劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設(shè)集團有限責任公司 廣西柳州 545007）

數(shù)控鋁帶剪切機的研制

劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設(shè)集團有限責任公司 廣西柳州 545007）

制造業(yè)生產(chǎn)效率的提高是帶動一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要的因素，其發(fā)展水平標志著地區(qū)的經(jīng)濟實力和科技水平。本文主要結(jié)合了當前鋁電解槽鋁母線軟帶剪切施工過程中所使用普通的剪板，人工送料剪切，導致施工成本高，工作效力低等原因，為了降低成本，提高鋁電市場的競爭力，我廠進行了鋁電解專用數(shù)控鋁帶剪切機的研制，為實現(xiàn)高效、快速、便捷等特點，大大提高了產(chǎn)生效率。

數(shù)控鋁帶剪切機；剪切；設(shè)計

1 研制目的

近年來，我單位在進行鋁電解槽鋁母線軟帶剪切施工過程中，只能使用普通的剪板機，人工送料進行剪切，不僅效率低，尺寸精度難以保證，而且浪費人力，增加了施工成本。為了降低成本，提高電解槽鋁母線軟帶剪切速度，增強我單位在鋁電解市場的技術(shù)能力及水平，實現(xiàn)施工現(xiàn)場機械化制作，由金屬容器結(jié)構(gòu)廠主持，在安裝公司的大力支持下，由劉玉鋼帶領(lǐng)的研發(fā)團隊進行了數(shù)控鋁帶剪切機的設(shè)計、制造工作。

2 方案選擇及設(shè)計

在設(shè)計之前，我廠技術(shù)人員進行了多方考察論證，發(fā)現(xiàn)市場上的數(shù)控剪切機不適合我公司需要之處，比如：送料機構(gòu)、送料速度、校平問題、剪切速度、剪切長度等設(shè)計的技術(shù)參數(shù)與我公司需使用的數(shù)控剪切機技術(shù)參數(shù)不符合，針對此種情況，我們經(jīng)過反復研究計算，對數(shù)控剪切機進行了較多的改良，整體結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)都進行了重新設(shè)計，研制出了鋁電解專用數(shù)控鋁帶剪切機。

3 概述

數(shù)控鋁帶剪切機是針對生產(chǎn)需要設(shè)計的專用設(shè)備，用于施工現(xiàn)場鋁電解槽鋁母線軟帶的剪切，在滿足使用要求的前提下，功能及結(jié)構(gòu)盡可能的精簡，具有結(jié)構(gòu)緊湊小巧，安裝方便，專用性強，便于維修保養(yǎng)，剪切速度快，成形美觀等優(yōu)點。

4 數(shù)控鋁帶剪切機總體方案設(shè)計

數(shù)控鋁帶剪切機在滿足使用要求的前提下應盡量精簡，經(jīng)過設(shè)計小組對現(xiàn)場施工要求的仔細了解，并深入分析了市場上數(shù)控剪切機的的各個功能模塊后，制作出了由放料機構(gòu)、校平機構(gòu)、剪切機構(gòu)組成的數(shù)控鋁帶剪切機（見圖1～2），并由氣壓控制剪切滿足了剪切速度快，剪切次數(shù)高的要求。

圖1 平板剪板機構(gòu)

圖2 放料機構(gòu)組件

5 數(shù)控氣動傳動方案

數(shù)控鋁帶剪切機氣壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖4～5所示，其原理：通電流時右位接入系統(tǒng)，此時活塞在氣壓作用下向下運動，對鋁帶進行剪切加工，當工作完成后，無電流作用，右位接入系統(tǒng)，活塞向上運動，即刀片上抬。通過數(shù)控控制電流實現(xiàn)自動連續(xù)剪切。

6 刀刃的選擇

剪板機按上刀片對下刀片的位置不同可分為平刃剪切和斜刃剪切。平刃剪切時，板料與上下刃口全長同時接觸，剪切力大，消耗功率大，振動也大。但是剪切質(zhì)量較好，剪切的板料比較平直，無扭曲變形。平刃剪切剪板機的傳動方式多為機械傳動，多用于小型剪板機和薄板下料。斜刃剪切是采用漸入剪切的方式，故瞬間剪切尺寸小于板料寬度。斜刃剪切質(zhì)量不如平刃剪切，有扭曲變形。但是剪切力和能量消耗比平刃剪切要小，故在大、中型剪板機中采用。由于我們所設(shè)計的為專用剪切機，所剪切的厚度僅為1mm，要求剪出的料板較直，所以我們選用平刀刃進行剪切。

