制桶工藝學
第二章 剪磨
第一節 剪磨設備與工藝
2.1.1 剪磨設備
一、裁剪機
3、裁剪機的結構
裁剪機的結構型式較多，一般均由電動機，經減速裝置減速后帶動剪切機構——曲軸式或偏心軸式，再驅動剪刃上下移動進行裁剪。裁剪動作的進行，靠離合器與傳動軸接合來實現。刀架運動基本上都是沿著前傾線（θ=1°20′～2°）作直線運動。鋼桶生產中常用的裁剪機屬于機械單面下傳動、上切式斜口裁剪機，下面我們討論它的傳動方式和主要部件的結構。
圖2-7所示是制桶常用裁剪機的機械傳動圖。
圖2-7 裁剪機的機械傳動
1-上刀片；2-連桿；3-偏心輪；4-皮帶輪；5-離合器控制桿；
6-變速齒輪；7-離合器；8-下刀片；9-床身
這種結構的裁剪機的偏心軸連桿機構置于工作臺下面，因比其床身立柱主要承受壓縮載荷。這樣，立柱的外形尺寸和斷面尺寸就大大減少，重量也輕。此外，這種傳動的裁剪機具有機器高度小、重心低的特點，而且零件尺寸小，制造方便。因此，制桶生產中常采用這類下傳動結構的裁剪機。
制桶常用裁剪機由以下幾個主要部件組成：導軌、機架、刀架、傳動裝置、壓料器、刀片間隙調整裝置、刀具以及離合器與制動器等。本節將分別進行討論。
（1）導軌。制桶裁剪機采用的是滑動導軌。滑動導軌是傳統使用的一種基本形式，與其它機床的導軌相類似。刀架上的導滑部分在機架的導槽內作上下往復直線運動，組成了裁剪機的滑動導軌，最常采用的形式是矩形對稱布置的導軌。滑動導軌在工作中必須具有適當間隙，間隙小導向性好，但間隙過小則因潤滑不良會出現發熱、拉毛和發黑等現象，造成導軌接觸面迅速磨損。間隙大，運動靈活，但間隙過大則影響運動精度，降低剪切制品的質量，有時還會引起設備事故。導軌間隙的大小國家已有一定的標準，使用時必須按標準進行調整。為使裁剪機在正常工作時保證導軌具有適當間隙，通常把導軌的間隙制成可調的，矩形對稱布置的導軌，采用一組調整螺釘推頂導槽內的鑲條來達到調整導軌間隙和補償磨損的目的。導軌最基本的任務是保證刀架運動方向的準確和運動中的平穩、靈活，這對裁剪鋼板的質量和安全生產都很重要。為比，機架上的導槽和刀架上的導滑部分除必須具備足夠的強度和剛度外，還應保證加工精度，并使導軌能保持穩寇而間隙適當。
（2）傳動裝置。裁剪機的機械傳動裝置是裁剪機的主要組成部分，在很大程度上決定著機器的使用性能、外形尺寸、重量和制造成本。傳動裝置的作用是將電機的能量傳遞給剪切機構，對電機進行減速，使裁剪機構獲得所需的剪切次數。制桶裁剪機采用交流電機驅動，電機為連續運轉，剪切動作由離合器的接合來實現。電機的減速通常由一對皮帶輪傳動和開式齒輪傳動來實現。
（3）壓料裝置。壓料裝置的作用是在裁剪之前將板料緊緊壓在工作臺上，剪切后再將板料放開，否則板料將會產生位移而使鋼板的尺寸偏差增大。如果壓料力過大或者在被剪寬度上局部受壓則將使板料表面產生壓痕，因比必須采用合適的壓料力和壓料裝置。制桶裁剪機通常采用機械壓料裝置。
機械壓料裝置由壓料梁、彈簧、凸塊組成，裁剪機的壓料梁在彈簧的作用下壓料，而靠刀架上的凸塊回程。圖2-8所示是機械壓料裝置示意圖。當上刀架1下行時，壓料裝置也隨刀架一起向下運動，當壓頭遇到鋼板時，彈簧被壓縮，壓頭便壓住鋼板。圖2-8（a）和圖2-8（b）所示兩種結構，不同之處在于：（a）圖在工作行程時彈簧受壓，回程時彈簧釋放能量；（b）圖相反，在回程向上時彈簧受壓，而刀架向下運動時彈簧釋放能量。由于（a）圖的結構使得彈簧力能夠平衡刀架，所以效果較好。
圖2-8 機械壓料裝置
