圓盤剪切機

變寬度圓盤剪切機為三自由度剪切機結(jié)構(gòu)：剪刀盤位于X 平動機構(gòu)上，實現(xiàn)沿板材X 方向的變寬度剪切；為保證剪刃始終與板材垂直，剪刀盤需要沿Z 軸的轉(zhuǎn)動；同時為保證對任意曲率板材的剪切，考慮到剪刀盤的回轉(zhuǎn)半徑為固定尺寸，需要剪刀盤可以沿Y 方向（板材運動方向）移動。傳動機構(gòu)中除Z 方向采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)外，其余均為絲杠—絲母結(jié)構(gòu)。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)剪刀盤點高精度定位定速，采用5 個伺服電機分別驅(qū)動以上3 個自由度上的5 個電機。于是該剪切機就可以根據(jù)實際需求，以高精度剪切出對稱或非對稱、具有任意曲率的板材，剪切軌跡 。

作為機械加工的第一道工序，剪切加工在實際生產(chǎn)中被廣泛采用。隨著加工產(chǎn)品形式的多樣化，傳統(tǒng)的只能完成簡單剪切的剪切設備已經(jīng)不能滿足實際需求。例如在冷彎成型領域中，柔性冷彎產(chǎn)品需要成型板料沿縱向尺寸是變化的，因此高精度的變寬度剪切機是柔性冷彎成型重要的前序設備。我校設計制造的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變寬度圓盤剪切機實現(xiàn)了對板材的變寬度剪切，不僅為柔性冷彎成型提供變寬度板料，也為其它有變寬度剪切需求的應用提供了有效的解決方案。仿真技術(shù)在機械系統(tǒng)中的應用非常廣泛，在產(chǎn)品或設備的前期設計中對原理與性能進行分析與驗證，以保證產(chǎn)品或設備滿足設計要求。隨著系統(tǒng)分析的細化與軟件技術(shù)的進步，越來越多的仿真研究采用軟件聯(lián)合應用的方式，以充分利用各類軟件的特點與優(yōu)勢，實現(xiàn)對系統(tǒng)進行綜合分析的目的，即聯(lián)合仿真。例如在三維造型軟件SolidWorks 或Pro/E 中進行三維建模，然后在ADAMS 中進行運動學與動力學分析，使造型的便利性與強大的分析功能相結(jié)合，為改善系統(tǒng)性能提供依據(jù)。此外，利用MATLAB 軟件強大的計算功能與成熟的控制系統(tǒng)分析功能，對機械系統(tǒng)分析中的非線性因素以及控制算法加以仿真，使仿真技術(shù)向機電一體化方向發(fā)展。

這里設計制造的變寬度圓盤剪切機具有三個自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)任意軌跡的剪切。由于采用圓盤剪切，所以機械結(jié)構(gòu)與工作原理相對復雜，同時剪切過程中還受板料速度的影響，這些都為高精度剪切控制帶來了一定挑戰(zhàn)。因此，需要在虛擬環(huán)境下對樣機工作原理進行深入研究，同時檢驗控制方法的合理性，而這些工作在三維造型軟件所提供的仿真環(huán)境中是無法實現(xiàn)的。采用SolidWorks 造型平臺建立變寬度圓盤剪切機的虛擬樣機，采用LabVIEW開發(fā)平臺編寫控制虛擬樣機運動的驅(qū)動程序，利用MechatronicsToolkit 接口模塊將虛擬樣機平臺與實時控制平臺相連接，實現(xiàn)LabVIEW 對SolidWorks 下虛擬樣機的運動軌跡控制，即LabVIEW-SolidWorks聯(lián)合仿真，從而更直觀有效地對剪切機的運動規(guī)律進行分析，設計出合理的控制律，節(jié)約由仿真到實時控制的時間成 本。

