变宽度圆盘剪切机为三自由度剪切机结构：剪刀盘位于X 平动机构上，实现沿板材X 方向的变宽度剪切；为保证剪刃始终与板材垂直，剪刀盘需要沿Z 轴的转动；同时为保证对任意曲率板材的剪切，考虑到剪刀盘的回转半径为固定尺寸，需要剪刀盘可以沿Y 方向（板材运动方向）移动。传动机构中除Z 方向采用蜗轮蜗杆结构外，其余均为丝杠—丝母结构。

根据以上结构，为实现剪刀盘点高精度定位定速，采用5 个伺服电机分别驱动以上3 个自由度上的5 个电机。于是该剪切机就可以根据实际需求，以高精度剪切出对称或非对称、具有任意曲率的板材，剪切轨迹 。

作为机械加工的第一道工序，剪切加工在实际生产中被广泛采用。随着加工产品形式的多样化，传统的只能完成简单剪切的剪切设备已经不能满足实际需求。例如在冷弯成型领域中，柔性冷弯产品需要成型板料沿纵向尺寸是变化的，因此高精度的变宽度剪切机是柔性冷弯成型重要的前序设备。我校设计制造的具有自主知识产权的变宽度圆盘剪切机实现了对板材的变宽度剪切，不仅为柔性冷弯成型提供变宽度板料，也为其它有变宽度剪切需求的应用提供了有效的解决方案。仿真技术在机械系统中的应用非常广泛，在产品或设备的前期设计中对原理与性能进行分析与验证，以保证产品或设备满足设计要求。随着系统分析的细化与软件技术的进步，越来越多的仿真研究采用软件联合应用的方式，以充分利用各类软件的特点与优势，实现对系统进行综合分析的目的，即联合仿真。例如在三维造型软件SolidWorks 或Pro/E 中进行三维建模，然后在ADAMS 中进行运动学与动力学分析，使造型的便利性与强大的分析功能相结合，为改善系统性能提供依据。此外，利用MATLAB 软件强大的计算功能与成熟的控制系统分析功能，对机械系统分析中的非线性因素以及控制算法加以仿真，使仿真技术向机电一体化方向发展。

这里设计制造的变宽度圆盘剪切机具有三个自由度，能够实现任意轨迹的剪切。由于采用圆盘剪切，所以机械结构与工作原理相对复杂，同时剪切过程中还受板料速度的影响，这些都为高精度剪切控制带来了一定挑战。因此，需要在虚拟环境下对样机工作原理进行深入研究，同时检验控制方法的合理性，而这些工作在三维造型软件所提供的仿真环境中是无法实现的。采用SolidWorks 造型平台建立变宽度圆盘剪切机的虚拟样机，采用LabVIEW开发平台编写控制虚拟样机运动的驱动程序，利用MechatronicsToolkit 接口模块将虚拟样机平台与实时控制平台相连接，实现LabVIEW 对SolidWorks 下虚拟样机的运动轨迹控制，即LabVIEW-SolidWorks联合仿真，从而更直观有效地对剪切机的运动规律进行分析，设计出合理的控制律，节约由仿真到实时控制的时间成 本。

将被剪切的坯料夹在压料定心盘上.尾座上的夹紧机构通过棘轮和丝杠控制夹紧力，井能绕压料定心盘中心转动。尾座上的移动丝杠用来调节压料定心盘中心主圆盘剪刀的距离，也就是剪切圆形坯件的半径。通过上、下阅盘剪刀的旋转，完成园形坯件的剪切。剪切任惫曲线形坯件时，夹紧机构只起支承作用，依据划线由人工送进。目盘剪切机也可以剪切条料，但是剪切后条料弯曲度较大 。

仿真分析是目前对复杂机械结构或复杂控制系统进行分析设计的重要手段与方法。轨迹控制是根据预定轨迹的形态特征分析实际样机各运动轴的协调动作，编写其驱动设备的控制程序，从而实线预定轨迹的控制。对于复杂机械结构而言，任一轨迹的生成都是通过多设备驱动协同完成的。因此，在虚拟环境下仿真运动轨迹，实现设计思想，体现机构动作过程，不仅避免实际调试

可能面临的风险，更为实际控制提供依据。使得对系统有更加深入的了解，从而设计出性能更加优异的物理样机，降低系统可行性验证的时间成本与实际成本。

在SolidWorks 环境下，建立了变宽度圆盘剪切机的原理样机，通过接口模块Mechatronics Toolkit，将剪切机中电机的控制轨迹转换为虚拟样机中电机的驱动函数，使剪切机的原理样机能够进行复杂的轨迹仿真。剪切机轨迹仿真系统的建立，不仅验证了轨迹控制方法，更直观分析了机构复杂的动作过程。仿真过程得到的大量分析参数，有助于深入了解物理样机结构和运动原理，提高系统轨迹控制精度，完善控制律。所采用仿真方法，为其它复杂机构的轨迹仿真分析提供了有效的解决方案 。

