機(jī)、螺旋剪板機(jī)、高速剪板機(jī)、高速?zèng)_裁剪板機(jī)、多工位自動(dòng)剪板機(jī)、沖壓剪板機(jī)等；按照工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可以分為平刃剪板機(jī)、斜刃剪板機(jī)、多用途剪板機(jī)、專用剪板機(jī)和數(shù)控剪板機(jī)。剪板機(jī)目前主要有以下幾種：平刃剪板機(jī)：剪切質(zhì)量較好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機(jī)械傳動(dòng)的較多，該剪板機(jī)上下兩刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初扎方坯和板坯。斜刃剪板機(jī)：分閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)，剪切質(zhì)量較前者差，有扭曲變形，但力能消耗較前者小，適用于中大型剪板機(jī)。多用途剪板機(jī)：板料折彎剪板機(jī)，即在同一臺(tái)機(jī)器上可完成兩種工藝，假期下部進(jìn)行板料剪切，上部進(jìn)行折彎，也有的機(jī)器前部進(jìn)行剪切，后部進(jìn)行板料折彎。專用剪板機(jī)：氣動(dòng)剪板機(jī)大多用在剪切線上速度快，剪切次數(shù)高。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852數(shù)控剪板機(jī)：直接對(duì)后擋料器進(jìn)行位置編程，可進(jìn)行位置校正，具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多步自動(dòng)運(yùn)行，完成多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率 【2】 。圖 1-1 為引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)制造的數(shù)控?cái)[式剪板機(jī)。圖 1-1 數(shù)控?cái)[式剪板機(jī)剪板機(jī)的剪切原理:剪切過程是由壓入變形和剪切滑移兩個(gè)階段組成，剪切過程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形的過程。當(dāng)上剪刃下移與鋼板接觸后，剪刃便開始?jí)喝脘摪?，由于剪切力力在開始階段比較小，在鋼板剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小于鋼板本身的杭前能力，因此鋼板只能發(fā)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，鋼板壓入變形增大，剪切力也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定深度，即剪切力增加到一定值文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709853時(shí)，鋼板的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達(dá)到相等，剪切過程處于由壓入變形階斷過渡到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時(shí)，鋼板沿著剪切面產(chǎn)生相對(duì)滑移，開始了真正的剪切，這一階段被稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切應(yīng)力也不斷變小，直至鋼板的整個(gè)斷面被剪斷為止，完成一個(gè)剪切過程 【3】 。1.2 剪板機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r隨著社會(huì)的發(fā)展的技術(shù)的進(jìn)步，很多的工業(yè)部門、企業(yè)都在使用金屬板材，都需要對(duì)板材進(jìn)行剪斷加工，所以剪板機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中起著不可或缺的重要作用。隨著科技的發(fā)展，剪板機(jī)的功能和精度也得到了很大的提高。剪板機(jī)屬于直線剪切類機(jī)器，能剪切各種尺寸金屬板材的直線邊緣。在軋鋼、汽車行業(yè)、電器、儀表儀器行業(yè)、船舶、橋梁、壓力容器等各個(gè)行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。1842年，英國工程師史密斯制造第一臺(tái)蒸汽錘，開始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代；十九世紀(jì)末，出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械剪板機(jī)及空氣錘，并獲得快速成長。二十世紀(jì)初，鍛壓機(jī)械改變了向大型及重型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、多品種出產(chǎn)等方向發(fā)展。自60年代以來，剪板機(jī)已經(jīng)有了十分迅速的發(fā)展，其每分鐘行程次數(shù)已經(jīng)從幾百次發(fā)展到現(xiàn)在的3000次左右，其噸位也已從十噸發(fā)展到上百噸?，F(xiàn)在剪板機(jī)首要用在電子、儀器儀表、輕工、汽車等職業(yè)中進(jìn)行特大批量的沖壓出產(chǎn)。近年來，隨著模具技術(shù)以及沖壓技術(shù)的發(fā)展，剪板機(jī)的使用范圍在不斷地?cái)U(kuò)展，數(shù)量在不斷地增加 【4】 。進(jìn)入21世紀(jì)以來，工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展，裝備制造業(yè)在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了舉足輕重的地位，裝備制造業(yè)的發(fā)展離不開相應(yīng)的原料加工機(jī)械設(shè)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709854備，剪板機(jī)也隨著工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的深入得到越來越廣泛的應(yīng)用。近十多年來，隨著對(duì)發(fā)展先進(jìn)技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識(shí)，沖壓成型技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與文化交叉融合，推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成型技術(shù)的形成和發(fā)展。在汽車、航空航天、電子和家用電器領(lǐng)域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車行業(yè)要求生產(chǎn)規(guī)?；?、車型個(gè)性化和覆蓋性大型一體化。進(jìn)入21世紀(jì)，我國汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長足的進(jìn)步。發(fā)展數(shù)控技術(shù)，進(jìn)而發(fā)展數(shù)控鍛壓機(jī)械是提高鍛壓生產(chǎn)技術(shù)水平的關(guān)鍵。近幾年來，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于鍛壓機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域，國內(nèi)的數(shù)控剪圖 1-2 數(shù)控閘式剪板機(jī)板機(jī)也有了一定的發(fā)展。從 1986 年第一臺(tái)數(shù)控折彎機(jī)由天水鍛壓機(jī)床廠文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709855研制成功以來，國內(nèi)在數(shù)控折彎、數(shù)控剪切技術(shù)發(fā)展較為有代表性的單位有濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、黃石鍛壓機(jī)床廠和上海沖剪機(jī)床廠。