將被剪切的坯料夾在壓料定心盤上.尾座上的夾緊機構(gòu)通過棘輪和絲杠控制夾緊力，井能繞壓料定心盤中心轉(zhuǎn)動。尾座上的移動絲杠用來調(diào)節(jié)壓料定心盤中心主圓盤剪刀的距離，也就是剪切圓形坯件的半徑。通過上、下閱盤剪刀的旋轉(zhuǎn)，完成園形坯件的剪切。剪切任憊曲線形坯件時，夾緊機構(gòu)只起支承作用，依據(jù)劃線由人工送進。目盤剪切機也可以剪切條料，但是剪切后條料彎曲度較大 。

仿真分析是目前對復雜機械結(jié)構(gòu)或復雜控制系統(tǒng)進行分析設計的重要手段與方法。軌跡控制是根據(jù)預定軌跡的形態(tài)特征分析實際樣機各運動軸的協(xié)調(diào)動作，編寫其驅(qū)動設備的控制程序，從而實線預定軌跡的控制。對于復雜機械結(jié)構(gòu)而言，任一軌跡的生成都是通過多設備驅(qū)動協(xié)同完成的。因此，在虛擬環(huán)境下仿真運動軌跡，實現(xiàn)設計思想，體現(xiàn)機構(gòu)動作過程，不僅避免實際調(diào)試

可能面臨的風險，更為實際控制提供依據(jù)。使得對系統(tǒng)有更加深入的了解，從而設計出性能更加優(yōu)異的物理樣機，降低系統(tǒng)可行性驗證的時間成本與實際成本。

在SolidWorks 環(huán)境下，建立了變寬度圓盤剪切機的原理樣機，通過接口模塊Mechatronics Toolkit，將剪切機中電機的控制軌跡轉(zhuǎn)換為虛擬樣機中電機的驅(qū)動函數(shù)，使剪切機的原理樣機能夠進行復雜的軌跡仿真。剪切機軌跡仿真系統(tǒng)的建立，不僅驗證了軌跡控制方法，更直觀分析了機構(gòu)復雜的動作過程。仿真過程得到的大量分析參數(shù)，有助于深入了解物理樣機結(jié)構(gòu)和運動原理，提高系統(tǒng)軌跡控制精度，完善控制律。所采用仿真方法，為其它復雜機構(gòu)的軌跡仿真分析提供了有效的解決方案 。

首先以剪切三斜率板材為例，對虛擬樣機軌跡控制過程進行說明。板材的剪切軌跡，虛線為板料邊界，實線為剪切軌跡，即剪刀盤的運動軌跡為：沿X 方向正向電機迅速運動50mm 后，保持位置不變。當板材行走100mm 后，剪刀盤電機正向轉(zhuǎn)動15°，同時平動電機以板速v0tan15°反向運動，板材行走100mm 后，剪刀盤電機反向轉(zhuǎn)動15°后停止運動，保持當前位置至板材運行100mm。為簡化仿真過程，令板材速度v0 為常值，且速度值設為50mm/s。聯(lián)合仿真界面。指令軌跡與仿真軌跡。

由仿真軌跡可以看出，通過LabVIEW 下的指令設計，完成了對多軸電機的協(xié)同控制，實現(xiàn)了對剪切機虛擬樣機預期軌跡的控制，包括位置控制與速度控制。由于控制指令考慮了電機的啟停特性，因此仿真位移軌跡呈現(xiàn)出S 形曲線特征。此外，仿真時采用電機空載特性，與實際中電機帶載后的特性不完全一致，根據(jù)負載不同響應速度會產(chǎn)生或大或小的延遲。在實際控制中，可以通過設計控制律來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，最大程度降低由于系統(tǒng)過渡過程而產(chǎn)生的偏差，從而提高控制精度。

采用同樣方法，對剪切機進行弧線軌跡的仿真，指令軌跡與仿真軌跡。仿真軌跡較指令軌跡略有滯后也是由于電機啟停特性的影響，實際中可以添加控制率加以改善。由于剪切弧線的曲率半徑與剪切機回轉(zhuǎn)半徑相關(guān)，因此在實際剪切控制中，需根據(jù)軌跡尺寸調(diào)整控制參數(shù)，以實現(xiàn)剪切機任意軌跡的剪切 。

