制桶工艺学
第二章 剪磨
第一节 剪磨设备与工艺
2.1.1 剪磨设备
一、裁剪机
3、裁剪机的结构
裁剪机的结构型式较多，一般均由电动机，经减速装置减速后带动剪切机构——曲轴式或偏心轴式，再驱动剪刃上下移动进行裁剪。裁剪动作的进行，靠离合器与传动轴接合来实现。刀架运动基本上都是沿着前倾线（θ=1°20′～2°）作直线运动。钢桶生产中常用的裁剪机属于机械单面下传动、上切式斜口裁剪机，下面我们讨论它的传动方式和主要部件的结构。
图2-7所示是制桶常用裁剪机的机械传动图。
图2-7 裁剪机的机械传动
1-上刀片；2-连杆；3-偏心轮；4-皮带轮；5-离合器控制杆；
6-变速齿轮；7-离合器；8-下刀片；9-床身
这种结构的裁剪机的偏心轴连杆机构置于工作台下面，因比其床身立柱主要承受压缩载荷。这样，立柱的外形尺寸和断面尺寸就大大减少，重量也轻。此外，这种传动的裁剪机具有机器高度小、重心低的特点，而且零件尺寸小，制造方便。因此，制桶生产中常采用这类下传动结构的裁剪机。
制桶常用裁剪机由以下几个主要部件组成：导轨、机架、刀架、传动装置、压料器、刀片间隙调整装置、刀具以及离合器与制动器等。本节将分别进行讨论。
（1）导轨。制桶裁剪机采用的是滑动导轨。滑动导轨是传统使用的一种基本形式，与其它机床的导轨相类似。刀架上的导滑部分在机架的导槽内作上下往复直线运动，组成了裁剪机的滑动导轨，最常采用的形式是矩形对称布置的导轨。滑动导轨在工作中必须具有适当间隙，间隙小导向性好，但间隙过小则因润滑不良会出现发热、拉毛和发黑等现象，造成导轨接触面迅速磨损。间隙大，运动灵活，但间隙过大则影响运动精度，降低剪切制品的质量，有时还会引起设备事故。导轨间隙的大小国家已有一定的标准，使用时必须按标准进行调整。为使裁剪机在正常工作时保证导轨具有适当间隙，通常把导轨的间隙制成可调的，矩形对称布置的导轨，采用一组调整螺钉推顶导槽内的镶条来达到调整导轨间隙和补偿磨损的目的。导轨最基本的任务是保证刀架运动方向的准确和运动中的平稳、灵活，这对裁剪钢板的质量和安全生产都很重要。为比，机架上的导槽和刀架上的导滑部分除必须具备足够的强度和刚度外，还应保证加工精度，并使导轨能保持稳寇而间隙适当。
（2）传动装置。裁剪机的机械传动装置是裁剪机的主要组成部分，在很大程度上决定着机器的使用性能、外形尺寸、重量和制造成本。传动装置的作用是将电机的能量传递给剪切机构，对电机进行减速，使裁剪机构获得所需的剪切次数。制桶裁剪机采用交流电机驱动，电机为连续运转，剪切动作由离合器的接合来实现。电机的减速通常由一对皮带轮传动和开式齿轮传动来实现。
（3）压料装置。压料装置的作用是在裁剪之前将板料紧紧压在工作台上，剪切后再将板料放开，否则板料将会产生位移而使钢板的尺寸偏差增大。如果压料力过大或者在被剪宽度上局部受压则将使板料表面产生压痕，因比必须采用合适的压料力和压料装置。制桶裁剪机通常采用机械压料装置。
机械压料装置由压料梁、弹簧、凸块组成，裁剪机的压料梁在弹簧的作用下压料，而靠刀架上的凸块回程。图2-8所示是机械压料装置示意图。当上刀架1下行时，压料装置也随刀架一起向下运动，当压头遇到钢板时，弹簧被压缩，压头便压住钢板。图2-8（a）和图2-8（b）所示两种结构，不同之处在于：（a）图在工作行程时弹簧受压，回程时弹簧释放能量；（b）图相反，在回程向上时弹簧受压，而刀架向下运动时弹簧释放能量。由于（a）图的结构使得弹簧力能够平衡刀架，所以效果较好。
图2-8 机械压料装置
