擺式剪板機(jī)刀架設(shè)計(jì)計(jì)算

楊欣昌，楊方元，翟迪健

（1.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，北京 100191；2.欣瑞連科技（深圳）有限公司，廣東 深圳 518126）

1 概述

具有高的剪切精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形美觀的新一代剪板機(jī)——液壓擺式剪板機(jī)日益得到重視。從近幾屆機(jī)床展覽會(huì)上參展的產(chǎn)品來看，發(fā)展擺式剪板機(jī)的趨勢(shì)有增無減。本文第一作者曾利用暑期社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，到我國西部專業(yè)沖剪機(jī)床廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，期間與主導(dǎo)開發(fā)Q12y-12×2500、Q12y-20×2500、QC12y-6×3200、QC12y-6×2500 等四種型號(hào)液壓擺式剪板機(jī)的本文第二作者廣泛交流探討，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理及驗(yàn)證等。

該類剪板機(jī)的主要設(shè)計(jì)、工藝難點(diǎn)在上刀架部分。為了實(shí)現(xiàn)剪切和便于加工裝配，一般做成如圖1所示的形狀。α 為前立板與垂直平面的夾角，x 為刀架回轉(zhuǎn)中心O 距下刀片的水平距離，y 為刀架回轉(zhuǎn)中心O 至下刀片的垂直距離。

擺式剪板機(jī)的下刀刃是一條水平的直線，為使刀架在擺動(dòng)中實(shí)現(xiàn)上刀刃自左向右對(duì)板料的均勻連續(xù)剪切，上刀刃上所有點(diǎn)都必須沿著以刀架回轉(zhuǎn)中心O 為圓心，以剪切半徑R 為半徑的圓弧擺動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)斜剪，上刀刃自左向右必須自水平傾斜一個(gè)角度，即上刀片刃口與下刀片刃口之間有一個(gè)夾角，通常稱之為剪切角，這里取剪切角為1.5°。所以，上刀刃所有點(diǎn)所在為一條圓柱螺旋線，如圖2 所示。

如上分析，上刀片刃口線應(yīng)為一條大導(dǎo)程小升角的螺旋線，如圖2 中圓柱體上的螺旋線KM 即為刀架的刃口線（即刃片頂端母線）。

這樣，理論上的刀片形狀及尺寸應(yīng)該是依這條KM 螺旋線為母線，與垂直面夾角α（后傾α），長(zhǎng)度可以覆蓋有效剪切長(zhǎng)度（約為2550mm），有一定寬度及厚度的弧形面。

實(shí)際生產(chǎn)中，要加工這樣的一個(gè)弧形面（大貼刀面應(yīng)為弧形面）往往比較困難，特別是刀片因受其材質(zhì)、熱處理、加工工藝等限制，不可能加工成整體的弧形刀面。按照習(xí)慣的加工方法，大、小貼刀面都按平面加工，而采用分段斜墊板將弧面墊出，也就是以折線代替弧線，這樣既滿足了加工要求，又能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該廠開發(fā)的四種產(chǎn)品均采用此法，實(shí)踐證明，以這種方法既簡(jiǎn)便又可行，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。

2 刀架后傾角度計(jì)算

如圖 3 所示，以 Q12y-12×2500 液壓擺式剪板機(jī)上刀架為例計(jì)算（按理想狀態(tài)，圓弧刀面計(jì)）。已知：空程23mm，刀架長(zhǎng)2770mm，工作刀片長(zhǎng)2550mm，超越行程5mm，剪切角 1.5°。

∴左右刀片的垂直：

M′D′=2550×sin1.5°=66.75mm

刀架右端點(diǎn)M 相對(duì)于左刀片K′的垂直距離 MD=(2770-110.5)×tan1.5°=69.64mm

回轉(zhuǎn)工作半徑：

將圖3 左端局部放大，如圖4 所示，過O 作水平線與MK 弧線交于H，E 為超越行程的上死點(diǎn)，則EB 段為刀架從左端到右端回轉(zhuǎn)角度α 的弧長(zhǎng)（總行程弧長(zhǎng)）。

綜上所述，為了保證刀架在下死點(diǎn)有足夠的超越量（即E 點(diǎn)運(yùn)行到B 點(diǎn)時(shí)），刀架主體板與機(jī)架前立板之間有足夠的空間，設(shè)計(jì)刀架在上死點(diǎn)位置時(shí)前立板的理想后傾角度為 6°30′。

3 刀架幾何尺寸的計(jì)算

3.1 回轉(zhuǎn)中心O至刀架前立板垂線與左端點(diǎn)K的夾角計(jì)算

如圖5 所示刀架本體。圖5b中KM斜線即表示刀架后傾角度，按刀架后傾角度的計(jì)算，取α=6°30′，從回轉(zhuǎn)中心 O 作水平線與理想刃口線交于H;從O作KM垂直線,交KM延長(zhǎng)線于L。

