自动剪板机毕业设计.doc

装订线自动剪板机设计摘要 本文设计了一台自动剪板机，此剪切机用于剪切厚为0.20.3mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m2m3mm.剪断时间小于10s，重点就剪板机压紧装置、放料装置、剪板机结构进行了设计，在设计中通过对比国内外剪板机，力求设计出结构简单，操作方便，同时经济、合理的剪板机，具体设计思路上：利用液压系统控制刀架，大大减少了剪切的时间并且提高了剪切精度，采用自动送料机构以提高剪板机的自动化性能。近年来，随着模具技术和冲压技术的发展，剪板机的应用范围在不断地扩大，数量在不断地增加，预计不久的将来，剪板机在冲压用剪板机中的比例将会越来越大。关键词 压紧装置 剪板机机构 放料装置 Automatic Cutting Machine DesignAbstract This paper designed an automatic cutting machine, the shearing machine is used for cutting thick 0.2 0.3 mm, maximum width of 2000 mm plate band, cutting the steel plate specifications for 1 m * 2 m * 3 mm. Cut the time less than 10 s, mainly on shearing machine clamping device, feeding device, shearing machine structure design, by comparing the shearing machine at home and abroad in the design, make every effort to design a simple structure, convenient operation, economy, reasonable shearing machine at the same time, the specific design idea: use hydraulic system control tool post, greatly reducing the shear time and improved the precision of shearing, automated conveying mechanism in order to improve the automation of the shearing machine performance. In recent years, with the development of the mould and stamping technology, the application range of the shearing machine is constantly expanding, the number is constantly increasing, is expected in the near future, plate shears in the stamping with ratio of shearing machine will be bigger and bigger.Keywords Clamping device Shearing machine body Feeding device目 录前言1第1章 剪板机的现状及展望.2第2章 方案论证.4 2.1 液压传动方案.4 2.2 机械传动方案.4 2.2.1 凸轮机构方案4 2.2.2 曲柄滑块机构方案5第3章 斜刀片剪板机的总体介绍.6 3.1 剪板机总论.6 3.2 上切式液压斜刀片剪板机.6第4章 总体布局设计.7第5章 剪板机的设计.10 5.1 刀刃侧向间隙调整机构.10 5.2 机架.10 5.3 刀片.11 5.3.1 刀片倾斜角.11 5.3.2 上下刀刃侧向间隙.12 5.3.3 刀片的材料.12 5.3.4 剪切角的确定.13 5.3.5 上刀片的行程量.13 