1-上刀架；2-刀刃；3-壓頭
（4）刀片間隙調整機構。裁剪機每次調換剪刀片后，都要根據刀片的厚薄重新調整刀片間隙。刀片間隙過大或過小都將損壞刀片或影響裁剪質量。因此，希望刀片間隙的調整機構操作方便并且剛性要好F還要求調整準確，鎖緊可靠，調節螺栓不應有滑絲、亂扣和突出于工作臺面。制桶裁剪機一般采用最簡單的工作臺前后移動式調整機構，通過調整調節螺栓來確定工作臺的位置。當刀片厚薄變化不大，一般只改變刀片安裝墊片的厚薄來調整刀片間隙，只有當刀片厚薄變化較大時才采用調整機構進行調整。
（5）離合器與制動器。離合器、制動器及其操縱裝置是控制裁剪機刀架運動和停止的重要部件。裁剪機主動部分的運動通過離合器使從動部分獲得運動并傳遞工作時所必需的扭矩。當刀架需要停止時，則離合器脫開。雖然主動部分仍在旋轉，但它與從動部分己不發生聯系，因此，不能再傳遞運動和扭矩。但是，離合器剛脫開時，從動部分由于慣性，刀架不能立即停止運動，此時，就需要制動器發生作用，它要在一個較短的時間內吸收從動部分的動能，使刀架停止在所需的位置上。
離合器與制動器的運動必須是協調的，相互聯鎖的。即離合器接合前的瞬時，制動器必須松開，離合器脫開后的瞬時，制動器應立即制動，這種運動關系是由操縱裝置來實現的。
裁剪機上使用的離合器、制動器的類型很多，按照離合器與制動器的配合使用方式，大體可分為剛性離合器與帶式制動器以及摩擦離合器與制動器。
圖2-9 滑銷離合器
1-從動盤；2-壓板；3-滑銷；4-大齒輪；5-鑲塊；6-軸承；
7-偏心輪軸；8-壓簧；9-月牙叉；10-拉桿；11-拉簧；12-銷子槽
剛性離合器通常與帶式制動器配合使用，分別安裝在裁剪機偏心輪軸的左右兩端。剛性離合器有轉鍵式和滑銷式等多種型式。轉鍵離合器比滑銷離合器的各項性能都好，因此，目前轉鍵離合器已廣泛地代替了滑銷離合器。但滑銷離合器制造價格便宜，在制桶的裁剪機中還較多地采用這類離合器。滑銷離合器的構造如圖2-9所示。固定安裝在偏心輪軸上的從動盤1內，安裝可以滑動的滑銷3。如圖脫離狀態時，滑銷處在月牙叉斜面的最高點，滑銷未進入大齒輪的銷子槽內，因此大齒輪不能帶動偏心輪軸轉動。當拉動拉桿，滑銷擺脫了月牙叉的控制，即由壓簧8將其壓入銷子槽。在大齒輪的銷子槽轉到與鑲塊5碰上后，即隨大齒輪一起轉動。此時，離合器接合，偏心輪軸開始轉動。拉桿在拉簧11的作用下復位，月牙叉在原位上等待滑銷的到來。偏心輪轉動一周后，滑銷也轉到原位，碰到月牙叉，滑銷端的凸緣沿月牙叉斜面向上滑動。當滑動到斜面最高處肘，滑銷正好脫離大齒輪的銷子槽。此時在制動器的作用下，偏心輪軸停止轉動，大齒輪則繼續空轉，離合器脫離。圖2-10所示是滑銷離合器的電磁鐵操縱機構司當電磁鐵1通電后吸合，即可通過連桿、杠桿拉動離合器拉桿。如果電磁鐵吸合距離h恒定， 則可通過調整杠桿支點的方法來獲得拉桿移動的足夠長度H，它們的關系大致上是（見圖2-10）：
H·L2=h·L1
圖2-10 滑銷離合器縱機構
1-電磁鐵；2-電磁鐵連桿；3-杠桿；4-拉桿；5-拉簧；6-機架
采用電磁鐵來操縱控制離合器容易實現自動裁剪，但由于裁剪機的操縱頻率高，因此電磁鐵容易損壞。在制桶生產中常用氣缸來代替電磁鐵，并用凸輪控制配氣機構，也能獲得較好的效果。
轉鍵離合器的各種性能，如接合時的沖擊、離合器游隙，可靠性等都比滑銷離合器好，而且可用于較高轉速的場合，維修也方便，轉鍵離合器將在第七章中介紹，這里不再贅述。
