高精度切邊圓盤剪的設(shè)計(jì)

侯定坤

(洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽471039)

隨著鋁板帶產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的日益普及，人們對(duì)板帶材品質(zhì)的要求也越來越高，而帶材的邊部質(zhì)量(即無裂紋、撕列、夾層、毛刺、亮點(diǎn))是板帶材品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。例如剪切PS板時(shí)對(duì)邊部毛刺有著非常嚴(yán)格的要求，過大的毛刺會(huì)拉毛PS板表面，降低印刷質(zhì)量。

在鋁合金板帶產(chǎn)品生產(chǎn)的精整生產(chǎn)線(如橫剪、縱剪、重卷、拉彎矯等)機(jī)組中， 切邊圓盤剪是重要設(shè)備之一。切邊園盤剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。切邊圓盤剪的設(shè)計(jì)和帶材的厚度有很大關(guān)系，帶材越厚切邊質(zhì)量較容易保證，帶材越薄對(duì)圓盤剪的設(shè)計(jì)及制造要求越高。生產(chǎn)實(shí)踐表明：厚度為0.4mm～1mm的帶材，其切邊質(zhì)量較易保證；厚度超過1mm的帶材，切邊多為生產(chǎn)的中間工序，對(duì)切邊質(zhì)量無較高要求；厚度為 0.1mm～0.4mm的板帶材成品切邊，對(duì)上下刀盤的裝配調(diào)整要求非常嚴(yán)格，因此除了設(shè)備必須具有較高的制造精度外，對(duì)刀軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。

下面以我院為華南某廠提供的1850mm鋁帶拉彎矯直機(jī)組中的高精度切邊圓盤剪為例，對(duì)這類型設(shè)備的設(shè)計(jì)作一些探討。

1 圓盤剪的結(jié)構(gòu)組成及主要技術(shù)參數(shù)

該圓盤剪結(jié)構(gòu)如圖1所示，由傳動(dòng)裝置、機(jī)架開口度調(diào)整裝置、機(jī)座、左機(jī)架、右機(jī)架組成。

主要技術(shù)參數(shù)：

剪切厚度：0.1-2.5mm

來料寬度：840-1660mm

切邊寬度：10-50mm(單邊)

刀盤規(guī)格：Φ250×15mm

剪切速度：最大200m/min(當(dāng)帶材厚度小于1.5mm),最大100m/min(當(dāng)帶材厚度為1.5-2.0mm)

傳動(dòng)電機(jī)功率：16.5kW 轉(zhuǎn)速900r/min

減速機(jī)速比：3.3

1—驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2—減速機(jī) 3—機(jī)架開口度調(diào)整裝置 4—左機(jī)架 5—機(jī)座 6—右機(jī)架

2 圓盤剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于機(jī)組剪切帶材的厚度范圍很大(近25倍范圍)，且最小厚度基本已接近采用圓盤刀剪切帶材的極限要求，故對(duì)圓盤剪的設(shè)計(jì)提出更高的要求。

圓盤剪的核心是左右機(jī)架，刀軸及支承固定機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)均布置在內(nèi)。左右機(jī)架成對(duì)稱布置,它包括左右兩對(duì)刀軸、兩對(duì)刀盤。刀盤側(cè)隙通過更換墊片調(diào)整，液壓螺母鎖緊；刀軸兩端軸承均各采用兩列成對(duì)安裝的角接觸球軸承。兩側(cè)刀盤的重疊量單獨(dú)調(diào)整，即通過兩側(cè)軸承座上的手輪帶動(dòng)刀軸上的偏心套調(diào)整，其重疊量可由設(shè)置在相應(yīng)軸承座上的千分表來顯示。刀軸驅(qū)動(dòng)由電機(jī)傳動(dòng)中間軸，中間軸上帶兩個(gè)齒輪，分別傳動(dòng)操作側(cè)下刀軸和傳動(dòng)側(cè)下刀軸上的齒輪,兩個(gè)上刀軸也分別安裝一個(gè)齒輪，通過下刀軸的齒輪來傳動(dòng)，上下刀軸的齒輪并不直接傳動(dòng)刀軸，而是通過固定在齒輪上的兩個(gè)傳動(dòng)銷來傳動(dòng)浮動(dòng)盤，再由固定在浮動(dòng)盤上的另外兩個(gè)傳動(dòng)銷來傳動(dòng)固接在刀軸上的傳動(dòng)盤，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1— 下刀軸 2—上刀軸 3—液壓螺母 4—聚氨脂隔離環(huán) 5—上刀盤 6—墊片組7—上補(bǔ)償環(huán) 8—壓環(huán) 9— 偏心套 10—傳動(dòng)齒輪 11—浮動(dòng)盤 12—傳動(dòng)盤

