液压闸式剪板机的研制

液压闸式剪板机的研制

1ylc系列液压闸式剪板机剪板机是最常用的压力机，用于切割线边缘上的板料碎屑。近年来随着激光切割机的大力发展，特别是在钣金行业剪板机市场受到一定程度的冲击，但剪板机在船舶、汽车、桥梁、压力容器等行业还是得到了广泛的应用。剪板机按主传动系统可分为液压传动和机械传动，按刀架运动轨迹可分为闸式和摆式。目前，市场上剪板机还是以液压传动为主，又由于闸式剪板机与摆式剪板机相比具有剪切精度高、剪切角可调、刃口使用寿命长等特点受到广泛应用，也有的厂家将液压闸式剪板机作为液压摆式剪板机的升级产品。本公司生产制造的YLC系列液压闸式剪板机机架、刀架采用钢板焊接结构，具有强度高、刚性好等特点，焊接后进行整体回火消除应力，精度保持性好；操作系统采用德国ELGO公司的P4011-003，结合位移传感器、旋转编码器、欧姆龙CP1E系列PLC实现后挡料位置的显示和设定，满足机床运动控制的要求；液压系统采用先进的插装阀集成系统，具有故障少、易维修等特点，同时高压油管采用卡套接头，有效减少漏油概率，可靠性高。YLC系列液压闸式剪板机外观如图1所示。2提升剪切板料直线度液压闸式剪板机与液压摆式剪板机相比，在消除支撑间隙，提高剪切质量及提升剪切板料直线度具有明显的优势，再者闸剪的剪切角度可根据板料的厚度进行调整，有效提高生产效率，刀片可进行四面调换，理论上比只可两面调换的摆剪使用寿命可提高两倍。2.1摆剪的间隙由于摆式剪板机的刀架与机架之间通过轴承连接，为了可调整刀片间隙，在轴承的内部设计有偏心套，而偏心套与支撑轴之间的间隙以及轴承自身的游隙是无法消除的，所以摆剪的间隙一般比较大，通常可剪的最薄板料为机床可剪最厚板料的1/10左右。闸式剪板机刀架体后的导轨被两边上下布置的四个轴承支撑着，同时前导轨又被两只背后有压紧弹簧垫的轴承压紧，使前后导轨间均无游隙，有效消除支撑间隙，这样剪切薄板料可以做到更加光滑、无毛刺，提高了剪切质量。2.2剪切材料的触接摆式剪板机的刀架体本身是按弧形加工的，它是以上刀弧线的点与下刀的直线接触来保证剪切材料的直线度，剪切下来板料的直线度好坏仅取决于刀架弧线的加工精度，所以通常需要采用数控落地镗铣机床进行加工，对加工设备要求较高。而闸式剪板机刀架是按直线设计，便于加工和调整，剪切下来的材料直线度更精确。2.3剪切材料的选择摆式剪板机的剪切角为固定值不能调整，剪出的材料会存在麻花状的扭曲，通常剪切的材料越窄扭曲变形越大；闸式剪板机可通过两只串联油缸上下腔油量快速调节实现剪切角度的调整，当剪切厚板料时，将剪切角增大；而当剪切薄板料时，将剪切角减小，可提升剪切效率，减小板料的扭曲度。2.4形截面刀的选择摆式剪板机刀架的运动轨迹是弧形的，所以上刀只能使用菱形截面的刀片，因而只有两个刀刃可以用于剪切；闸式剪板机的刀架为直线上下运动，它的上刀可以采用矩形截面，四个面均可进行剪切，刀片的使用寿命理论上是摆剪的双倍。3旋转编码系统及增量型旋转编码器电气控制系统主要由德国ELGO公司P4011-003控制系统、欧姆龙CP1E系列可编程控制器、绝对值型直线位移传感器及增量型旋转编码器组成，系统框图如图2所示。直线位移传感器的模拟量信号和旋转编码器的脉冲信号直接接入P4011-003控制系统中，系统进行运算处理后在显示屏上分别以剪切角度和后挡料位置数值显示出来，P4011-003控制系统与PLC之间通过继电器开关量触点信号的形式进行连接并交换信号，程序经运算处理后输出控制交流接触器或液压系统电磁阀的得电顺序。3.1动态脉冲振荡定位模块P4011-003操作系统是德国ELGO公司根据扬力集团国力公司YLC系列液压闸式剪板机特点而开发的一款经济型控制设备（系统操作面板如图3所示），具有高性能、易于操作、集成化控制等特点，采用160×160点阵LCD显示器，对后挡料位置、工件计数可实现简单方便、快速输入，具有后挡料位置示教功能及工件计数预置功能，同时具有剪切行程控制功能。