自動剪切機結構設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　剪切機是鋼板連續(xù)生產線上不可缺少的重要的設備,它的用途就是用來剪切定尺、切邊、切試樣及切除鋼板的局部缺陷等。使用自動剪切設備，實現(xiàn)連續(xù)方式的生產，可以大大提高生產效率。目前，對剪切機的功能需求在不斷的擴展，同時也對剪切機的生產效率和加工精度提出更高的要求。</p><p>　　在對國內外剪切機的應

2、用和技術發(fā)展情況進行綜合論述基礎上，我們分析研究了剪切機結構及原理。由于現(xiàn)有剪切機在實際生產中剪刃間隙調整難、耗時較長，造成設備生產能力降低或出現(xiàn)故障而停機，影響快速、連續(xù)生產。板材的需求量越來越大，這里對剪切機的結構重新進行了改良設計，并利用可編程序控制器取代繼電器、接觸器，改進剪切機的控制系統(tǒng)，提高設備的可靠性與生產柔性。通過重新改造設計，改善了設備的控制精度，提高了產品質量，減少了廢品量，降低了維修率。</p>&l

3、t;p>　　關鍵詞:剪切機，可編程控制器，結構設計，控制系統(tǒng)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The shearing machine is one of the most indispensability and pivotal equipment in the continuous producing line of

4、 steel. The purposes of using shear machine are achieving definite dimension, edge shearing, sample cutting and disfigurement chucking. Using automatic shearing equipment can realize continuous mode of production and imp

5、rove production efficiency greatly. Now, the function of the shearing machine is increasing incessantly. The production efficiency and machining precision are require</p><p>　　After discussing domestic and o

6、verseas applications and technology improvements of the shearing machine generally, the framework and the theory of shearing machine are also studied. Because the adjustment of the shearing blade gap is time-consuming an

7、d difficult in existing shearing equipment, the throughput of the device is depressed. Sometime it has been stopped for the errors. And celerity and continuity of the producing line are induced by these factors. With the

8、 increasing requirement of st</p><p>　　Key words: Shear Machine, Programmable Logic Controller, Structural Design, Control System</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>

9、　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題概述1</p><p>　　1.2 剪切機的發(fā)展及現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 剪切機的分類3</p>

10、<p>　　1.4 本課題的研究意義及主要工作任務5</p><p>　　第二章 自動剪切設備的總體設計6</p><p>　　2.1 機械部分6</p><p>　　2.2 控制部分7</p><p>　　第三章 剪切機方案分析及原理9</p><p>　　3.1 剪切機方案分析9</

11、p><p>　　3.2 剪切機的工作原理9</p><p>　　第四章 剪切機的結構設計12</p><p><b>　　4.1 支架12</b></p><p>　　4.2 上刀架13</p><p>　　4.3 壓板裝置14</p><p><b>　　

12、4.4 剪刃15</b></p><p><b>　　4.5 曲軸16</b></p><p>　　4.6 滾動軸承17</p><p><b>　　4.7氣缸17</b></p><p>　　4.8 其它零件18</p><p>　　第五章 剪切機部分

13、控制系統(tǒng)設計19</p><p><b>　　第六章 總結21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>

14、<p>　　當今世界，科技進步突飛猛進，特別是機電一體化技術日臻完善，深刻影響著制造領域。與此同時，全球經濟一體化和市場競爭國際化的趨勢又對制造業(yè)提出了全球化和國際化的新挑戰(zhàn)。曾一度被視為 “夕陽產業(yè)”的傳統(tǒng)制造業(yè)，其發(fā)展方向和出路重新又引起了人們的思考和探索。</p><p>　　近幾年來，制造業(yè)的全球化為我們帶來了新的契機，并且在國內外呈現(xiàn)出了良好的市場前景。這必須引起我們的高度關注。為了加快我國改

15、造傳統(tǒng)制造業(yè)的步伐，參與制造業(yè)國際競爭，我們有必要深入研究我國的制造技術，大力推動制造業(yè)的高技術化。</p><p><b>　　1.1 課題概述</b></p><p>　　剪切機是在軋件運動中對軋件實施剪切工藝的一種設備，是連續(xù)式軋鋼生產線上不可缺少的、非常關鍵的設備之一。特別是，隨著現(xiàn)代化鋼材生產的產量和品種不斷增加，要求軋鋼生產向高速、連續(xù)化生產方式發(fā)展的今天

16、，剪切機的需求量不斷增加，自然而然地對的設計和制造質量提出了更高的要求。由于是在運動中對軋件實施剪切，因此，對剪切機的運動特性、反應靈敏性、動作準確性，以及工作穩(wěn)定可靠件等各方面，都必須具有很高的要求。對金屬材料進行剪切的剪機隨所剪材料的不同有各種不同形式。有類似剪刀的插口剪，有剪刃為水平放置的平口剪，還有剪刃有一定斜度專門用來剪切較寬板帶材的斜刃剪。以上幾種傳統(tǒng)剪機有一共同的特點:都是往復式的，也就是說它們工作方式不是連續(xù)的，當剪刃向

17、某一方向移動剪斷了被剪物后，它們還需要有一個返回不工作的空行程，讓剪刃回到原來的位置，準備著再從事另一次的剪切。而本機組通過PLC自動控制，使被剪材料進入刀刃間后，刀架不斷上下移動，被剪材料就會連續(xù)地被剪下去，直至被剪的材料剪完為止，這是一種連續(xù)作業(yè)的剪機。</p><p>　　1.2 剪切機的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　剪切機是冶金行業(yè)用于切斷金屬材料的一種機械設備。在冶金行業(yè)軋制的

