【文章內(nèi)容簡介】 部門、企業(yè)都在使用金屬板材，都需要對板材進(jìn)行切斷加工，所以剪板機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中起到了很大的作用。為了更好的完成剪板功能，探索一種既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)的剪板機(jī)，我選擇了簡易剪板機(jī)傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 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，國外已經(jīng)向著自動化、多功能化、智能化、節(jié)能化等方面發(fā)展。 剪板機(jī)屬于直線剪切類型機(jī)器，能剪裁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、鍋爐、壓力容器等各個行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。 根據(jù) 結(jié)構(gòu) 類型 可以 分 ，剪板機(jī)可分 為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類；按傳動方式 分 ， 可分為 液壓傳動剪板機(jī) 和 機(jī)械傳動剪板機(jī)兩類 。此外再 根據(jù)剪板機(jī)的傳動方式、結(jié)構(gòu)形式及使用性質(zhì)的不同 等來分 ， 又可以分為 曲柄剪板機(jī)、螺旋剪板機(jī)、高速剪板機(jī)、高速沖裁剪板機(jī)、多工位自動剪板機(jī)、沖壓液壓機(jī)、沖?；剞D(zhuǎn)頭剪板機(jī)和電磁剪板機(jī) 。 按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可分為：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) [1]。 剪板機(jī)的背景及趨勢 1842 年，英國工程師史密斯創(chuàng)制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機(jī)械的時代 [2]。 1795年，英 國的布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到 19 世紀(jì)中葉，因?yàn)榇箦懠男枰艖?yīng)用于鍛造隨著電動機(jī)的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動力的機(jī)械剪板機(jī)以及空氣錘，并獲得快速成長 。二十世紀(jì)初，鍛壓機(jī)械改變了從 19 世紀(jì)開始的向重型以及大型方向成長的趨向，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種出產(chǎn)等方向成長 [3,4]， 于是出現(xiàn)了每分種行程 20xx 次的剪板機(jī) ， 為普通剪板機(jī)的 5— 10 倍的剪板機(jī) ， 所謂剪板機(jī) 剪切次數(shù) 一般是指每分鐘的行程次數(shù)。 自 60年代以來，剪板機(jī)已經(jīng)有較大的成長，其每分鐘行程次數(shù)已經(jīng)從幾百次成長到 3千 次左右，其噸位已經(jīng)從 十噸成長到上百噸 ，現(xiàn)在 剪板機(jī)主要用在電子、儀器儀表、輕工、汽車等行業(yè)中進(jìn)行特大批量的沖壓出產(chǎn) 。 近年來，生產(chǎn)的剪板機(jī)的效率在提高，剪切板料厚度也在增加，剪切精度也有很大的提高，發(fā)展并努力降低噪音，創(chuàng)新改善設(shè)備，在安全性、自動化程度、勞動條件方面有很大改善，特別是開始不斷地采用自動化控制。 國內(nèi)外的情況進(jìn)行分析，可知剪扳機(jī)的發(fā)展會有以下幾種趨勢： 1．剪板機(jī)的可剪寬度在逐年增加，但機(jī)架凹口 (喉口 )深度在逐漸的減??； 2．必須提高剪切質(zhì)量和加工精度，以滿足市場需求； 3．必須提高和完善安全設(shè)施，還需提高生產(chǎn)率和自 動化程度，增加經(jīng)濟(jì)效益，減輕工人的勞動強(qiáng)度； 4．液壓傳動的剪板機(jī)及液壓 與 機(jī)械混合式傳動的剪板機(jī)在逐漸增多； 5．用微機(jī)控制和數(shù)控型的的剪切機(jī)及其流水生產(chǎn)線得到迅速發(fā)展。 剪板機(jī)工作原理 剪切機(jī)主要根據(jù)工藝需要對板材進(jìn)行剪切下料，板料主要有黑色和有色金屬的板料、棒料等。對板料進(jìn)行剪切時，要符合剪切工藝 (保證被剪切的板料表面的直線性和平行度 )的要求，并盡量減少板材扭曲變形對產(chǎn)品的影響。合理選擇壓料力、 刀刃口的間隙、 剪切角和刀片間隙等參數(shù)以及提高精度的方法，這樣就可提高的質(zhì)量。 