王尚斌，黃 偉，顧鴻順

（1.江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 揚州 225200；2.江蘇省金屬板材智能裝備重點實驗室，江蘇 揚州 225200）

直角剪板機是一種具有兩個互成直角的刀刃，可對板料進行直角形剪切的機床。全伺服控制直角剪板機，與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、自動上料、自動下料堆垛、分揀裝置等組成數(shù)控板料沖剪自動化加工系統(tǒng)，可以自動完成沖壓和剪切加工，加工完成的工件可直接傳送至下道工序折彎、焊接等；板材利用率高、無框料、部件邊角質(zhì)量高、整個過程中框料狀態(tài)穩(wěn)定、易于實現(xiàn)自動化控制、每個工件的成本較低。沖剪設(shè)備可以作為獨立的生產(chǎn)設(shè)備，也可以成為智能工廠中材料處理的重要設(shè)備。直角剪切已頻繁應(yīng)用于各類產(chǎn)品中，如電梯門板，采暖通風設(shè)備與電氣開關(guān)柜等[1-2]。

1 直角剪板機分類

數(shù)控直角剪板機的主傳動結(jié)構(gòu)主要有液壓式、離合器式、單點伺服球頭式、四點伺服驅(qū)動式等幾種形式[3]。

其中，液壓式需要設(shè)置液壓油的冷卻系統(tǒng)，液壓油的泄漏及廢油處理會造成一定的環(huán)境污染，另外工作時，液壓泵站中的油泵是連續(xù)工作的，會產(chǎn)生大量的熱能損耗，剪板機不剪切時也在耗電，也會產(chǎn)生大量能耗。

離合器式電機也始終處于工作狀態(tài)，能耗也較高。此外，現(xiàn)有的直角剪板機的剪切行程均需要現(xiàn)場調(diào)整，其調(diào)整方式為機械式，調(diào)整速度慢，且精度不易得到保證。

單點伺服直驅(qū)式直角剪板機通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿直接帶動上刀架運動，實現(xiàn)板料的剪切。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，省去了中間傳遞環(huán)節(jié)，可完成比較高效和節(jié)能的剪切工作，上下刀片間隙變化更多的是由機架變形帶動刀架移動引起，單點驅(qū)動傳動機構(gòu)占用空間小，更容易實現(xiàn)機架的封閉箱體設(shè)計，機架剛性好，是目前市場上的主流驅(qū)動結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品代表企業(yè)有普瑪寶、金方圓。與四點壓緊結(jié)構(gòu)相比，單點驅(qū)動剪切過程中刀架的翻轉(zhuǎn)完全由導(dǎo)軌平衡，導(dǎo)軌承載力較大。

四點伺服驅(qū)動式通過采用兩個伺服電機控制著四個受力點精確地同步運行，剪切過程中產(chǎn)生的側(cè)向力不再完全由上刀架側(cè)面的滾珠直線導(dǎo)軌承受，同時還有三個驅(qū)動點處于剪切負載的正上方，可以承擔大部分的剪切負載，基本抵消了剪切負載對于上刀架中心產(chǎn)生的傾斜力矩，上刀架的運行因工作負載導(dǎo)致滾珠直線導(dǎo)軌受力變形的影響極大降低，運行更平穩(wěn)，剪切精度也會更高；同時所有傳動結(jié)構(gòu)均采用滾動摩擦形式，能量損耗更低。代表產(chǎn)品為亞威的RS1000 系列。

2 直角剪板機應(yīng)用

直角剪板機更多的是與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床配合使用，組成數(shù)控沖剪復(fù)合機。用戶從數(shù)控沖床側(cè)進行鈑金加工板材的上料，上料后的板材由機床夾鉗夾持。數(shù)控沖床上安裝有長導(dǎo)向模具，可以對需要加工的鈑金工件進行沖孔、拉伸等操作；數(shù)控直角剪床上安裝有X 向剪刀和Y 向剪刀，對完成沖孔成形加工的板件進行剪切分離的動作[4-6]。