圖 1-2為我國自主制造的數(shù)控閘式剪板機(jī)?，F(xiàn)在的很多行業(yè)都離不開金屬板材，并且金屬板材都需要根據(jù)嚴(yán)格的尺寸要求進(jìn)行裁剪，所以剪板機(jī)的地位可謂重中之重。我國剪板機(jī)的發(fā)展速度很快，而且結(jié)構(gòu)也在不斷改善，品種也不斷齊全，已經(jīng)有了完整的剪板機(jī)系列。雖然近幾十年來我國剪板機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但是相比較于發(fā)達(dá)國家，我國的鍛壓設(shè)備還有一定的差距，如品種和規(guī)格不全，尤其是大、高、精、尖的鍛壓設(shè)備還依賴于進(jìn)口；設(shè)備的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度還有待提高，國際市場競爭力差；由于應(yīng)用的越來越廣泛，剪板機(jī)的發(fā)展也是非常的迅速，雖然功能越來越完善，但是還是普遍存在著生產(chǎn)效率差，自動(dòng)化程度低等問題。1.3 剪板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展也是飛速猛進(jìn)，剪板機(jī)的性能也有很大的改善。但是工業(yè)的發(fā)展和對(duì)產(chǎn)品要求的不斷提高也對(duì)加工設(shè)備提出了更高的要求，這就促使剪板機(jī)需要不斷地創(chuàng)新，不斷地更新?lián)Q代，以滿足更高的生產(chǎn)要求和更高的經(jīng)濟(jì)效益，如果不采用高效自動(dòng)化設(shè)備，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國內(nèi)乃至國際市場上將失去競爭能力。因此制造和使用大噸位、高效率的自動(dòng)剪板機(jī)，已成為工業(yè)先進(jìn)國家的發(fā)展方向之一。近年來，剪板機(jī)械正向著高效率、高噸位、高精度的方向發(fā)展并努力降低噪音，提高安全性，擴(kuò)大自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，特別是開始不斷地采用自動(dòng)化控制。通過對(duì)剪板機(jī)發(fā)展進(jìn)程及現(xiàn)狀問題的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)剪板機(jī)有以下幾種發(fā)展趨勢(shì)：文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709856⑴用微機(jī)控制的剪板機(jī)和數(shù)控剪板機(jī)會(huì)迅速發(fā)展。⑵生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度會(huì)越來越高。⑶由于所需產(chǎn)品的多樣性要求提高剪板機(jī)的剪切能力。⑷附件會(huì)越來越多，功能越加完善，可操作性提高，促使工人的工作環(huán)境及安全性也大幅改善。1.4 研究目的及研究內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案既要滿足設(shè)計(jì)的剪板機(jī)的性能要求，還要能適應(yīng)工作條件，工作可靠，另外剪板機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)也要盡量簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、傳動(dòng)效率高。而且本次設(shè)計(jì)除了基本的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)外還通過對(duì)剪板機(jī)的曲軸部位進(jìn)行受力分析以及上刀片的ANSYS 分析，可以清楚的看出剪板機(jī)的關(guān)鍵部位是否滿足設(shè)計(jì)要求，以對(duì)本次設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用。本次設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容總結(jié)為以下幾項(xiàng)：⑴利用圖書館或者互聯(lián)網(wǎng)收集充足的資料，充分認(rèn)識(shí)并了解剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要工作原理、傳動(dòng)類型及結(jié)構(gòu)組成，了解剪板機(jī)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及存在的問題；⑵根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)和剪板機(jī)工作原理，擬定出一個(gè)較為合適的傳動(dòng)方案；⑶電動(dòng)機(jī)的選型及相關(guān)計(jì)算；⑷傳動(dòng)系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算，包括帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并用 CAD 繪制關(guān)鍵零件圖紙；⑸曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及連桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制曲軸的 CAD 圖紙；⑹剪板機(jī)上刀片的三維模型的建立與分析將剪板機(jī)上刀片的三維模型進(jìn)行合理的簡化，然后導(dǎo)入到 ANSYS 軟文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709857件中對(duì)其進(jìn)行剛度、強(qiáng)度分析，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求。1.5 本章小結(jié)本章首先介紹了現(xiàn)今剪板機(jī)的概述，包括其分類以及工作原理；了解了剪板機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展概況；并分析了剪板機(jī)可能的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)如今剪板機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了一定的總結(jié)并說明了一些存在的問題。介紹了本次設(shè)計(jì)的主要研究目的及內(nèi)容，陳述了本次設(shè)計(jì)要做的工作，可以使自己在設(shè)計(jì)的時(shí)候更具有目的性，也促使自己對(duì)新的軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)便于安排時(shí)間。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098582.剪板機(jī)總體方案的確定2.1 剪板機(jī)的基本參數(shù)要求剪板機(jī)的工作能力主要通過技術(shù)參數(shù)反映出來，剪切工件的尺寸范圍等指標(biāo)也通過參數(shù)反映出來，本次設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下表所示：表 2-1 剪板機(jī)基本參數(shù)表2.2 剪板機(jī)設(shè)計(jì)總體方案的確定合理的傳動(dòng)方案既要滿足設(shè)計(jì)的剪板機(jī)的性能要求，還要能適應(yīng)工作條件，工作可靠，另外剪板機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)也要盡量簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、傳動(dòng)效率高。要同時(shí)滿足上述幾個(gè)要求是比較困難的，所以我們要做如下多種方案的分析，進(jìn)行比較最終選出符合本次設(shè)計(jì)的最終方案。