剪板機(jī)的剪切是借助 于運(yùn) 動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對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 的機(jī)械設(shè)備 [5]。 剪板機(jī)是屬于直線剪切機(jī)類型，主要用于直線剪切各種厚度尺寸的金屬板材，其 剪切 要 能 滿足 被剪板料剪切表面的直線性和平行度要求，并減少板材扭曲，以獲得高質(zhì)量的工件 ，主要廣泛用于軋鋼、治金工業(yè) 、飛機(jī)、橋梁、壓力容器、 農(nóng)業(yè)機(jī)械制造、汽車 行業(yè) 、造船、電器電氣工程設(shè)備 、餐飲家具 、醫(yī)療機(jī)械、儀表儀器等各個機(jī)械工業(yè)部門。 剪板機(jī)的剪切過程 由兩個階段組成：壓入變形和剪切滑移 。 剪板機(jī)的刀架上裝有上刀片 ，而 下刀 片則是固定在機(jī)床的床面上 。進(jìn)行剪切過程中， 上刀架通過曲柄滑塊結(jié)構(gòu)下移，刀片會對鋼板一個壓力而變形，力隨之增大。當(dāng)?shù)度星腥胍欢ㄉ疃?，力增加到一定值時，即鋼板抗剪能力與剪切力相等時，就進(jìn)入剪切滑移階段。當(dāng)剪切力大于抗剪能力時，板料就會被剪切，這就是剪切滑移階段。在剪切滑移階段，剪切應(yīng)力增大，使板料被剪切，當(dāng)板料被剪切完后，就完成了剪切。機(jī)床的 床面上安裝有托球 ， 以便于板料的移動 ，還有便于送進(jìn)板料。后擋料架 主要是對板料進(jìn)行定位 ， 再由調(diào)位銷進(jìn)行對其位置進(jìn)行調(diào)節(jié) ，其類型主要有 有手動和機(jī)動兩種類型。手動擋料架被裝在剪扳機(jī) 的后面，由手輪帶動齒輪轉(zhuǎn)動，再由齒條做直線運(yùn)動來帶動擋料板進(jìn)行前后移動，為了使剪板機(jī)的板料能夠自由下落，當(dāng)滑塊向下剪料時，壓塊與杠桿共同作用使后擋料板擺動一個角度，使被剪板料脫離，完成一次剪切。 鍛壓剪板機(jī)是帶有自動送料裝置，可完成板料高效率、精密加工的機(jī)械剪板機(jī)，具有自動、高速、精密三個基本要素 [68]。 隨著中國加入 WTO 以來 ，我們回過頭來瞻望中國的制 造業(yè)，就拿剪板機(jī)的 來說，從 剪板機(jī)床的 發(fā)展及它對 機(jī)械制造行業(yè) 的作用來看，會 越來越成為的中流砥柱，通用型高性能剪板機(jī)，廣泛適用于航空 領(lǐng)域 、汽車 行業(yè) 、農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 、 電機(jī)、電器、儀器儀表、醫(yī)療器械、 裝潢行業(yè) 、五金 行業(yè) 等行業(yè)。 為 了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已有單工位低速剪板機(jī)發(fā)展到多工位高速剪板機(jī)。一般中小型冷沖件，既可在多工位剪板機(jī)上生產(chǎn)，也可以再高速剪板機(jī)上采用多工位級進(jìn)模加工，使冷沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動化 [9,10]。 為了跟上快速發(fā)展的機(jī)械工業(yè)，必然少不了加工工具，剪板機(jī)作為加工工具，會順應(yīng)工業(yè)社會潮流的發(fā)展，所以機(jī)械裝置應(yīng)向 自動化、多功能化、智能化、節(jié)能化等方面發(fā)展。本次設(shè)計的目的是，在前人設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，集合自己的想法，把剪板機(jī)做得更好。 我設(shè)計的簡易剪板 機(jī)是機(jī)械傳動的剪板機(jī)一種，能夠?qū)Ω鞣N尺寸金屬板材進(jìn)行剪裁各種尺寸。該設(shè)備應(yīng)用廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。 在這次畢業(yè)設(shè)計中我們學(xué)到了很多東西 ， 讓我受益匪淺，為我以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。 能培養(yǎng)我們獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力， 通過這次設(shè)計是對所學(xué)基本理論和專業(yè)知識的一次綜合運(yùn)用，也使我們的設(shè)計、計算 、設(shè)計能力、 繪圖能力 和科研能力 (包括實(shí)際動手能力、查閱文獻(xiàn)能力、撰寫論文能力 )都得到了全面的訓(xùn)練。 