18、生產過程中，大斷面的鋼坯經過軋制后，其斷面變小，長度增加。為了滿足后續(xù)工序和產品尺寸規(guī)格等生產功能的要求，各種鋼材生產過程中都必須有剪切工序。剪切機的用途就是用來剪切定尺、切頭、切尾、切邊、切試樣及切除鋼板的局部缺陷等。剪切機是軋鋼機械中重要的輔助設備之一，剪切機的能力大小，直接影響軋機生產能力能否充分發(fā)揮以及軋制生產線金屬流程的平衡問題。剪切機還廣泛地在機械制造和修理等部門使用。</p><p>　　剪切機是隨

19、著工業(yè)自動化進程的深入而得到越來越廣泛的應用。近二十年來，國內的軋鋼生產得到了長足的發(fā)展，由于市場對產品不斷提出新的要求，生產廠對各種剪切機的要求也在不斷的變化。</p><p>　　從理論上來說，最初的金屬切削理論主要研究方向是研究切削過程中的切削力和消耗的切削能量，主要的研究者有H. Cocquihat, Wiebe和Joessele 1851年，H. Cocquihat研究了在鑄鐵，黃銅和石頭等材料上鉆孔時

20、，切去一定體積材料所需要的功。1864年，Joesse探討了刀具幾何角度對切削力的影響。在1881年，Mallock提出了類似于卡片模型的理論，而Zvorkin則在1893年建立了剪切角關系式，他假設剪切面是剪應力最大面。值得注意的還有塑性力學Durcker公設的提出者Durcker等力學家的工作。</p><p>　　第二研究階段可稱為切削可加工性時期，大致從1900—1930年共約30年時間。在這一時期隨著社

21、會生產力的發(fā)展，金屬切削加工技術也有了長足的進步，新的刀具材料和加工工藝不斷出現(xiàn)。新的刀具材料的出現(xiàn)使切削加工的生產效率大大提高，應用范圍越來越廣。以高速鋼的應用為例，Trent在他的名著《Metal Cutting》中寫到“高速鋼刀具的出現(xiàn)引起了金屬切削實踐的革命，大大提高了機械加工車間的生產率。</p><p>　　第三研究階段從二十世紀30年代至今，可以稱之為理論推廣應用時期，傳統(tǒng)意義上的金屬切削理論研究在

22、二十世紀六七十年代達到高峰。在這一時期總結了上兩個時期的研究成果，將切屑成形機理與切削可加工性的關系的研究發(fā)展到了一個新的高度，其研究重點是切削過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象及其發(fā)生機理的研究，例如剪切角關系、切削溫度分布和刀具磨損、切屑卷曲機理以及積屑瘤形成機理等等。比較重要的工作有:Bisacres和Chao在40年代中期首先研究了切削過程中的切削溫度分布，提出了溫度參數(shù)的概念。在正交切削模型的研究方面，Pisspen, Merchant,

23、Lee和Shaffer, Shaw以及Oxley等都做了重要的開創(chuàng)性工作。日本的工藤英明，臼井英治利用視塑性方法構造滑移線場，從而建立切削方程式的新方法也值得加以重視。</p><p>　　我國的金屬切削理論研究者也作出了重要的貢獻。東北重型機械學院連家創(chuàng)先生在實驗的基礎上利用滑移線理論推導出平行刃剪切機剪切力計算公式，陳艷麗等在針對平行刃剪切機冷剪不同材質的金屬，在改變剪刃相對側向間隙o /h0(五種值)以及有

24、無壓板的情況下，實測了剪切鉛、鋁、鋼時的剪切力，并結合理論計算進行了分析比較。在實踐方面，西安重型機械研究所、華東冶金學院、遼寧冶金技術裝備設計研究所等單位也對超過20mm規(guī)格的鋼板剪切機也作了技術研究，成功地實現(xiàn)了25mm鋼板的在線剪切，提高了生產率，改善了鋼板的剪切質量，滿足了生產的需要。</p><p>　　隨著2002年國家科技部將制造業(yè)信息化列為重大專項，剪切設備的研究方向逐步向新產品自動控制技術方向發(fā)

25、展。自動化技術是本世紀以來發(fā)展極其迅速和影響極大的科學技術之一?，F(xiàn)代自動化技術是一種完全新型的生產力，是直接創(chuàng)造社會財富的重要手段，對人類的生產活動和物質文明起著巨大的推動作用。因此，受到世界各國的廣泛重視和越來越多的應用。機械自動化，主要指在機械制造業(yè)中應用自動化技術，實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產，實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產過程，加快生產投入物的加工變換和流動速度。機械自動化技術的應用與發(fā)展，是機械制造業(yè)技術改造、技術進步的主要手段和技術發(fā)

26、展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業(yè)的發(fā)展，而且對國民經濟各部門的技術進步有很大的直接影響。</p><p>　　當前，我國剪切機械制造業(yè)中自動化裝備少、水準低，不僅在數(shù)量上同世界先進國家有較大差距，而且在品種上、質量上、應用上，同世界先進水準也存在階段性差距。在這種國情下，要把龐大的勞動力大軍從剪切機械制造業(yè)生產崗位上撤一下來，投入巨額資金改造現(xiàn)有的大量落后設備和研制大量的現(xiàn)代自動化裝備及

27、控制裝置，在科學技術水準和人員素質不太高的情況下采用先進的技術裝備，都是不現(xiàn)實的。而大力發(fā)展低成本自動化技術，卻是潛力大，前景廣，投資省，見效快，可以收到事半功倍的經濟效果，適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。</p><p>　　1.3 剪切機的分類</p><p>　　剪切機的種類很多。對剪切機的分類，從不同的角度出發(fā)，有不同的分法。按剪切方式可分為橫剪和縱剪；按被剪切鋼板的溫度分為熱剪和