圓盤剪板機由主機和尾座兩部分組成，主機主體為右側(cè)的深喉口結(jié)構(gòu)。傳動箱內(nèi)有齒輪變速機構(gòu).變速機構(gòu)有三種速度。上、下國盤刀片由齒輪、鏈輪傳動.下圓盤刀片為齒輪傳動。兩個圓盤刀片呈45°分布。以利曲線剪切。剪切間隙靠上、下刀盤系統(tǒng)的蝸輪一螺旋機構(gòu)實現(xiàn)。

在SolidWorks 中建立剪切機虛擬樣機后，其運動分析插件COSMOSMotion 可進行基本的運動學及動力學仿真，初步分析剪切機的運動特性。但由于COSMOSMotion 電機驅(qū)動函數(shù)類型較單一，并且對于復雜軌跡的數(shù)據(jù)加載十分困難，尤其是同時驅(qū)動多電機且電機之間需要協(xié)同運動時。因此，分析復雜機構(gòu)的運動軌跡時，COSMOSMotion 仿真環(huán)境具有一定的局限性。變寬度剪切機的實時控制平臺采用具有虛擬儀器思想的高性能模塊化硬件集成平臺—PXI 控制器與圖形化軟件LabVIEW。LabVIEW 以嚴格定義的概念構(gòu)成了一種易于理解和掌握的硬件和軟件模塊，并提供了一個理想的程序設計環(huán)節(jié)，較傳統(tǒng)的文本語言，節(jié)約程序的開發(fā)時間。

LabVIEW 開發(fā)了電機專用控制模塊—MotionAssistant，能夠方便地實現(xiàn)電機的直線及圓弧控制。借助NIMechatronicsToolkit 接口工具包，可以將LabVIEW 中的電機驅(qū)動函數(shù)加載于SolidWorks 虛擬樣機中，使其能夠按照LabVIEW 中所設計的控制參數(shù)動作，從而實現(xiàn)LabVIEW-SolidWorks 的聯(lián)合仿真。通過聯(lián)合仿真，不僅能夠協(xié)調(diào)多電機同時進行控制，還能夠深入剖析剪切機的工作原理及運動規(guī)律，實現(xiàn)對復雜剪切軌跡的仿真，進而分析影響剪切軌跡精度的各種因素。

1 變寬度剪切機虛擬樣機的建立

與其他三維造型軟件相比，SolidWorks 簡便易用，且具有功能強大、操作便捷、界面友好等特點。在SolidWorks 環(huán)境下對剪切機各零件進行虛擬建模并裝配，裝配過程嚴格遵循實際機構(gòu)配合關(guān)系、運動原理，力求使虛擬樣機具有與原型機相似的物理特性，為實現(xiàn)運動軌跡仿真奠定基礎。鑒于所討論的仿真著重研究運動控制與運動軌跡，因此只需對影響剪切軌跡的關(guān)鍵運動部件進行原理建模，相應的運動動作通過對其添加約束實現(xiàn)。如X、Y 方向上的傳動機構(gòu)添加移動副實現(xiàn)剪切機兩方向的平動；Z 方向上的傳動機構(gòu)添加旋轉(zhuǎn)副與耦合關(guān)系實現(xiàn)剪刀箱的轉(zhuǎn)動。實際剪切過程中，剪刀盤的旋轉(zhuǎn)不影響剪切軌跡，故只需對下剪刀盤建模，其頂點運動軌跡即是剪切成型軌跡。建立的剪切機虛擬樣機模型。

在COSMOSMotion 中，可通過編輯各約束屬性，定義其慣性、添加力、運動類型及驅(qū)動運動等仿真控制參數(shù)，對虛擬樣機進行簡單運動分析。LabVIEW 通過控制COSMOSMotion 中的運動副，實現(xiàn)對虛擬樣機的運動控制。