第 2 章 總體方案的確定 合理的傳動方案既要滿足設(shè)計的剪板機(jī)的性能要求好，還要能夠 適應(yīng)所需的工作條件，工作一定要可靠，另外剪板機(jī)的傳動裝置的結(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、傳動效率高和使用維修方便，要同時滿足上述的幾個要求是比較困難的，所以我們要通過下面的多種傳遞方案的分析，進(jìn)行比較，最終選擇出符合本次設(shè)計要求的最佳傳動方案。 當(dāng)采用由幾種傳動形式組成的多級傳動時，要充分考慮各種傳動形式的特點(diǎn) ,合理的分配其傳動順序。在選擇時，應(yīng)注意以下幾種傳動件的特性： 1．帶傳動的承載能力小，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時 ,較其它傳動形而言，其所需結(jié)構(gòu)尺寸要大的多，但具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn) ，價格低廉 ,能吸振緩沖，傳動效率高的特點(diǎn)，宜布置在高速級。 2． 鏈傳動只能實(shí)現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動，磨損后易發(fā)生跳齒，不均勻有沖擊，不適用于高速級，應(yīng)布置于低速級。 3． 開式直齒圓柱齒輪傳動由于潤滑后潤滑液不易保存，也暴露在外面，這樣的話，它的工作環(huán)境與圓錐齒輪傳動等其他傳動相比則要差，由于潤滑不好回造成磨損嚴(yán)重，壽命也較其 他傳動短，應(yīng)布置在低速級 。 4．斜齒圓柱齒輪傳動適合用在速度高或傳動平穩(wěn)的場合，因?yàn)槠鋫鲃悠椒€(wěn)性和接觸疲勞強(qiáng)度比較的高。 5．圓錐齒輪傳動的嚙合性較其他齒輪傳動要好，能承受高負(fù)載，而且壽命長，但由于它的加工比較困難，所以要限制齒數(shù)、模數(shù)和傳動比，故在高速級的傳動中運(yùn)用較多。 根據(jù)性能、工作條件、成本的各方面的因素，選擇帶傳動和直齒圓柱齒輪進(jìn)行若干個減速級的傳動。 優(yōu)點(diǎn)：采用 V 帶傳動，傳動效率較高；成本低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊傳動平穩(wěn)，可承受較大的預(yù)緊力，具有過載保護(hù)；緩沖吸振等，還可減少帶傳 動的尺寸。 凸輪機(jī)構(gòu)方案 為 凸輪機(jī)構(gòu) 是第一種方案， 如圖 21 所示 ： 凸輪 的 傳動 是由 主軸的轉(zhuǎn)動 來 帶動 的 ， 當(dāng) 凸輪 在 升程時 就 推動滑塊 (即刀片 )進(jìn)行 剪切 板料；在 回程時，滑塊 則 在彈簧 力 的作用下上 慢慢升到 初始 (開始 )位置，準(zhǔn)備下一個動作循環(huán)。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是 可以根據(jù)推桿的運(yùn)動規(guī)律來凸輪的輪廓曲線和機(jī)構(gòu)的尺寸，機(jī)構(gòu)簡單，可靠性高 。缺點(diǎn)是凸輪 輪廓與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損， 因?yàn)槠涔ぷ鲏毫Σ荒芴螅?本次設(shè)計的剪板機(jī)工作壓力較大， 會嚴(yán)重磨損凸輪的輪廓及推桿， 嚴(yán)重影響 機(jī)器的穩(wěn)定性 ，所以 該方案不予采用 。 凸輪機(jī)構(gòu)工作 原理圖見圖 21。 圖 21 凸輪機(jī)構(gòu)工作原理圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是第二種方案。通過圖 22 可以看出其工作原理：由主軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動，通過連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成使滑塊直線運(yùn)動 (上下往復(fù)運(yùn)動 )，從而來實(shí)現(xiàn)剪切。 圖 22 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖 該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較 合適 [11]。 本次設(shè)計采用的方案 綜合考慮，本次設(shè)計的簡易剪板機(jī)設(shè)計的總體方案為電動機(jī)經(jīng)過一級帶輪減速及一級齒輪減速驅(qū)動主軸上的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使刀架上下運(yùn)動，刀架上的刀片對板料進(jìn)行剪切。此次設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖如圖 23 所示。 