數控鋁帶剪切機的研制

劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設集團有限責任公司 廣西柳州 545007）

數控鋁帶剪切機的研制

劉玉鋼 劉桂章 韓春輝

（十一冶建設集團有限責任公司 廣西柳州 545007）

制造業生產效率的提高是帶動一個地區經濟發展的重要的因素，其發展水平標志著地區的經濟實力和科技水平。本文主要結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控鋁帶剪切機的研制，為實現高效、快速、便捷等特點，大大提高了產生效率。

數控鋁帶剪切機；剪切；設計

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能力及水平，實現施工現場機械化制作，由金屬容器結構廠主持，在安裝公司的大力支持下，由劉玉鋼帶領的研發團隊進行了數控鋁帶剪切機的設計、制造工作。

2 方案選擇及設計

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

3 概述

數控鋁帶剪切機是針對生產需要設計的專用設備，用于施工現場鋁電解槽鋁母線軟帶的剪切，在滿足使用要求的前提下，功能及結構盡可能的精簡，具有結構緊湊小巧，安裝方便，專用性強，便于維修保養，剪切速度快，成形美觀等優點。

4 數控鋁帶剪切機總體方案設計

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

圖1 平板剪板機構

圖2 放料機構組件

5 數控氣動傳動方案

數控鋁帶剪切機氣壓傳動系統原理圖如圖4～5所示，其原理：通電流時右位接入系統，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，活塞向上運動，即刀片上抬。通過數控控制電流實現自動連續剪切。

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：20/min

假設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：

由經驗可以取[τ]=2MP

由公式（1）有：

8 放料機構輸出扭矩的計算

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

電動機的額定轉矩：

減速箱輸出軸上的轉矩：

9 數控系統

9.1 主要功能

參數設置：可設置與加工、操作有關的各個控制參數，使加工效果達到最佳狀態。

手動操作：可實現高、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：可實現單段/連續、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：子程序調用，可嵌套8層。

中斷：由外部信號中斷當前的運動轉入中斷處理。

學校成立“數字化環境下‘三環六步’案例教學模式”教改專家指導委員會和領導小組。領導小組下設教改研究管理辦公室，辦公室設在現代農業專業科，由專業科長兼辦公室主任，具體負責教改的實施及技術培訓與指導工作。

隨動：各軸運動過程中，隨動軸可根據輸入點的狀態運動。

測位停：遇輸入點有效后中止當前程序行的執行。

計數器：可加一、減一、設置、跳轉。

9.2 系統組成

數控系統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400行1薄膜按鍵陣列（28鍵）

9.3 技術指標

最小數據單位：0.001mm最大數據尺寸±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：2軸（X，Y）

聯動軸數：2軸（X，Y）直線插補和圓弧插補1電子齒輪

9.4 系統主要功能

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，以設定值為步長，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“參數設置”的“系統”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，倍率減小：PgDn

編輯狀態下操作按鍵說明

←：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）：當光標處于數字輸入位置時。數字加一，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，循環向前選擇不同指令。

F2（減一）：當光標處于數字輸入位置時。數字減一，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，循環向后選擇不同指令。

F3：在當前程序行位置插入一個結束行（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。或電子齒輪分母為0伺服驅動器或步進驅動器報警。控制系統與驅動器間信號連接有誤。系統到驅動的信號連接有誤（可調換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。更改伺服驅動器的電子齒輪或系統的電子齒輪。速度超過8m/分（以1微米為當量即電子齒輪為1：1時）。電機堵轉或丟步（阻力過大、或電機性能差、或電機功率過小）。

9.5.3 輸入/輸出無效

輸入/輸出設置與所使用的口線不對應。輸入/輸出設置的口號不存在或設置為0.輸入/輸出口硬件有故障（可調換到未用的口位上）。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，可調整控制器左下方的選扭從而調整屏幕對比度。

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 常用數據修改

（1）遞增遞減數據

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）循環剪切次數

是在M95后T值修改，修改值即為循環次數。

（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，電源按鍵為系統上電按鈕。

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

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

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

[4]陳立德，主編.《機械設計基礎》（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管理，預結算等工作。

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