2.2.1 液壓傳動(dòng)方案項(xiàng)目 數(shù)據(jù)可剪最大板厚（mm ） 2可剪最大板寬（mm ） 400剪切角 2被剪材料強(qiáng)度（MPa） 200剪板次數(shù)（次/分） 120公稱壓力（KN） 60曲軸半徑（mm） 37文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709859液壓式剪板機(jī)根據(jù)帕斯卡原理設(shè)計(jì)，其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 2-1所示，手動(dòng)換向閥 6 左位接入系統(tǒng)，此時(shí)活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料進(jìn)行剪切加工，當(dāng)加工完成后，將閥 6 右位接入系統(tǒng)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，即刀片上抬，到了一定位置，將閥 6 接入中位，這樣活塞就停留在此位置不動(dòng)。然后剪切第二次時(shí)，重復(fù)上述操作。手動(dòng)換向閥 6 也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)剪切，提高效率。圖 2-1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖液壓剪板機(jī)采用液壓傳動(dòng)，可以令機(jī)器工作時(shí)平穩(wěn)，噪聲小，安全可靠，可以進(jìn)行單次連續(xù)剪切，剪板厚度也較機(jī)械傳動(dòng)的厚，但是液壓系統(tǒng)是利用液體作為中間介質(zhì)來傳遞動(dòng)力的，剪切力大時(shí)，油壓也相應(yīng)的高，對(duì)液壓元件的精度、強(qiáng)度要求也高，制造成本也相應(yīng)的較高，而且液壓系統(tǒng)不可避免的存在，泄露問題，會(huì)造成污染，油溫的變化會(huì)引起油液粘度變化，影響液壓傳動(dòng)工作的平穩(wěn)性，所以適應(yīng)環(huán)境能力小 【5】 。另外，液壓剪板機(jī)的維修也不方便，需要掌握一定的專業(yè)知識(shí)，因此此次設(shè)計(jì)不選用此方案。2.2.2 機(jī)械傳動(dòng)方案選擇機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)，要充分考慮各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)，合理分配傳動(dòng)順序：文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098510⑴帶傳動(dòng)承載能力小，較其他傳動(dòng)形式，在傳遞相同扭矩的時(shí)候，所需結(jié)構(gòu)尺寸要大得多，但是帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，宜布置在高速級(jí)。⑵鏈傳動(dòng)的要求較高，只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的同向傳動(dòng)，易磨損，且磨損后傳動(dòng)不均勻有沖擊，不適合布置在高速級(jí)，應(yīng)布置在低速級(jí)。⑶直齒圓柱齒輪傳動(dòng)適合用在速度高或者傳動(dòng)平穩(wěn)的場合，對(duì)潤滑要求較高，適合布置在低速級(jí)。⑷圓錐齒輪傳動(dòng)的嚙合性較其他齒輪傳動(dòng)要好，承載能力高，而且壽命長，但是加工困難，所以要限制齒數(shù)、模數(shù)和傳動(dòng)比，多布置在高速級(jí)。⑸凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)是由主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)的，當(dāng)凸輪在升程時(shí)推動(dòng)刀片進(jìn)行剪切，回程時(shí)，刀片慢慢回到初始位置，準(zhǔn)備下一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線和機(jī)構(gòu)尺寸，機(jī)構(gòu)簡單?？煽啃愿?；缺點(diǎn)是承載力小，易磨損，穩(wěn)定性不高。如下圖所示：圖 2-1 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖⑹曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成刀片的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)剪切。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、經(jīng)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511濟(jì)適用、承載能力較大 【6】 。如下圖所示：圖 2-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖根據(jù)性能、工作條件、成本及難易程度各方面的因素，本次剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇帶傳動(dòng)作為減速機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)較為合適?？傮w方案為由電動(dòng)機(jī)提供剪板機(jī)運(yùn)行所需要的動(dòng)力，經(jīng)由一級(jí)帶傳動(dòng)減速，帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀具的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使刀具完成剪切。傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖如下所示：圖 2-3 傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖由于生產(chǎn)工藝的需要，系統(tǒng)中裝有離合器與制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)間斷運(yùn)動(dòng)。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098512剪板機(jī)在整個(gè)工作周期內(nèi)進(jìn)行有效工藝操作的時(shí)間很短，大部分為無負(fù)荷的空程時(shí)間。為了使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，有效地利用能量，有些結(jié)構(gòu)中裝有飛輪，有時(shí)，大皮帶輪即起到飛輪作用。2.3 本章小結(jié)在本章中初步給出了剪板機(jī)的具體性能參數(shù)，為后面的計(jì)算做準(zhǔn)備；并具體介紹了剪板機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，了解了凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作原理及各種傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定出了本次設(shè)計(jì)的主要傳動(dòng)方案為機(jī)械傳動(dòng)方案，具體要求是電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過一級(jí)帶傳動(dòng)后驅(qū)使曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到剪切目的。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985133.剪板機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選型3.1.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類、工作條件、載荷大小和性質(zhì)變化、啟動(dòng)性能、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來選擇。