5.4 力能参数计算.14 5.4.1 剪切力.14 5.4.2 剪切金属上的作用力.15 5.4.3 剪切功.15 5.5 剪板机规格与技术特征.15 5.6 刀架.16 5.6.1 刀架分类.16 5.6.2 刀架计算与校核.16 5.7 托料装置.19第6章 液压机构的设计.20 6.1 液压传动的优缺点.20 6.2 液压传动的基本原理20 6.3 液压传动系统的组成216.4 双作用活塞油缸216.5 主要性能参数21 6.5.1 安全系数.21 6.5.2 压力.22 6.5.3 缸筒内径的计算.22 6.5.4 主要尺寸.23 6.5.5 薄壁筒和厚壁筒的区别.23 6.5.6 缸筒的壁厚计算.24第7章 压紧装置的设计25 7.1 压紧机构及装置25 7.2 夹紧机构的种类26 7.3 相关计算26第8章 送料机构26 8.1 执行机构的选择与比较29 8.2 传动方案的确定29 8.3 送料装置29 8.4 间歇传送机构30第9章 关于环保和可行性经济的分析34结论.35致谢.36参考文献.37前 言剪板机是借于运动的刀片和固定的刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离的设备。剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并减少板材扭曲，以获得高质量的工件。板金行业的下料剪切工具，广泛适用于机械工业，冶金工业，汽车，造船，电器电气工程设备，板金加工，钢管焊接，电子工业，航天航空工业，农业机械制造，餐饮家具各种机械行业，主要作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。剪板机是带有自动送料装置，可完成板料高效率，精密加工的机械剪板机，具有自动，高速，精密三个基本要素随着中国加工WTO以来，我们回过头来瞻望中国的制造业，就拿剪板机的成长来看吧，剪板机床的成长越来越成为机械制造行业的中流砥柱，通用型高性能剪板机，广泛用于航空，汽车，农机，电机，电器，仪器仪表，医疗医械，家电，五金等行业。自60年代以来，剪板机已经有较大的成长，其每分钟行程次数已经从几百次成长到3千次左右，其吨位已经从十吨成长到上百吨今朝剪板机主要用在电子，仪器仪表，轻工，汽车等行业中剪板机的应用范围在不断地扩大，数量在不断地增长预计不久的未来，改进和扩大现有剪板机是完全有必要的。剪板机，主要用于剪切金属板材，是重要的金属板材加工机器。其不仅用于机械制造业，还是金属板材配送中心必不可少的装备，应用范围特别广泛。剪板机按结构分为闸式剪板机和摆式剪板机两类；按传动方式分，有机械传动剪板机和液压传动剪板机两类。我的毕业设计选择的题目是“自动剪板机设计”，自动剪板机设计，主要要求剪板机实现自动剪切的过程，可实现用于剪切厚为0.23mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m2m3mm.由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。第1章 剪板机的现状及展望我国的第一条板材加工FMS也于1991年12月通过了技术鉴定，其性能达到了国外同类产品80年代末期水平。该FMS由压力机、折弯机和剪板机组成冲孔、剪切、折弯柔性制造系统，主要特点是冲孔单元可与仓库单元相联成为独立的系统，用硬件和软件来解决小规格数控直角剪板机大尺寸板件的加工，自动编程计算机可满足板材加工FMS全线自动运行要求和加工单元独立自动运行要求，主要数控剪板机和数控折弯机等三台设备组成对上线前或下线后板材进行剪切、折弯加工。该FMS适用于多品种小批量生产方式，年处理板材2000t。发展数控技术，进而发展数控锻压机械是提高锻压生产技术水平的关键。近几年来，数控技术广泛应用于锻压机械各个领域，国内的数控剪板机也已有一定的发展。从1986年10月第一台W67Y-160K/3200数控折弯机由天小锻压机床厂研制成功以来，国内在数控折弯、数控剪切技术发展较为有代表性的单位济南铸造锻压机械研究所、黄石锻压机床厂和上海冲剪机床厂。上海冲剪机床厂更是异军突起，从1986年以来先后开发成功具有现代水平的QC12K与WC67K两大系列数控剪板机，并正在研制直角剪板机。