2 LabVIEW 與SolidWorks 的連接

NI Motion Assistant 是NI 開發(fā)的專用于運動控制的模塊，將基本運動類型封裝為獨立單元，供LabVIEW 調(diào)用，提高運動控制應用程序的開發(fā)效率。接口模塊Mechatronics Toolkit 以項目的形式將LabVIEW 開發(fā)的控制程序與SolidWorks 中的虛擬樣機連接起來，實現(xiàn)LabVIEW 對SolidWorks 模型的控制。項目瀏覽器界面，即在此工具包中，NI Motion Assistant 程序與COSMOSMotion Simulation 的接口轉(zhuǎn)換程序列于同一項目下，方便用戶的調(diào)用。為實現(xiàn)LabVIEW 與SolidWorks 之間的數(shù)據(jù)交互即程序?qū)μ摂M樣機的仿真參數(shù)加載，程序中的運動軸名稱要與相應的約束名稱保持一致，并將驅(qū)動函數(shù)定義為“樣條線”，這是實現(xiàn)聯(lián)合仿真的兩個重要因素 。

用于切邊的圓盤剪，它的機構(gòu)組成一般情況是：左右機架、上下刀軸、底座、機架移動機構(gòu)、刀盤調(diào)整機構(gòu)和傳動裝置等。

2個刀架安裝在一個共用焊接底座上，刀架通過電動的雙導螺桿沿導軌移動來調(diào)節(jié)開口度，每個刀架裝有2個刀頭。刀頭的間隙是通過電動機傳動上、下刀桿上的螺母來調(diào)節(jié)，由傳感器進行位置控制。刀頭的重合量是通過電動機傳動偏心套對刀軸進行縱向調(diào)節(jié)，由傳感器進行位置控制。在圓盤剪的入口布置1個通帶輥和1對壓緊輥，由液壓缸升降。圓盤剪出口兩側(cè)布置有廢料導槽。

圓盤剪的結(jié)構(gòu)必須保證帶鋼兩側(cè)邊緣整齊，嚴格控制帶鋼寬度，在圓盤剪上對帶鋼兩側(cè)進行切邊，切下的邊緣在碎邊機上進行破碎。 2100433B

箱式剪切機高效的箱式剪切機

箱式剪切機是一種高效的廢鋼處理設備。箱式剪切機的最初設計者源自歐洲，它的結(jié)構(gòu)緊湊，一體式設計便于移動，可用發(fā)動機和電機混合動力控制，也可以用發(fā)動機或電機單獨控制。箱式剪的最大優(yōu)點在于它的整體利用率高。主要可以從人工，耗能，機械損耗，設備維修費用等體現(xiàn)出來。箱式剪切機機身采用高強度錳板焊接而成，易磨損處采用進口的900高強度耐磨板做襯板，箱式剪切機的刀片采用合金鋼材質(zhì)，能經(jīng)受得起長時間的高強度的工作。箱式剪切機的液壓系統(tǒng)采用液壓循環(huán)設計，加快了箱式剪切機的剪切速度，一般的箱式剪切機一分鐘只能剪切3.5次，用了循環(huán)設計可以達到4.5次的速度，大大的提高了工作效率。