該圓盤剪設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

(1)采用浮動(dòng)盤結(jié)構(gòu)傳動(dòng)

該機(jī)組切邊圓盤剪的刀軸結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)，便于更換刀具和側(cè)隙調(diào)整。由于該機(jī)組要求剪切厚度范圍較大，因此重疊量調(diào)整比較大。如何解決刀盤重疊量調(diào)整及刀盤直徑減小后中心距變化和上下刀軸同步驅(qū)動(dòng)的矛盾十分關(guān)鍵。在以往圓盤剪的設(shè)計(jì)中，一般采用兩種方法：一種是通過同步齒輪的齒頂隙余量來彌補(bǔ)，這將影響到同步齒輪的使用壽命，同時(shí)該方法僅實(shí)用于重疊量調(diào)整不大，且刀盤直徑不磨削，只能磨削刀盤端面的圓盤剪。而高精度圓盤剪刀盤端面加工精度非常高，一旦調(diào)整完成后，兩端面是不能單獨(dú)再加工的，否則將直接影響到整個(gè)刀軸軸向的裝配精度。故該方法不適合高精度圓盤剪。另一種方法是在上下刀軸軸端部同步齒輪外移，另分別增加一對(duì)無伸縮的萬向接軸，來適應(yīng)刀盤的重疊量調(diào)整及刀盤直徑減小后中心距變化。但這種結(jié)構(gòu)使左右機(jī)架變得很寬。而采用精巧浮動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)，使刀軸結(jié)構(gòu)非常緊湊(如圖2所示)。

(2)采用較高精度的軸承固定刀軸

上下刀軸的定位方式十分重要，它是刀軸調(diào)整的基準(zhǔn)。為此，該圓盤剪刀軸兩端軸承均選用了兩對(duì)成對(duì)安裝的SKF角接觸球軸承來支承每個(gè)刀軸，軸承精度等級(jí)為P4(相當(dāng)于國產(chǎn)D級(jí))，刀軸剛性好，軸承的軸向游隙控制容易保證。

(3)采用剖分式墊片，使刀盤側(cè)隙調(diào)整更加方便

由于剪切帶材厚度范圍大，刀盤間隙需要根據(jù)帶材不同厚度作出相應(yīng)調(diào)整。側(cè)隙的調(diào)整是采用更換墊片的方式來完成。為使更換墊片更為方便筆者將所有的墊片設(shè)計(jì)成剖分為兩半環(huán)的方式，用壓環(huán)包住，壓環(huán)固定在軸肩的圓柱面上，更換墊片時(shí)只需將壓環(huán)松開，向外取出露出墊片即可更換，不需拆卸刀盤，大大節(jié)約了調(diào)刀時(shí)間，使調(diào)刀變得非常方便。

3 高精度剪切采取的保證措施

采用圓盤刀對(duì)較薄帶材(0.4mm以下的薄帶)剪切，要保證良好的切邊質(zhì)量，不但要有合理的刀軸設(shè)計(jì)，而且對(duì)設(shè)備加工制造和裝配也有很高的要求。