其中W67K系列数控折弯机采用瑞士CYBELEC CNC7200P折弯机专用数控系统，该系统可通过X轴（后挡料位置）、Y轴（机械挡料位置）来控制折弯角度，并由光栅尺检测出滑块位置，由CNC来控制滑块上下死点、快慢速度换点和板料压紧点等。 国外锻压技术发展更是迅猛异常，并越来越趋向于CNC、DNC和柔性自动化。随着锻压技术的发展和满足单件小批量生产，只要用户需要，即能提供多功能的各种数控锻压机械及附属。CNC在国外相当普遍，如瑞典Pullmax公司的Ursviken分部每年大约生产200台折弯机，其中90%以上的产品装有CNC。采用CNC前挡料装置的CNC剪板机，不但可提高生产率，而且可提高零件的精度和重复精度。英国EDWARDS PEARSON公司开发的CNC剪板机，备有二根3m长的CNC前挡料臂，其上带夹持器，该机有一套全自动液压传动系统，整个过程可自动控制。瑞士HAMMERLER公司的CNC控制二轴AS6型63100液压剪板机，带有前夹钳送料装置和后挡料装置，工件、余料由堆垛系统分别堆放，预选的剪切件数和钢板尺寸由数码管显显示，摆动刀架的刀片间隙可以手工调节或由联到CNC控制机构上的液压定位装置按板厚自动调节。意大利SALVGINI公司的C2型直角剪板机FMC，通过自动编程，优化排料，将大型板坯剪成矩形板坯，或与冲模回转头压力机配套，将冲完的大张板材分割成小型工件。该公司的S4+P4型大型板材冲孔、成形、剪切及四边折弯FMS，更是集多工位冲孔、剪切机、四边折弯机加上自动送料装置组成板材冲孔、剪切、焊接柔性制造系统。第2章 方案论证剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能，能实现这个目的主要由液压传动和机械传动两种。2.1 液压传动方案液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，故采用液压传动方案。2.2 机械传动方案2.2.1 凸轮机构方案 图2-2-1 凸轮机构原理图 凸轮机构的工作原理如图221所示：主轴的转动带动凸轮传动，凸轮升程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始位置，准备下一个动作循环。凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该方案不予采用。 2.2.2 曲柄滑块机构方案 曲柄滑块机构的工作原理如图212所示：通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。图222 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，此方案即曲柄滑块机构作为执行机构不合适3。第3章 斜刀片剪板机的总体介绍3.1 剪板机总论在板带车间轧制线及其辅助作业线上，装有各种形式的剪切机，其中大多数是斜刀片剪切机。斜刀片剪切机主要用来剪切带材的头部尾部和分切。传动方式分机械传动、液压传动和压缩空气传动三种。在实际生产中多采用前两种方式。近年来，随着液压传动的广泛应用，在现代化轧板车间里，越来越多的采用液压传动的剪切机。液压传动的剪切机具有结构简单重量轻等一系列优点。如某厂1700冷连轧厂二十一台斜刀片剪切机中，有十六台液压传动之多，约占总数的百分之七十六。液压传动的剪切机虽然有很多优点，但在应用上受条件的限制。剪切机附近没有可利用的液压站。需设置专用液压站时，采用机械传动则更为合理。采用液压传动时，液压工作系统的工作压力一般在60140公斤/厘米2范围之内，个别情况也采用210公斤/厘米2。一般固定在刀架的刀片是水平的，活动刀片的刀架则是倾斜的。上切式剪切机常单独使用或用于独立的机组之中。但对于较大型剪切机剪切板厚大于6mm的剪切机以及需要设置专用小车收集切头的场合是，亦可考虑采用上切式剪切机。下切式剪切机则长设在连续作业线的前面后面和中间，进行切头切尾和分切。剪切次数影响剪切质量。剪切次数多，则剪切面整个长度较为光滑，而且断面与板带表面成直角。