箱式剪切機箱式剪切機的優(yōu)勢

1、運行成本低，效率高，沒有預壓蓋，操作少，可以連續(xù)加料。

2、自我封閉操作由PLC全自動控制，大大提高了工作效率。

3、通過牽引車輛裝載和運輸。

4、體積小，一體式，穩(wěn)定性高。

5．箱式剪切機可以采用發(fā)動機控制。

6、低投資和運行費用。

7、箱式剪所有的內(nèi)表面有一個磨損板蓋，因此只有較少的磨損。

8、廢料是從上面加入，由預壓缸壓縮廢料后自動滑落并被剪切缸剪切，這種設計大大提高了設備的效率和安全性。2100433B

平行刃剪切機

平行刃剪切機的兩個剪刃是彼此平行的，它通常用來在熱態(tài)下橫向剪切方形及矩形斷面的鋼坯。也可用來冷剪型材，將刀片做成成型剪刃來剪切非矩形斷面的軋種。

平行刃剪切機按剪切機構(gòu)的運動特點，分為上切式和下切式兩種型式。

上切式剪切機的下剪刃是固定的；由上剪刃的上下運動進行剪切。其剪切機構(gòu)通常采用：曲柄連桿機構(gòu)。

下切式剪切機的兩個剪刃都運動，剪切過程是通過下剪刃上升來實現(xiàn)剪切的。其剪切機構(gòu)通常有偏心軸式和浮動式。

平行刃剪切機，在工作時能承受的最大剪切力是它的主要參數(shù)，故人們習慣上以最大剪切力來命名。

斜刃剪切機

斜刃剪切機的一個剪刃相對另一個剪刃成某一角度放置。斜刃剪切機按剪切機構(gòu)的運動特點也可分為上切式，下切式和復合式等。

上切式斜刃剪

這種剪切機的下剪刃平直而固定，上剪刃是傾斜的并上下運動實現(xiàn)剪切。上切式斜刃剪通常是作為單獨設備，用來剪切寬的板材，當板材厚度大于20毫米時，可用在連續(xù)作業(yè)線上橫切板材，但要有擺動輥道，另外，當板材厚度大于25毫米不能用圓盤剪切邊時，在連續(xù)作業(yè)線上的兩邊設置上切式斜刃剪進行切邊。

下切式斜刃剪

這種剪切機的上剪刃是固定的，由下剪刃上下運動進行剪切。由于它是下剪刃向上運動進行剪切，故不需要設置擺動輥道，一般多用于連續(xù)作業(yè)線上橫切帶材。這種剪切機的剪刃通常上剪刃是傾斜的，下剪刃是水平的。但近來采用上剪刃是水平的，下剪刃是傾斜的愈來愈多，生產(chǎn)經(jīng)驗證明，這種型式能夠保證剪切面相對帶材中心線及表面垂直度。其缺點是由于壓板要放在下面而造成結(jié)構(gòu)復雜化。

復合式斜刃剪

在連續(xù)式作業(yè)線上的尾部，為了將原來焊接起來的長帶材分成一定重量的卷材，設有復合式斜刃剪切機。這種剪中間有固定的雙刃刀架，上下有活動刀架，也稱上下雙層斜刃剪切機。當帶材通過固定雙刃刀架上部，帶材由l號卷取機卷取。當需要分卷時，上活動刀架下降切斷帶材，后面的帶材通過固定雙刃刀架下部，由另一臺卷取機卷取。

圓盤式剪切機

這種剪切機的上下剪刃是圓盤狀的。剪切時，圓盤刀以相等于軋件的運動速度做圓周運動，形成了一對無端點的剪刀。圓盤剪通常設置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運動的板材或帶材。

鱷魚式剪切機

鱷魚式剪切機適用于金屬回收公司、廢鋼廠、冶煉鑄造企業(yè)對各種形狀的型鋼及各種金屬結(jié)構(gòu)進行冷態(tài)剪切、以加工合格爐料玫鋮機械剪切機采用液壓驅(qū)動、操作方便、維修簡單。剪切力從63噸至400噸共8個等級。

龍門式剪切機

主要適用于鋼板、銅板、鎳板等金屬板材的開料。剪切力100噸至250噸。主要被剪切材料尺寸（12~20mm）*250mm。剪切次數(shù)每分鐘8~12次。該系列需簡單基礎設施。龍門剪采用液壓驅(qū)動，與機械傳動式剪切機相比具有體積小、重量輕、運動慣性小、噪音低、運動平穩(wěn)、操作靈活、剪切斷面大等特點。液電一體化控制、可實行單次、連續(xù)動作轉(zhuǎn)換、使用簡單方便、可在任意工作位置停止、運行、易于實現(xiàn)過載保護。適用范圍廣泛，既可作金屬回收加工單位的加工設備，又可作為工廠鑄造車間的爐料加工和機械建筑行業(yè)的金屬剪斷加工設備。