金属包装用薄钢板高精度剪切装置

文/刘秋珍

金属包装用薄钢板高精度剪切装置，是集自动化、信息化、便捷化、智能化于一体的装置。以自动化代替人工生产，更加准确高效，节约人力节省人工成本，从长远生产的角度上讲，总成本更低，采用组态王网络控制，通过人机交互控制形成了一套信息网络，可实时管理控制整条生产线的生产状况，可实现远程控制及远程监控生产。为了组装与运输的便捷，机组中每台机器相连接，却又彼此互不影响，即单独拿出某台机器，认可完成与其相对应工序的工作。金属包装用薄钢板高精度剪切装置为制罐行业中的剪板生产提供了新的发展思路，同时也是制造行业中的一项进步。另外减少钢材的使用还可以间接减少炼钢产生的粉尘、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、挥发酚类、氰化物、悬浮物、废钢渣等排放，降低污染物对水源、大气、和人类呼吸系统的危害，这些对人类产生的益处难以估量。

本项目拟研究开发具有自主知识产权的金属包装用薄钢板高精度剪切装置。已获得实用新型专利10项，发明专利3项。

研发核心内容主要包括三个方面：

（1）系统的机械装置 根据产品设计的工艺流程，在精细化加工及流程再造等方面创新性开展设计，达到国内领先及国际先进水平；

（2）自动化控制 系统采用PLC控制系统，实现高度自动化控制，提高生产效率及产品品质；

（3）信息化管理 采用当前流行的现场总线技术，进行底层信息收集，建立产品信息库，实现企业的信息化管理。

一、自动送料机的设计

1、自动送料机的应用及原理

图1 气动送料装置

高精度剪板装置中的自动送料装置则是一套自主研发创新的机构。其工作原理以双杆气缸作为原动件带动真空气缸，双杆气缸的伸长带动联动板沿着滑杆运动，联动板上安装的真空气缸通过电磁阀的控制来完成吸料、传料、放料这一过程。其平面示意图如图1。在高精度剪板装置中，电信号控制主要用于调节送料工作台的微动提升，随着板料不断被运送至自动运料机，工作台上的板料高度将不断降低，进而离气缸越来越远，甚至超出气缸工作范围。所以送料工作台要进行不断地微动提升。当所有板料被运送后，形成自动报警，提示添加或更换板料。送料工作台上方有装有两只光电开关A 和接近开关B。光电开关A对应照射压料板顶杆，压料板会随着板料的高度降低而降低，当下降到光电开关A不能照射到顶杆的时候，形成一个电信号，自动控制升降台微量上升。接近开关B安装位于板料正上方，当工作台上的板料全部运送后，接近开关B 发出电信号使警铃报警提示操作人员添加或更换板料。光电开关A 和接近开关B 安装及工作示意图如图2。

图2 光电开关和接近开关示意图

2、自动送料机的创新设计

除了气动送料装置的创新设计外，高精度剪板装置中的送料机在传统送料机的基础上对于物料摆放、调整的方面也做了创新的改动。自动送料机是高精度剪切装置的第一部分，同时也是剪板工作的起始处。由于不同板料之间的尺寸变化、摆放位置等因素会影响到送料的顺利进行，成堆板料的重量使板料本身不易被调整，只有通过调整工作台的方式来完成。传统送料机的调整方式是在工作台横向进料方向多以使用丝杠机构配以手柄人工调整，而工作台纵向进料方向则是人工使用撬杠搬撬调整。其弊端为费时费力，调整起来不方便。全自动剪板机中的自动送料机解决了这一问题。改进方式为：横向进料方向，在原有的丝杠机构上加装一个电机，以齿轮传动方式进行传动，电机控制电路为正反转连锁电路，其电路图如下图3。

图3 电路图

3、电机正反转联锁控制电路图

送料工作台纵向进料方向调整也做了改进，在每根辊轴上添加了链轮，同样以一台电机作为动力源，并配以正反转联锁控制电路。自动送料机工作台处的改动，可以极大的节省人力物力，同时也方便操作人员安放调整板料位置，提高了生产效率，实现了自动化调整。

二、自动运料机检测部分

在运料机上，装有双张检测仪器，对板料进行检测，控制使送料机上传送过来的板料都为单张无重叠板料。为使推料板能够较精确的承接并推动板料，在运料机上安装有光电开关和接近开关分别对板料的位置及推料板的位置进行测位，通过变频器调整电机转速来找到合理的推料位置和电机转速。