首先以剪切三斜率板材为例，对虚拟样机轨迹控制过程进行说明。板材的剪切轨迹，虚线为板料边界，实线为剪切轨迹，即剪刀盘的运动轨迹为：沿X 方向正向电机迅速运动50mm 后，保持位置不变。当板材行走100mm 后，剪刀盘电机正向转动15°，同时平动电机以板速v0tan15°反向运动，板材行走100mm 后，剪刀盘电机反向转动15°后停止运动，保持当前位置至板材运行100mm。为简化仿真过程，令板材速度v0 为常值，且速度值设为50mm/s。联合仿真界面。指令轨迹与仿真轨迹。

由仿真轨迹可以看出，通过LabVIEW 下的指令设计，完成了对多轴电机的协同控制，实现了对剪切机虚拟样机预期轨迹的控制，包括位置控制与速度控制。由于控制指令考虑了电机的启停特性，因此仿真位移轨迹呈现出S 形曲线特征。此外，仿真时采用电机空载特性，与实际中电机带载后的特性不完全一致，根据负载不同响应速度会产生或大或小的延迟。在实际控制中，可以通过设计控制律来改善系统的动态性能，最大程度降低由于系统过渡过程而产生的偏差，从而提高控制精度。

采用同样方法，对剪切机进行弧线轨迹的仿真，指令轨迹与仿真轨迹。仿真轨迹较指令轨迹略有滞后也是由于电机启停特性的影响，实际中可以添加控制率加以改善。由于剪切弧线的曲率半径与剪切机回转半径相关，因此在实际剪切控制中，需根据轨迹尺寸调整控制参数，以实现剪切机任意轨迹的剪切 。

圆盘剪板机由主机和尾座两部分组成，主机主体为右侧的深喉口结构。传动箱内有齿轮变速机构.变速机构有三种速度。上、下国盘刀片由齿轮、链轮传动.下圆盘刀片为齿轮传动。两个圆盘刀片呈45°分布。以利曲线剪切。剪切间隙靠上、下刀盘系统的蜗轮一螺旋机构实现。

在SolidWorks 中建立剪切机虚拟样机后，其运动分析插件COSMOSMotion 可进行基本的运动学及动力学仿真，初步分析剪切机的运动特性。但由于COSMOSMotion 电机驱动函数类型较单一，并且对于复杂轨迹的数据加载十分困难，尤其是同时驱动多电机且电机之间需要协同运动时。因此，分析复杂机构的运动轨迹时，COSMOSMotion 仿真环境具有一定的局限性。变宽度剪切机的实时控制平台采用具有虚拟仪器思想的高性能模块化硬件集成平台—PXI 控制器与图形化软件LabVIEW。LabVIEW 以严格定义的概念构成了一种易于理解和掌握的硬件和软件模块，并提供了一个理想的程序设计环节，较传统的文本语言，节约程序的开发时间。

LabVIEW 开发了电机专用控制模块—MotionAssistant，能够方便地实现电机的直线及圆弧控制。借助NIMechatronicsToolkit 接口工具包，可以将LabVIEW 中的电机驱动函数加载于SolidWorks 虚拟样机中，使其能够按照LabVIEW 中所设计的控制参数动作，从而实现LabVIEW-SolidWorks 的联合仿真。通过联合仿真，不仅能够协调多电机同时进行控制，还能够深入剖析剪切机的工作原理及运动规律，实现对复杂剪切轨迹的仿真，进而分析影响剪切轨迹精度的各种因素。

1 变宽度剪切机虚拟样机的建立

与其他三维造型软件相比，SolidWorks 简便易用，且具有功能强大、操作便捷、界面友好等特点。在SolidWorks 环境下对剪切机各零件进行虚拟建模并装配，装配过程严格遵循实际机构配合关系、运动原理，力求使虚拟样机具有与原型机相似的物理特性，为实现运动轨迹仿真奠定基础。鉴于所讨论的仿真着重研究运动控制与运动轨迹，因此只需对影响剪切轨迹的关键运动部件进行原理建模，相应的运动动作通过对其添加约束实现。如X、Y 方向上的传动机构添加移动副实现剪切机两方向的平动；Z 方向上的传动机构添加旋转副与耦合关系实现剪刀箱的转动。实际剪切过程中，剪刀盘的旋转不影响剪切轨迹，故只需对下剪刀盘建模，其顶点运动轨迹即是剪切成型轨迹。建立的剪切机虚拟样机模型。

在COSMOSMotion 中，可通过编辑各约束属性，定义其惯性、添加力、运动类型及驱动运动等仿真控制参数，对虚拟样机进行简单运动分析。LabVIEW 通过控制COSMOSMotion 中的运动副，实现对虚拟样机的运动控制。

