圓盤剪切機(jī)簡介

作為機(jī)械加工的第一道工序，剪切加工在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛采用。隨著加工產(chǎn)品形式的多樣化，傳統(tǒng)的只能完成簡單剪切的剪切設(shè)備已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。例如在冷彎成型領(lǐng)域中，柔性冷彎產(chǎn)品需要成型板料沿縱向尺寸是變化的，因此高精度的變寬度剪切機(jī)是柔性冷彎成型重要的前序設(shè)備。我校設(shè)計(jì)制造的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變寬度圓盤剪切機(jī)實(shí)現(xiàn)了對板材的變寬度剪切，不僅為柔性冷彎成型提供變寬度板料，也為其它有變寬度剪切需求的應(yīng)用提供了有效的解決方案。仿真技術(shù)在機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，在產(chǎn)品或設(shè)備的前期設(shè)計(jì)中對原理與性能進(jìn)行分析與驗(yàn)證，以保證產(chǎn)品或設(shè)備滿足設(shè)計(jì)要求。隨著系統(tǒng)分析的細(xì)化與軟件技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的仿真研究采用軟件聯(lián)合應(yīng)用的方式，以充分利用各類軟件的特點(diǎn)與優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析的目的，即聯(lián)合仿真。例如在三維造型軟件SolidWorks 或Pro/E 中進(jìn)行三維建模，然后在ADAMS 中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析，使造型的便利性與強(qiáng)大的分析功能相結(jié)合，為改善系統(tǒng)性能提供依據(jù)。此外，利用MATLAB 軟件強(qiáng)大的計(jì)算功能與成熟的控制系統(tǒng)分析功能，對機(jī)械系統(tǒng)分析中的非線性因素以及控制算法加以仿真，使仿真技術(shù)向機(jī)電一體化方向發(fā)展。

這里設(shè)計(jì)制造的變寬度圓盤剪切機(jī)具有三個(gè)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)任意軌跡的剪切。由于采用圓盤剪切，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理相對復(fù)雜，同時(shí)剪切過程中還受板料速度的影響，這些都為高精度剪切控制帶來了一定挑戰(zhàn)。因此，需要在虛擬環(huán)境下對樣機(jī)工作原理進(jìn)行深入研究，同時(shí)檢驗(yàn)控制方法的合理性，而這些工作在三維造型軟件所提供的仿真環(huán)境中是無法實(shí)現(xiàn)的。采用SolidWorks 造型平臺建立變寬度圓盤剪切機(jī)的虛擬樣機(jī)，采用LabVIEW開發(fā)平臺編寫控制虛擬樣機(jī)運(yùn)動的驅(qū)動程序，利用MechatronicsToolkit 接口模塊將虛擬樣機(jī)平臺與實(shí)時(shí)控制平臺相連接，實(shí)現(xiàn)LabVIEW 對SolidWorks 下虛擬樣機(jī)的運(yùn)動軌跡控制，即LabVIEW-SolidWorks聯(lián)合仿真，從而更直觀有效地對剪切機(jī)的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出合理的控制律，節(jié)約由仿真到實(shí)時(shí)控制的時(shí)間成 本。

圓盤剪板機(jī)由主機(jī)和尾座兩部分組成，主機(jī)主體為右側(cè)的深喉口結(jié)構(gòu)。傳動箱內(nèi)有齒輪變速機(jī)構(gòu).變速機(jī)構(gòu)有三種速度。上、下國盤刀片由齒輪、鏈輪傳動.下圓盤刀片為齒輪傳動。兩個(gè)圓盤刀片呈45°分布。以利曲線剪切。剪切間隙靠上、下刀盤系統(tǒng)的蝸輪一螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

將被剪切的坯料夾在壓料定心盤上.尾座上的夾緊機(jī)構(gòu)通過棘輪和絲杠控制夾緊力，井能繞壓料定心盤中心轉(zhuǎn)動。尾座上的移動絲杠用來調(diào)節(jié)壓料定心盤中心主圓盤剪刀的距離，也就是剪切圓形坯件的半徑。通過上、下閱盤剪刀的旋轉(zhuǎn)，完成園形坯件的剪切。剪切任憊曲線形坯件時(shí)，夾緊機(jī)構(gòu)只起支承作用，依據(jù)劃線由人工送進(jìn)。目盤剪切機(jī)也可以剪切條料，但是剪切后條料彎曲度較大 。