如次数过少，由于剪切过程结束前，板带材有足够时间在自重作用下向下弯曲，致使剪切的最后部分的断面与板带表面不成直角。机械传动的剪切机可以采用较小的刀刃倾斜角和较多的剪切次数。液压传动则需采用较大的刀刃剪切角，因此只能采用少的剪切次数。3.2 上切式液压斜刀片剪切机 上切式液压斜刀片剪切机，主要由焊接机架下刀架活动上刀架同步装置和油缸等组成。剪切机本身可以不设机座固定在其他设备的机体上。上刀架由两个油缸共同驱动，两个缸通过装在上刀架上的两个小齿轮和固定在立柱上的齿条达到同步，上刀架在立柱上的导槽中上下滑动。下刀架两端用螺栓与两根立柱连结，同时起下横梁的作用。 此剪切机用于剪切厚为0.23mm，最大宽度为2000mm的板带。第4章 总体布局设计按如下步骤进行：（1） 拟定工艺方案，并绘制工序图及加工示意图。（2） 拟定全线的自动化方案。（3） 确定自动线的总体布局，绘出自动线的总联系尺寸图。（4） 绘制自动线周期表。（5） 对于没有充分把握的某些工序、先进工艺及结构，进行必要的试验工作等。现以加工自动线，可在以下几方面实现自动化：机床工作循环自动化。1）工件在机床上的装卸自动化。2）工件的定位与夹紧的自动化。3）工件在工序间的输送自动化。4）自动线的链锁保护自动化。5）自动线的上料与下料自动化。6）加工质量的自动检验及自动控制。自动线的布局是指组成自动线的机床、辅助装置以及连接这些设备的工件传送系统中各种装置的平面和空间的布局形式。它是由工件加工工艺、车间的自然条件、工件转送方式和生产纲领所决定的。自动化剪板机系统中工件在工作台上方通过输送料道传送。工件可通过链条传送装置使工件横向传送，或者通过油缸推料使工件纵向输送，根据需要可设置空中料仓。由上下料机械手进行自动上下料。本装配线的组成：主线呈矩形布置，由两条主线、两个升降台、一台剪板机以及各类机械手等装置组成。剪板机最大可剪板厚3mm,最大可剪板宽2000mm，具有以下特点：机身整体焊接，整体加工，具有足够的强度、刚度及较高整体精度。具有单次、连续行程、点动和半行程剪切功能，适用于多种工况的剪切。设有快速调整刀片间隙机构，定位可靠。设有轻压、日光灯源对线装置，便于对线剪切和调整维修。设有电子计数器，便于剪切计数。设有防护栅与电气联锁，确保安全。滚子传送机是由一根根平行的转轴及转轴上套的滚轮、链轮（或齿轮）及驱动装置组成的。喷气真空吸盘抓取装置由真空吸盘、吸盘杆、真空喷咀、固定支架、缓冲弹簧等组成。其特点是真空喷咀是以压缩空气为动力源的真空发生器。为了能抓取带孔的工件，每个吸盘都能单独工作。在每个真空吸盘上设置有缓冲弹簧，当吸盘接触被吸附的钢板表面时，给吸盘一定的预压力，使其密封良好；而且也能补偿吸附表面的位置高低误差。真空式吸盘是利用真空泵抽去吸盘内腔的空气，使吸盘内腔形成真空而吸住工件的。图41所示为具有真空泵吸盘的气路系统控制原理，当电磁阀1通电后，阀芯左移，真空泵与吸盘接通进行抽气，吸盘内腔形成真空而吸附工件；当电磁阀1断电阀芯复位时，电磁阀2通电，阀芯左移，吸盘内腔接通大气而释放工件，工件在自重或外力辅助作用下脱开吸盘。图41 真空泵系统原理对于图4-1所示的真空式吸盘,其特点是系统工作过程中如果发生断电现象,两电磁阀的所有气路通道将会自动关闭,此时只要吸盘与工件接触的密封性较好,则工件仍能保持被吸附状态,不会因断电立即脱落而造成事故.因此,真空式吸盘工作可靠,吸附力也较大;但因需要真空泵设备,故成本较高。真空式吸盘的吸附力主要取决于吸盘的吸附面积和吸盘内腔的真空度。吸盘内腔的真空度由真空泵的类型而定，可用真空表测量而得到。吸盘内腔的压强越小，真空度越高；反之，内腔压强越高，则真空度越低。升降台采用液压方式进行升降，通过安放在油缸的导向管上升或下降。工作台采用齿轮链条形式，由电动机直接驱动圆柱滚轮进行转动。升降台之种类很多,通常有两种分类方法。第一类分类方法是按运动形式来分类，即摆动式及平举式。（1）摆动式升降台一端绕着固定转动而只有一端升降，使升降台在运动时呈一定的倾斜度，类似上下摆动的形式，因此被称为摆动式。这种升降台多用于升举长度较大的轧件，它要此平举式升降台更省力，因之应用较广。通常在三辊式轧机上用者最多。