剪板機(jī)的技術(shù)參數(shù) 剪板機(jī)的工作能力主要通過其技術(shù)參數(shù)反映出來，剪切工件的尺寸范 圍、有關(guān)生產(chǎn)率等指標(biāo) 也能通過參數(shù)反映出來。此次設(shè)計的的技術(shù)參數(shù)如下： 板料厚度 —— 3mm 可剪板寬 —— 1000mm 滑塊行程 —— 80mm 剪板次數(shù) —— 30 次 /min 剪板機(jī)可剪板料的厚度在一定程度 上受到剪板機(jī)構(gòu)件強(qiáng)度的限制，最終主要由剪切力來決定。刀刃口的間隙 、 刃口的鋒利程度、被剪材料的強(qiáng)度以及剪切斷面的寬度等 等因素都能影響到剪板機(jī)的剪切力 ， 其中最主要的還是被剪切板料的強(qiáng)度。 忽略一些次要因素，剪切力可通過公式 (21)獲得 ： 2 / tanbF K t??? (21) 式中 ： b? —— 被剪板料強(qiáng)度極限 t —— 被剪板 料厚度 ? —— 剪切角 K —— 系數(shù) 剪切強(qiáng)度一般取 500MPa， 如果已知剪切力和其他因素確定，就可以通過關(guān)系式計算出剪板機(jī)剪板料的最大厚度。我查資料查得現(xiàn)在國內(nèi)外剪板機(jī)一般的最大剪切厚度都在 32mm以下 ， 厚度過大會損壞剪板機(jī)的設(shè)備。 可剪板寬： 剪板機(jī) 完成 一次剪切過程，剪切板料的最大尺寸稱為可剪板寬?？杉舭鍖捒筛鶕?jù)板料的寬度和對生產(chǎn)的要求來確定，即剪刃長度大于可剪板寬的剪切方式稱為橫切方式。對于 條料寬度小于 剪板機(jī)的凹口的剪切方式稱為縱切方式，它能進(jìn)行多次的剪切，且剪切的尺寸不受限制。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，剪板機(jī)的可見切寬度在不斷地上升，目前國外最大剪切板寬在10000mm 已經(jīng)比較普遍了。 當(dāng)板料剪切 長度為 20xxmm 以下時，剪板機(jī)剪切條料寬度最小公差如表 21 所示。 表 21 剪切調(diào)料寬度最小公差 厚度 t/mm 剪切板料寬度 ? 25 2550 50100 100200 寬度最小公差 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 ? ? ? ? 23 ? ? ? ? 34 — ? ? ? 45 — — ? ? 56 — — ? ? 行程次數(shù) :一般要求剪板機(jī)應(yīng)該具有較高的行程次數(shù)，因?yàn)樾谐檀螖?shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率。 第 3 章 電動機(jī)、離合器和制動器的選擇 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 電動機(jī)一般分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。在工廠和企業(yè)中生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備大多采用的是三相交流電源，所以本次設(shè)計 采用三相交流電動機(jī)。三相異步電動機(jī)是交流電動機(jī)中常用的一種，由于三相異步交流電動機(jī)的性能較好，在機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。 Y 系列三相異步電動機(jī)具有 效率高，耗能少，性能好，有較高的最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，其運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音也很低、振動也較小、體積小、機(jī)身輕、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、安裝形式靈活多樣、維修方便等特點(diǎn)。 根據(jù)工作環(huán)境和要求 ， 選用 Y 系列三相異步電動機(jī) [12]。 電動機(jī)功率的選擇 在對電動機(jī)選擇時，要考慮電動機(jī)容量的合理性，容量的選擇非常重要，因?yàn)樗绊懙诫妱訖C(jī)的正常工作，合理的容量可減小經(jīng)濟(jì)投入。 如果電 機(jī)容量過大，電機(jī)效率不高，這樣就導(dǎo)致電機(jī)容量不能充分利用，造成容量浪費(fèi)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；但是選用的電機(jī)容量過小的話，也會使電機(jī)超負(fù)荷工作，使電機(jī)過熱過度，這樣會降低電機(jī)壽命，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在選電機(jī)時，在考慮容量外，還應(yīng)考慮電機(jī)的其他條