電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源,因此,無特殊要求時(shí),均應(yīng)采用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中異步電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)的一種,它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械,一般以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛。Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)為封閉式三相異步電動(dòng)機(jī),能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電機(jī)內(nèi)部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。不僅使用于水泵、鼓風(fēng)機(jī)、金屬切削機(jī)床及運(yùn)輸機(jī)械,更使用于灰塵較多、水土飛濺的地方,如碾米機(jī),磨粉機(jī),脫殼機(jī)及其它農(nóng)業(yè)機(jī)械,礦山機(jī)械等。根據(jù)工廠工作環(huán)境要求,選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇在選擇電機(jī)時(shí)，要考慮電機(jī)容量的合理性，因?yàn)槿萘繉?duì)電機(jī)的正常工作影響很大，合理的容量可以減小經(jīng)濟(jì)投入。如果電機(jī)容量過大，電機(jī)效率不高，會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；如果電機(jī)容量過小，會(huì)使電機(jī)超負(fù)荷工作，會(huì)降低電機(jī)壽命，造成損失 【7】 。⑴確定剪切力，剪切力公式由諾沙里公式求出，即文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514（3-1）)σδ106.α1(gδσ 0.6P2bxx2xb ytZth??式中： ——剪切力的大小， ；N——被剪板料強(qiáng)度極限，本設(shè)計(jì)中取 =200MPa；bσ b ——被剪板料延伸率， =25%；x xσ ——被剪板料厚度；h——上刀刃傾斜角，本設(shè)計(jì)中取 =2°；??——前刃側(cè)向間隙相對(duì)值， =0.005； yy——壓料腳距離的相對(duì)值，x=10；x——被剪部分彎曲力系數(shù)。Z式 3-1 中的被剪部分彎曲力系數(shù)由下式?jīng)Q定：（3-2）71.0625.tan4tanx????h???當(dāng) 時(shí)， ；15??95.0Z當(dāng) 時(shí)， 。＜ 2式中： ——被剪掉板料的長度。a前刃側(cè)向間隙相對(duì)值由式（3-3）（3-3）05.??hy式中： ——刀片間隙的相對(duì)值；y——刀片間隙,其大小約為板料厚度的 0.05 倍。?壓料腳到下刀刃的距離由式（3-4）（3-4） 10?hCx文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098515式中 ——壓料腳軸線到下刀刃的距離，查資料得當(dāng)板料厚度為 2-6.3 時(shí)，Cmm60?綜上求得 。NP5726⑵確定剪切功，剪切功由公式（3-5）（3-5）10tan10''' mib iBPhA???式中： ——工作行程時(shí)剪板機(jī)所消耗的能量；bA——剪切深度；'h——板料寬度；iB——材料產(chǎn)生裂紋時(shí)，剪切刃進(jìn)入材料的深度（mm）；m注：剪切刃進(jìn)入材料的深度 與材料厚度 之比約為 33%，即：mih綜上求得 。NAb??236⑶確定主軸上的扭矩，由式（3-6）（3-6）?????????? ?????????? 012sinimax dKKRPMbaDk ??式中： ——主軸上的最大扭矩；axK——上刀架傳遞的剪切力，即 ；D P——主軸曲柄的半徑，大小為 37mm；R——主軸曲柄半徑和連桿長度之比，根據(jù)通用壓力機(jī) 一般K取植范圍在 0.1～0.3 之間.由總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步選取 =0.27；——摩擦系數(shù)，取 ；?045.??文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098516——曲柄旋轉(zhuǎn)的角度；?——曲柄頸直徑，大小為 55mm；ad——連桿銷直徑，由公式 決定， ；b Pgdb7.2?mdb20?——主軸兩端支撐處軸徑， 。0 3540綜上求得主軸上最大扭矩： mN8.321max??KM⑷確定電動(dòng)機(jī)的功率（3-7）??7.2max1 ?????????egbKnA式中： ——電動(dòng)機(jī)軸的扭矩；1——主軸上的最大扭矩；maxKM——工作行程中所消耗的能量；bA——主軸的工作角度，大小為 160°；g?——剪板機(jī)刀架每分鐘行程次數(shù)；n——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；e——傳遞效率，取 。?92.0??求得 mNM·31.52?電動(dòng)機(jī)的功率按照下式確定：（3-8）????'''109. KanMe???（3-9）?iPAK10' %5.文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098517（3-10）''' %075.KPa??式中： ——工作行程的相對(duì)持續(xù)時(shí)間；'K——剪板機(jī)行程次數(shù)的利用系數(shù)，對(duì)于手工送料剪板機(jī)取%P30%；——總傳動(dòng)比，取 ； i 6?i——空行程的相對(duì)轉(zhuǎn)矩。'a最后求得電動(dòng)機(jī)功率 KWN4?綜上所述，并查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，本次選取 Y160M1-8 型電動(dòng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下：功率為 4kw，轉(zhuǎn)速為 750r/min，滿載轉(zhuǎn)速 720r/min【8】 。3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其計(jì)算帶傳動(dòng)作為撓性傳動(dòng)的一種，其基本組成零件是帶輪和傳送帶。工作時(shí)是通過皮帶與帶輪之間的摩擦來完成動(dòng)力傳遞，在傳動(dòng)中由于不同的截面形狀所以傳遞的力也有所不同，因此可分為平帶傳動(dòng)、V 帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)等。帶傳動(dòng)中有中間撓性件，具有沖擊載荷小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、安裝方便、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于 V 帶套在帶輪上以后，帶與帶輪輪槽的工作面緊密貼合，在張緊力相同和成本相等的條件下，V 帶傳動(dòng)的工作能力比其他帶傳動(dòng)要好。此外還具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在近現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用廣泛，所以本次設(shè)計(jì)中采用 V 帶傳動(dòng)。3.3.1 確定計(jì)算功率文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098518由于帶輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有較大的載荷變動(dòng)，還要滿足每日工作時(shí)間要求，查,《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-8，取 =1.1。KA功率計(jì)算公式：（3-11）Pca=KA×P式中： P——帶傳動(dòng)的額定功率；——工作情況系數(shù)。