（2）平举式升降台台之两端平行上下移动，本例中涉及到的升降台采用液压平举式升降台，从理论上论证了这种升降台的结构优越性，得出以下结论：1）该机械具有较为优越的行程放大比和较小的起升角，缩小了结构尺寸，具有小型轻便的特点；2）该机构的能较准确的定位，具有良好的自锁性能；3）便于就用计算机进行现场控制，特别是用于升降台的同步运行控制，具有良好的开发前景。第5章 剪切机设计5.1 刀刃侧向间隙调整机构刀刃侧向间隙的调整是靠移动上刀架达到的，如下图所示，上刀架4的左右移动是由每个M16的调节螺栓1进行调节。为了防止在松开固定螺栓3时上刀架下滑，在上刀架与机架2连接处各设有一个横向的导向键5，该键也承受剪切时对上刀架作用的切向力。图5-1刀刃侧向间隙调整机构 1调节螺栓；2机架；3固定螺栓；4上刀架；5导向键5.2 机架剪切机由机架、上下刀架、导向滑轨和传动装置等组成。目前机架大都采用框架式焊接结构。其优点是制造周期短，特别适合于单件或小批量生产；在结构上根据受力情况合理布置和选用不同厚度的钢板，可以减轻设备重量，一般约比铸件轻20%左右。其缺点是钢板焊接前的加工量较大，还需相应的焊接设备和焊接技术，焊后一般尚需进行消除内应力的退火处理。剪板机的机架通常由左右立柱、工作台、和连接横梁所组成。这几个部分的连接形式常见的有三种：整体焊接、组合（用榫头和螺栓来连接）和组合焊接（即组合后再焊接）。一般来讲，整体焊接的机架刚性最好，但由于体积庞大，对焊后进行退火和机械加工带来困难。有的工厂将焊后退火的工作台和连接梁先进行加工，然后以较少的焊缝和左右立柱焊接。这样既能保证机架足够的刚度又能减少焊接时的变形和焊接过程中产生的内应力。组合的机架刚性较差，但易于制造（不需要大型机床加工）。目前生产的组合机架往往用榫头和螺栓来连接，组合焊接的机架比组合机架的刚度好一些。图5-2机架 剪板机剪切瞬间作用于机架上的力有：总剪切力（N） 压料力（N）T推力（N）；可以考虑T=0.3N刀架对机架导轨的反力（N）在计算立柱强度时应考虑最坏的载荷条件，假设总剪切力全部作用在一个连杆上，即是每一块立柱上承受总剪切力。作用于，每一块立柱上的压料力可考虑总压料力的半数。 5.3 刀片5.3.1 刀刃倾斜角 增加斜刀片剪切机刀刃的倾斜角虽然可以提高剪切能力，但加大了刀片行程，会导致机架高度加高等一系列问题。同时，许用最大倾斜也受钢板与刀片间磨擦条件的限制，当倾斜角大于最大许用值时，钢板就会从刀口中滑出无法实现剪切。因此，倾斜角的实际选用值有一定的范围。刀刃倾斜角与板带厚度的关系可参阅图531。钢板厚度,毫米图531 刀刃倾斜角与钢板厚度的关系刀刃倾斜角不仅影响剪切力,也直接影响剪切质量和精度。由于刀刃倾斜角的存在,剪切时必然使被切带材产生向下的挠曲和扭曲，而且挠曲和扭曲，随刀刃倾斜角的大小而增减.实践证明,薄带材使用较小的刀刃倾斜角对控制挠曲和扭曲较为有效。但剪切厚板带时则不宜选用5.3.2 上下刀刃侧向间隙 上下刀刃侧向间隙也直接影响剪切质量。侧向间隙选用正确，可使剪切面与带材表面成90直角。侧向间隙的大小与被剪切的材质和带厚有关。刀刃侧向间隙为板带材厚度的710%时，剪切面接近垂直，因此，一般取刀刃侧向间隙为被切板带材厚度的510%。设计斜刀片剪切机，特别是剪切厚度变化较大的剪切机，可参考上面推荐的侧向间隙值，设计调节装置。调节装置的方式较多，一般都装在固定刀架上。5.3.3 刀片的材料剪切时刀片受到挤压、弯曲和摩擦的作用，因此，要求刀片材料要有一定的强度和韧性，并要有较高的硬度。刀片材料一般可参照被切材料按图表533选用。刀片材料的选择剪 切 条 件 推 荐 使 用 钢 种 刀 刃 硬 度 HRC热剪一般金属 65SiCr、5CrW2Si 5060 冷剪一般金属 5CrNiMo、65CrSi8Cr3、9CrWMn 5258冷剪较硬金属 9Mn2V、8Cr3 5460刀片顶面应稍低于工作台面，偏差为-0.20毫米。国产剪板机刀片材料常用6CrW2Si，（热处理后硬度为RC58-60)。T7A,9CrSi，Cr12P1，Cr12Mo和Cr6VP也可作刀片的材料。国外实验用硬质合金BK15或BK20镶在剪刀片上来提高两次刃磨的间隔时间。刀片的尺寸参阅下表553表553 刀片尺寸被剪板厚h（毫米）刀片尺寸T*H（毫米）螺孔直径d（毫米）12.520*601341625*8017202532*12022324045*15033刀片刃部应经常保持清洁，并应涂上含有二硫化钼或石墨的润滑脂。