圖3

圖4 氣壓傳動系統(tǒng)原理圖

圖5 氣壓傳動連接實體圖

7 剪切力的計算

基本要求尺寸：1.可剪板厚：1mm；可剪板寬：600mm；剪切角度 0°；行程次數(shù)：20/min

假設(shè)剪切面上剪切應力分布是均勻分布的。則剪切力的公式為：

在使用計算中由于剪切應力分布是均勻的所以有剪切應力公式為：

A表示剪切面的面積。FS為剪切面上的剪切力，τ與剪切面相切，故為切應力。由基本要求尺寸知剪切板厚度為1mm，

寬度為600mm，剪切面積為：

由經(jīng)驗可以取[τ]=2MP

由公式（1）有：

8 放料機構(gòu)輸出扭矩的計算

我們所選用的三相異步電動機功率為：2.2kW，轉(zhuǎn)速為：1430r/min，渦輪減速機傳動比：1/60。

電機輸出扭矩公式：T=9550P/n

電動機的額定轉(zhuǎn)矩：

減速箱輸出軸上的轉(zhuǎn)矩：

9 數(shù)控系統(tǒng)

9.1 主要功能

參數(shù)設(shè)置：可設(shè)置與加工、操作有關(guān)的各個控制參數(shù)，使加工效果達到最佳狀態(tài)。

手動操作：可實現(xiàn)高、低速手動、點動、回程序零、回機械零、坐標清零等操作。

程序管理：可對程序進行新建、刪除、修改、讀入、保存、另存、導入、導出。

示教功能：（即用手動的方式取點來生成程序）。

自動加工：可實現(xiàn)單段/連續(xù)、空運行、暫停等功能。

外部手動：可定義多種外部手動功能，以方便使用自由選擇。

輸入功能：使有限輸入口可實現(xiàn)各種用戶需求。

指令豐富：19條多功能指令，能滿足各種功能需要。

快速點位：各軸可以最高速度分動，以提高效率。

子程序：子程序調(diào)用，可嵌套8層。

中斷：由外部信號中斷當前的運動轉(zhuǎn)入中斷處理。

學校成立“數(shù)字化環(huán)境下‘三環(huán)六步’案例教學模式”教改專家指導委員會和領(lǐng)導小組。領(lǐng)導小組下設(shè)教改研究管理辦公室，辦公室設(shè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)專業(yè)科，由專業(yè)科長兼辦公室主任，具體負責教改的實施及技術(shù)培訓與指導工作。

隨動：各軸運動過程中，隨動軸可根據(jù)輸入點的狀態(tài)運動。

測位停：遇輸入點有效后中止當前程序行的執(zhí)行。

計數(shù)器：可加一、減一、設(shè)置、跳轉(zhuǎn)。

9.2 系統(tǒng)組成

數(shù)控系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

高性能、高速度32位1液晶顯示器（分辨率：192×64）

專用運動操控制芯片（信號輸出為：5V TTL）

輸出/輸入（10路光電隔離24V輸入，10路光電隔離24V輸出）

最大程序行數(shù)400行1薄膜按鍵陣列（28鍵）

9.3 技術(shù)指標

最小數(shù)據(jù)單位：0.001mm最大數(shù)據(jù)尺寸±9999.999mm

快速點位運動限速：8000mm/min（脈沖當量為0.001mm時）

最高加工速度限速：8000mm/min（脈沖當量為0.001mm時）

最高脈沖輸出頻率：150KHz

控制軸數(shù)：2軸（X，Y）

聯(lián)動軸數(shù)：2軸（X，Y）直線插補和圓弧插補1電子齒輪

9.4 系統(tǒng)主要功能

手動高速：低速切換，正顯時以低速（F1）運動，反顯時以高速（FH）運動。

點動操作：進入點動狀態(tài)，以設(shè)定值為步長，按一次方向鍵運動一次。

在按下“點動操作”時，此時可以輸入點動值，按回車即可。

回程序零：返回坐標零點，按此鍵后，將立即按最高速度返回參考點（0，0）點，另注：當選中“參數(shù)設(shè)置”的“系統(tǒng)”中“選項”下的“各自動”時各軸均按高速運動，先到先停。