28、冷剪；按剪切機的驅動方式分為機械剪、液壓剪和氣動剪；按機架的形式分為開式剪和閉式剪；按剪切鋼板的品種又可分為鋼坯剪切機、鋼板剪切機、型鋼剪切機和切管機等。通常，按剪切機的剪刃形狀與配置等特點可分為平行刃剪切機、斜刃剪切機和圓盤剪切機。下面按剪切機的剪刃形狀的分類對三種結構分別進行介紹：</p><p><b>　　1、平行刃剪切機</b></p><p>　　圖1.1

29、 平行刃剪切機</p><p>　　見圖1. 1 為平行刃剪切機示意圖。平行刃剪切機的兩個剪刃是彼此平行的，它通常用來在熱態(tài)下橫向剪切方形及矩形斷面的鋼坯。也可用來冷剪型材，將刀片做成成型剪刃來剪切非矩形斷面的鋼板。</p><p>　　平行刃剪切機按剪切機構的運動特點，分為上切式和下切式兩種型式。上切式剪切機的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下運動進行剪切。其剪切機構通常采用曲柄連桿機構。

30、下切式剪切機的兩個剪刃都運動，剪切過程是通過下剪刃上升來實現(xiàn)剪切的。其剪切機構通常有偏心軸式和浮動式。平行刃剪切機，在工作時能承受的最大剪切力是它的主要參數(shù)，故人們習慣上以最大剪切力來命名。 </p><p><b>　　2、斜刃剪切機</b></p><p>　　圖1.2 斜刃剪切機</p><p>　　圖1.2為斜刃剪切機示意圖。斜刃剪切

31、機的一個剪刃相對另一個剪刃成某一角度放置。斜刃剪切機按剪切機構的運動特點也可分為上切式、下切式和復合式等。</p><p>　?、偕锨惺叫比屑?這種剪切機的下剪刃平直而固定，上剪刃是傾斜的并上下運動實現(xiàn)剪切。上切式斜刃剪通常是作為單獨設備，用來剪切寬的板材，當板材厚度大于20mm時，可用在連續(xù)作業(yè)線上橫切板材，但要有擺動輥道，另外，當板材厚度大于25mm不能用圓盤剪切邊時，在連續(xù)作業(yè)線上的兩邊設置上切式斜刃剪進行

32、切邊。</p><p>　?、谙虑惺叫比屑?這種剪切機的上剪刃是固定的，由下剪刃上下運動進行剪切。由于它是下剪刃向上運動進行剪切，故不需要設置擺動輥道，一般多用于連續(xù)作業(yè)線上橫切帶材。這種剪刃機的剪刃通常上剪刃是傾斜的，下剪刃是水平的。但近來采用上剪刃是水平的，下剪刃是傾斜的愈來愈多，生產經驗證明，這種型式能夠保證鋼板的剪切面相對帶材中心線及表面垂直度。其缺點是由于壓板要放在下面而造成結構復雜化。</p&g

33、t;<p>　　③復合式斜刃剪:在連續(xù)式作業(yè)線上的尾部，為了將原來焊接起來的長帶材分成一定重量的卷材，設有復合式斜刃剪切機。這種剪中間有固定的雙刃刀架，上下有活動刀架，也稱上下雙層斜刃剪切機。當帶材通過固定雙刃刀架上部，帶材由一臺卷取機卷取。當需要分卷時，上活動刀架下降切斷帶材，后面的帶材通過固定雙刃刀架下部，由另一臺卷取機卷取。</p><p><b>　　3、圓盤式剪切機</b&

34、gt;</p><p>　　圖1.3為圓盤式剪切機示意圖。這種剪切機的上下剪刃是圓盤狀的。剪切時，圓盤刀以相等于鋼板的運動速度做圓周運動，形成了一對無端點的剪刃。圓盤剪通常設置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運動的板材或帶材。</p><p>　　圖1.3 圓盤式剪切機</p><p>　　1.4 本課題的研究意義及主要工作任務</p><

35、p>　　隨著國內經濟的進一步發(fā)展和市場的全球化，市場對于鋼板的需求會進一步加大，對于鋼板尺寸精度的要求也會進一步提高。通過剪切機的優(yōu)化分析可以提高鋼板的剪切精度，提高鋼板的生產效率，降低設備的故障率，減少成品的成本，降低廢品率，提高鋼板在市場上的占有率。對于提高我國板材剪切技術，提升我國鋼鐵產品在國際市場上的競爭力，為其他行業(yè)的進一步發(fā)展提高打下堅實的基礎，以及振興民族經濟具有較大的作用。</p><p>

36、　　畢業(yè)設計的主要任務是設計自動剪切設備中剪切模塊結構，并進行控制系統(tǒng)的改造。畢業(yè)設計論文的內容就本人所做的主要工作展開說明，具體內容如下：</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　第二章：自動剪切設備的總體設計</p><p>　　第三章：剪切機的方案分析及工作原理</p><p>　　第

37、四章：剪切機的結構設計</p><p>　　第五章：剪切機部分控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　第六章：總結</b></p><p>　　第二章 自動剪切設備的總體設計</p><p>　　在此次剪切機的設計中，分為機械部分設計和控制部分設計兩大部分。</p><p><b>　

38、　2.1 機械部分</b></p><p>　　機械部分設計即設計出能夠實現(xiàn)剪切機功用的機構組合。所謂機構是人們將能實現(xiàn)預期的機械運動的各構件（包括機架）的基本組合。</p><p>　　各種機器設計的共同問題可以歸納成機構的結構和運動學以及機構機器的動力學兩大部分來討論。</p><p>　?。?）機構的結構和運動學：分析機構的結構是為了研究機構運動的