5.3.4 剪切角的确定从剪切力的公式可以清楚的看到，剪切角增大则剪切力下降，从而减轻机器的重量。但剪切角增大带来的最不利的后果是窄条料的严重扭曲，其次是增大刀架的行程量（也就是增加机器的高度和减少每分钟行程次数）。通过对比国内外剪板机的主要参数，决定把剪切角定为3。5.3.5 上刀片的行程量上刀片的行程量主要与剪切角和被剪板宽及板厚有关。剪切板料所必需的最小行程量由下式决定： mm (5.3.5)式中 h最小开口距，即上刀片在上死点位置时工作台面到上刀刃之间的距离（毫米） b被剪板宽（毫米） 刀片超越量（毫米），查阅表2-3表535 刀片超越量h （毫米）6.3 1016 2032 4060（毫米）当h不可调时 38101520当h可调时10（-6）10（-16）15（-32）20（-60）h通过查阅资料得到值为2025mm，取值为20mm，因此得到值为100mm。5.4 力能参数计算 5.4.1 剪切力许多文献对剪切过程的分析都是将剪切力看作纯剪切力，实际上，斜刀片剪切机剪切板带时，会使被剪切金属弯曲而产生弯曲抗力及局部的碗形弯曲力等。此外，还有一些因素如剪切断面、切入深度及分离面的摩擦力等，对剪切力也有影响。 采利柯夫-诺沙利公式： ，公斤 （5.4.1）式中 考虑刀刃变钝的系数;表示和的关系最大剪切应力;被剪切金属的强度极限考虑刀片倾斜角影响的系数;表示和之比值被切金属的平均剪切应力;相对切入深度;被剪切金属试样断裂时的相对延伸率;刀片金属的厚度;被切金属的厚度,毫米。由表查得如下:代入上式,可得 公斤代入数据可得， KN 5.4.2 剪切金属上的作用力剪切时除了产生剪切力P之外，对刀刃还将产生侧向推力T，且T=。无压板剪切时，则TP=KN，有压板剪切时，则TP=39.6877.36KN剪切时为了解避免板带尾部翘起，一般都设有压板装置。压紧装置与剪刃的动作联锁，比剪刃约提前（对斜刀片剪切而言）压住被剪切金属。压板开始压住被剪切金属而又未剪切时的初压力可取为KN5.4.3 剪切功斜刀片剪切时的剪切功等于剪切力与刀片假设剪切行程的乘积w=ph=p b tan,公斤.毫米h-刀片假设剪切行程，毫米。b-被剪切金属的宽度，毫米。考虑剪切公式时，可得到 公斤.毫米5.5 剪板机规格与技术特征本次设计题目要求达到剪切厚度0.23mm，剪切最大宽度为2000mm，裁剪的钢板规格为1m2m3mm,，主要技术特征包括剪板厚，可剪板宽，喉口深度，剪切角度，行程次数。参考文献1得到一般剪板机的规格与技术特征如下:表55 剪板机的规格与技术特征可剪板厚（毫米）可剪板宽（毫米）喉口深度(毫米)剪切角度行程次数 不少于次/分钟标准型加大型机械传动空载液压传动满载0.23mm25003454000300135.6 刀架 5.6.1 刀架分类 刀架是剪板机的重要部件，被剪板料的剪切精度和端口质量在很大程度上与刀架以及机架上导轨的结构有关，因此应该注意刀架的强度和刚度。目前常见的刀架结构有三种：整体焊接的直线运动刀架、组合焊接的直线运动刀架及整体焊接的摆动刀架。整体焊接的直线运动刀架如果刀架沿垂线运动，一般上刀片只有两个刃，如果刀架沿前倾线运动则刀片可作成四个刃。这种结构可用于上轴式和侧轴式剪板机。组合焊接的直线运动刀架中，水平板和筋板先焊好，然后用螺栓固定到立板上。调节螺栓使刀架在水平面内造成凸弧线，而在剪切时由于水平推力迫使刀架弯曲造成凹弧线，如果调节适当，两项弯曲将互相抵消而使剪切精度得到提高。刀架运动由偏心轴和连杆获得，一般都沿前倾运动。被剪板厚10毫米时前倾角采取3。连杆的下端（上端）作用在刀架立板顶端的小偏心轴上。整体焊接结构的摆动刀架多数用于液压机械传动的剪板机。根据活塞和刀架的连接方式基本山有三种形式：1.侧面柱塞油缸的刀架；2.活塞和油缸两端铰接式的刀架；3.带有柱塞的刀架。这三种刀架断面应考虑抗弯和抗扭。 5.6.2 刀架计算与校核 在进行计算时可以忽略去剪切角引起的刀片方向的水平分力，因为剪切角比较小（水平分力的最大值不超过0.06）。刀架导轨上的单位压力随着被剪点的推移而变化，最大单位压力应在剪切开始位置确定，因为此时的剪切力只作用在一个连杆上。