2024年3月25日发(作者：)
2 剪板机基本性能参数
2.1剪板机规格与技术特征
板材长度 6000--12000mm
板材宽度 1000—2500mm
板材厚度 6-----30mm
板材强度极限 640N/m㎡
板材延伸率 17℅
上刀刃倾角 2°13′
上下刀刃间的间隙 1mm
刀刃磨钝系数 1.2
曲轴半径 105mm
剪刀开口度 210mm
剪刀长度 2500mm
每分钟剪切次数 3-7次/min
2.2剪板机基本性能参数
决定剪板机性能的主要有：剪板机的剪切力，压料力，剪切角和上刀片的行
程量。
2.2.1剪切力确定
斜刃剪板机的总剪切力比平刃剪板机的小，它包含三个组成部分：基本剪切
力；被剪下部分板料的弯曲抗力以及板料在剪切区变形的弯曲抗力。总剪切力与
剪切角的关系接近反比例，即随着剪切角的增加而减小。
h
2
tg
1
P
zh
k0.6
b
5
(1Z)
N
10
tg
0.6
5
1
5
2
b
yX
式中 k——刀片的磨钝系数，k=1.2
b
——被剪金属的抗拉强度
b
=640
N/m㎡
5
——被剪金属的伸长率
5
=17
℅
h——被剪板厚（毫米）h=30mm
——剪切角（度）
=
2°13′
△——刀片间隙（毫米）△=
1mm
y——刀片间隙的相对值，y=△/h
C——压料脚轴线到下刀刃的距离（毫米），从表2-2中查得 C=90
X——压料脚距离的相对值，X=C/h=3
Z——弯曲系数，取0.95
表2-2 压料脚轴线到下刀刃的距离
h（毫米）
C（毫米）
2.5～6.3
65
10～12.5
70
16～32
90
因此
P
zh
=3.54×10⒍N
2.2.2压料力的确定
在剪切过程中，上刀片对板料作用着一个向前的水平推力T。为防止板料的
位移，压料力必须使板料顶面和底面上产生的水平方向摩擦力大于T。
剪切开始，上刀片的切入深度达到被剪板厚的瞬间，板料顶面和底面产生的摩擦
力均为
F
1
(P
zh
P
y
)
N;
当剪切继续进行超过上述瞬间，则板料顶面摩擦力为
F
2
P
y
N；
而板料底面的摩擦力仍然不变
F
1
F
2
T
;
T=0.3
因此
P
zh
N；
，
(P
zh
2P
y
)0.3P
zh
当
0.15
时，
P
y
1
P
zh
2
N
应该说，压料力随总剪切力增大而增大。但是压料力和被剪板宽也有一定关
系，当剪切板宽较大时离开剪切区域较远的压料脚的作用不大。为此，总压料力
为
P
y
1b
P
zh
22500
N
P
y
式中b——被剪板宽（毫米）
带入函数值，得到值为
1.5710
⒍N
2.2.3剪切角的确定
从剪切力的公式可以清楚的看到，剪切角增大则剪切力下降，从而减轻机器
的重量。但剪切角增大带来的最不利的后果是窄条料的严重扭曲，其次是增大刀
架的行程量（也就是增加机器的高度和减少每分钟行程次数）。
通过对比国内外剪板机的主要参数，决定把剪切角定为3°。
2.2.4上刀片的行程量
上刀片的行程量主要与剪切角和被剪板宽及板厚有关。剪切板料所必需的最
小行程量由下式决定：
S
a
h
/
btg
S
b
mm
式中h’——最小开口距，即上刀片在上死点位置时工作台面到上刀刃之间
的距离（毫米）
b——被剪板宽（毫米）2500
S
b
——刀片超越量（毫米），查阅表2-3
表2-3 刀片超越量
h （毫米）
S
b
≤6.3
当h’不 3～8
10～16
10
20～32
15
40～60
20
（毫米） 可调时