39、可能性和確定性，并進一步討論機構的組成原理；機構的運動學不考慮引起機構運動的力的作用，而從幾何的觀點來研究機構各點的軌跡、位移、速度和加速度的求法，以及按已知條件來設計新機構的方法。</p><p>　?。?）機構和機器的動力學：研究在機械運動過程中作用在機構各結構上的力分析和慣性力的平衡問題；并研究確定機械效率的方法和已知力作用下機械的真實運動規(guī)律，以及作用力、運動構件的質量和這些構件的運動之間的關系，即機械的

40、運轉和調速問題。</p><p>　　圖2.1 鋼板卷材整平自動剪切設備的工藝流程圖</p><p>　　圖2.1為鋼板卷材整平自動剪切設備的工藝流程圖。</p><p>　　圖2.2為鋼板卷材整平剪切機總結構示意圖，剪切機的機械部分由放料機構、校平機構、防偏機構、定尺裝置、剪切機、出料機構組成。放料機構是由原料架及恒張力控制裝置組成。帶材在夾送動力作用下前進，為

41、防止其自身的重心偏移造成的不良因素，設置恒張力控制，使得帶材以恒定阻力被夾送。校平機構是由電動機、蝸輪減速器、齒輪、夾送輥、保護膜架、保護膜放送裝置、制動器構成。電動機經蝸輪減速箱減速后，再通過齒輪傳動使得夾送膠輥在同一線速下夾送帶材，同時，在夾送輥前上方設置保護膜放送架，配套制動裝置，使得帶材在前進過程中可穩(wěn)定的同定時貼上保護膜，以保證板材在下一個工序(拉伸或成型)時，盡量減少制品表面的傷痕。鋼板經過整平有定長裝置定長，最后有平行刃剪

42、切機切斷，在由出料部分出料，完成整個過程。</p><p>　　圖 2.2 自動剪切設備總結構示意圖</p><p><b>　　2.2 控制部分</b></p><p>　　控制部分設計分為繼電器控制系統(tǒng)設計和可編程控制系統(tǒng)設計，以及氣動、電氣等機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的關聯(lián)設計。</p><p>　　用繼電器、行程開關、轉

43、換開關等有接觸點低壓電器構成的電器控制系統(tǒng)，稱為繼電器控制系統(tǒng)。其特點是動作狀態(tài)一目了然，但系統(tǒng)接線比較復雜，變更控制過程以及擴展比較困難，靈活性和通用性比較差。</p><p>　　可編程控制器PLC是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物，是一種以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的特殊計算機。其基本工作原理是建立在計算機工作原理的基礎上的，即在硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制任務。<

44、/p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，自動控制技術已被廣泛應用于工農業(yè)生產和國防建設。實現(xiàn)自動化的技術手段，在目前主要有兩個：電氣(電子)控制和流體動力控制。流體動力控制有三類：(1) 液壓控制，工作流體主要是礦物油；(2) 氣壓控制，工作介質主要是壓縮空氣，還有燃氣和蒸氣；(3) 射流技術，工作介質有氣體也有液體，該技術在一些多管道的生產流程中得到應用。</p><p>　　以下對液壓傳動和

45、氣壓傳動作了一下比較。</p><p>　　液壓傳動的優(yōu)點：（1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生出更多的動力。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕， 功率密度大，結構緊湊；（2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)；（3）液壓裝置能在大范圍內實現(xiàn)無級調速；（4）液壓傳動易于自動化，它對液體壓力、流量或流動方向易于進行調節(jié)或控制；（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護；（6）由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系

46、統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便；（7）用液壓傳動實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。液壓傳動的缺點：（1）液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等）；（2）液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作；（3）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價較貴，而且對工作介質的污染比較敏感；（4）液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。</p>&l

47、t;p>　　氣壓傳動的優(yōu)點：（1）空氣可以從大氣中取得，同時，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不致產生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環(huán)境； （2）空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(空壓站)和遠距離輸送；（3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.3—0.8MPa），因此，對氣動元件的材料和制造精度上的要求較低；（4）氣動系統(tǒng)維護簡單，管道不易堵塞，

48、也不存在介質變質、補充、更換等問題；（5）使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實現(xiàn)過載自動保護。氣壓傳動的缺點：（1）氣壓傳動裝置的信號傳遞速度限制在聲速（約340m／s）范圍內，所以它的工作頻率和響應速度遠不如電子裝置，并且信號要產生較大的失真和延滯，也不便于構成較復雜的回路，但這個缺點對工業(yè)生產過程不會造成困難；（2）空氣的壓縮性遠大于液壓油的壓縮性，因此在動作的響應能力、工作速度的平穩(wěn)性方面不如液壓傳動；（3）氣壓傳動系統(tǒng)出力較小，

49、且傳動效率低。</p><p>　　結合此次所設計的剪切設備的具體情況，選取氣動控制。</p><p>　　氣動控制系統(tǒng)選用氣動裝置中被廣泛采用的順序控制系統(tǒng)。根據(jù)JIS的定義；按照預先確定的順序或條件，控制動作逐漸進行的系統(tǒng)叫做順序控制系統(tǒng)。即在一個順序控制系統(tǒng)中，下一步執(zhí)行什么動作是預先確定好的。前一步的動作執(zhí)行結束后，馬上或經過一定時間間隔再執(zhí)行下一步動作，或者根據(jù)控制結果選擇下一步

50、應執(zhí)行的動作。</p><p>　　第三章 剪切機方案分析及原理</p><p>　　3.1 剪切機方案分析</p><p>　　如前所述，剪切機結構分為平行刃剪切機、斜刃剪切機、圓盤剪切機三大類型。以下對其各自的特點進行分析：</p><p>　?。?）斜刃剪切機：斜刃剪切機的剪切方式可分為上切式、下切式和復合式等類型。上切式斜刃剪切機的類