2 LabVIEW 与SolidWorks 的连接

NI Motion Assistant 是NI 开发的专用于运动控制的模块，将基本运动类型封装为独立单元，供LabVIEW 调用，提高运动控制应用程序的开发效率。接口模块Mechatronics Toolkit 以项目的形式将LabVIEW 开发的控制程序与SolidWorks 中的虚拟样机连接起来，实现LabVIEW 对SolidWorks 模型的控制。项目浏览器界面，即在此工具包中，NI Motion Assistant 程序与COSMOSMotion Simulation 的接口转换程序列于同一项目下，方便用户的调用。为实现LabVIEW 与SolidWorks 之间的数据交互即程序对虚拟样机的仿真参数加载，程序中的运动轴名称要与相应的约束名称保持一致，并将驱动函数定义为“样条线”，这是实现联合仿真的两个重要因素 。

用于切边的圆盘剪，它的机构组成一般情况是：左右机架、上下刀轴、底座、机架移动机构、刀盘调整机构和传动装置等。

2个刀架安装在一个共用焊接底座上，刀架通过电动的双导螺杆沿导轨移动来调节开口度，每个刀架装有2个刀头。刀头的间隙是通过电动机传动上、下刀杆上的螺母来调节，由传感器进行位置控制。刀头的重合量是通过电动机传动偏心套对刀轴进行纵向调节，由传感器进行位置控制。在圆盘剪的入口布置1个通带辊和1对压紧辊，由液压缸升降。圆盘剪出口两侧布置有废料导槽。

圆盘剪的结构必须保证带钢两侧边缘整齐，严格控制带钢宽度，在圆盘剪上对带钢两侧进行切边，切下的边缘在碎边机上进行破碎。 2100433B

箱式剪切机高效的箱式剪切机

箱式剪切机是一种高效的废钢处理设备。箱式剪切机的最初设计者源自欧洲，它的结构紧凑，一体式设计便于移动，可用发动机和电机混合动力控制，也可以用发动机或电机单独控制。箱式剪的最大优点在于它的整体利用率高。主要可以从人工，耗能，机械损耗，设备维修费用等体现出来。箱式剪切机机身采用高强度锰板焊接而成，易磨损处采用进口的900高强度耐磨板做衬板，箱式剪切机的刀片采用合金钢材质，能经受得起长时间的高强度的工作。箱式剪切机的液压系统采用液压循环设计，加快了箱式剪切机的剪切速度，一般的箱式剪切机一分钟只能剪切3.5次，用了循环设计可以达到4.5次的速度，大大的提高了工作效率。

箱式剪切机箱式剪切机的优势

1、运行成本低，效率高，没有预压盖，操作少，可以连续加料。

2、自我封闭操作由PLC全自动控制，大大提高了工作效率。

3、通过牵引车辆装载和运输。

4、体积小，一体式，稳定性高。

5．箱式剪切机可以采用发动机控制。

6、低投资和运行费用。

7、箱式剪所有的内表面有一个磨损板盖，因此只有较少的磨损。

8、废料是从上面加入，由预压缸压缩废料后自动滑落并被剪切缸剪切，这种设计大大提高了设备的效率和安全性。2100433B

平行刃剪切机

平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的，它通常用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的轧种。

平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种型式。

上切式剪切机的下剪刃是固定的；由上剪刃的上下运动进行剪切。其剪切机构通常采用：曲柄连杆机构。

下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃上升来实现剪切的。其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。

平行刃剪切机，在工作时能承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大剪切力来命名。

斜刃剪切机

斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。斜刃剪切机按剪切机构的运动特点也可分为上切式，下切式和复合式等。

上切式斜刃剪

这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下运动实现剪切。上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板材厚度大于20毫米时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外，当板材厚度大于25毫米不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切式斜刃剪进行切边。

下切式斜刃剪

这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪切。由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆动辊道，一般多用于连续作业线上横切带材。这种剪切机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的。但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明，这种型式能够保证剪切面相对带材中心线及表面垂直度。其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。

复合式斜刃剪

在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。这种剪中间有固定的双刃刀架，上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。当带材通过固定双刃刀架上部，带材由l号卷取机卷取。当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。

圆盘式剪切机

这种剪切机的上下剪刃是圆盘状的。剪切时，圆盘刀以相等于轧件的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刀。圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的板材或带材。

鳄鱼式剪切机

鳄鱼式剪切机适用于金属回收公司、废钢厂、冶炼铸造企业对各种形状的型钢及各种金属结构进行冷态剪切、以加工合格炉料玫铖机械剪切机采用液压驱动、操作方便、维修简单。剪切力从63吨至400吨共8个等级。

龙门式剪切机

主要适用于钢板、铜板、镍板等金属板材的开料。剪切力100吨至250吨。主要被剪切材料尺寸（12~20mm）*250mm。剪切次数每分钟8~12次。该系列需简单基础设施。龙门剪采用液压驱动，与机械传动式剪切机相比具有体积小、重量轻、运动惯性小、噪音低、运动平稳、操作灵活、剪切断面大等特点。液电一体化控制、可实行单次、连续动作转换、使用简单方便、可在任意工作位置停止、运行、易于实现过载保护。适用范围广泛，既可作金属回收加工单位的加工设备，又可作为工厂铸造车间的炉料加工和机械建筑行业的金属剪断加工设备。