刀架产生的挠度和最大应力应在刀架的中间断面确定，因为此时剪切力产生的弯矩最大。剪板机的下刀刃是一条水平直线，为了让刀架在摆动中实现上刀刃自左至右对板料的均匀连续剪切，上刀刃上的所有点都必须沿着以刀架回转中心O为圆心，以剪切半径R为半径的圆弧ss摆动（图4)。为了实现斜剪，上刀刃自左至右必须与水平倾斜一个角度，即上刀片刃口与下刀片刃口之间有一个夹角，通常称为剪切角。综上所述，上刀刃自左至右既要在ss圆弧线上又要沿剪切角上升，它的轨迹就形成了一条圆柱螺旋线，其轨迹方程式为： （5.6.2） 式中 刀架摆角图562 上刀刃轨迹在载荷的最危险条件下（剪切力作用于中间断面）计算刀架的应力和刚度。整体焊接刀架断面的计算如下，先确定断面对垂直坐标轴和水平坐标轴的重心位置以及惯性矩，然后计算出惯性矩积和断面惯性主轴的转角。按下式确定该断面对主轴和的惯性矩 (5.6.2)当确定弯矩时作用在刀架上的力引向断面的重心，当确定扭矩时该轴引向扭矩轴。绕扭矩轴的扭矩由下式求得 NM (5.6.2)式中 刀架宽度因此=32458N =11260N图562上刀架下面确定作用在图5剖面c-c上的弯矩。由产生的弯矩 NM （5.6.2）由力产生的弯矩 NM （5.6.2）式中 刀架宽度因此=16229NM =5630NM由已经得到的弯矩，求得作用在刀架上的弯曲应力 MPa （5.6.2） MPa （5.6.2）求得=16MPa =5.6MPa查资料得Q235刀架的许用应力值为60MPa,液压剪板机则为80MPa。刀架在水平面内的允许挠度 式中 h被剪板厚因此=0.02mm5.7 托料装置剪切薄板时，如果被剪下部分悬出工作台很长，板料就容易向下弯曲，因此要考虑托料装置，托料装置有两种：一种是从被剪板料底面向上拖住，另一种是从被剪板料上面吸住。从底面拖住的托料装置中，托料摆杆在电磁铁工作时处于水平位置，板料就被拖住。剪切开始前电磁铁就断开，托料摆杆由于自重而向下摆开。从上面吸住板料的电磁辊装置中。电磁辊装置由几组电磁辊所组成，电磁辊装在支架的孔内，每个支架由两根拉杆悬挂在刀架的水平板上。当不需要电磁辊时可提起拉杆并将插销旋转180，板料就可以自由通过。孔的直径略大于电磁辊的支撑轴径，当板料局部隆起时相应的电磁辊就被抬起。电磁辊的吸力可以调节使其略大于被剪下部分的重量，如果吸力小于被剪下部分的板料重量则板料容易向下弯曲。吸力的值可以根据板料相接触的辊子数量来确定，如果吸力过大则可以提起几组辊子，或者提升支架的一端使局部辊子和板料相接触。考虑到成本和简单问题，因此选择前一种。第6章 液压机构的设计6.1 液压传动的优缺点液压传动是利用液体作为工作介质来传递力和进行控制的一种新兴应用学科， 发展的速度很快。由于液压传动有着许多明显的优点，目前已在锻压机械.金属切削机床.工程机械.汽车工业.自动化控制.冶金工业.船舶交通.铁路车辆.国防工业等许多部门得到了广泛的应用。可以说，凡是机械设备的工程领域，都可采用液压传动。液压传动具有下列优点：（一） 液压传动能传递很大的力或力矩，它的这一点突出优点广泛应用在需要产生巨大力或力矩的场合。（二） 单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率条件下，液压传动的重量和尺寸仅为直流电机的1020左右。（三） 反应速度快，动作灵敏。（四） 由于一般使用油液作为工作介质，油液本身具有不可压缩性及吸震能力，所以传动平稳，准确。（五） 可在很大范围内实现无级变速。（六） 由于油液作为工作介质时，可实现自动润滑，使使用寿命增长。（七） 由于液压传动的压力.流量及方向是可控制的，再加上电子技术的配合，便于实现自动化，容易实现各种自动化机械。（八） 液压传动的元件可实现标准化.系列化，对制造和设计使用都很方便。液压传动存在的缺点：1) 液压元件制造精度高，使加工制造比较困难，尤其是用于控制的液压阀，为防止油液的泄露，对零件的加工精度要求严格。2) 为防止泄露对工作效率及工作平稳性的影响，对密封要求极为严格，即便如此，泄露也难以避免。3) 油液的黏度岁温度的变化而变化，会直接影响传动机构的工作性能，因此在低温及高温的条件下采用液压传动较为困难。4) 对于维修人员需要有较高的水平。