1-上刀架；2-刀刃；3-压头
（4）刀片间隙调整机构。裁剪机每次调换剪刀片后，都要根据刀片的厚薄重新调整刀片间隙。刀片间隙过大或过小都将损坏刀片或影响裁剪质量。因此，希望刀片间隙的调整机构操作方便并且刚性要好F还要求调整准确，锁紧可靠，调节螺栓不应有滑丝、乱扣和突出于工作台面。制桶裁剪机一般采用最简单的工作台前后移动式调整机构，通过调整调节螺栓来确定工作台的位置。当刀片厚薄变化不大，一般只改变刀片安装垫片的厚薄来调整刀片间隙，只有当刀片厚薄变化较大时才采用调整机构进行调整。
（5）离合器与制动器。离合器、制动器及其操纵装置是控制裁剪机刀架运动和停止的重要部件。裁剪机主动部分的运动通过离合器使从动部分获得运动并传递工作时所必需的扭矩。当刀架需要停止时，则离合器脱开。虽然主动部分仍在旋转，但它与从动部分己不发生联系，因此，不能再传递运动和扭矩。但是，离合器刚脱开时，从动部分由于惯性，刀架不能立即停止运动，此时，就需要制动器发生作用，它要在一个较短的时间内吸收从动部分的动能，使刀架停止在所需的位置上。
离合器与制动器的运动必须是协调的，相互联锁的。即离合器接合前的瞬时，制动器必须松开，离合器脱开后的瞬时，制动器应立即制动，这种运动关系是由操纵装置来实现的。
裁剪机上使用的离合器、制动器的类型很多，按照离合器与制动器的配合使用方式，大体可分为刚性离合器与带式制动器以及摩擦离合器与制动器。
图2-9 滑销离合器
1-从动盘；2-压板；3-滑销；4-大齿轮；5-镶块；6-轴承；
7-偏心轮轴；8-压簧；9-月牙叉；10-拉杆；11-拉簧；12-销子槽
刚性离合器通常与带式制动器配合使用，分别安装在裁剪机偏心轮轴的左右两端。刚性离合器有转键式和滑销式等多种型式。转键离合器比滑销离合器的各项性能都好，因此，目前转键离合器已广泛地代替了滑销离合器。但滑销离合器制造价格便宜，在制桶的裁剪机中还较多地采用这类离合器。滑销离合器的构造如图2-9所示。固定安装在偏心轮轴上的从动盘1内，安装可以滑动的滑销3。如图脱离状态时，滑销处在月牙叉斜面的最高点，滑销未进入大齿轮的销子槽内，因此大齿轮不能带动偏心轮轴转动。当拉动拉杆，滑销摆脱了月牙叉的控制，即由压簧8将其压入销子槽。在大齿轮的销子槽转到与镶块5碰上后，即随大齿轮一起转动。此时，离合器接合，偏心轮轴开始转动。拉杆在拉簧11的作用下复位，月牙叉在原位上等待滑销的到来。偏心轮转动一周后，滑销也转到原位，碰到月牙叉，滑销端的凸缘沿月牙叉斜面向上滑动。当滑动到斜面最高处肘，滑销正好脱离大齿轮的销子槽。此时在制动器的作用下，偏心轮轴停止转动，大齿轮则继续空转，离合器脱离。图2-10所示是滑销离合器的电磁铁操纵机构司当电磁铁1通电后吸合，即可通过连杆、杠杆拉动离合器拉杆。如果电磁铁吸合距离h恒定， 则可通过调整杠杆支点的方法来获得拉杆移动的足够长度H，它们的关系大致上是（见图2-10）：
H·L2=h·L1
图2-10 滑销离合器纵机构
1-电磁铁；2-电磁铁连杆；3-杠杆；4-拉杆；5-拉簧；6-机架
采用电磁铁来操纵控制离合器容易实现自动裁剪，但由于裁剪机的操纵频率高，因此电磁铁容易损坏。在制桶生产中常用气缸来代替电磁铁，并用凸轮控制配气机构，也能获得较好的效果。
转键离合器的各种性能，如接合时的冲击、离合器游隙，可靠性等都比滑销离合器好，而且可用于较高转速的场合，维修也方便，转键离合器将在第七章中介绍，这里不再赘述。