KA代入數(shù)據(jù) =1.1，P=4KW，KA得出 =4.4KWPca3.3.2 選擇 V 帶的類型根據(jù)功率 =4.4KW 和主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 n=720r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第??????九版圖 8-11 選擇 A 型 V 帶。3.3.3 確定小帶輪直徑并驗(yàn)算帶速⑴初選小帶輪直徑在一定功率下，選擇帶輪秩序井要合適，太小會(huì)增加 V 帶根數(shù)和彎曲應(yīng)力。一般情況下，為避免應(yīng)力過大，應(yīng)保證 ，查《機(jī)????（ ????） ??????械設(shè)計(jì)》第九版表 8-9 選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 .md10?⑵驗(yàn)算帶速帶速的計(jì)算公式：（3-12）??= π ????1??60×1000將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入得 v=3.768m/s，在合理范圍內(nèi)，所以帶速合適。⑶計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 ????2根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑（3-13）12ddi??文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519帶入數(shù)據(jù)求得 ，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-9 選取合適的大帶輪md602?直徑 =630mm。2d3.3.4 確定中心距并選擇 V 帶的基準(zhǔn)長度⑴中心距大，可以增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命，但是中心距過大，則會(huì)加劇帶的波動(dòng)，降低傳動(dòng)平穩(wěn)性；中心距小，則有相反的弊端。所以，一般初選帶傳動(dòng)的中心距可以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中公式：（3-14） ??21021)(7.0dda???式中： ——初選的帶傳動(dòng)中心距。0a本次初選帶傳動(dòng)中心距 =730mm)(210da??⑵計(jì)算相應(yīng)的帶長，由式（3-15）（3-15）????02121042aLddd ?????代入數(shù)據(jù)求得 mm510?d帶的基準(zhǔn)長度 根據(jù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-2 選出 。0d mLd25?⑶中心距 及其變動(dòng)范圍。a傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為（3-16）200dLa???求得 。ma724?考慮到帶輪的制造誤差、帶長誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要，常常給出中心距的變動(dòng)范圍如下：文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098520（3-17）dLa015.min??（3-18）3ax?求得中心距的變化范圍為 79.68?3.3.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角通常小帶輪上的包角 小于大帶輪上的包角 ，小帶輪上的臨界摩擦力1?2?小于大帶輪上的臨界摩擦力。因此，打滑通常發(fā)生在小帶輪上。為了提高工作能力，應(yīng)使得：（3-19）???????1203.5718012ad3.3.6 計(jì)算單根 V 帶的額定功率⑴為了傳動(dòng)的平穩(wěn)，V 帶的受力要合適，同時(shí)要求根數(shù)也不宜過多，一般應(yīng)少于 10 根。單根 V 帶的額定功率計(jì)算公式如下：（3-20）??單 =（ ??0+△ ??0） ????????其中 可以根據(jù) 和 n 的大小查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-4 得出，??0 ????1， 可以根據(jù) n、 和 V 型帶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版??0=1.16????△ ??0 ??帶表 8-5 得出， ， 為包角修正系數(shù)，參見《機(jī)械設(shè)計(jì)》△ ??0=0.11????????第九版表 8-6，取 ， 為長度修正系數(shù)，參見 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九????=0.9????版表 8-2，取 。????=1.03計(jì)算求得1.185KW??單 =⑵計(jì)算 V 帶根數(shù)（3-21）單Pca?文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098521代入數(shù)據(jù)，并取整，所以取 4 根 V 帶。3.3.7 計(jì)算單根 V 帶壓力最小值及壓軸力⑴單根 V 帶壓力最小值計(jì)算公式：（3-22）（ F0） min=500（ 2.5-Ka） PcaKazv +qv2其中 q 為 V 帶單位長度的質(zhì)量，查表得 A 型 V 帶的單位長度質(zhì)量q=0.1kg/m，代入數(shù)據(jù)求出 N260?由于新帶容易松弛，所以在安裝新帶后，為保證正常工作，預(yù)緊力要設(shè)置為上述預(yù)緊力的 1.5 倍，對(duì)于 V 帶而言一般是 1.3 倍。⑵為了設(shè)計(jì)帶輪軸的軸承，需要計(jì)算帶傳動(dòng)時(shí)軸上要承受的力。（3-23）2sin10?zFP?式中： ——小帶輪包角；1?——帶的根數(shù)；z——單根 V 帶預(yù)緊力。F0求得 。NP198?3.3.8 小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)V 帶輪中的典型帶輪根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)來分可分為實(shí)心式帶輪、腹板式帶輪、孔板式帶輪和輪輻式帶輪。V 帶輪的基準(zhǔn)直徑不同，考慮傳動(dòng)效率和成本等條件，應(yīng)選擇不同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑 （d 為安裝帶d5.2?輪的那根軸的直徑），可采用實(shí)心式；當(dāng) 時(shí)，可采用腹板式；md30當(dāng) ，同時(shí) 時(shí)，可采用孔板式；當(dāng) 時(shí)，md30?d3012?? m30?可采用輪輻式 【9】 。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098522⑴帶輪形狀一般都比較復(fù)雜。且造價(jià)成本高，因此選用灰鑄鐵，因?yàn)榛诣T鐵鑄造方便、成本低；灰鑄鐵碳含量高，相應(yīng)的潤滑性能好，不容易與其他零件粘接；并且具有良好的摩擦性能，能減少打滑，所以確定材料為 Q235。⑵查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知 Y160M1-8 型電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸D=42mm，電機(jī)軸伸出長度為 E=110mm，且已知小帶輪的基準(zhǔn)直徑=100mm， 2.5 =2.5×42mm=105mm1D＜2.5dD所以小帶輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。帶輪的基準(zhǔn)直徑為 100mm，外徑=105.5mm。a⑶輪槽的尺寸如表 3-1 所示：槽輪結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 3-1 槽輪結(jié)構(gòu)圖文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098523表 3-1 V 帶輪輪槽截面尺寸表⑷確定小帶輪外形尺寸帶輪寬： = =(4-1)×15+2×9mm=63mmBfez2)1(??