6.2 液压传动的基本原理（1） 在液压传动中，以油液为工作介质来传递动作和能量，油液是传动件。而在机械传动中，轴.齿轮.带和带轮是传动件，用以进行动力和运动的传递，所以，液压传动和机械传动是完全不同的传动方式。（2） 液压传动是在密封容器内，利用液体传递压力能，然后通过执行机构，把压力转化成机械能而做的功的一种传动方式。（3） 液压传动中的工作介质是在受控制.受调节的状态下进行工作的。6.3 液压传动系统的组成液压传动过程可用下面的框架表示：液压传动系统的组成 电 动 机机械能 油 泵液压能油缸或电动机机械能 负 载在上诉传动中，由油泵将电动机的机械能转换成液体的压力能，再由油缸或由电机把液体的压力能转换为机械能去推动负载运动。为了实现油液的输送，在油泵与油缸或电机之间需用管道连接，为了实现执行机构所要求的运动，在系统中还要配置各种控制阀及其他辅助设备。所以液压传动系统主要由动力装置.执行机构.控制装置和辅助装置四部分组成。6.4 双作用活塞油缸油缸由活塞头.活塞杆.缸体.左右端盖.导向套及拉杆等组成。左右端盖利用四根拉杆固定在缸体上。在左右端盖上装有由单向阀和节流阀组成的缓冲装置，以保证塞在行程终点能准确定位和防止冲击。当活塞退回时，活塞头部的缓冲销插入端盖的孔内，此时活塞腔内的油液必须通过节流阀才能排出，由于节流作用，所以在活塞腔内形成排油阻力，使活塞得到缓冲。调节节流阀的开口，便可得到适合的排泄阻力。当活塞反向运动时，高压油由单向阀进入活塞腔内。6.5 主要性能参数6.5.1 安全系数对液压缸的重要零件缸筒来说，液压力.机械力和与安全系数有关的因素都对缸筒有影响。液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是以强度问题.刚度问题和稳定性问题三种形式表现出来的。其中，大量的.最重要的是强度问题。强度在压力的作用下，其上任何一点存在两个方向的应力；由于缸筒两端拉力产生的轴向拉应力。当然，还存在着径向应力，但它很小，可以不必考虑。由此可见，环向应力是轴向应力的两倍，所以计算强度时，只需计算环向应力。缸筒的安全系数：由钢材受交变载荷可知缸筒的安全系数为5液压缸和液压马达是液压系统的执行元件。它将液压能变为机械能输出。液压缸输出直线运动和力，液压缸广泛用于需要直线往复运动和大扭矩、低转速来回摆动的工作机上，传动无间隙，运动无间隙，运动平稳。6.5.2 压力(1)额定压力 由标准选取 (2)最高允许压力 (3)试验压力 6.5.3 缸筒内径的计算在工作压力给定的情况下，确定缸筒内径的原则是保证液压缸具有足够的出力来驱动工作负载。（1）活塞杆以推力驱动工作负载时D= （cm） (6.5.3)活塞杆以拉力驱动工作负载时D= (cm) （6.5.3）式中 推力(N) 拉力(N) 机械效率，取=0.95 p工作压力(N/cm2) 回油背压(N/cm2) d 活塞杆直径(cm)由此计算后得直径D=96.232mm （2）当流量及活塞运动速度已知时，若不考虑容积效率，按活塞杆伸出速度计算内径为D=10 (CM) （6.5.3）按活塞杆缩回速度计算的内径为D= (cm) （6.5.3）式中 Q流量(L/min)活塞杆伸出速度(cm/min)活塞杆缩回速度(cm/min)d活塞杆直径(cm) 由此计算后，缸径为d = 89.327mm计算出的数值，如果不符合液压缸内径系列参数标准，其他零件也不容易配套。按照国内液压缸规格化的要求，缸筒内径计算后，需按表所规定的值进行圆整所以最后取缸筒内径尺寸为D=100mm.6.5.4 主要尺寸圆柱辊轮：齿轮链条的重量总的重量由直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式： 无缝钢管 （6.5.4）把数据代入公式：，可得由 速比为 （6.5.4）则 缸筒外径D=200mm6.5.5 薄壁筒和厚壁筒的区别从材料力学的知识可以知道，缸筒壁厚不同，液压力，负载力和意外冲击力作用在缸壁上的应力分布情况也是不同的，因此设计液压缸时，必须考虑薄壁筒和厚壁筒的区别。区别薄壁筒和厚壁筒可按下式计算K=1.11.2 （6.5.5） -缸筒外径（mm）; D-缸筒内径(mm) t-壁厚(mm) 满足此条件者为薄壁