帶式制動器有連續制動和周期制動兩種工作情況。因為連續制動的帶式制動器的摩擦工作部分容易發熱和過早地磨損，并引起過多的能量損失，所以一般不被采用。周期制動的帶式制動器，其制動力矩僅發生在刀架行程的某一部分，即在刀架回到接近上死點相當于偏心輪轉角5°～15°的范圍內。
圖2-11 偏心帶式制動器
1-調節螺釘；2-制動彈簧；3-松邊；4-制動帶；5-摩擦材料；6-制動輪；7-機架；8-緊邊
常見的周期制動的帶式制動器有偏心輪式和凸輪式。圖2-11所示是偏心帶式制動器，圖2-12所示是凸輪帶式制動器。它們依靠偏心或凸輪來實現周期制動。其中凸輪式的結構雖然比偏心式復雜一點，但它可按照裁剪機在偏心輪軸轉角范圍內所需的制動力矩進行設計，因此其耗較小，使用壽命也較長，應用較廣泛。
圖2-12 凸輪帶式制動器
1-制動輪；2-凸輪；3-滾輪；4-短軸；5-搖桿
剛性離合器的優點是結構簡單緊湊，制選維修方便，能保證主從動軸的同步轉動；其缺點是接合時產生沖擊，接合零件容易磨損或損壞。帶式制動器的優點是結構簡單，制造維修方便，散熱條件好，其缺點是制動輪軸受徑向力的作用，制動帶磨損不均勻，使用壽命短，制動力矩小。
摩擦離合器與制動器往往把離合器和制動器設計成一定的聯鎖形式，以實現離合器與制動器的順序動作，通常就稱之為摩擦離合器。
摩擦離合器的結構類型很多，圖2-13所示是一種組合式圓盤摩擦離合器。它將離合器和制動器靠近布置，兩者結為一體。借助于離合器脫開的動作，通過機械聯動機構，使制動器動作，從而實現離合器與制動器的順序聯鎖動作。它的操縱只用一組氣缸活塞，因此結構簡單緊湊，動作迅速，工作安全可靠。其缺點是從動部分慣性大，發熱溫升較高。
圖2-13 組合式摩擦離合器
1-活塞；2-內摩擦片；3-外摩擦片；4-摩擦器襯墊；5-制動摩擦片；6-制動襯墊
與組合式離合器相反，分離式離合器與制動器則完全分開。通常，離合器和制動器分別設置在傳動軸的兩端，各自有單獨的氣缸控制。由于這種形式的離合器與制動器是各自獨立的，可以較自由地利用空間，易于實現低慣性設計。另外，其離合器與制動器的動作時間差也可根據需要進行合理調整。其缺點是結構比較復雜，造價高，聯鎖可靠性較差。
摩擦離合器有很多優點，如接合平穩、無沖擊，過載時能自動打滑，對傳動系統能起到安全保護作用。這種離合器能夠實現裁剪機所需的各種操作規范，能使裁剪機的刀架停止在其行程的任意位置上，這不僅便于裁剪機的使用，而且可以與光線式安全防護裝置配合使用，保證少出廢品以及設備與人身的安全。但與剛性離合器相比，結構復雜，接合時會產生摩擦熱，使摩擦件磨損，功率損耗也較大。因此，目前應用還不廣泛，在裁剪機上基本上還是應用剛性離合器與帶式制動器來控制刀架的工作過程。
（6）定位裝置。制桶生產中，鋼板裁剪的定位方式大致有三種：一種是后定位，即定位裝置在裁剪機的進口處；一種是前定位，即定位裝置在裁剪機的出口處，還有一種是橫向定位，常用于縱向裁剪。一般情況下，要保證裁剪定位準確須有兩個條件，即本身位置準確的定位塊和使鋼板緊靠定位塊的定位力，二者缺一不可。
后定位裝置如圖2-14所示。鋼板由喂料滾輪3送人裁剪工位，此時，定位滾輪在氣缸驅動下迅速下壓。定位滾輪作逆時針轉動，它與鋼板間的摩擦力提供了定位力，使鋼板向后運動并緊緊靠在后面的定位塊上。這時，裁剪機工作，裁剪完畢后，定位滾輪復位，同時出料滾輪壓下。出料滾輪的轉向正好與定位滾輪相反，所以鋼板在相反方向摩擦力作用下急速穿過上下刀口的縫隙送出。
圖2-14 后定位裝置
1-出料滾輪及氣缸；2-定位滾輪及氣缸；3-喂料滾輪；4-定位塊；5-輸送鏈；6-鋼板；7-裁剪機