直角三角形LOK 中的∠LOK 即為后續(xù)計(jì)算左右翼板尺寸的基準(zhǔn)角度。

3.2 按左端點(diǎn)K為回轉(zhuǎn)半徑R上的點(diǎn)，刀架后傾6.5°時(shí)，計(jì)算右端點(diǎn)M的回轉(zhuǎn)半徑OM

如圖5b所示，在直角三角形LOK中：

右端點(diǎn)M 的回轉(zhuǎn)半徑為OM。從M 點(diǎn)向OK 作垂直線交OK 于N 點(diǎn)，則：（與前面結(jié)果相差0.0005）

∴△左=OK-OM=900.347-894.631=5.716mm

上述△左=5.716mm 量即為按左端K 為基點(diǎn)計(jì)算時(shí)，K 點(diǎn)相對(duì)M 點(diǎn)應(yīng)刨去或M 點(diǎn)相對(duì)K 點(diǎn)應(yīng)墊出量。

3.3 取刀架中心位置對(duì)稱設(shè)計(jì)計(jì)算（與前述算法比較）

在圖6 中，K 為刀架最左端點(diǎn)，M 為刀架最右端點(diǎn)，假設(shè)OK 為水平線，則按前面刀架回轉(zhuǎn)角度計(jì)算結(jié)果：∠KOM =6°48′41″（6°30′+18′41″）。

取P 為KM 中間處，過P 作水平線與理想刃口線相交于P1。過P1作K1M1平行于KM，即依據(jù)刀架中心位置后傾 6.5°（刀架整體回轉(zhuǎn)角度 6°48′41″）為準(zhǔn)，計(jì)算左右兩端K1和M1的回轉(zhuǎn)半徑差：△中=OK1-OM1

過P、P1點(diǎn)分別向OK 作垂線分別交于 Q、Q1點(diǎn)，過 M、M1點(diǎn)作 OK 垂線分別交于 N、N1點(diǎn)。

由圖示及計(jì)算可見，當(dāng)按刀架中心位置對(duì)稱計(jì)算時(shí)，通過中間位置分析計(jì)算，OK1相對(duì)于OM1的超出量應(yīng)為刨去量。

∴△中=OK1-OM1=903.946-898.218=5.728mm（與前面Ⅰ計(jì)算結(jié)果5.716 相差0.012mm）。

△中的5.728mm 即為OK1相對(duì)于OM1的超出量，或者分解為：左端K1應(yīng)刨去3.599mm，右端M1應(yīng)墊出2.129mm。

3.4 通過計(jì)算回轉(zhuǎn)中心O到左、右翼板的距離反推驗(yàn)證

又知刀片離刀架貼合面的距離為32mm（其中刀片厚25mm，墊板厚7mm），如圖7 所示。

（1）從刀架最左端點(diǎn)K（K 在回轉(zhuǎn)半徑R上，見圖 7），后傾 6°30′作斜線 KL。過O點(diǎn)作KL垂線交KL于L點(diǎn)，則：

（2）從刀架最右端點(diǎn) M′（M′在回轉(zhuǎn)半徑 R 上），后傾6°30'作斜線ML′（ML′平行于KL），延長(zhǎng)OL 與ML′相交于 L′。

在圖 7 中，M 點(diǎn)到 OL 的垂直距離因=2770×tan1.5=72.535mm（即刀架全長(zhǎng)左、右兩端的垂直距離）。

若考慮到O 點(diǎn)在圖示位置時(shí)刀片間隙為0.9mm，則：

∴△=h′-h=866.816-861.093=5.723mm（與前面3.2 計(jì)算結(jié)果5.728 相差0.005mm，與前面3.1 計(jì)算結(jié)果5.716 相差0.007mm）。

此處△值5.723mm 可作為左、右翼板下料時(shí)的尺寸依據(jù)，也即右翼板比左翼板長(zhǎng)出的量。

4 結(jié)論

在Q12y-12×2500 液壓擺式剪板機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)中，右翼板比左翼板長(zhǎng)出8.03mm，這是因?yàn)樵摍C(jī)型沒有采用對(duì)稱斜墊板之故。該機(jī)采用的斜墊左端比右端厚2.48mm，因此，△+2.48=5.723+2.48=8.203mm（與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)8.03 相差0.173mm，為計(jì)算誤差）。

建議：為修正計(jì)算誤差，應(yīng)修改圖紙上刀片間板厚度差值2.48 為2.48-0.173=2.307mm，或修改左翼板尺寸891.9 為891.73mm（焊接圖，下料尺寸831.97改為831.8mm），該計(jì)算已在工藝上得到驗(yàn)證。

[1]沈陽鍛壓機(jī)床廠，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所，編譯.剪板機(jī)設(shè)計(jì)[M].1978.

[2]周 桓，陳 伶，胡建民.擺式剪板機(jī)刀架設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39（1）.

[3]陳曼龍，騰德義.液壓擺式剪板機(jī)剪切力計(jì)算[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，（3）.

[4]陳曼龍.液壓擺式剪板機(jī)刀片調(diào)整方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（1）.