51、型中傳統(tǒng)形式主要有單面?zhèn)鲃有比屑羟袡C、雙面?zhèn)鲃有比屑羟袡C、下傳動斜刃剪切機；現(xiàn)在為提高剪切質量，也出現(xiàn)了上刀臺作擺動或滾動的擺式剪切機。斜刃剪切機的優(yōu)點是結構簡單，制造方便，應用較廣，但是剪后的鋼板彎曲變形大，同時也不能用來進行剖分剪切。</p><p>　　（2）圓盤式剪切機：其廣泛應用于縱向剪切厚度小于20-30mm的鋼板及薄帶鋼。由于刀片是旋轉的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運動著的鋼板或帶鋼。由于上述特點，目前

52、各國都在研究擴大圓盤剪剪切厚度的范圍。圓盤剪通常設置在精整作業(yè)線上，用來將運動著的鋼板的縱向邊緣切齊或切成窄帶鋼。根據(jù)其用途可將圓盤剪分為兩種型式：剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。圓盤剪切機在連續(xù)剪切鋼板的同時要對其切下的板邊進行處理，通常在圓盤剪后面設置碎邊機，將板邊剪成碎段送到專門的滑槽中去。此外，對于薄帶帶也有用卷取機來處理的，其缺點是需要一定手動操作，卸卷時要停止剪切等。</p><p>　?。?）平

53、行刃剪切機：平行刃剪切機的剪切方式有上切式和下切式兩種。平行刃剪切機通常采用曲柄連桿機構，運動和結構簡單。剪切過程的特點是：剪切開始時，上剪刃下降，幾乎達到與鋼板接剪切長的鋼板時，壓板先壓住鋼板，然后進行剪切。這種剪切方法鋼板不會產生彎曲；活動壓板保證剪切斷面較垂直；機架不承受剪切力；由于能縮短剪切周期的間隙時間，提高了剪切生產率。</p><p>　　通過上述幾種剪切機的對比，決定選用平行刃剪切機。</p

54、><p>　　3.2 剪切機的工作原理</p><p>　　通過生產實踐和科學實驗證實：剪切過程是由壓入變形和剪切滑移兩個階段組成，剪切過程的實質是金屬塑性變形的過程。</p><p>　　如圖3. 1所示，當上剪刃下移與鋼板接觸后，剪刃便開始壓入鋼板，由于P力在開始階段比較小，在鋼板剪切斷面上產生的剪切力小于鋼板本身的抗剪能力，因此鋼板只能發(fā)生局部塑性變形，故這一階段

55、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，力P也不斷增加。當剪 刃壓入到一定深度，即力P增加到一定值時，鋼板的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達到相等，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)。當剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時，鋼板沿著剪切面產生相對滑移，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，剪切應力也不斷變小，直至鋼板的整個斷面被剪斷為止，完成一個剪切過程。

56、</p><p>　　下面分析一下剪切過程中作用力的變化。為了便于分析，我們忽略剪刃與鋼板之間的摩擦力、剪刃的間隙、鋼板的重量以及其它因素。</p><p>　　圖3.1 剪切過程作用力圖</p><p>　　由圖3.1看出，當剪刃壓入鋼板后，上下剪刃對鋼板的壓力P形成一力偶Pa，次力矩使鋼板轉動，但在鋼板轉動過程中，將遇到剪刃側面的阻擋，即剪刃側面給鋼板以側推力

57、T，則上、下剪刃的側推力又構成另一力偶Tc，力圖阻止鋼板轉動。隨著刀片的逐漸壓入，鋼板轉動角度不斷增大，當轉過一個角度Y后便停止轉動，此時兩個力矩平衡，即</p><p><b>　　式 （3-1）</b></p><p>　　假設在壓入變形階段，沿面積x和0.5Z(這里取鋼板寬度為1)上的單位壓力均勻分布且相等，則</p><p><b

58、>　　式 （3-2）</b></p><p><b>　　式 （3-3）</b></p><p>　　式中z一為剪刃壓入鋼板的深度。</p><p>　　由圖3.1中的幾何關系，得</p><p><b>　　式 （3-4）</b></p><p><

59、b>　　式 （3-5）</b></p><p>　　將式(3-3), (3-4), (3-5)代入式(3-1)中可得，剪切時，鋼板的轉角γ與剪刃壓入深度z的關系</p><p><b>　　式 （3-6）</b></p><p>　　由式（3-6）可知，剪切過程中作用力及其變化規(guī)律：剪切力隨著Z的增加而變化，當剪切力P為最大值

60、后，鋼板開始產生滑移。剪切力P的值是同單位剪切抗力τ有關。</p><p>　　單位剪切抗力τ并非常數(shù)，其數(shù)值大小和鋼板材質、剪切溫度、剪切速度、剪刃形狀、剪刃間隙及相對切入深度等因素有關。單位剪切抗力τ的確定有實驗曲線法和理論計算法兩種。以下對影響單位剪切抗力τ的因素進行定性的描述：</p><p>　?、俳饘傩再|：金屬材料的強度極限越高，則單位剪切抗力越大;塑性越低，對應于剪斷時的相對

61、切入深度越小，即金屬斷的越早。因此單位剪切抗力與金屬的強度和塑性有關。</p><p>　?、诩羟袦囟龋轰摪寮羟袝r的溫度越高，單位剪切抗力越小，對應于剪斷時相對切入</p><p><b>　　深度則越大。</b></p><p>　　③變形速度：熱剪時，理論上變形速度與剪切速度成正比關系，單位剪切抗力隨變形速度增加而增加;冷剪時，剪切速度對單

