[摘要]本文设计了一台自动剪板机，此剪切机用于剪切厚为0.2～0.3mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m×2m×3mm.剪断时间小于10s，重点就剪板机对刀机构、送料机构、剪板机结构可以进行了设计，在设计中通过对比国内外剪板机，力求设计出结构相对比较简单，操作便捷，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，大幅度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，剪板机的应用场景范围在不断地扩大，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慢慢的大。

  剪板机是借于运动的刀片和固定的刀片，采取了合理的刀片间隙，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，最大的作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都应该要依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。

  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0.2～3mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m×2m×3mm.

  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。

  本次设计题目要求达到剪切厚度0.2～3mm，剪切最大宽度为2000mm，裁剪的钢板规格为1m×2m×3mm,剪断时间

  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

  决定剪板机性能的主要有：剪板机的剪切力，压料力，剪切角和上刀片的行程量。

  斜刃剪板机的总剪切力比平刃剪板机的小，它包含三个组成部分：基本剪切力；被剪下部分板料的弯曲抗力以及板料在剪切区变形的弯曲抗力。总剪切力与剪切角的关系接近反比例，即随着剪切角的增加而减小。

  板材为10mm厚板材，属于中厚型板材，这种板材的一般材料为Q235，屈服点为235MPa，抗拉强度为375-460MPa，因此，确定各函数值如下。

  在剪切过程中，上刀片对板料作用着一个向前的水平推力T。为防止板料的位移，压料力必须使板料顶面和底面上产生的水平方向摩擦力大于T。

  剪切开始，上刀片的切入深度达到被剪板厚的瞬间，板料顶面和底面产生的摩擦力均为

  应该说，压料力随总剪切力增大而增大。但是压料力和被剪板宽也有一定关系，当剪切板宽较大时离开剪切区域较远的压料脚的作用不大。为此，总压料力为

  从剪切力的公式能清楚的看到，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）。

  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：

  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）

  h’通过查阅资料得到值为20～25mm，取值为20mm，因此得到值为100mm。

  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物理运动两种。

  剪板机液压传动系统原理图如图2-1所示，其原理：手动换向阀6推向左位（即左位接入系统），此时活塞在压力油的作用下向下运动，对板料进行剪切加工，当加工完成后，将阀6手柄推向右位（即右位接入系统），活塞向上运动，即刀片上抬，到了一定位置，将阀6手柄推入中位，这样活塞就停留在此位置不动。然后剪切第二次时，重复上述操作。手动换向阀6也可改为电气控制的换向阀，以此来实现自动连续剪切，提高效率。

  １.油箱 ２.粗过滤器 ３.液压泵 4.溢流阀 5.调速阀 6.手动三位四通换向阀 7.液压缸 8.滑块

  液压剪板机采取了液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，能够直接进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，但是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应的高，对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也相应的较高，而且液压系统不可避免的存在，泄露问题，会造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小[2]。另外，液压剪板机的维修也不方便，要掌握一定的专业相关知识，因此此次设计不选用此方案。

  凸轮机构的工作原理如图2-2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。

  凸轮机构的优点是能够准确的通过从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构通常用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作所承受的压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能够实现预期的动作要求，不能确保机器的稳定性，因此该方案不予采用。

  曲柄滑块机构的工作原理如图2-3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。

  该机构具有结构相对比较简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构较为贴切[3]。

  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）。通常来说，整体焊接的机架刚性最好，但由于体积非常庞大，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来加工，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。

  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。

  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，因此需要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——物理运动的剪板机。根据活塞和刀架的连接方式基本山有三种形式：

  在进行计算时可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：

  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和惯性矩，然后计算出惯性矩积和断面惯性主轴的转角。

  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。

  查资料得Q235刀架的许用应力值为60MPa,液压剪板机则为80MPa。

  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。电磁辊的吸力能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。吸力的值能够准确的通过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。

  剪板机的下刀片都具有四个刃。刀架沿前倾直线运动的剪板机上刀片能具有两个刃或者四个刃。刀架沿弧线运动的剪板机上刀片只宜有两个刃，而且必须将上刀片用螺钉或者垫片调整为一个空间曲面，因此上刀片的长度尽可能增大以减少接缝数。如果接缝处调整不当将导致刀具磨损的加剧和被剪板边偏差的增大。

  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。

  大致有几条途径：（1）利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；（2）利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；（3）利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；（4）其他。

  工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构相对比较简单、制造方便。运动可靠等优点，但在动力性能、动停比（运动时间和停歇时间之比）方面很难满足设计的基本要求。所以常用组合机构来满足设计要求。

  合理的传动方案首先要满足工作机的性能要求，适应工作环境，工作可靠，此外还应使传动装置的结构相对比较简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维修方便，要同时满足这些要求是很难的，因此要通过一系列分析比较多种传递方案，选择出保证重点要求的最佳传动方案。

  当采用由几种传动形式组成的多级传动时，要最大限度地考虑各种传动形式的特点，合理的分配其传动顺序。在选择时，应注意以下各种传动件的特性：

  （1） 带传动的承载能力小，传递相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此，宣布置在高速级。

  （3） 斜齿圆柱齿轮传动的平稳，较直齿轮较好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。

  （4） 开式直齿圆柱齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，因而磨损严重，寿命较短，应布置在低速级。

  （5） 圆锥齿轮传动只用于需要改变轴的布置方向的场合。由于圆锥齿轮加工很难，所以应将其布置在传动的高速级，并限制传动比，以减小直径和模数。

  （6） 蜗杆传动能轻松实现较大的传动比，结构紧密相连，传动平稳，但传动效率较低，故使用于中小功率的高速传动中。

  （7） 星轮机构能轻松实现间歇传动且无刚性冲击同时兼有槽轮机构的启动型性能，有兼有齿轮机构等速转位的优点，适应性较广，但是星轮机构往往制造比较困难。

  （8） 不完全齿轮机构结构相对比较简单，容易制造，工作可靠，十几小时运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。其缺点是有较大的冲击，所以只适用于低速、轻载场合。

  综上所述，考虑各方面，选择带传动和直齿圆柱齿轮进行若干个减速级和两个加速级的传动，利用星轮作间歇传动。

  优点：结构相对比较简单，传动平稳；成本低廉；过载保护；缓冲吸振。采用窄v带传动，传动效率较高。可承受较大的预紧力，速度快、挠曲次数高，还可减少带传动的尺寸。

  利用星轮做间歇传动，虽然制造很难，但是此机构的传动时间和间歇时间之比方便控制，利于达到一定的要求时间比。且受力情况较好，无刚性冲击。

  通过两个轮子的转动从而带动板料运动。行程选用2000mm，按照图示机构有：行程H=nd，n为滚子转动圈数，d为滚子直径。为方便设计传动比选用滚子周长为：400mm。又直径 d=周长/ 所以可算得直径为：127.324mm。此时滚子转动五圈即达到一定的要求行程。

  为均匀分布载荷，可初步确定个齿轮齿数；令两个大的主动齿轮1、3的齿数分别为100 ，60；从动小齿轮2、4的齿数分别为30 ，20；这样传动比刚好达到1：10。