為了獲得足夠大的定位力以及出料摩擦力，必須選用與鋼板間摩擦系數較大的材料作為定位滾輪與出料滾輪的輪緣。而且必須考慮它們的磨損較快，滾輪輪緣常要更換，所以要求輪緣既耐磨又須更換方便。
后定位的定位擋塊相對足固定的，但也是可調整的，主要是考慮定位擋塊的磨損以及安裝調試等原因，為提高裁剪精度而設計的。定位擋塊的調整如圖2-15所示.調整時只須松開平面鎖緊螺釘，調整調節鎖定螺栓，使定位擋塊到準確為位置。然后擰緊鎖緊螺釘，并用調節鎖定螺栓緊頂住定位擋塊，使之受沖擊也不移位，保證定位準確。
圖2-15 定位擋塊的調整
1-鋼板；2-定位擋塊；3-調節鎖定螺栓；4-平面鎖緊螺釘；5-底座
后定位由于采用相對固定的定位塊定位，裁剪精度一般能得到保證，而且易實現裁剪自動化。其缺點是只適用于塊板裁剪，摩擦滾輪的定位與出料的可靠性較差。后定位常用于塊板的橫向裁剪。
前定位是定位擋塊在前，裁剪機在后的定位方法。這就要求定位擋塊必須是可移動的，否則定位塊擋住了鋼板出路，無法形成流水線生產。前定位裝置如圖2-16所示。鋼板由送料滾輪送進裁剪機，穿過刀口，在摩擦輸送帶上輸送到定位擋塊。這種定位方式的定位力由兩方面提供：一是送料滾輪的夾送力，二是摩擦輸送帶的摩擦力。定位過程是：當鋼板未觸及定位塊時，主要由送料滾輪將鋼板送出；當鋼板靠上定位擋塊時，裁剪機開始工作，而送料滾輪暫停，此時靠摩擦輸送帶穩定鋼板的位置。裁剪完畢后，定位擋塊在電磁鐵或氣缸的驅動下自動移開，裁剪好的鋼板在摩擦輸送帶的摩擦力驅動下向前送出然后定位擋塊復位，擋住下一塊由送料滾輪送來的鋼板。
圖2-16 前定位裝置
1-可移動定位擋塊；2-鋼板；3-送料滾輪4-裁剪機；5-摩擦輸送帶
前定位擋塊的結構示意如圖2-17所示。定位滑塊可在固定滑套中上下移動自由電磁鐵或氣缸作為驅動力，帶動定位滑塊運動。
圖2-17 前定位擋塊結構示意圖
1-定位滑塊；2-鋼板；3-摩擦輸送帶；4-固定滑套；5-電磁鐵
前定位不需有鋼板回程，裁剪在輸送過程中進行，定位也較準確，也易實現裁剪自動化。這種定位方法十分適用于卷板開卷裁剪，既滿足連續流水線生產的需要，又基本上能保證裁剪精度。對于塊板，定位完全要靠摩擦輸送帶則大大影響定位的可靠性，一般不宜采用。
橫向定位方法適用于兩臺互相平行安裝的裁剪機聯動雙邊裁剪的場合。橫向定位裝置如圖2-18所示。安裝在輸送鏈上的一對定位模塊將鋼板送人兩臺裁剪機刀口后，輸送鏈暫停運行，裁剪機工作。裁剪完畢后，輸送鏈繼續運行，模塊帶著鋼扳離開刀口。同時，下一張鋼板又在下一對定位模塊的帶動下進人刀口。橫向定位的定位力是由鋼板在運行過程中與導軌間的滑動摩擦力提供的。其定位精度是由兩定位模塊的定位面與雙邊裁剪機刀口的垂直度決定的。
圖2-18 橫向定位裝置
1-雙邊裁剪機；2-定位楔塊；3-鋼板；4-輸送鏈；5-導軌；6-壓板
橫向定位的定位模塊結構示意如圖2-19所示由定位模抉安裝在一般的套筒滾子鏈上，定位擋塊做成模形是為了扣住鋼扳，不至在輸送中脫開移位。
圖2-19 橫向定位楔塊結構示意圖
1-內鏈板；2-定位楔塊；3-銷軸；4-套筒；5-滾子
上述三種定位方法均屬于輸送裁剪的前后定位，在制桶裁剪流水線中還須有左右的定位，雖然其定位要求不很高，但至少須把握準一定的方向。這種左右定位一般采用導向導軌，使鋼板順利進入刀口。雙邊裁剪還要求左右裁剪余量基本一致，并提供足夠的定位阻力。所有的定位擋塊因經常與鋼板相撞，極易磨損，所以必須具有一定的硬度和耐磨性能。