數(shù)控直角剪的兩把剪刀相互垂直，其中一把剪刀可進行連續(xù)裁剪，大大提高了板材下料的效率，同時又可根據(jù)零件的輪廓有效節(jié)省原材料，克服了傳統(tǒng)數(shù)控剪板機床的缺陷。數(shù)控直角剪兩把剪刀的設(shè)置如圖1 所示，其中X 方向的剪刀長度一般比Y 方向的剪刀長度長，節(jié)省空間的同時能夠根據(jù)排版完成各種尺寸的板材剪切。數(shù)控沖剪復(fù)合機在設(shè)計上允許直角剪的兩把剪刀有如下工作狀態(tài)：①全剪，直角剪的X 剪刀和Y 剪刀同時上下進行剪切動作；②半剪，Y 方向刀具上抬，僅X 方向刀具上下進行剪切運動。數(shù)控直角剪全剪、半剪狀態(tài)的選擇主要依據(jù)鈑金件實際剪切需求決定。

圖1 直角剪剪切布局示意圖

被剪切后的廢料和零件通過毛刷輸送帶送出，然后由兩套分選裝置分選后分別進入不同的料箱，分選過程和裁剪過程并行處理，邊裁剪、邊分選，極大地提高了板材加工效率。數(shù)控沖剪復(fù)合機對于不同板厚的鈑金工件加工，數(shù)控沖床部分需要更換不同間隙的沖孔?；蛘叱尚湍?，數(shù)控直角剪部分需要通過電氣控制相應(yīng)的調(diào)整上下剪刀的間隙，以保證鈑金工件加工的斷面質(zhì)量。

數(shù)控沖剪復(fù)合機床使板材沖孔、成形及剪切過程一次完成，由原材料直接生成工件，替代了傳統(tǒng)的沖剪分離加工工序。數(shù)控沖剪復(fù)合機由數(shù)控沖床和數(shù)控直角剪床套裁加工，其優(yōu)點總結(jié)如下：

（1）通過自動編程軟件，提高了原材料利用率；

（2）機床集成化程度高，板材運輸環(huán)節(jié)少，提高了鈑金件加工制造精度；

（3）零件的制造周期縮短，用戶的生產(chǎn)效率提高；

（4）解放了人力資源，人工勞動強度變小，降低了客戶的用工成本。

3 直角剪板機加工精度分析

板材剪切質(zhì)量缺陷主要有塌邊、毛刺高、相對邊平行度差、相鄰邊垂直度差等。影響直角剪板機加工精度的因素主要有以下幾點：

（1）上下刀片間隙。間隙太小會使剪切力增加，同時增加了刃口與板邊的摩擦，加速了刃口的磨損。間隙太大，會使塑性材質(zhì)的鋼板產(chǎn)生毛刺，脆性材質(zhì)的鋼板斷口粗糙。間隙的取值與鋼板的厚度及鋼板的機械性能有關(guān)。目前剪板機多配備間隙自動調(diào)整裝置。

（2）機身與刀架剛性。剪切過程中的機身變形和刀架變形會導(dǎo)致刀片間隙動態(tài)的變大，這是引起被剪切工件尺寸和形位精度下降的一個重要原因，并且會使得被剪切工件斷面質(zhì)量變差，毛刺變大。

（3）送料與托料機構(gòu)。直角剪板機一般搭配在自動化生產(chǎn)線中使用，自動控制的送料和托料機構(gòu)對制件精度的影響很大。送料機構(gòu)自身的X/Y 精度對直角剪板機的制件精度有直接的影響；托料機構(gòu)則是為了防止被剪切板料下垂，而使長方形的工件被剪成梯形。

（4）整機運動控制對精度的影響。整機運動控制的任務(wù)就是在挖掘最大加工效率的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)一次剪切加工過程中送料動作、壓料動作、托料動作和剪切動作之間的關(guān)系，使得剪切加工動作合理、效率最高、制件精度最高。

（5）加工工藝和整機裝配工藝。直角剪板機的制件精度不僅取決設(shè)備的設(shè)計水平，在很大程度上取決于制造、裝配的質(zhì)量。提升機身、刀架等關(guān)鍵部件的加工工藝和裝配工藝，能夠消除加工誤差、裝配誤差和殘余應(yīng)力，保障制件精度。

4 結(jié)束語

隨著當今社會環(huán)保節(jié)能意識的逐步提高，液壓主傳動已基本淘汰，絲杠直驅(qū)式和四點壓力式由于節(jié)能及精度高而被廣泛應(yīng)用。

數(shù)控直角剪板機與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床組合的沖剪復(fù)合機，可以與自動化倉庫、自動上料機械手和堆垛機等裝置配套連接，能夠進一步拓展自動化程度構(gòu)成數(shù)控沖剪板材柔性加工生產(chǎn)線，這將是未來高集成化設(shè)備發(fā)展的趨勢。