62、位剪切抗力的影響很小，一般可不加以考慮。</p><p>　　④剪刃側向間隙：剪刃側向間隙的大小，可以使剪切時的受力狀況發(fā)生變化。當側向間隙由零逐漸增大時，鋼板的受力狀況分別為壓縮→剪切→彎曲狀態(tài)，側向間隙過小或過大都會使單位剪切抗力增加。因此，合理選擇和保持剪刃側向間隙的大小，對于正確使用剪切機是十分重要得。</p><p>　?、莸垛g半徑：刀鈍半徑的大小，直接影響單位剪切抗力的大小。刀

63、鈍半徑越大，刀就越不“快”，剪切抗力就越大。但在壓入階段剪切力的計算中，不考慮刀鈍半徑的影響是允許得。</p><p>　?、藜羟袛嗝娴膶捀弑萣/h：當b/h小于1時，τ與b/h幾乎無關;當b/h大于I時，τ值隨b/h的增大而迅速增大。</p><p>　　除上述因素影響外，壓板、剪刃與鋼板的摩擦系數(shù)及剪刃的兒何形狀等因素，對單位剪切抗力也都有一定的影響，但這些因素相對來說影響很小，可以忽

64、略不計。</p><p>　　第四章 剪切機的結構設計</p><p>　　自動剪切設備的剪切機模塊是由支架、上刀架、下刀架、氣缸、壓板裝置、剪刃、曲軸等幾大部分組成。</p><p>　　圖4.1為設計的剪切機模塊裝配圖。</p><p>　　圖4.1 剪切機模塊裝配圖</p><p><b>　　4.1

65、 支架</b></p><p>　　根據(jù)剪切機的外形及內部要求，支架的材料選擇為：HT200，表面淬火的鑄件。外形如圖4.2所示。</p><p>　　由于所設計的為平行刃剪切機，刀刃通常是由連桿機構來帶動，因此在支架的中下部設計一個mm的通孔，用來安裝軸。支架上部有一寬度為50mm的導軌槽，剪切機工作時，下刀刃不動，上刀刃沿槽往下運動，進行剪切，在設計支架時保證槽的垂直度。上

66、刀架帶動上剪刃上下往復運動，為了使其路線與工作臺時刻保持垂直，需要一墊塊來壓緊刀架。而剪切機的下刀架則是通過3個M24的六角螺栓固定在支架上。支架上半部有2個螺紋孔，工作臺通過M36的內六角螺釘來固定在支架上。為了提高剪切鋼板的精度，安裝在兩個支架之間的工作臺必須得有高的平行度，所以在設計支架時必須保證加工精度。在支架上還有厚度為20的肋，用來加強支架的強度。所設計的支架外形高度為1500mm,而實際剪板高度為1250mm,適合工人操作

67、，在特殊情況下，為配合整條生產線，需要提高剪板高度，支架底部留有兩個mm的通孔，可以將支架安裝在一底座上面，來達到所需的剪切鋼板的高度。</p><p><b>　　圖4.2 支架</b></p><p><b>　　4.2 上刀架</b></p><p>　　在此次剪切機設計中，上刀架放置于兩個支架之間，用于安裝上刀塊

68、，刀架的材料選擇為H200的表面淬火的鑄件，外形如圖4.3所示。</p><p>　　在平行刃剪切機中，有兩種剪切方式：上切式和下切式。現(xiàn)所設計的為上切式，也就是說下剪刃固定不動，上剪刃往下運動。上剪刃通過8個M20的內六角螺釘固定在刀架上，要確保剪刃安裝的垂直度，刀架與剪刃接觸面必需要要有高的粗糙度要求。通常上剪刃式剪切機采用連桿機構，雖然它運動和結構都很簡單，但是被剪切的鋼板易彎曲，剪切斷面不垂直，以致影響剪

69、切后鋼板的工藝線上的順利運行。因此在此次剪切機上刀架的設計中，加上了一個壓板，刀架上方有兩個螺紋孔，用來固定壓板裝置，連接面也得有一定的粗糙度值。刀架兩邊帶有拉環(huán)，它和連桿用mm的銷連接，再用mm的銷進行固定，然后通過連桿來拉動刀架上下移動，實現(xiàn)剪切動作。</p><p>　　圖4.3 上刀架示意圖</p><p><b>　　4.3 壓板裝置</b></p&

70、gt;<p>　　如上述所提到的，由于工作臺上鋼板的沒有平齊，高度不同，導致剪切機很難保證剪切精度，這就需要使用壓板裝置來把鋼板壓緊在工作臺上。壓板裝置是由導軌座、彈簧、壓板、導軌、調節(jié)螺母、彈性墊圈7個部分組成。</p><p>　　整個壓板裝置的工作過程如下：剪切開始時，上刀刃下降，連接在刀架上的導軌座跟著下降，下方的壓板也往下移動；由于上剪刃和壓板存在高度差，在往下移動中，壓板先接觸到鋼板，彈

71、簧被壓縮，產生足夠的力來壓緊鋼板來進行剪切；鋼板切斷后，上刀架回程，螺母和彈性墊圈起到了緩沖作用，最終上剪刃上升到原始位置，一次剪切過程完成。壓料力的大小可以用調節(jié)調節(jié)螺母來實現(xiàn)。</p><p>　　導軌座的長度為1200mm，高為60mm,中間均勻分布了7個導軌筒，以便于合理有效地起到導軌的作用。導軌座是用兩個M16的六角頭螺栓與上刀架固定在一起，導軌是直接焊接在壓板上面，結構如圖4.4所示。</p&g