變寬度圓盤剪切機(jī)為三自由度剪切機(jī)結(jié)構(gòu)：剪刀盤位于X 平動機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)沿板材X 方向的變寬度剪切；為保證剪刃始終與板材垂直，剪刀盤需要沿Z 軸的轉(zhuǎn)動；同時(shí)為保證對任意曲率板材的剪切，考慮到剪刀盤的回轉(zhuǎn)半徑為固定尺寸，需要剪刀盤可以沿Y 方向（板材運(yùn)動方向）移動。傳動機(jī)構(gòu)中除Z 方向采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)外，其余均為絲杠—絲母結(jié)構(gòu)。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)剪刀盤點(diǎn)高精度定位定速，采用5 個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動以上3 個(gè)自由度上的5 個(gè)電機(jī)。于是該剪切機(jī)就可以根據(jù)實(shí)際需求，以高精度剪切出對稱或非對稱、具有任意曲率的板材，剪切軌跡 。

在SolidWorks 中建立剪切機(jī)虛擬樣機(jī)后，其運(yùn)動分析插件COSMOSMotion 可進(jìn)行基本的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)仿真，初步分析剪切機(jī)的運(yùn)動特性。但由于COSMOSMotion 電機(jī)驅(qū)動函數(shù)類型較單一，并且對于復(fù)雜軌跡的數(shù)據(jù)加載十分困難，尤其是同時(shí)驅(qū)動多電機(jī)且電機(jī)之間需要協(xié)同運(yùn)動時(shí)。因此，分析復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡時(shí)，COSMOSMotion 仿真環(huán)境具有一定的局限性。變寬度剪切機(jī)的實(shí)時(shí)控制平臺采用具有虛擬儀器思想的高性能模塊化硬件集成平臺—PXI 控制器與圖形化軟件LabVIEW。LabVIEW 以嚴(yán)格定義的概念構(gòu)成了一種易于理解和掌握的硬件和軟件模塊，并提供了一個(gè)理想的程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，較傳統(tǒng)的文本語言，節(jié)約程序的開發(fā)時(shí)間。

LabVIEW 開發(fā)了電機(jī)專用控制模塊—MotionAssistant，能夠方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的直線及圓弧控制。借助NIMechatronicsToolkit 接口工具包，可以將LabVIEW 中的電機(jī)驅(qū)動函數(shù)加載于SolidWorks 虛擬樣機(jī)中，使其能夠按照LabVIEW 中所設(shè)計(jì)的控制參數(shù)動作，從而實(shí)現(xiàn)LabVIEW-SolidWorks 的聯(lián)合仿真。通過聯(lián)合仿真，不僅能夠協(xié)調(diào)多電機(jī)同時(shí)進(jìn)行控制，還能夠深入剖析剪切機(jī)的工作原理及運(yùn)動規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜剪切軌跡的仿真，進(jìn)而分析影響剪切軌跡精度的各種因素。

1 變寬度剪切機(jī)虛擬樣機(jī)的建立

與其他三維造型軟件相比，SolidWorks 簡便易用，且具有功能強(qiáng)大、操作便捷、界面友好等特點(diǎn)。在SolidWorks 環(huán)境下對剪切機(jī)各零件進(jìn)行虛擬建模并裝配，裝配過程嚴(yán)格遵循實(shí)際機(jī)構(gòu)配合關(guān)系、運(yùn)動原理，力求使虛擬樣機(jī)具有與原型機(jī)相似的物理特性，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡仿真奠定基礎(chǔ)。鑒于所討論的仿真著重研究運(yùn)動控制與運(yùn)動軌跡，因此只需對影響剪切軌跡的關(guān)鍵運(yùn)動部件進(jìn)行原理建模，相應(yīng)的運(yùn)動動作通過對其添加約束實(shí)現(xiàn)。如X、Y 方向上的傳動機(jī)構(gòu)添加移動副實(shí)現(xiàn)剪切機(jī)兩方向的平動；Z 方向上的傳動機(jī)構(gòu)添加旋轉(zhuǎn)副與耦合關(guān)系實(shí)現(xiàn)剪刀箱的轉(zhuǎn)動。實(shí)際剪切過程中，剪刀盤的旋轉(zhuǎn)不影響剪切軌跡，故只需對下剪刀盤建模，其頂點(diǎn)運(yùn)動軌跡即是剪切成型軌跡。建立的剪切機(jī)虛擬樣機(jī)模型。

