剪板机液压系统的设计.docx

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剪板机液压系统的设计

毕业设计的目的

毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都有重要的意义，其主要目的是：

1、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

2、培养了学生正确使用技术资料，国家设计计策，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

3、培养学生树立正确的设计思想的设计的构思和创新思维掌握工程设计的一般程序规范和方法。

4、培养学生进行调查研究面向实际，面向生产，而向工人和工程技术人员学习和基本工作态度，工作作风和工作方法。

5、是从理论到实际的一次结合。

1.1课题的背景和意义

剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。

近二十年来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提出新的要求，生产厂对各种剪切机的要求也在不断的变化。

在钢板弹簧的生产工艺中，钢板剪切下料是关键工序之一，因此，下料机是其重要的板簧设备。

过去的下料设备一般采用圆棒剪切机、机械鳄鱼剪床等，都是采用皮带轮、齿轮传动，噪音大，占地面积大，节拍固定，灵活性差。

因此，需要开发一种新形式的液压剪床，以适应国内外市场的需求。

精密加工是现代机械加工发展的方向之一，它对毛坯的体积（重量）误差，断面形状及其他几何参数提出越来越高的要求，而现在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。

板料高速剪切机是一种新型的剪切下料设备，它采用液压系统驱动，实现高速剪切；板料高速剪切机的液压系统，是保证板料高速剪切机实现动作循环和决定其性能优劣的核心环节。

板料高速剪切机要求液压系统工作可靠、响应灵敏度高，具有广阔的市场前景。

因此，针对旧式剪切机的上述缺点，展开对液压系统剪切机的研究是符合市场需要的

1.2剪切机的发展及现状

1.2.1剪切机的分类

剪切机的种类很多。

对剪切机的分类，从不同的角度出发，有不同的分法。

按剪切方式可分为横剪和纵剪；按被剪切钢板的温度分为热剪和冷剪；按剪切机的驱动方式分为机械剪、液压剪和气动剪;按机架的形式分为开式剪和闭式剪；按剪切钢板的品种又分为钢坯剪切机、钢板剪切机、型钢剪切机和切管机等。

通常，按剪切机的剪刃形状与配置等特点可分为平行刃剪切机（见图1.1）、斜刃剪切机（见图1.2）和圆盘剪切机（见图1.3）。

下面按剪切机的剪刃形状的分类对三种结构分别进行介绍:

图1-1平行刃剪切机图1-2斜刃剪切机图1-3圆盘剪切机

（1）平行刃剪切机

平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的，它通常用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。

也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢板。

平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种型式。

上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动进行剪切。

其剪切机构通常采用曲柄连杆机构。

下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃上升来实现剪切的，其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。

平行刃剪切机，在工作时能承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大剪切力来命名。

（2）斜刃剪切机

斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。

斜刃剪切机按剪切机构的运动特点也可分为上切式、下切式和复合式等。

①上切式斜刃剪:

这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下运动实现剪切。

上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板材厚度大于20mm时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外，当板材厚度大于25mm不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切式斜刃剪进行切边。

②下切式斜刃剪:

这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪切。

由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆动辊道，一般多用于连续作业线上横切带材。

这种剪刃机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的。

但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明，这种型式能够保证钢板的剪切面相对带材中心线及表面垂直度。

其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。

③复合式斜刃剪:

在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。

这种剪中间有固定的双刃刀架，上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。

当带材通过固定双刃刀架上部，带材由一台卷取机卷取。

当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。

（3）圆盘式剪切机

这种剪切机的上下剪刃是圆盘状的。

剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。

圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的板材或带材。

值得注意的还有塑性力学Durkcer公设的提出者Ducrker等力学家的工作。

1.2.2国内研究现状

技术工艺是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。

随着国内液压剪切机市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。

了解国内外液压剪切机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势，对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。

丁时锋等人[1]针对板料剪切生产线采用人工控制，定长过程耗时过多，钢板长度尺寸不一致，同时剪切过程总是简单的重复劳动，工人劳动强度大等问题，改为继电器接触器控制，但控制柜接线复杂，使用维护不便。

为了解决剪切过程中的板料定长问题，减少加工工时，提高生产效率，同时为了提高生产的自动化程度，并保证生产的稳定，对原系统进行了改造，设计了一种基于PLC的板料液压剪切机系统。

