【文章內容簡介】 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： 第一章：緒論 第二章： 自動剪切設備的 總體設計 第三章： 剪切機的 方案分析及 工作 原理 第四章： 剪切機的結構設計 第五章： 剪切機部分控制系統(tǒng)設計 第六章：總結 南通大學畢業(yè)設計（論文） 6 第二章 自動剪切設備的總體設計 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。 機械部分 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。 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。 （ 1） 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。 （ 2） 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，即機械的運轉和調速問題。 長度控制壓力控制收料剪切防偏整平防偏放料 圖 鋼板卷材整平自動剪切設備的工藝流程圖 圖 為鋼板卷材整平自動剪切設備的工藝流程圖 。 圖 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，再通過齒輪南通大學畢業(yè)設計（論文） 7 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，最后有平行刃剪切機切斷，在由出料部分出料，完成整個過程。 出料剪切機定長機構校直機防偏裝置發(fā)料機 圖 自動剪切設備總結構示意圖 控制部分 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。 用繼電器、行程開關、轉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。 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。 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。 以下對液壓傳動和氣壓傳動作了一下比較。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 8 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。 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—），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，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，且傳動效率低 。 結合此次 所 設計的剪切設備的具體情況，選取氣動控制。 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 一步應執(zhí)行的動作。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 9 第三章 剪切機方案分析及原理 剪切機方案分析 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： （ 1） 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。 （ 2） 圓盤式剪切機：其廣泛應用于縱向剪切厚度小于 2030mm 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。 （ 3） 平行刃剪切機：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。 通過上述幾種剪切機的對比，決定選用平行刃剪切機。 剪切機的工作原 理 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。 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，鋼板的局部南通大學畢業(yè)設計（論文） 10 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。 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。 圖 剪切過程作用力圖 由圖 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 cTaP ??? 式 （ 31） 假設在壓入變形階段，沿面積 x 和 (這里取鋼板寬度為 1)上的單位壓力均勻分布且相等，則 zTxP ? 式 （ 32） ?tgPx zPT ??? 式 （ 33） 式中 z 一為剪刃壓入鋼板的深度。 由圖 中的幾何關系，得 ?tg zxa ?? 式 （ 34） zhc ?? ? 式 （ 35） 將式 (33), (34), (35)代入式 (31)中可得，剪切時，鋼板的轉角 γ 與剪刃壓入深度 z 的南通大學畢業(yè)設計（論文） 11 關系 ??? 22 2c os2 tgtghz ?? 式 （ 36） 由 式（ 36） 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 為最大值后，鋼板開始產生滑移。剪切力