在COSMOSMotion 中，可通過編輯各約束屬性，定義其慣性、添加力、運(yùn)動類型及驅(qū)動運(yùn)動等仿真控制參數(shù)，對虛擬樣機(jī)進(jìn)行簡單運(yùn)動分析。LabVIEW 通過控制COSMOSMotion 中的運(yùn)動副，實(shí)現(xiàn)對虛擬樣機(jī)的運(yùn)動控制。

2 LabVIEW 與SolidWorks 的連接

NI Motion Assistant 是NI 開發(fā)的專用于運(yùn)動控制的模塊，將基本運(yùn)動類型封裝為獨(dú)立單元，供LabVIEW 調(diào)用，提高運(yùn)動控制應(yīng)用程序的開發(fā)效率。接口模塊Mechatronics Toolkit 以項(xiàng)目的形式將LabVIEW 開發(fā)的控制程序與SolidWorks 中的虛擬樣機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)LabVIEW 對SolidWorks 模型的控制。項(xiàng)目瀏覽器界面，即在此工具包中，NI Motion Assistant 程序與COSMOSMotion Simulation 的接口轉(zhuǎn)換程序列于同一項(xiàng)目下，方便用戶的調(diào)用。為實(shí)現(xiàn)LabVIEW 與SolidWorks 之間的數(shù)據(jù)交互即程序?qū)μ摂M樣機(jī)的仿真參數(shù)加載，程序中的運(yùn)動軸名稱要與相應(yīng)的約束名稱保持一致，并將驅(qū)動函數(shù)定義為“樣條線”，這是實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真的兩個(gè)重要因素 。

首先以剪切三斜率板材為例，對虛擬樣機(jī)軌跡控制過程進(jìn)行說明。板材的剪切軌跡，虛線為板料邊界，實(shí)線為剪切軌跡，即剪刀盤的運(yùn)動軌跡為：沿X 方向正向電機(jī)迅速運(yùn)動50mm 后，保持位置不變。當(dāng)板材行走100mm 后，剪刀盤電機(jī)正向轉(zhuǎn)動15°，同時(shí)平動電機(jī)以板速v0tan15°反向運(yùn)動，板材行走100mm 后，剪刀盤電機(jī)反向轉(zhuǎn)動15°后停止運(yùn)動，保持當(dāng)前位置至板材運(yùn)行100mm。為簡化仿真過程，令板材速度v0 為常值，且速度值設(shè)為50mm/s。聯(lián)合仿真界面。指令軌跡與仿真軌跡。

由仿真軌跡可以看出，通過LabVIEW 下的指令設(shè)計(jì)，完成了對多軸電機(jī)的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)了對剪切機(jī)虛擬樣機(jī)預(yù)期軌跡的控制，包括位置控制與速度控制。由于控制指令考慮了電機(jī)的啟停特性，因此仿真位移軌跡呈現(xiàn)出S 形曲線特征。此外，仿真時(shí)采用電機(jī)空載特性，與實(shí)際中電機(jī)帶載后的特性不完全一致，根據(jù)負(fù)載不同響應(yīng)速度會產(chǎn)生或大或小的延遲。在實(shí)際控制中，可以通過設(shè)計(jì)控制律來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，最大程度降低由于系統(tǒng)過渡過程而產(chǎn)生的偏差，從而提高控制精度。

采用同樣方法，對剪切機(jī)進(jìn)行弧線軌跡的仿真，指令軌跡與仿真軌跡。仿真軌跡較指令軌跡略有滯后也是由于電機(jī)啟停特性的影響，實(shí)際中可以添加控制率加以改善。由于剪切弧線的曲率半徑與剪切機(jī)回轉(zhuǎn)半徑相關(guān)，因此在實(shí)際剪切控制中，需根據(jù)軌跡尺寸調(diào)整控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)剪切機(jī)任意軌跡的剪切 。

仿真分析是目前對復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)或復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的重要手段與方法。軌跡控制是根據(jù)預(yù)定軌跡的形態(tài)特征分析實(shí)際樣機(jī)各運(yùn)動軸的協(xié)調(diào)動作，編寫其驅(qū)動設(shè)備的控制程序，從而實(shí)線預(yù)定軌跡的控制。對于復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)而言，任一軌跡的生成都是通過多設(shè)備驅(qū)動協(xié)同完成的。因此，在虛擬環(huán)境下仿真運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想，體現(xiàn)機(jī)構(gòu)動作過程，不僅避免實(shí)際調(diào)試