帶輪外徑： = =100+2×2.75mm=105.5mmadahD輪緣外徑： =(1.8～ 2) =(1.8～2)×42mm=(75.6～84)mm，取1=80mm1d所以 =(1.5～2) =(1.5～2)×42mm=(63 ～84)mm，取 =70mm1LD1L項(xiàng)目 符號(hào) 結(jié)果槽型 無 A 型基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）（mm）pb11.0基準(zhǔn)線上槽深（mm）minah2.75基準(zhǔn)線下槽深（mm）minf 8.7槽間距（mm） e3.015?第一槽對(duì)稱面至端面的距離（mm）f 9最小輪緣厚（mm） min?6槽輪角（° ） ?34° 一種用于薄金屬板剪切機(jī)的新型動(dòng)態(tài)保持系統(tǒng)摘 要金屬剪切機(jī)是重型設(shè)備，由于采用少量技術(shù)設(shè)備，通常與低附加值相關(guān)。但是，這種情況可以通過設(shè)備設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力來改變。分析一些特定的操作，可以觀察到，一些工具在與設(shè)備耦合時(shí)應(yīng)大大提高切割工藝生產(chǎn)率和最終產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)于薄金屬板的剪切過程，可以發(fā)現(xiàn)，在切割最終階段，切割材料的重量由仍需要切割的小材料部分懸掛。這會(huì)導(dǎo)致鋼帶尖端變形，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量不佳，無法保持完全規(guī)劃。這項(xiàng)工作是圍繞這個(gè)問題開發(fā)的，研究了開發(fā)一種能夠避免切割后缺乏平板性的新工具的最佳解決方案。設(shè)計(jì)了一種新穎的設(shè)備，能夠在整個(gè)切割操作后沿著刀片運(yùn)動(dòng)方便地連接到剪切機(jī)。該系統(tǒng)是全自動(dòng)的，由機(jī)器操作員提供的單一切割指令操作。該系統(tǒng)允許制造公司增加每臺(tái)機(jī)器的附加價(jià)值，為客戶提供先進(jìn)和理想的解決方案，并為公司業(yè)務(wù)的可持續(xù)性做出貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：剪板機(jī)切割工藝聚合工具 鈑金切割可持續(xù)性設(shè)計(jì)1.介紹雖然作為一種舊技術(shù)，但是落料仍然是當(dāng)今金屬加工行業(yè)中最常用的切割工藝之一[1]。這項(xiàng)技術(shù)是在許多年前研究的，但最近的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，例如將有限元模型適用于這些技術(shù)，以預(yù)測新材料行為，探索過程容量，重點(diǎn)在于提高生產(chǎn)率并實(shí)施新設(shè)備，關(guān)于新的市場要求和期望的質(zhì)量改進(jìn)。因此，一些研究已經(jīng)由不同的作者進(jìn)行，即在參數(shù)改善的領(lǐng)域，Breitling 等人 [2] 探索該過程的競爭力并研究消隱速度，結(jié)果表明消隱速度隨著消隱速度的增加在 1-4ms 范圍內(nèi)下降\，結(jié)果證實(shí)了 Goijaerts 等人的結(jié)論。[3]在 0.01-1000mm 的范圍內(nèi)\。Neugebauer 等進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。[4]和 Subramonian 等人。[5]當(dāng)使用高速機(jī)械壓力機(jī)時(shí)，沖裁速度增加時(shí)動(dòng)態(tài)效果更高。Mackensen 等人[6]研究了沖頭傾斜角度，得出當(dāng)沖頭傾斜角度上升時(shí)切削力較低。但是，較高的沖頭傾斜角會(huì)導(dǎo)致空卷曲。正如其他作者所提到的[7–9]，通過沖頭形狀的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)沖切部分的更好的幾何精度并清除.然而，仍然清楚的是，諸如刀具磨損狀態(tài)，間隙，刀具半徑和幾何形狀，材料幾何形狀，金屬板厚度，摩擦，與切削相關(guān)的材料性質(zhì)（延展性和硬度） ，金屬片涂層，潤滑用途，沖程率而沖裁速度是影響剪切邊緣方面的關(guān)鍵因素[10]。熱效應(yīng)也被深入研究，以便將溫度與沖切力相關(guān)聯(lián)[11–13]導(dǎo)致材料溫度升高時(shí)消隱力下降。這些研究包括預(yù)熱過程，以引導(dǎo)材料溫度達(dá)到不同的水平，并測量切割不同材料所需的沖切力。在分析和數(shù)值方法領(lǐng)域進(jìn)行了許多其他研究，試圖獲得可靠的模型，幫助研究人員預(yù)測關(guān)于不同材料和切削條件的沖裁操作效果[10,14–16]。然而，盡管有這些強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，但由于剪切帶形成的狹窄和缺乏合適的斷裂準(zhǔn)則，下料切削過程仍然是一個(gè)有吸引力的問題。斷頭臺(tái)切割工藝也是金屬加工行業(yè)使用的最下沖工藝之一。為了獲得最終產(chǎn)品，原材料需要經(jīng)過許多過程，通常是切斷其中的一個(gè)。這種切割過程可以手動(dòng)或自動(dòng)完成，并可以作為初始，中間或結(jié)尾步驟進(jìn)行集成[17]。斷頭臺(tái)切割工藝原理，如圖所示 圖 1 包括將板定位在固定刀片和可移動(dòng)刀片之間，向下移動(dòng)穿透板，并且當(dāng)其超過剪切拉伸強(qiáng)度時(shí)，板被切割。圖 1.斷頭臺(tái)切割工藝方案[18]盡管刀片的操作特性直接影響最終切割質(zhì)量，但這種切割原理橫向于不同類型的剪切機(jī)。雖然斷頭臺(tái)切割的表面質(zhì)量不能與機(jī)加工相媲美，但這是獲得直線形狀的最經(jīng)濟(jì)的切割方法[19,20]。切割過程有一些典型的相關(guān)缺陷，其中大部分與框架變形，刀片間隙或不正確的切割角度調(diào)節(jié)有關(guān)。無論如何，這些問題中的大多數(shù)已經(jīng)被制造商提供的一些設(shè)備作為選擇已經(jīng)被固定或削弱。眾所周知，質(zhì)量較高的切割表面將避免后續(xù)的拋光操作，以及切割精度對(duì)于保留在工作臺(tái)中的印版是不同的，并且切割條不通過壓緊千斤頂保持或固定的切割條傾向于在切割過程中彎曲或扭曲，產(chǎn)生如圖所示的缺陷圖 2。圖 2.斷頭臺(tái)切割過程的典型缺陷[19]弓是在切割過程中由可移動(dòng)刀片的漸進(jìn)作用導(dǎo)致的切割典型缺陷。切割好的條帶在沒有支撐的情況下被分離，在自重下彎曲[20]。條形弓變得更明顯，切割寬度越小，切割角度越大。但是，減小切割角度可以減小但不能完全消除彎曲[19]。扭曲是一種缺陷，被描述為傾向于將切割材料卷曲成螺旋狀。高切割角度通常與扭轉(zhuǎn)缺陷相關(guān)，扭轉(zhuǎn)缺陷也是板材內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)果。這種效果在窄條中更為明顯，是最后一種更容易獲得永久變形的耐磨帶材[20]。曲面是由條帶分離產(chǎn)生的缺陷，主要由材料內(nèi)部應(yīng)力引起[19,21,22]。2.方法和結(jié)果本節(jié)分為三個(gè)小節(jié)：首先確定問題，然后是最初設(shè)計(jì)的解決方案以消除問題，最后介紹采用的解決方案來解決問題。如前所述，剪切過程有一些典型的限制，但其中一些已被剪切機(jī)制造商解決。這個(gè)問題影響了使用斷頭臺(tái)切割高長度薄板的客戶。第二小節(jié)將討論想要消除問題的主要初始思想，并提供一些解決方案，但只有一個(gè)解決方案呈現(xiàn)最佳成本--關(guān)系。因此，在第三小節(jié)中，描述了所采用的解決方案，以及從初始設(shè)計(jì)到最終設(shè)計(jì)的一些變化。2.1 問題在薄板切割過程中，檢測到一個(gè)非常特殊的問題，這是在切割厚度小于 3 毫米，長度大于 700 毫米的薄片時(shí)發(fā)生的。