回機械零：返回機械零點，（注：按此鍵被選白后，需要再繼續(xù)按某個方向）

手動方向鍵：X+：→，X-：←，Y+↑，Y-↓

速度倍率鍵：倍率增加PgUp，倍率減?。篜gDn

編輯狀態(tài)下操作按鍵說明

←：向前移動光標，當移動到本字段的最高位時，再按則不起作用，自動跳過小數(shù)點。

→：向后移動光標，當移到本字段的最低位時，再按則不起作用，自動跳過小數(shù)點。

↑：向前移動字段，光標在指令字段時，再按則進入前一程序段。

↓：向后移動字段，光標在最后一個字段時，再按則進入前一程序段。

F1（加一）：當光標處于數(shù)字輸入位置時。數(shù)字加一，加過9時自動進位；當光標處于符號位時，則“-”和空格交替，當光標處于指令字段，循環(huán)向前選擇不同指令。

F2（減一）：當光標處于數(shù)字輸入位置時。數(shù)字減一，減到9時自動進位；當光標處于符號位時，則“-”和空格交替，當光標處于指令字段，循環(huán)向后選擇不同指令。

F3：在當前程序行位置插入一個結(jié)束行（End）。

F4：當前程序行刪除。

PgUp：向前翻一個程序行。

PgDn：向后翻一個程序行。

程序讀入：

進入此功能后，屏幕顯示48個用戶程序名，可通過上、下、左、右光標鍵選擇程序名，選擇正確后按“回車”鍵，則讀入該程序內(nèi)容。

注：顯示“——”時為無程序。

9.5 常見故障及排除

9.5.1 手動時無運動

可能此方向有限位，或急停按鈕按下，電子齒輪的分子為0?；螂娮育X輪分母為0伺服驅(qū)動器或步進驅(qū)動器報警?？刂葡到y(tǒng)與驅(qū)動器間信號連接有誤。系統(tǒng)到驅(qū)動的信號連接有誤（可調(diào)換Dir與Cp信號線的連接）。

9.5.2 運動距離有誤差

電子齒輪比較不合適。更改伺服驅(qū)動器的電子齒輪或系統(tǒng)的電子齒輪。速度超過8m/分（以1微米為當量即電子齒輪為1：1時）。電機堵轉(zhuǎn)或丟步（阻力過大、或電機性能差、或電機功率過?。?。

9.5.3 輸入/輸出無效

輸入/輸出設(shè)置與所使用的口線不對應。輸入/輸出設(shè)置的口號不存在或設(shè)置為0.輸入/輸出口硬件有故障（可調(diào)換到未用的口位上）。24V電源工作不正常。

9.5.4 錯誤報警

符號錯誤：待跳轉(zhuǎn)的符號（不能為0）不存在，在待跳到的程序處（L）給定與其相同的符號。

9.5.5 屏幕顯示不正常

藍屏或白屏幕：首先檢查完5V電源是否正常，是否接觸良好，如果沒問題，可調(diào)整控制器左下方的選扭從而調(diào)整屏幕對比度。

9.5.6 脈沖口及輸入輸出口接線示意見圖6

圖6 接線示意圖

9.5.7 常用數(shù)據(jù)修改

（1）遞增遞減數(shù)據(jù)

是在第一個G00.1的X值后輸入基準值，第二個G00.1煩人X值后輸入遞增遞減量。

（2）循環(huán)剪切次數(shù)

是在M95后T值修改，修改值即為循環(huán)次數(shù)。

（3）不使用送料修改

是在M98P3那一段，將S1改為S0。

（4）面板按鍵操作

啟動、暫停是在出師界面程序的啟動和暫停，急停是緊急停止，X軸負為進料，X軸負正為退料，電源按鍵為系統(tǒng)上電按鈕。

[1]成大先，主編.《機械設(shè)計手冊》（1）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[2]成大先，主編.《機械設(shè)計手冊》（3）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[3]成大先，主編.《機械設(shè)計手冊》（5）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[4]陳立德，主編.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》（3版）.北京：高等教育出版社，2007，8.

TG333.2+1

A

1004-7344（2016）25-0225-02

2016－8－15

劉玉鋼（1969—），男，廣西柳州人，技師，本科，主要從事工程管理工作。

劉桂章（1983－），男，廣西桂林人，工程師，大專，主要從事工程施工技術(shù)管理，預結(jié)算等工作。

韓春輝（1990－），男，廣西柳州人，助理工程師，本科，主要從事施工技術(shù)管理，工程預算等工作。