72、t;<p>　　導軌座的材料選用A3，它直接是安裝在刀架上的，因此在連接表面保證一定的粗糙度，最重要的是它的導向性要好，能保證導軌垂直上下移動。調節(jié)螺母和螺母都是標準件，分別選用的是M16和M24。所選擇的彈簧是圓柱形螺旋壓縮彈簧，直徑D1為mm，中徑D2為mm它所產生的的彈簧力是用來抵消慣性力，并使壓板在剪切過程中緊緊壓牢鋼板。彈簧力必須適當，不能太大但也不能太小。彈簧力太大往往導致產生不必要的動態(tài)力和過度磨損。彈簧力太

73、小，就不能產生足夠的力來壓緊鋼板，結果往往導致鋼板剪切得不垂直，所以要合理地調節(jié)調節(jié)螺母來使彈簧發(fā)揮作用。</p><p>　　圖4.4 壓板裝置示意圖</p><p><b>　　4.4 剪刃</b></p><p>　　在此次剪切機設計中，剪切機的兩塊剪切刃分別裝在上下刀架上。我們只所以把部分叫做剪切機，就是因為它能起到剪切的作用。由于所

74、剪切的鋼板最大寬度為1200mm，并且考慮到上刀架和壓軌的長度，把剪刃的長度定為1260mm，寬度定為40mm。由于所剪切的是鋼板，而不是紙張和木板之類的，這次所設計剪切機的剪刃承受著巨大的沖擊力和剪切力，所以要求刀刃必須具備高的強度和硬度，同時還要具備一定的塑性和韌性。剪切機在工作的時候，剪刀刃口與被剪切鋼板的接觸面并不是剪刀刃的全厚度。也就是說，剪刀刃與被剪切鋼板的接觸面積與鋼板的硬度和強度有一定的關系，對塑韌性好、強度較低的鋼板，

75、接觸的面積就較大，剪刀刃口所受的剪切應力相對較??；對強度高、硬度高、塑性差或板材厚度大的鋼板，則剪刀刃口與所承受的剪切力就相對較大。在實際的生產過程中，為了能使材料順利的剪切下來，后者往往還要承受較大的沖擊力，產生蹦齒的情況就非常容易發(fā)生。因此在設計的時候，必須合理選擇剪刃材料。</p><p>　　選擇剪刃材料時考慮到兩種材料9SiCr和6CrW2Si。9SiCr是十分常用的合金工具鋼之一，它淬透性好、耐磨性好

76、、強度高、價格相對便宜。但在進行熱處理時，要求其組織均勻性要好，且在淬火及低溫回火后脆性較大。因此，9SiCr材料主要用于制作板牙、絲錐、鉆頭、絞刀、冷軋輥等承受沖擊較小的刃具產品，作為剪刀刃用材僅限于輕剪刃方面。而且，在剪刀片刃口的設計上，一般采用圓形刃口或直剪刀。此外，為了充分發(fā)揮9SiCr的優(yōu)點、克服韌性差的弱點，在熱處理工藝的設計上，一般選擇等溫淬火等熱處理工藝，使其產生下貝氏體組織，從而獲得較高的韌性指標。經查，9SiCr的熱

77、處理是采用860℃ 淬火+320℃回火，獲得HRC54～57的硬度值。但是，在實際工作中卻反應出脆性大的特點。經過不同溫度的熱處理以后，可以看出其韌性指標(包括裂紋擴展功和裂紋擴展時間)并沒有得到很好的改善，因此9SiCr不適用。而6CrW2Si鋼是在鉻硅鋼的基礎上加入了一定量的鎢而形成的鋼種，因為鎢有助于在淬火時保存比較細的晶粒，而使回火狀態(tài)下獲得較高的韌性。6CrW2Si鋼具有比4CrW2Si和5CrW2Si,鋼有較高的淬火硬度和一

78、定的高</p><p>　　在GB1299《合金工具鋼技術條件》標準中，6CrW2Si屬于耐沖擊工具用鋼，而9SiCr是量具刃具鋼之一。經以上兩種材料的比較，并為了提高剪切精度，此剪切機選用6CrW2Si鋼作為剪刃材料。</p><p><b>　　4.5 曲軸</b></p><p>　　曲軸在曲柄壓力機中是很重要的零部件，在此次剪切機設計中

79、我們也用到了曲軸。它的主要作用是同過連桿來拉動剪刃作上下剪切運動。曲軸受力復雜，故制造條件要求較高。一般選用45號鋼鍛制而成。鍛比一般取2.5~3。有些大型的曲軸則用合金鋼鍛制。如40Cr、、18CrMnMoB，鍛比需要大于3。對于小型的國內有些制造廠用球墨鑄鐵QT60-2鑄造。鍛制的曲軸加工后需要進行調質處理，有時還要在兩端切割試件進行機械性能試驗，對于大型曲軸，有時在支承頸和曲柄頸中心處鉆深孔，以改善淬透性，提高機械性能。外形如圖4

80、.5所示。</p><p>　　曲軸是安裝于兩個支架之間，和支架連接處使用滾動軸承。曲軸支承頸需加以精車或磨光()，確保曲軸能自由旋轉。大軸為一個階梯軸，最大直徑為mm,長度為1340mm，二級軸直徑為mm,兩端留有直徑為mm，長度為19mm，用來安裝軸承。小軸的直徑為mm,長度為1290mm。在中部開一小孔，用螺栓連接連桿。頂部通過使用連接器直接和氣缸相連。</p><p><b&

81、gt;　　圖4.5 曲軸</b></p><p><b>　　4.6 滾動軸承</b></p><p>　　軸承是支承軸頸的部件，根據(jù)軸承工作的的摩擦性質，可分為滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）和滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）兩類。在滾動軸承工業(yè)還不發(fā)達的時候，滾動軸承的精度尚不能滿足精度要求，因此一般都采用滑動軸承。隨著滾動軸承工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在已有能提供高精