通过在操作界面上输入后挡料目标值后启动系统运行键可实现后挡料位置的自动定位控制，定位过程通过脉冲振荡方式控制交流接触器线圈得失电，从而可以使后挡料的实际位置值无限接近于所要求的目标值，最多可进行三次脉冲振荡进行定位，如果三次脉冲振荡后位置精度仍未达到尺寸公差要求，需通过调节机械微调结构来实现后挡料精确定位的要求。在系统操作界面上具有剪切角度实时显示功能，调试时通过对剪切角度与位移传感器反馈信号的对应标定，能将整个位移行程转换为角度值，并实时显示。4驱动刀架下行系统液压控制采用密封性能好、动作灵敏可靠的插装阀集成系统。液压原理如图4所示，三相异步电动机启动后带动恒功率变量泵运转，输出油液经插装阀C1回油箱，系统不建压；当电磁换向阀YV1线圈得电，插装阀C1关闭，系统建压；油泵输出油液一路进入压料缸内用于压紧板料，伴随着系统油压的升高，顺序阀F3被打开，插装阀C2打开，油液得以进入左主油缸上腔，左主油缸下腔的油液进入右主油缸上腔，右主油缸下腔的油液则被压进蓄能器中，因左右主油缸为串联回路，可实现驱动刀架同步下行动作实行剪切。剪切终止时，电磁换向阀YV1的线圈失电，插装阀C1打开，系统卸荷，同时电磁换向阀YV3线圈得电，插装阀C3打开，左主油缸上腔的油液经插装阀C3回油箱，刀架在蓄能器释放压力的作用下返程，回程到上限位停止。电磁球阀YV2线圈得电，其他电磁阀都不得电，刀架在蓄能器能量释放下右主油缸活塞杆实现上行，剪切角便增大。电磁换向阀YV1线圈得电，系统建压，同时电磁球阀YV2和电磁换向阀YV4线圈得电，插装阀C2关闭，油泵输出油液经电磁球阀YV2进入右主油缸的上腔，右主油缸下腔的油液则被压进蓄能器中，剪切角减小。电磁换向阀YV1线圈得电，同时电磁换向阀YV3线圈得电，此时同步将手动截止球阀打开，油泵输出油液经截止阀进入蓄能器，达到所需8MPa压力后关闭手动截止球阀，刀架在蓄能器压力油的作用下上升到上限位，完成充液功能。在整个液压控制系统中，蓄能器作为辅助能源，其提供刀架回程所需的动力，可实现节约能源提高效率。5前托料架结构设计市场上销售的剪板机所使用的前托料板均为固定结构，在前托料板上均匀布置有多个托料输送球2，前托料板的底部固定在工作台上，板料被放置在托料输送球上向剪切位置传送，为避免板料送入时与下刀发生刮蹭，前托料板承托板料送入时需比下刀高出数毫米，板料到达剪切位置后，压料装置将板料压紧，然后上刀落下进行剪切，因存在一定的高度差，如果压紧力又稍微调小了点，那么板料在剪切时便会存在形变，致使剪切后的板料精度受到影响，对于厚板料甚至在剪切时会出现移位。针对这种现象，我们研究设计出一种新颖的前托料架结构，其设计结构图如图5所示，将前托料板3设计成开口向下的C形结构，在靠近两端的顶壁下分别连接有上楔形块4，上楔形块底部的斜面分别支撑在下楔形体5顶部的斜面上，斜面沿前后方向倾斜，托料板长销7被限制在插销座中使得前托料板只能上下浮动。在非剪切状态下，托料板驱动气缸6的活塞杆伸出，带动下楔形块体向前移动，将上楔形块向上顶起，前托料板得以向上浮动一段距离，处于比下刀高出的状态，避免送料时板料与下刀发生刮蹭。当刀架开始剪切时，压料脚先下行，同时托料板驱动气缸的活塞杆缩回，下楔形体向后移动，上楔形块及前托料板下落一段距离，使得托料滚珠的顶部与下刀的上平面相平，压紧装置随板料下降到位并将板料压紧，板料是在放平的状态下被压紧，不会发生移位和形变，提高了剪切精度。随着刀架带动上刀完成剪切后，托料板驱动气缸的活塞杆再次伸出，驱动下楔形体向前移动，将上楔形块再次顶起，使得前托料板回到比下刀高出的状态，便于板料的下一轮传送。此种结构已取得国家实用新型专利授权《一种高精度剪板机》，专利证书编号201820732062.5。6前托料架液压控制液压闸式剪板机采用三点导轨结构，有效消除支撑间隙，提高剪切质量；刀架的直线设计结构，可确保板料直线度的提升；刀架剪切角度的可调整，具有比液压摆式剪板机更高的生产效率；刀片刃口可进行四面调换，理论上比摆剪只可两面调换的使用寿命延长两倍。采用ELGOP4011-003操作系统与欧姆龙CP1E系列PLC结合的电气控制系统，可实现后挡料位置的自动定位，又能实现剪切角度的实时显示，还可进行剪切计数的预置及剪切行程的控制，最终通过对液