可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)，更為實(shí)際控制提供依據(jù)。使得對系統(tǒng)有更加深入的了解，從而設(shè)計(jì)出性能更加優(yōu)異的物理樣機(jī)，降低系統(tǒng)可行性驗(yàn)證的時(shí)間成本與實(shí)際成本。

在SolidWorks 環(huán)境下，建立了變寬度圓盤剪切機(jī)的原理樣機(jī)，通過接口模塊Mechatronics Toolkit，將剪切機(jī)中電機(jī)的控制軌跡轉(zhuǎn)換為虛擬樣機(jī)中電機(jī)的驅(qū)動函數(shù)，使剪切機(jī)的原理樣機(jī)能夠進(jìn)行復(fù)雜的軌跡仿真。剪切機(jī)軌跡仿真系統(tǒng)的建立，不僅驗(yàn)證了軌跡控制方法，更直觀分析了機(jī)構(gòu)復(fù)雜的動作過程。仿真過程得到的大量分析參數(shù)，有助于深入了解物理樣機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動原理，提高系統(tǒng)軌跡控制精度，完善控制律。所采用仿真方法，為其它復(fù)雜機(jī)構(gòu)的軌跡仿真分析提供了有效的解決方案 。

用于切邊的圓盤剪，它的機(jī)構(gòu)組成一般情況是：左右機(jī)架、上下刀軸、底座、機(jī)架移動機(jī)構(gòu)、刀盤調(diào)整機(jī)構(gòu)和傳動裝置等。

2個(gè)刀架安裝在一個(gè)共用焊接底座上，刀架通過電動的雙導(dǎo)螺桿沿導(dǎo)軌移動來調(diào)節(jié)開口度，每個(gè)刀架裝有2個(gè)刀頭。刀頭的間隙是通過電動機(jī)傳動上、下刀桿上的螺母來調(diào)節(jié)，由傳感器進(jìn)行位置控制。刀頭的重合量是通過電動機(jī)傳動偏心套對刀軸進(jìn)行縱向調(diào)節(jié)，由傳感器進(jìn)行位置控制。在圓盤剪的入口布置1個(gè)通帶輥和1對壓緊輥，由液壓缸升降。圓盤剪出口兩側(cè)布置有廢料導(dǎo)槽。

圓盤剪的結(jié)構(gòu)必須保證帶鋼兩側(cè)邊緣整齊，嚴(yán)格控制帶鋼寬度，在圓盤剪上對帶鋼兩側(cè)進(jìn)行切邊，切下的邊緣在碎邊機(jī)上進(jìn)行破碎。 2100433B

箱式剪切機(jī)高效的箱式剪切機(jī)

箱式剪切機(jī)是一種高效的廢鋼處理設(shè)備。箱式剪切機(jī)的最初設(shè)計(jì)者源自歐洲，它的結(jié)構(gòu)緊湊，一體式設(shè)計(jì)便于移動，可用發(fā)動機(jī)和電機(jī)混合動力控制，也可以用發(fā)動機(jī)或電機(jī)單獨(dú)控制。箱式剪的最大優(yōu)點(diǎn)在于它的整體利用率高。主要可以從人工，耗能，機(jī)械損耗，設(shè)備維修費(fèi)用等體現(xiàn)出來。箱式剪切機(jī)機(jī)身采用高強(qiáng)度錳板焊接而成，易磨損處采用進(jìn)口的900高強(qiáng)度耐磨板做襯板，箱式剪切機(jī)的刀片采用合金鋼材質(zhì)，能經(jīng)受得起長時(shí)間的高強(qiáng)度的工作。箱式剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)采用液壓循環(huán)設(shè)計(jì)，加快了箱式剪切機(jī)的剪切速度，一般的箱式剪切機(jī)一分鐘只能剪切3.5次，用了循環(huán)設(shè)計(jì)可以達(dá)到4.5次的速度，大大的提高了工作效率。