由于切割過程是用編程的刀片斜面進(jìn)行的，這會(huì)導(dǎo)致后一個(gè)切割片部分的翹曲（圖 3a） ，由已經(jīng)切割的片材的重量引起，這在尚未切割的小區(qū)域處導(dǎo)致高彎曲應(yīng)力，如圖 3 這種情況可以防止將截切機(jī)直接包含在生產(chǎn)線中，因?yàn)樵诩垙垈鬟f到另一個(gè)加工步驟之前，拉直操作是強(qiáng)制性的。在不斷切割具有上述尺寸特征的印版時(shí)，這種缺點(diǎn)是一個(gè)主要的尷尬和煩惱，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。 市場上有一些配件可以減少這種缺陷。但是，在切割過程中，動(dòng)態(tài)保持器的整合只是預(yù)期完全消除這種缺陷。圖 3.傳統(tǒng)缺陷（a）和高應(yīng)力集中（紅色區(qū)域） （b）2.2 途徑圖 4 展示了構(gòu)思平臺(tái)的三維模型，能夠在斷頭臺(tái)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行組裝，這使得可以對(duì)預(yù)期的事物給出真實(shí)的看法，并且體現(xiàn)了檢測待改進(jìn)問題的好方法。 該平臺(tái)由一個(gè)由四個(gè)氣壓缸組成的框架組成，其中一個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)可以使結(jié)構(gòu)上下移動(dòng)以及傾斜，但總是不會(huì)執(zhí)行水平運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致撞擊斷頭臺(tái)的主框架。圖 4.初步支架版本的等軸測圖（a）和分解圖（b）該設(shè)備的主要目標(biāo)是與生產(chǎn)中的新的鍘刀兼容，并且已經(jīng)在市場上銷售大部分鍘刀，從而可以輕松地將該設(shè)備適配于它們。2.3 方法2.3.1 動(dòng)態(tài)持有人動(dòng)態(tài)支架將在切割過程中支撐切割條，第一種設(shè)計(jì)是一種簡單的板，頂部有中間加強(qiáng)管和方形管，但這種結(jié)構(gòu)在維護(hù)操作和氣瓶檢查時(shí)顯示為非常沉重，要求拆除整個(gè)保持系統(tǒng)來修理和檢查任務(wù)（圖 5 一個(gè)） 。模塊化機(jī)箱包括兩個(gè)可移動(dòng)的盤子，圍繞中央一個(gè)（ 圖 5b） ，可以接近氣瓶并減少結(jié)構(gòu)的重量，從而便于組裝和維護(hù)程序?？刹鹦栋寰o固系統(tǒng)由埋頭螺栓和螺母構(gòu)成。由于保持架靜止位置中保持架與地面之間的空間受到限制，所以螺母被焊接以便于拆卸蓋板。圖 5.動(dòng)態(tài)保持系統(tǒng)演化：（a）第一和（b）nal 設(shè)計(jì)2.3.2 引導(dǎo)系統(tǒng)首先，有必要解釋為什么這個(gè)系統(tǒng)需要一個(gè)指南。在 圖 6 用綠色箭頭指出預(yù)期的自由度，而紅色的十字指示由導(dǎo)向系統(tǒng)促進(jìn)的限制性運(yùn)動(dòng)。圖 6.預(yù)期的自由度和系統(tǒng)受限制的運(yùn)動(dòng)第一個(gè)開發(fā)的設(shè)計(jì)如圖所示 圖 7 其工作原理是基于夾具兩側(cè)的兩組兩個(gè)定位軸承。軸承 A 限制水平運(yùn)動(dòng)，同時(shí)軸承 B 將保持系統(tǒng)保持在正確的垂直路徑中。圖 7.引導(dǎo)系統(tǒng)的第一種方法。因此，在這個(gè)階段，系統(tǒng)需要改進(jìn)，因?yàn)樗茈y制造，最終成本會(huì)高于預(yù)期。 該設(shè)計(jì)已經(jīng)重新考慮，現(xiàn)在它將包括在支架下方使用中央導(dǎo)軌，使用桿端軸承將夾持系統(tǒng)保持在正確的位置，同時(shí)為系統(tǒng)傾斜運(yùn)動(dòng)提供必要的自由度。桿端軸承允許在切割過程和旋轉(zhuǎn)過程中傾斜以提取帶材或?qū)A持系統(tǒng)保持在靜止位置。 這個(gè)新系統(tǒng)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)與負(fù)責(zé)豎直運(yùn)動(dòng)的方軸和軸套有關(guān)，這些軸很難制造。因此，方軸和襯套被直線導(dǎo)向器取代。 這種改變使得該系統(tǒng)完全標(biāo)準(zhǔn)化，并且最終結(jié)果是易于制造的系統(tǒng)，其中可以容易地更換所有部件 圖 8.圖 8.（a）指導(dǎo)系統(tǒng)的第二種方法和（b）最終概念2.3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是該項(xiàng)目最重要的部分之一，因?yàn)樗砹俗畲蟮南嚓P(guān)成本。因此，要選擇正確的一個(gè)，有必要關(guān)注所需的位置：2.3.3.1 上位。 在這個(gè)位置上，動(dòng)態(tài)保持系統(tǒng)與鍘刀臺(tái)處于同一水平面，使用后備系統(tǒng)確保水平板位置和待切割帶材的正確測量。定位后，壓緊千斤頂固定壓板，后蓋自動(dòng)后退100mm，防止切割過程中帶材與壓力表接觸產(chǎn)生的應(yīng)力。2.3.3.2 中間位置。 開始切割時(shí)，會(huì)給出一個(gè)命令，使氣缸從正確位置的平臺(tái)邊緣退出，導(dǎo)致支架傾斜。千分之一秒后，相同的順序被賦予對(duì)面的氣缸。氣瓶運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)對(duì)于保持系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)刻接近剝離點(diǎn)至關(guān)重要。2.3.3.3 放電位置。 帶材切割后，兩個(gè)內(nèi)筒被驅(qū)動(dòng)以盡可能傾斜，從而導(dǎo)致帶材卸料操作。2.3.3.4 休息位置。這個(gè)位置對(duì)應(yīng)于循環(huán)的最后階段，當(dāng)板厚度超過 5mm 時(shí)也被使用，因?yàn)闅鈩?dòng)部件僅被設(shè)計(jì)為處理結(jié)構(gòu)并且板厚達(dá) 5mm。有人認(rèn)為有必要實(shí)施一種結(jié)構(gòu)，以便優(yōu)化設(shè)備，使切割厚度超過 5 毫米成為可能。因此，決定包括兩個(gè)縱向加強(qiáng)件，以吸收超過 5 毫米厚度的鋼帶沖擊載荷落在支架上。其他已確定的要求與氣壓缸的連接空間有關(guān)，并且組件的價(jià)格應(yīng)盡可能低。經(jīng)過漫長而細(xì)致的市場調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)的最佳選擇如下。2.3.4 選項(xiàng) 1 - 傳統(tǒng)的氣瓶這些氣缸的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)軸負(fù)載的高垂直阻力，可調(diào)的氣動(dòng)阻尼，并且可以很容易地在市場上找到。但是，要使用此解決方案，必須使用“多位置套件” 。該套件將同軸對(duì)接兩個(gè)氣缸，允許四個(gè)可能的位置：后退位置和三個(gè)前進(jìn)位置，如圖所示圖9。 這些氣瓶的巨大優(yōu)勢(shì)在于其價(jià)格。圖 9.（a）裝配兩個(gè)帶多位置套件的氣瓶和（b）可能的裝配位置[23]2.3.5 選項(xiàng) 2 - 伺服氣壓缸這個(gè)選項(xiàng)滿足了最初為這個(gè)項(xiàng)目繪制的最大數(shù)量的需求。與僅允許后退和前進(jìn)位置的傳統(tǒng)氣缸相反，這些氣缸具有確保更高的定位精度并且能夠沿其路徑在多個(gè)位置停止的特性。這些是帶定位控制的標(biāo)準(zhǔn)氣缸圖 10，這使得位置精度達(dá)到±左右0.2 毫米[24]，從而確保支架在期望位置的精確定位。這些氣缸可以提供的位置多功能性可以在切割過程中精確跟隨切割過程，而與切割角度無關(guān)，這無疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。但是，這個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn)：購置成本高。因此，必須找到能夠滿足需求的解決方案，同時(shí)考慮到系統(tǒng)和預(yù)算約束。圖 10. FESTO 提供的伺服氣動(dòng)缸 DNCI / DDPC[24]關(guān)于這兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可能性，可能有至少兩個(gè)不同的制造選項(xiàng)。 