【文章內(nèi)容簡介】 中剪切模塊結(jié)構(gòu)，并進行控制系統(tǒng)的改造。畢業(yè)設(shè)計論文的內(nèi)容就本人所做的主要工作展開說明，具體內(nèi)容如下： 第一章：緒論 第二章： 自動剪切設(shè)備的 總體設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計 第五章： 剪切機部分控制系統(tǒng)設(shè)計 第六章：總結(jié) 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 自動剪切設(shè)備的總體設(shè)計 在此 次 剪切機 的設(shè)計中，分為機械部分設(shè)計和控制部分設(shè)計兩大部分。 機械部分 機械部分設(shè)計即設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn) 剪切 機功用的機構(gòu)組合。所謂機構(gòu)是人們將能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動的各構(gòu)件（包括機架）的基本組合。 各種機器設(shè)計的共同問題可以歸納成機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動學(xué)以及機構(gòu)機器的動力學(xué)兩大部分來討論。 （ 1） 機構(gòu)的 結(jié)構(gòu) 和運動學(xué)：分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是為了研究機構(gòu)運動的可能性和確定性，并進一步討論機構(gòu)的組成原理；機構(gòu)的運動學(xué)不考慮引起機構(gòu)運動的力的作用，而從幾何的觀點來研究機構(gòu)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(shè) 計新機構(gòu)的方法。 （ 2） 機構(gòu)和機器的動力學(xué)：研究在機械運動過程中作用在機構(gòu)各結(jié)構(gòu)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(gòu)件的質(zhì)量和這些構(gòu)件的運動之間的關(guān)系，即機械的運轉(zhuǎn)和調(diào)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(shè)備的工藝流程圖 圖 為鋼板卷材整平自動剪切設(shè)備的工藝流程圖 。 圖 為鋼板卷材整平剪切機總結(jié)構(gòu)示意圖， 剪切機的機械部分由放料機構(gòu)、校平機構(gòu)、防偏機構(gòu)、定尺裝置、 剪切機、出料機構(gòu)組成。放料機構(gòu)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(shè)置恒張力控制，使得帶材以恒定阻力被夾送。校平機構(gòu)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(gòu)成。電動機經(jīng)蝸輪減速箱減速后，再通過齒輪南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)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(jīng)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(gòu)校直機防偏裝置發(fā)料機 圖 自動剪切設(shè)備總結(jié)構(gòu)示意圖 控制部分 控制部分設(shè)計分為繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計和可編程控制系統(tǒng)設(shè)計，以及氣動、電氣等機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)設(shè)計。 用繼電器、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等有接觸點低壓電器構(gòu)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(fù)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(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)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(chǔ)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(wù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)。實現(xiàn)自動化的技術(shù)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(zhì)主要是壓縮空氣，還有燃氣和蒸氣 ； (3) 射流技術(shù)， 工作介質(zhì)有氣體也有液體，該技術(shù)在一些多管道的生產(chǎn)流程中得到應(yīng)用。 以下對液壓傳動和氣壓傳動作了一下比較。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)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(diào)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(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)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(zhì)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(chǎn)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(yīng) (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(zhì)變質(zhì)、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(nèi)，所以它的工作頻率和響應(yīng)速度遠不如電子裝置，并 且信號要產(chǎn)生較大的失真和延滯，也不便于構(gòu)成較復(fù)雜的回路，但這個缺點對工業(yè)生產(chǎn)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(yīng)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(jié)合此次 所 設(shè)計的剪切設(shè)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(yù)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(yù)先確定好的。前一步的動作執(zhí)行結(jié)束后，馬上或經(jīng) 過一定時間間隔再執(zhí)行下一步動作，或者根據(jù)控制結(jié)果選擇下 一步應(yīng)執(zhí)行的動作。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)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(zhì)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，應(yīng) 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(yīng)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(gòu)，運動和結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)實踐和科學(xué)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(zhì)是金屬塑性變形的過程。 如圖 3. 1 所示，當(dāng)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(chǎn)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(dāng)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(dāng)剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時，鋼板沿著剪切面產(chǎn)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(yīng)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(dāng)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(zhuǎn)動，但在鋼板轉(zhuǎn)動過程中，將遇到剪刃側(cè)面的阻擋，即剪刃側(cè)面給鋼板以側(cè)推力T，則上、下剪刃的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶 Tc，力圖阻止鋼板轉(zhuǎn)動。隨著刀片的逐漸壓入，鋼板轉(zhuǎn) 動角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個角度 Y 后便停止轉(zhuǎn)動，此時兩個力矩平衡，即 cTaP ??? 式 （ 31） 假設(shè)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(guān)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(zhuǎn)角 γ 與剪刃壓入深度 z 的南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 關(guān)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(dāng)剪切力 P 為最大值后，鋼板開始產(chǎn)生滑移。剪切力