三、剪板机的创新改进

1、对压双轴装置

高精度剪切装置是在杭州恒立机械生产的圆刀剪板机（圆剪机）的基础上进行创新设计的。板料从运料机出来进入圆剪机的刀口需要一段距离，这段距离是圆剪机自身外形缺陷所导致的，高精度剪切装置就是要把这个缺陷弥补以便于料机形成对接。在设计时，合理的利用了圆剪机的进料凸台，安装了一套对压双轴装置。主动轴由伺服电机通过皮带传动而转动，再通过齿轮传动带动从动轴，传动比为1，两轴具有相同的转速，并且转速与圆剪机刀轴的转速相同。当板料经由运料机进入两轴间隙时，被两轴带动而具有与轴外边缘相同的线速度，通过双轴装置的板料部分，经过一段撑料板进入圆剪机刀口进行裁剪。圆剪机刀轴上的到已事先调好刀距来裁剪出我们需要的尺寸。

2、板料导正装置

剪板整齐的一项必要条件是进入剪板机的板料摆放一定要正，这也是人工裁剪时容易忽略的重要环节，人工裁剪无法像机器一样使每张板料偏斜的误差降到最低。高精度剪切装置设计了板料自动导正调整装置，使板料进入圆剪机刀口之前被校正，这样裁出来的板料才会更整齐、更标准。自动到正装置是装在板料运送台两侧的两台直线电机，将加工出的圆台型挡头安装固定在直线电机上，并配有弹簧装置。如图4，对于不同的板料可以调节电机使圆台挡头前后移动调整位置，在挡头的调节下，板料会自动校正至摆正。

图4 调节机构

四、自动分料设计

经过裁剪的板料分为两部分，分别是我们需要的成料部分，和板料留空的废料部分，如图5所示。那么把成料与废料分开，并将成料与成料分开是设计分料机的目的，如图6所示。

图5 板料裁剪示意图

图6 分料平俯视图

由于分料台的形状设计，废料离开剪板机会落入废料收集口中，而成料的分料方式则是由分料机上安装的山形凸棱，剪好的板料会在凸棱上被分开，在传送带摩擦力和自身重力的作用下，从凸棱上滑落至各自轨道中，就完成了成料的分料。分料示意图如图7所示。

图7 分料原理示意图

五、自动收料机

与自动送料机相同，收料机同样在印铁中有着广泛的应用，无论是开平还是印刷，收料机都是必不可少的机器。

成型板料运至收料机的过程，触发接近开关，程序启动伺服电机和吸料电磁铁，将成型的板料运至收料台上方。通过脉冲与通电时长的设定，达到指定位置的成型板料会被释放，垂直落到工作台上。由于下落过程中板料会因空气阻力影响的缘故，无法整齐的叠落在一起。收料台两侧安装有整料电磁铁，当一定数量的成型板料落下后，整料电磁铁接收信号自动通电2秒。这样就完成了成型板料的整理，使板料可以摆放整齐。其工作示意图如图8。

图8 收料机收料整料示意图

高精度剪切装置的全自动收料机在原有基础上，增添了更多信息化智能化的设计。例如人机操作界面既方便了工人的操作还能实时监控板料的经过路线，并可以清楚的看到生产过程中是否出现故障。LED 显示屏更是将所裁板料的种类、名称、和相关尺寸信息直观的呈现出来。

六、总结

金属包装用薄钢板高精度剪切装置，是集自动化、信息化、便捷化、智能化于一体的装置。以自动化代替人工生产，更加准确高效，节约人力节省人工成本，从长远生产的角度上讲，总成本更低，采用组态王网络控制，通过人机交互控制形成了一套信息网络，可实时管理控制整条生产线的生产状况，可实现远程控制及远程监控生产。为了组装与运输的便捷，机组中每台机器相连接，却又彼此互不影响，即单独拿出某台机器，认可完成与其相对应工序的工作。金属包装用薄钢板高精度剪切装置为制罐行业中的剪板生产提供了新的发展思路，同时也是制造行业中的一项进步。

虽然科学技术在创造工业文明的物质成就过程中的作用确实居功至伟，显示了无与伦比的“魔力”，但是科学技术本身具有巨大的局限性。例如本项目的金属包装用薄钢板高精度剪切装置，具有剪切精度高、操作方便、节省人工成本、信息化程度高、自动化程度高、长远成本低等优势；但也存在一些不足，就是剪切是单向的，目前只适用于大桶板料的剪切，或开平板料的修正；所以科技创新要持续不断的进行，尽快实现小桶料的剪切。

任何科学认识都是相对的，科学认识的过程实际上是一个不断试错的过程。对于工业文明来说，科技的迅猛发展成就了工业文明在物质文明上的辉煌，实现科技的人性化，将科技应用于对人类有益的事业，是现代工业社会面临的一大现实课题。