带式制动器有连续制动和周期制动两种工作情况。因为连续制动的带式制动器的摩擦工作部分容易发热和过早地磨损，并引起过多的能量损失，所以一般不被采用。周期制动的带式制动器，其制动力矩仅发生在刀架行程的某一部分，即在刀架回到接近上死点相当于偏心轮转角5°～15°的范围内。
图2-11 偏心带式制动器
1-调节螺钉；2-制动弹簧；3-松边；4-制动带；5-摩擦材料；6-制动轮；7-机架；8-紧边
常见的周期制动的带式制动器有偏心轮式和凸轮式。图2-11所示是偏心带式制动器，图2-12所示是凸轮带式制动器。它们依靠偏心或凸轮来实现周期制动。其中凸轮式的结构虽然比偏心式复杂一点，但它可按照裁剪机在偏心轮轴转角范围内所需的制动力矩进行设计，因此其耗较小，使用寿命也较长，应用较广泛。
图2-12 凸轮带式制动器
1-制动轮；2-凸轮；3-滚轮；4-短轴；5-摇杆
刚性离合器的优点是结构简单紧凑，制选维修方便，能保证主从动轴的同步转动；其缺点是接合时产生冲击，接合零件容易磨损或损坏。带式制动器的优点是结构简单，制造维修方便，散热条件好，其缺点是制动轮轴受径向力的作用，制动带磨损不均匀，使用寿命短，制动力矩小。
摩擦离合器与制动器往往把离合器和制动器设计成一定的联锁形式，以实现离合器与制动器的顺序动作，通常就称之为摩擦离合器。
摩擦离合器的结构类型很多，图2-13所示是一种组合式圆盘摩擦离合器。它将离合器和制动器靠近布置，两者结为一体。借助于离合器脱开的动作，通过机械联动机构，使制动器动作，从而实现离合器与制动器的顺序联锁动作。它的操纵只用一组气缸活塞，因此结构简单紧凑，动作迅速，工作安全可靠。其缺点是从动部分惯性大，发热温升较高。
图2-13 组合式摩擦离合器
1-活塞；2-内摩擦片；3-外摩擦片；4-摩擦器衬垫；5-制动摩擦片；6-制动衬垫
与组合式离合器相反，分离式离合器与制动器则完全分开。通常，离合器和制动器分别设置在传动轴的两端，各自有单独的气缸控制。由于这种形式的离合器与制动器是各自独立的，可以较自由地利用空间，易于实现低惯性设计。另外，其离合器与制动器的动作时间差也可根据需要进行合理调整。其缺点是结构比较复杂，造价高，联锁可靠性较差。
摩擦离合器有很多优点，如接合平稳、无冲击，过载时能自动打滑，对传动系统能起到安全保护作用。这种离合器能够实现裁剪机所需的各种操作规范，能使裁剪机的刀架停止在其行程的任意位置上，这不仅便于裁剪机的使用，而且可以与光线式安全防护装置配合使用，保证少出废品以及设备与人身的安全。但与刚性离合器相比，结构复杂，接合时会产生摩擦热，使摩擦件磨损，功率损耗也较大。因此，目前应用还不广泛，在裁剪机上基本上还是应用刚性离合器与带式制动器来控制刀架的工作过程。
（6）定位装置。制桶生产中，钢板裁剪的定位方式大致有三种：一种是后定位，即定位装置在裁剪机的进口处；一种是前定位，即定位装置在裁剪机的出口处，还有一种是横向定位，常用于纵向裁剪。一般情况下，要保证裁剪定位准确须有两个条件，即本身位置准确的定位块和使钢板紧靠定位块的定位力，二者缺一不可。
后定位装置如图2-14所示。钢板由喂料滚轮3送人裁剪工位，此时，定位滚轮在气缸驱动下迅速下压。定位滚轮作逆时针转动，它与钢板间的摩擦力提供了定位力，使钢板向后运动并紧紧靠在后面的定位块上。这时，裁剪机工作，裁剪完毕后，定位滚轮复位，同时出料滚轮压下。出料滚轮的转向正好与定位滚轮相反，所以钢板在相反方向摩擦力作用下急速穿过上下刀口的缝隙送出。
图2-14 后定位装置
1-出料滚轮及气缸；2-定位滚轮及气缸；3-喂料滚轮；4-定位块；5-输送链；6-钢板；7-裁剪机
