劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 廣西柳州 545007）

數(shù)控鋁帶剪切機(jī)的研制

劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 廣西柳州 545007）

制造業(yè)生產(chǎn)效率的提高是帶動(dòng)一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要的因素，其發(fā)展水平標(biāo)志著地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平。本文主要結(jié)合了當(dāng)前鋁電解槽鋁母線軟帶剪切施工過(guò)程中所使用普通的剪板，人工送料剪切，導(dǎo)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，我廠進(jìn)行了鋁電解專用數(shù)控鋁帶剪切機(jī)的研制，為實(shí)現(xiàn)高效、快速、便捷等特點(diǎn)，大大提高了產(chǎn)生效率。

數(shù)控鋁帶剪切機(jī)；剪切；設(shè)計(jì)

1 研制目的

近年來(lái)，我單位在進(jìn)行鋁電解槽鋁母線軟帶剪切施工過(guò)程中，只能使用普通的剪板機(jī)，人工送料進(jìn)行剪切，不僅效率低，尺寸精度難以保證，而且浪費(fèi)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(qiáng)我單位在鋁電解市場(chǎng)的技術(shù)能力及水平，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)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(tuán)隊(duì)進(jìn)行了數(shù)控鋁帶剪切機(jī)的設(shè)計(jì)、制造工作。

2 方案選擇及設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)之前，我廠技術(shù)人員進(jìn)行了多方考察論證，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上的數(shù)控剪切機(jī)不適合我公司需要之處，比如：送料機(jī)構(gòu)、送料速度、校平問(wèn)題、剪切速度、剪切長(zhǎng)度等設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)與我公司需使用的數(shù)控剪切機(jī)技術(shù)參數(shù)不符合，針對(duì)此種情況，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)研究計(jì)算，對(duì)數(shù)控剪切機(jī)進(jìn)行了較多的改良，整體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)都進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，研制出了鋁電解專用數(shù)控鋁帶剪切機(jī)。

3 概述

數(shù)控鋁帶剪切機(jī)是針對(duì)生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)的專用設(shè)備，用于施工現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊小巧，安裝方便，專用性強(qiáng)，便于維修保養(yǎng)，剪切速度快，成形美觀等優(yōu)點(diǎn)。

4 數(shù)控鋁帶剪切機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

數(shù)控鋁帶剪切機(jī)在滿足使用要求的前提下應(yīng)盡量精簡(jiǎn)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)小組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工要求的仔細(xì)了解，并深入分析了市場(chǎng)上數(shù)控剪切機(jī)的的各個(gè)功能模塊后，制作出了由放料機(jī)構(gòu)、校平機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)組成的數(shù)控鋁帶剪切機(jī)（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(jī)構(gòu)

圖2 放料機(jī)構(gòu)組件

5 數(shù)控氣動(dòng)傳動(dòng)方案

數(shù)控鋁帶剪切機(jī)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖4～5所示，其原理：通電流時(shí)右位接入系統(tǒng)，此時(shí)活塞在氣壓作用下向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)鋁帶進(jìn)行剪切加工，當(dāng)工作完成后，無(wú)電流作用，右位接入系統(tǒng)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，即刀片上抬。通過(guò)數(shù)控控制電流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)剪切。

6 刀刃的選擇

剪板機(jī)按上刀片對(duì)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(shí)，板料與上下刃口全長(zhǎng)同時(shí)接觸，剪切力大，消耗功率大，振動(dòng)也大。但是剪切質(zhì)量較好，剪切的板料比較平直，無(wú)扭曲變形。平刃剪切剪板機(jī)的傳動(dòng)方式多為機(jī)械傳動(dòng)，多用于小型剪板機(jī)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(jī)中采用。由于我們所設(shè)計(jì)的為專用剪切機(jī)，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(jìn)行剪切。

圖3

圖4 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

圖5 氣壓傳動(dòng)連接實(shí)體圖

7 剪切力的計(jì)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(yīng)力分布是均勻分布的。則剪切力的公式為：

在使用計(jì)算中由于剪切應(yīng)力分布是均勻的所以有剪切應(yīng)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(yīng)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(yàn)可以取[τ]=2MP

由公式（1）有：

8 放料機(jī)構(gòu)輸出扭矩的計(jì)算

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

電機(jī)輸出扭矩公式：T=9550P/n

電動(dòng)機(jī)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(gè)控制參數(shù)，使加工效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

手動(dòng)操作：可實(shí)現(xiàn)高、低速手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、回程序零、回機(jī)械零、坐標(biāo)清零等操作。

程序管理：可對(duì)程序進(jìn)行新建、刪除、修改、讀入、保存、另存、導(dǎo)入、導(dǎo)出。

示教功能：（即用手動(dòng)的方式取點(diǎn)來(lái)生成程序）。

自動(dòng)加工：可實(shí)現(xiàn)單段/連續(xù)、空運(yùn)行、暫停等功能。

外部手動(dòng)：可定義多種外部手動(dòng)功能，以方便使用自由選擇。

輸入功能：使有限輸入口可實(shí)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(diǎn)位：各軸可以最高速度分動(dòng)，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(hào)中斷當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷處理。