该系统工作性能稳定，完全解决了剪切过程中板料的定长问题，提高了生产线的自动化程度，并切实提高了生产线的生产效率。

在棒料剪切机液压系统的研究方面，杜诗文等人[2]应用液压大系统建模方法建立了数学模型，构建了仿真模型，对棒料高速剪切机液压系统动态特性进行了建模与仿真研究。

实践表明：

采用液气联合驱动、径向夹紧的棒料高速剪切机，生产效率高，棒料剪切断面质量得到显著提高。

仿真结果表明：

液压系统具有良好的动态特性，液压大系统建模方法与理论可广泛应用于液压系统动态特性分析

为了解决精轧生产线取料问题，梁春光等人[3]通过对剪切及剪应力的分析，同时根据液压剪的工作原理，进行了HC520-3新型液压剪主要几何尺寸及其结构参数的设计。

实验结果证明：

该液压剪能快速剪切Φ20mm以下的铬不锈钢以及合金钢等，不但保证了轧材的表面质量，还保护了设备，且经济效益显著。

液压剪切机构的设计有两种方案，一种是主剪切驱动缸安置在机架的一侧，而且是只有一个主液压缸。

当液压缸产生向外的推力后，利用杠杆关系将推力进行放大，并转换成向下的推力，然后推动上刀架向下运动进行剪切，美国的PCO中板厂就是采用的这种剪切机构。

另一种是采用两个主剪切驱动缸直接安装在机架的顶部，推动上刀架两端向下运动进行剪切。

第二种剪切机构是一种新型式，也是第一次采用。

两种方案都是可行的，但比较而言，采用第一种机构，其液压系统设计相对于第二种机构要小得多，而且单一的主缸产生推力比起第二种方案需两缸同步产生的推力来讲，控制要简单得多，需用的液压油量也相对较少，仅液压系统就能省下不少的投资；另外，由于主缸放置在机架的侧面，避免了向上热气流的直接烘烤，对主驱动缸的保护有一定的好处[4]。

现在剪切机正向着数控方向发展，即数控剪切机。

其特点如下：

1.数控剪切机精度高对加工对象的适应性强[1]，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；

　　2.加工精度高，具有稳定的加工质量；

　　3.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

4.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

5.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；

　　6.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

　　7.有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；

　　8.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；

9.可靠性高。

数控剪切机介绍：

　一种数控剪切机，包括有机体（１）、电脑单片机和送料台面（１３），所述机体（１）上设有数控按钮（１２），并在机体（１）上安装有上下送料辊筒（１１），所述机体（１）内设有送料步进电机（５），所述辊筒与所述送料步进电机（５）传动连接，所述机体（１）的侧面设有刀架（９），所述刀架（９）上安装有上切刀（７），在机体（１）上固定安装下切刀（８），所述上切刀（７）可以随刀架（９）上下移动，其特征在于所述机体（１）内还设有剪切步进电机（６），所述电脑单片机通过电机驱动器与上述步进电机电连接，所述上切刀（７）由剪切步进电机（６）驱动。

　　数控剪切机，该数控剪切机包括有机体

　　（１）、电脑单片机和送料台面（１３），所述机体上设有数控按钮（１２），并在机体上安装有上下送料辊筒（１１），所述机体内设有送料步进电机（５），所述辊筒通过所述送料步进电机传动连接，所述机体的侧面设有刀架（９），所述刀架上安装有上切刀（７），在机体上固定安装下切刀（８），所述上切刀可以随刀架上下移动，其特征在于所述机体内还设有剪切步进电机（６），所述电脑单片机通过电机驱动器与上述步进电机电连接，所述上切刀由剪切步进电机驱动。

本实用新型的上切刀通过步进电机驱动后，使上切刀定位准确，步进电机启动力矩大，并可以自由调节剪切机的剪切速度、剪切深度，本实用新型由机体内的电脑单片机进行精确控制，稳定可靠工作，按照本实用新型设计主题所制作的数控剪切机，必将给电子、电器、电机行业的切带、切软管等带来积极的使用效果。

1.3剪切机特点

（1）.电机按需求采用可编程控制器；

（2）.液压系统采用先进的插装阀或滑阀系统控制，实行按钮集中操作的液压机；

　　（3）.其压力、速度和行程可根据工艺需要进行调节，并能完成压制成型和定型两种工艺方式。

　　液压剪切机，该系列机型适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢剪切机及各种金属结构进行冷态剪断，加工成合格炉料。

该系列产品特点：

①采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。

②工作刀口长度：

400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户的选择。

③安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力……

　　特点：

（1）采用液压驱动，操作方便，维修简单。

（2）工作刀口长度：

400mm，600mm700mm800mm1000mm1200mm,剪切力从63吨至400吨共8个等级。

700mm以上刀口的剪切机，特别适用于剪切报废汽车。

　　（3）安装无须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。

1.概述

1.1.摘要

本机器用于剪切厚度为1～6mm,宽度为2500mm的钢板。

被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。

本机器采用钢板焊接结构,液压传动,氮气缸回程,电气控制.工作平稳可靠,机器体积小,重量轻,刚性好,操作方便等优点。

调整刃口间隙迅速方便,机器设有前后挡料,后挡料采用机械传动,转数器显示数值,并能作手动微调,调节方便可靠.前挡料采用标尺计数,挡块定位,另外还设有灯光照明,便于划线剪切,通过时间继电器可任意调节上刀架的行程,以提高剪切窄板料的效率。

1.2.课题简介

本课题来源于江苏国力锻压机床有限公司，本课题设计的对象为剪板机。

此机器用于