为了获得足够大的定位力以及出料摩擦力，必须选用与钢板间摩擦系数较大的材料作为定位滚轮与出料滚轮的轮缘。而且必须考虑它们的磨损较快，滚轮轮缘常要更换，所以要求轮缘既耐磨又须更换方便。
后定位的定位挡块相对足固定的，但也是可调整的，主要是考虑定位挡块的磨损以及安装调试等原因，为提高裁剪精度而设计的。定位挡块的调整如图2-15所示.调整时只须松开平面锁紧螺钉，调整调节锁定螺栓，使定位挡块到准确为位置。然后拧紧锁紧螺钉，并用调节锁定螺栓紧顶住定位挡块，使之受冲击也不移位，保证定位准确。
图2-15 定位挡块的调整
1-钢板；2-定位挡块；3-调节锁定螺栓；4-平面锁紧螺钉；5-底座
后定位由于采用相对固定的定位块定位，裁剪精度一般能得到保证，而且易实现裁剪自动化。其缺点是只适用于块板裁剪，摩擦滚轮的定位与出料的可靠性较差。后定位常用于块板的横向裁剪。
前定位是定位挡块在前，裁剪机在后的定位方法。这就要求定位挡块必须是可移动的，否则定位块挡住了钢板出路，无法形成流水线生产。前定位装置如图2-16所示。钢板由送料滚轮送进裁剪机，穿过刀口，在摩擦输送带上输送到定位挡块。这种定位方式的定位力由两方面提供：一是送料滚轮的夹送力，二是摩擦输送带的摩擦力。定位过程是：当钢板未触及定位块时，主要由送料滚轮将钢板送出；当钢板靠上定位挡块时，裁剪机开始工作，而送料滚轮暂停，此时靠摩擦输送带稳定钢板的位置。裁剪完毕后，定位挡块在电磁铁或气缸的驱动下自动移开，裁剪好的钢板在摩擦输送带的摩擦力驱动下向前送出然后定位挡块复位，挡住下一块由送料滚轮送来的钢板。
图2-16 前定位装置
1-可移动定位挡块；2-钢板；3-送料滚轮4-裁剪机；5-摩擦输送带
前定位挡块的结构示意如图2-17所示。定位滑块可在固定滑套中上下移动自由电磁铁或气缸作为驱动力，带动定位滑块运动。
图2-17 前定位挡块结构示意图
1-定位滑块；2-钢板；3-摩擦输送带；4-固定滑套；5-电磁铁
前定位不需有钢板回程，裁剪在输送过程中进行，定位也较准确，也易实现裁剪自动化。这种定位方法十分适用于卷板开卷裁剪，既满足连续流水线生产的需要，又基本上能保证裁剪精度。对于块板，定位完全要靠摩擦输送带则大大影响定位的可靠性，一般不宜采用。
横向定位方法适用于两台互相平行安装的裁剪机联动双边裁剪的场合。横向定位装置如图2-18所示。安装在输送链上的一对定位模块将钢板送人两台裁剪机刀口后，输送链暂停运行，裁剪机工作。裁剪完毕后，输送链继续运行，模块带着钢扳离开刀口。同时，下一张钢板又在下一对定位模块的带动下进人刀口。横向定位的定位力是由钢板在运行过程中与导轨间的滑动摩擦力提供的。其定位精度是由两定位模块的定位面与双边裁剪机刀口的垂直度决定的。
图2-18 横向定位装置
1-双边裁剪机；2-定位楔块；3-钢板；4-输送链；5-导轨；6-压板
横向定位的定位模块结构示意如图2-19所示由定位模抉安装在一般的套筒滚子链上，定位挡块做成模形是为了扣住钢扳，不至在输送中脱开移位。
图2-19 横向定位楔块结构示意图
1-内链板；2-定位楔块；3-销轴；4-套筒；5-滚子
上述三种定位方法均属于输送裁剪的前后定位，在制桶裁剪流水线中还须有左右的定位，虽然其定位要求不很高，但至少须把握准一定的方向。这种左右定位一般采用导向导轨，使钢板顺利进入刀口。双边裁剪还要求左右裁剪余量基本一致，并提供足够的定位阻力。所有的定位挡块因经常与钢板相撞，极易磨损，所以必须具有一定的硬度和耐磨性能。