學(xué)校成立“數(shù)字化環(huán)境下‘三環(huán)六步’案例教學(xué)模式”教改專家指導(dǎo)委員會(huì)和領(lǐng)導(dǎo)小組。領(lǐng)導(dǎo)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(zhǎng)兼辦公室主任，具體負(fù)責(zé)教改的實(shí)施及技術(shù)培訓(xùn)與指導(dǎo)工作。

隨動(dòng)：各軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨動(dòng)軸可根據(jù)輸入點(diǎn)的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

測(cè)位停：遇輸入點(diǎn)有效后中止當(dāng)前程序行的執(zhí)行。

計(jì)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(yùn)動(dòng)操控制芯片（信號(hào)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(biāo)

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

快速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)限速：8000mm/min（脈沖當(dāng)量為0.001mm時(shí)）

最高加工速度限速：8000mm/min（脈沖當(dāng)量為0.001mm時(shí)）

最高脈沖輸出頻率：150KHz

控制軸數(shù)：2軸（X，Y）

聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：2軸（X，Y）直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)1電子齒輪

9.4 系統(tǒng)主要功能

手動(dòng)高速：低速切換，正顯時(shí)以低速（F1）運(yùn)動(dòng)，反顯時(shí)以高速（FH）運(yùn)動(dòng)。

點(diǎn)動(dòng)操作：進(jìn)入點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)，以設(shè)定值為步長(zhǎng)，按一次方向鍵運(yùn)動(dòng)一次。

在按下“點(diǎn)動(dòng)操作”時(shí)，此時(shí)可以輸入點(diǎn)動(dòng)值，按回車即可。

回程序零：返回坐標(biāo)零點(diǎn)，按此鍵后，將立即按最高速度返回參考點(diǎn)（0，0）點(diǎn)，另注：當(dāng)選中“參數(shù)設(shè)置”的“系統(tǒng)”中“選項(xiàng)”下的“各自動(dòng)”時(shí)各軸均按高速運(yùn)動(dòng)，先到先停。

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

手動(dòng)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(shuō)明

←：向前移動(dòng)光標(biāo)，當(dāng)移動(dòng)到本字段的最高位時(shí)，再按則不起作用，自動(dòng)跳過(guò)小數(shù)點(diǎn)。

→：向后移動(dòng)光標(biāo)，當(dāng)移到本字段的最低位時(shí)，再按則不起作用，自動(dòng)跳過(guò)小數(shù)點(diǎn)。

↑：向前移動(dòng)字段，光標(biāo)在指令字段時(shí)，再按則進(jìn)入前一程序段。

↓：向后移動(dòng)字段，光標(biāo)在最后一個(gè)字段時(shí)，再按則進(jìn)入前一程序段。

F1（加一）：當(dāng)光標(biāo)處于數(shù)字輸入位置時(shí)。數(shù)字加一，加過(guò)9時(shí)自動(dòng)進(jìn)位；當(dāng)光標(biāo)處于符號(hào)位時(shí)，則“-”和空格交替，當(dāng)光標(biāo)處于指令字段，循環(huán)向前選擇不同指令。

F2（減一）：當(dāng)光標(biāo)處于數(shù)字輸入位置時(shí)。數(shù)字減一，減到9時(shí)自動(dòng)進(jìn)位；當(dāng)光標(biāo)處于符號(hào)位時(shí)，則“-”和空格交替，當(dāng)光標(biāo)處于指令字段，循環(huán)向后選擇不同指令。

F3：在當(dāng)前程序行位置插入一個(gè)結(jié)束行（End）。

F4：當(dāng)前程序行刪除。

PgUp：向前翻一個(gè)程序行。

PgDn：向后翻一個(gè)程序行。

程序讀入：

進(jìn)入此功能后，屏幕顯示48個(gè)用戶程序名，可通過(guò)上、下、左、右光標(biāo)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(shí)為無(wú)程序。

9.5 常見故障及排除

9.5.1 手動(dòng)時(shí)無(wú)運(yùn)動(dòng)

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(dòng)器或步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器報(bào)警?？刂葡到y(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器間信號(hào)連接有誤。系統(tǒng)到驅(qū)動(dòng)的信號(hào)連接有誤（可調(diào)換Dir與Cp信號(hào)線的連接）。

9.5.2 運(yùn)動(dòng)距離有誤差

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

9.5.3 輸入/輸出無(wú)效

輸入/輸出設(shè)置與所使用的口線不對(duì)應(yīng)。輸入/輸出設(shè)置的口號(hào)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(cuò)誤報(bào)警

符號(hào)錯(cuò)誤：待跳轉(zhuǎn)的符號(hào)（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(hào)。

9.5.5 屏幕顯示不正常

藍(lán)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(wèn)題，可調(diào)整控制器左下方的選扭從而調(diào)整屏幕對(duì)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(gè)G00.1的X值后輸入基準(zhǔn)值，第二個(gè)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(dòng)、暫停是在出師界面程序的啟動(dòng)和暫停，急停是緊急停止，X軸負(fù)為進(jìn)料，X軸負(fù)正為退料，電源按鍵為系統(tǒng)上電按鈕。

[1]成大先，主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（1）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[2]成大先，主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（3）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[3]成大先，主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（5）（5版）.北京：化工工業(yè)出版社，2008，3.

[4]陳立德，主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)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(yù)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(yù)算等工作。