箱式剪切機(jī)箱式剪切機(jī)的優(yōu)勢

1、運(yùn)行成本低，效率高，沒有預(yù)壓蓋，操作少，可以連續(xù)加料。

2、自我封閉操作由PLC全自動控制，大大提高了工作效率。

3、通過牽引車輛裝載和運(yùn)輸。

4、體積小，一體式，穩(wěn)定性高。

5．箱式剪切機(jī)可以采用發(fā)動機(jī)控制。

6、低投資和運(yùn)行費(fèi)用。

7、箱式剪所有的內(nèi)表面有一個(gè)磨損板蓋，因此只有較少的磨損。

8、廢料是從上面加入，由預(yù)壓缸壓縮廢料后自動滑落并被剪切缸剪切，這種設(shè)計(jì)大大提高了設(shè)備的效率和安全性。2100433B

平行刃剪切機(jī)

平行刃剪切機(jī)的兩個(gè)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軋種。

平行刃剪切機(jī)按剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)，分為上切式和下切式兩種型式。

上切式剪切機(jī)的下剪刃是固定的；由上剪刃的上下運(yùn)動進(jìn)行剪切。其剪切機(jī)構(gòu)通常采用：曲柄連桿機(jī)構(gòu)。

下切式剪切機(jī)的兩個(gè)剪刃都運(yùn)動，剪切過程是通過下剪刃上升來實(shí)現(xiàn)剪切的。其剪切機(jī)構(gòu)通常有偏心軸式和浮動式。

平行刃剪切機(jī)，在工作時(shí)能承受的最大剪切力是它的主要參數(shù)，故人們習(xí)慣上以最大剪切力來命名。

斜刃剪切機(jī)

斜刃剪切機(jī)的一個(gè)剪刃相對另一個(gè)剪刃成某一角度放置。斜刃剪切機(jī)按剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)也可分為上切式，下切式和復(fù)合式等。

上切式斜刃剪

這種剪切機(jī)的下剪刃平直而固定，上剪刃是傾斜的并上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)剪切。上切式斜刃剪通常是作為單獨(dú)設(shè)備，用來剪切寬的板材，當(dāng)板材厚度大于20毫米時(shí)，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(dāng)板材厚度大于25毫米不能用圓盤剪切邊時(shí)，在連續(xù)作業(yè)線上的兩邊設(shè)置上切式斜刃剪進(jìn)行切邊。

下切式斜刃剪

這種剪切機(jī)的上剪刃是固定的，由下剪刃上下運(yùn)動進(jìn)行剪切。由于它是下剪刃向上運(yùn)動進(jìn)行剪切，故不需要設(shè)置擺動輥道，一般多用于連續(xù)作業(yè)線上橫切帶材。這種剪切機(jī)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(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，這種型式能夠保證剪切面相對帶材中心線及表面垂直度。其缺點(diǎn)是由于壓板要放在下面而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

復(fù)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(shè)有復(fù)合式斜刃剪切機(jī)。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(jī)。當(dāng)帶材通過固定雙刃刀架上部，帶材由l號卷取機(jī)卷取。當(dāng)需要分卷時(shí)，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(jī)卷取。

圓盤式剪切機(jī)

這種剪切機(jī)的上下剪刃是圓盤狀的。剪切時(shí)，圓盤刀以相等于軋件的運(yùn)動速度做圓周運(yùn)動，形成了一對無端點(diǎn)的剪刀。圓盤剪通常設(shè)置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運(yùn)動的板材或帶材。

鱷魚式剪切機(jī)

鱷魚式剪切機(jī)適用于金屬回收公司、廢鋼廠、冶煉鑄造企業(yè)對各種形狀的型鋼及各種金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷態(tài)剪切、以加工合格爐料玫鋮機(jī)械剪切機(jī)采用液壓驅(qū)動、操作方便、維修簡單。剪切力從63噸至400噸共8個(gè)等級。

龍門式剪切機(jī)

主要適用于鋼板、銅板、鎳板等金屬板材的開料。剪切力100噸至250噸。主要被剪切材料尺寸（12~20mm）*250mm。剪切次數(shù)每分鐘8~12次。該系列需簡單基礎(chǔ)設(shè)施。龍門剪采用液壓驅(qū)動，與機(jī)械傳動式剪切機(jī)相比具有體積小、重量輕、運(yùn)動慣性小、噪音低、運(yùn)動平穩(wěn)、操作靈活、剪切斷面大等特點(diǎn)。液電一體化控制、可實(shí)行單次、連續(xù)動作轉(zhuǎn)換、使用簡單方便、可在任意工作位置停止、運(yùn)行、易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。適用范圍廣泛，既可作金屬回收加工單位的加工設(shè)備，又可作為工廠鑄造車間的爐料加工和機(jī)械建筑行業(yè)的金屬剪斷加工設(shè)備。