82、度、高剛度的滾動軸承。</p><p>　　滾動軸承比滑動軸承，優(yōu)點是：滾動軸承可以在無間隙，甚至在預加載荷條件下工作，有利于提高剛度；滾動軸承的摩擦系數(shù)??；滾動軸承的潤滑比滑動軸承容易，可以用潤滑脂，如果用油，則做需的流量也比滑動軸承小。因此選擇滾動軸襯，由于它是標準件，所以直接選擇相應的型號。</p><p><b>　　4.7氣缸</b></p>

83、<p>　　氣動技術是以壓縮空氣為介質來傳動和控制機械的一門專業(yè)技術。由于它具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單等優(yōu)點，廣泛應用于各種機械和生產線上。</p><p>　　由于該設計的剪切機用于工業(yè)生產中，自身的體積比較大，所選取的氣缸要能提供足夠的動力來滿足剪切所需的力。設計中選擇了CS1單出桿活塞氣缸，參數(shù)如下：</p><p>　　缸徑（mm）

84、 250</p><p>　　使用流體 空氣</p><p>　　動作方式 雙作用</p><p>　　耐壓試驗壓力 </p><p>　　最高使用壓力 </p><p>　　最低使用壓力 </p><

85、p>　　環(huán)境和流體溫度 </p><p>　　活塞速度 </p><p>　　緩沖 氣緩沖</p><p>　　給油 不需要</p><p>　　圖 4.6 氣缸運動示意圖</p><p>　　氣缸的行程選為30

86、0mm，如圖4.6為氣缸運動示意圖，單出桿氣缸要能擺動，這就得必須在氣缸底部連接一個單耳環(huán)，來實現(xiàn)轉動功能。</p><p><b>　　4.8 其它零件</b></p><p>　　在剪切機零件裝配中，還有軸承端蓋、軸承擋圈、墊片、螺栓、螺釘、圓柱銷、工作臺、連接器等其他零部件在裝配圖中都有表示，詳見裝配圖。</p><p>　　第五章 剪切

87、機部分控制系統(tǒng)設計</p><p>　　剪切機的控制系統(tǒng)部分采用可編程控制器PLC控制系統(tǒng)。</p><p>　　可編程控制器是20世紀60年代末在美國首先出現(xiàn)的，目的是用來取代繼電器，以行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器做了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序

88、的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設計。</p><p>　　可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯特點：1）可靠性高，抗干擾能力強；2）編程直觀、簡單；3）適應性好；4）功能完善，接口功能強。</p&

89、gt;<p>　　可編程控制器對用戶來說，是一種無接觸點設備，改變程序即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。</p><p>　　圖5.1 氣動系統(tǒng)回路設計圖</p><p>　　由于本人畢業(yè)設計的主要任務是剪切機剪切模塊的結構部分，因此以下僅對部分控制系統(tǒng)進行分析。</p><p>　　對于氣動系統(tǒng)設計主

90、要就是回路設計。在此次剪切機課題設計任務中，氣動和液壓系統(tǒng)的回路設計極其相類似，僅僅只是氣動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)所用的介質一個是氣體另一個為液壓油的區(qū)別。</p><p>　　以氣動回路系統(tǒng)為例，圖5.1為氣動回路原理圖。氣動系統(tǒng)回路其工作原理流程是利用一個雙電控三位四通電磁換向閥，通過電磁得失電情況改變整個氣動系統(tǒng)，使氣缸兩個腔室沖氣或者排氣，來驅動活塞桿的伸長和縮短，從而使得上刀架上升和下降；并且該三位四通電磁換向

91、閥具有中位機能。</p><p><b>　　第六章 總結</b></p><p>　　此次畢業(yè)論文的課題是自動剪切設備的設計，從總體上來講，是一次機電一體化設計，分為機械系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)設計兩大部分。在機械系統(tǒng)部分設計中對支架、上刀架、下刀架、氣缸、壓板裝置、剪刃、曲軸等幾等剪切機的幾大部分分別進行了細致的設計；控制系統(tǒng)部分主要采用可編程控制器PLC控制系統(tǒng)，由于

92、此次設計重點部分在于剪切機的結構設計，所以只是大概介紹了一下PLC控制。</p><p>　　在設計中遇到不少的困難，雖然在畢業(yè)設計正式進行前，老師帶我們參觀了一企業(yè)的自動剪切設備，由于當時對畢業(yè)設計不太了解，因此沒有真正地去收集資料，只是在參觀時拍了幾張照片，所以在后來的設計中造成了不小的困難。通過指導老師的幫助，以及大量的實物資料的補充，使自身不斷得到了鍛煉，同時也克服了一個又一個困難。</p>

93、<p>　　通過本次畢業(yè)設計，對自身四年來所學到的機械方面知識做了一個比較充分地綜合運用。設計即將畫上一個句號。雖然自己設計的思路有不成熟的地方，有些地方甚至有可能出現(xiàn)些小的錯誤；但是這次設計使自身的機械專業(yè)素養(yǎng)得到了新的修業(yè)，有了明顯的提高。設計的結束意味著自己從事機械事業(yè)的開始，前面的路對于我來說很長。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

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105、uckland．1993．</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經過四年時間的學習之后，在導師***的指導下完成了畢業(yè)設計相關工作。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和求實的工作作風對我在校期間的學習起到了關鍵作用，并將在畢業(yè)以后的工作和學習中使我受益。臨別之際，祝福老師身體健康，生活幸福。</p><p>　　在課題的研究過