圖 11 和圖12 介紹了不同駕駛系統(tǒng)的總體情況。由于伺服油缸的最長長度，其裝配需要考慮可用的最大長度。因此，必須方便地研究它們的位置，以便將氣缸支架放入可用空間中 圖 11） 。傳統(tǒng)的缸體具有較低的長度，允許它們的組裝平行于機(jī)體的側(cè)面（ 圖 12)。圖 11.氣動(dòng)伺服缸定位圖 12.傳統(tǒng)的氣缸定位2.4 結(jié)果根據(jù)初始條件和完成的所有工作，保持系統(tǒng)可按如下方式移動(dòng)：1.解決方案 1——傳統(tǒng)的氣瓶;2.解決方案 2——伺服氣壓缸;3.解決方案 3——混合版本。2.4.1 選項(xiàng) 1 - 傳統(tǒng)的氣瓶該版本由四組兩個(gè)裝有“多位置套件”的氣壓缸組成。 操作原理如下：當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有氣缸都伸出，使平臺(tái)處于上部位置，從而實(shí)現(xiàn)正確的平板放置（ 圖 13)。圖 13.傳統(tǒng)的氣缸 - 上部位置開始切割過程后，刀片開始切割的一側(cè)的圓柱體開始收縮（ 圖 14)。圖 14.傳統(tǒng)的氣缸 - 中間位置為了準(zhǔn)確地監(jiān)測刀片的傾斜度，另一側(cè)的圓柱體也會(huì)縮回，但要緩慢，以便保持系統(tǒng)的 Z 位置與刀片在每個(gè)時(shí)刻切割金屬板的位置一致。在切割過程結(jié)束時(shí)，平臺(tái)呈水平位置，每個(gè)氣缸組件都縮回（ 圖 15)。圖 15.傳統(tǒng)的圓柱形切割階段如果需要繼續(xù)切割厚度小于 5 毫米的板材，則支撐動(dòng)態(tài)保持系統(tǒng)前部的圓柱體會(huì)縮回，導(dǎo)致平臺(tái)傾斜并將切割板排出（ 圖 16)。圖 16.傳統(tǒng)的氣缸 - 排氣位置幾秒鐘后，再次啟動(dòng)所有氣缸，使保持系統(tǒng)處于上部位置。否則，所有氣缸退回，將保持系統(tǒng)置于靜止位置（ 圖 17)。圖 17.傳統(tǒng)的氣缸 - 靜止位置這個(gè)選項(xiàng)的巨大優(yōu)勢(shì)在于它使用了常規(guī)的以合理的價(jià)格在市場上很容易找到的氣瓶。 作為缺點(diǎn)，它們表現(xiàn)出非常有限的操作，因?yàn)樗鼈冎煌鈨蓚€(gè)位置，即延伸或縮回，不允許控制中間位置。在這種情況下，還需要進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)整以便使氣缸的運(yùn)動(dòng)和支架位置與下降刀片和切割點(diǎn)匹配。2.4.2 選項(xiàng) 2 - 伺服氣壓缸操作原理與選項(xiàng) 1 中描述的類似。但是，該選件使用四個(gè)伺服氣壓缸。在上部位置，所有氣缸都被延伸（ 圖 18)。圖 18.伺服氣壓缸 - 上部位置開始切割過程后，切割側(cè)的汽缸開始收縮，跟隨刀片的角度（ 圖 19)。圖 19.伺服氣壓缸 - 中間位置在金屬片切割過程結(jié)束時(shí)，氣缸將保持系統(tǒng)置于水平位置，略低于葉片（ 圖 20)。圖 20.伺服氣壓缸 - 最終切割臺(tái)如果操作人員希望繼續(xù)裁切小于 5 毫米厚度的薄片，則支撐前方支撐系統(tǒng)的圓筒縮回，導(dǎo)致平臺(tái)傾斜，這又導(dǎo)致紙張通過重力排出（ 圖 21)。圖 21.伺服氣壓缸 - 排氣位置如果需要轉(zhuǎn)動(dòng)斷頭臺(tái)或切割厚度大于 5 毫米的鋼板，所有氣缸都會(huì)縮回，將平臺(tái)置于靜止位置（ 圖 22)。圖 22.伺服氣壓缸 - 靜止位置該系統(tǒng)提供了許多方法，如停在中間位置或控制臺(tái)架之間的夾持器移動(dòng)速度。這個(gè)選項(xiàng)的其他優(yōu)點(diǎn)是正面放電能力，因?yàn)榭梢韵铝顚⒅Ъ苈晕⑻Ц叩健吧稀蔽恢茫?圖 23)。圖 23.伺服氣壓缸 - 正面排氣位置后擋板自動(dòng)將板推到前側(cè)，操作員可以在斷頭臺(tái)前側(cè)接收切割條，避免浪費(fèi)時(shí)間收集板后側(cè)。2.4.3 選項(xiàng) 3 - 混合版本選項(xiàng) 3 是以前的組合。這種解決方案被理想化為能夠通過機(jī)器前部提取板，其包括使用兩套兩個(gè)氣缸以及兩個(gè)多位置套件和兩個(gè)伺服氣壓缸。因此，操作與選項(xiàng)2 中描述的操作相同，但是，當(dāng)操作員希望通過機(jī)器前側(cè)移除印版時(shí)，伺服氣動(dòng)缸置于稍高于“上部位置”的位置，從而導(dǎo)致夾持器定位有些在斜坡上（ 圖 24） 。這種坡道位置對(duì)于避免在將板推到前側(cè)時(shí)避免板與下刀片之間的碰撞非常重要。此外，伺服氣缸可以在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)更精確的運(yùn)動(dòng)。圖 24.選項(xiàng) 3 - 上部位置和正面排放位置2.5 比較不同的解決方案關(guān)于這項(xiàng)工作中考慮的不同選擇，現(xiàn)在是時(shí)候總結(jié)每個(gè)設(shè)備型號(hào)的優(yōu)點(diǎn)和局限性，以便根據(jù)應(yīng)用和客戶要求選擇最佳特性。從而， 表格 1 打算濃縮關(guān)于所有發(fā)展的主要想法。3.結(jié)論這項(xiàng)研究提出了一種新型剪切機(jī)或已投入使用的機(jī)器的新技術(shù)裝置，可提高生產(chǎn)率。該設(shè)備包括一個(gè)新穎的支架，可以在剪切機(jī)的背面進(jìn)行組裝。通過適當(dāng)編程四個(gè)氣缸和一個(gè) PLC（可編程邏輯控制器） ，可以實(shí)現(xiàn)該夾具的受控移動(dòng)，這將隨切割過程中從一側(cè)到另一側(cè)的剪切刀片的演變密切相關(guān)，避免在最后部分的變形當(dāng)它很薄并且很寬時(shí)，切割條帶?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：? 這種技術(shù)設(shè)備可以很容易地在任何新的或已經(jīng)投入使用的剪切機(jī)中實(shí)施，不需要改變總體安排，與剪切機(jī)一起或分開。? 該系統(tǒng)的最終價(jià)格將具有競爭力，在切割薄金屬板材時(shí)可大大節(jié)省切割操作。? 金屬板最后部分的金屬板變形問題切割條被淘汰，賦予剪切更多的可操作性 這臺(tái)設(shè)備的機(jī)器。 此外，剪切機(jī)產(chǎn)品 -Cers 有一個(gè)新的商業(yè)化設(shè)備，客戶有一個(gè)新的解決方案能夠解決切割薄金屬板時(shí)的系統(tǒng)問題。? 最好的解決方案是基于四個(gè)伺服氣動(dòng)氣缸，允許一個(gè)完整和協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)持有系統(tǒng)通過適當(dāng)?shù)碾娮涌刂葡嗤?一個(gè) 低成本的解決方案可以采用，使用傳統(tǒng)的汽缸和 需要一個(gè)精確的定位控制。? 通過這項(xiàng)工作提出的所有解決方案都可以使用，并且使用低成本解決方案構(gòu)建了原型，證明了它的可行性工作得很好，可以通過程序控制實(shí)現(xiàn)不同的傾斜速度，? 這是一個(gè)創(chuàng)新的系統(tǒng)，可以輕松商業(yè)化控制單元。 位置的調(diào)整由控制單元通過反饋位置信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行。? 該系統(tǒng)的維護(hù)被認(rèn)為是為了保持它簡單;? 這種新穎的裝置將有助于確保作為主要切割金屬帶的正面和背面之間的平行布置這項(xiàng)工作的目的。致謝作者要感謝 ISEP - 波爾圖理工學(xué)院工程學(xué)院，因?yàn)樗麄冊(cè)谶@項(xiàng)工作中給予了支持和合作。參考J.Slavi?，?。 Bolka，V.Bratu?，M.Bolte?ar，一種用于實(shí)驗(yàn)識(shí)別沖裁參數(shù)的新型實(shí)驗(yàn)室沖裁裝置，J.Mater。 處理。 TECHNOL。 214（2） （2014）507-513。 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.10.006。J. 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