(1)合理選擇側(cè)隙值。合理的刀盤側(cè)隙是獲得良好切邊質(zhì)量的首要前提。原則上對(duì)于不同厚度的帶材應(yīng)有不同的刀盤側(cè)隙值，筆者根據(jù)多年從事圓盤剪設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，并參照生產(chǎn)用戶在生產(chǎn)過程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本機(jī)組帶材的厚度范圍，設(shè)計(jì)了7種規(guī)格的刀盤側(cè)隙及與此相對(duì)應(yīng)的7種厚度規(guī)格墊片(見表1)，所有墊片加工完畢后均冷切割成兩半，其硬度為HRC45-50，并相應(yīng)做上標(biāo)記。

表1 墊片組規(guī)格

(2)合理選擇支托環(huán)尺寸。上、下刀軸上的支托環(huán)的作用是保證剪切過程中帶材能平直平穩(wěn)地運(yùn)行，且不會(huì)在帶材表面留下印，即出現(xiàn)所謂的“刀背印”。為此應(yīng)根據(jù)不同的剪切厚度選擇不同的直經(jīng)和寬度。支托環(huán)內(nèi)圈是鋼環(huán)，外圈包一定硬度的聚氨脂。筆者在本機(jī)組中設(shè)計(jì)了如下規(guī)格的聚氨脂隔離環(huán)，并給出了相配關(guān)系(見表2)

表2 聚氨脂隔離環(huán)規(guī)格

(3)嚴(yán)格裝配刀軸軸承。園盤剪刀軸和軸承座裝配后，在沒安裝刀盤前須對(duì)刀軸提出嚴(yán)格的裝配要求：即基準(zhǔn)軸肩的端面跳動(dòng)控制在0.003mm以下；刀軸直徑的徑向跳動(dòng)在0.025mm以下；上下刀軸的平行度不大于0.025mm，相互交叉不超過0.025mm。

刀軸之所以采用高精度的兩組成對(duì)角接觸球軸承，一方面可滿足高速剪切和不大的軸向力要求，更主要的是較容易保證精密的軸向游隙。刀軸和軸承座裝配后必須檢查并控制軸承的軸向游隙，檢測方法如下：給刀軸施加軸向力(可用彈簧測力儀)，當(dāng)該力從0-500公斤時(shí)，每個(gè)刀軸軸承的軸向游隙控制在0.0025-0.005mm以內(nèi)。

當(dāng)上述要求合格后，要檢查上下刀軸基準(zhǔn)軸肩的錯(cuò)位情況。軸肩錯(cuò)位理論上應(yīng)為0，但實(shí)際加工時(shí)很難做到，故在上下刀軸基準(zhǔn)軸肩外側(cè)分別設(shè)計(jì)了一個(gè)補(bǔ)償環(huán)。其檢測方法如下：裝上刀盤及最薄墊片9.76(10-0.24)mm，鎖緊液壓螺母，給上下刀軸一定的重疊量，然后測量兩刀盤外側(cè)尺寸為30.24mm，則說明側(cè)隙合格；如側(cè)隙不合格，須修磨上下刀軸的補(bǔ)償環(huán)，以獲得目標(biāo)值。最后用最厚的墊片9.988(10-0.012)mm去復(fù)核刀軸的裝配情況即可。

4 結(jié)束語

① 該圓盤剪自投產(chǎn)以來，運(yùn)行情況良好，帶材切邊質(zhì)量完全合乎要求。對(duì)于剪切不同厚度的帶材，必須將刀盤間隙及重疊量調(diào)整到一個(gè)合適的范圍，從而使剪邊缺陷被控制到一個(gè)可以接受的范圍。

② 對(duì)于同一園盤剪切機(jī)，不要要求它的剪切厚度范圍太大。對(duì)于箔材是采用主動(dòng)下園刀帶動(dòng)碟形上園刀來切邊，切邊質(zhì)量更容易達(dá)到。在規(guī)劃成品剪切線時(shí)，要將板材和箔材劃分開來，盡量避免重合，否則會(huì)給機(jī)組設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)維護(hù)帶來許多麻煩。