当h’可10～（-6） 10～（-16） 15～（-32） 20～（-60）
调时
h’通过查阅资料得到值为20～25mm，取值为20mm，因此得到
S
a
值为165mm
3 剪板机机械设计
3.1整体设计
3.1.1方案选择
1.机械传动剪板机
(1)下传动剪板机
被剪板厚≤6.3mm的剪板机多采用机械下传动结构，它具有机器高度小，垂
心低和重量轻的特点。
(2)单边齿轮传动的剪板机
机械传动的剪板机大部分采用这种结构，即最后一级齿轮装在曲轴的一端。
结构比较简单，但是曲轴很长，制造和装配都比较困难。被剪板厚≥25mm时可
考虑用双边齿轮传动的形式。
(3)双边齿轮传动剪板机
对于大规格的剪板机，长曲轴的锻造和机械加工都非常困难。如果采用双边
齿轮传动，其传动部件的重量要比单边齿轮传动的减轻20～30%
(4)蜗杆传动剪板机
蜗杆传动由于传动比较大，因此传动链缩短，结构紧凑，机器高度降低。此
外蜗杆传动具有传动平稳、噪音小的优点。国产剪板机曾经采用过这种结构，但
是蜗杆传动效率较低，制造和装配困难。特别用在大规格的剪板机上，损耗功率
就比较明显地增大。而且维护和修理业困难，因此没有得到广泛的采用。一般适
用于被剪板厚≤13mm的剪板机。
#所以采用单边齿轮传动的剪板机。
剪板机工作原理：上刀片固定在刀架上，下刀片固定在下床面上，床面上安
装有托球，以便于板料的送进移动，后挡料板用于板料定位，位置由调位销进行
调节。
刀具
剪板机的下刀片都具有四个刃。刀架沿前倾直线运动的剪板机上刀片可以具
有两个刃或者四个刃。刀架沿弧线运动的剪板机上刀片只宜有两个刃，而且必须
将上刀片用螺钉或者垫片调整为一个空间曲面，因此上刀片的长度尽可能增大以
减少接缝数。如果接缝处调整不当将导致刀具磨损的加剧和被剪板边偏差的增
大。
刀片顶面应稍低于工作台面，偏差为-0.20毫米。
国产剪板机刀片材料常用6CrW2Si，（热处理后硬度为RC58-60)。T7A,9CrSi，
Cr12P1，Cr12Mo和Cr6VP也可作刀片的材料。国外实验用硬质合金BK15或BK20
镶在剪刀片上来提高两次刃磨的间隔时间。
刀片的尺寸参阅下表3-2
表3-2 刀片尺寸
被剪板厚h（毫米）
1～2.5
刀片尺寸T*H（毫米）
20*60
螺孔直径d（毫米）
13
4～16
20～25
32～40
25*80
32*120
45*150
17
22
33
由于机械传动剪板机在一个工作循环内，工作负荷是由小骤增，突然到达最大
后又渐渐减少的冲击过程，其中有超过一半是空行程!所以，根据这一特点，机
械剪板机在其传动轴上一般都设有飞轮!这是由于飞轮在空程内加速后贮存能
量，以备在剪切工况时，通过降低转速释放部分能量来帮助主电机克服尖峰负荷
完成剪切!
飞轮输出的能量：
式中：J--飞轮的转动惯量，
W1--飞轮的初始角速度，弧度/s
W2--飞轮降速后角速度，弧度%)/s
在飞轮转动惯量不变的前提下，飞轮的转速是影响能量输出的唯一因素!所以，
从设计的角度来说，为保证输出的能量不变，往往通过提高飞轮的转速，并减小
在剪切过程中转速的降低，尽量去减小飞轮的转动惯量（即减小飞轮的尺寸）来
实现!但飞轮降速时，电机的转速也会随之下降，这样，电机的工作电流将成比
例地增加，从而使电机的工况恶化，甚至出现死机或烧坏电机的现象!那么，如
何确定飞轮的转动惯量和转速，从而合理地选择主电机功率和转速以及两者的降
速比，成了专业设计人员无法定量确定的一个难题!
飞轮转动惯量的确定
由于有了飞轮装置这部分储存和释放能量的作用!所以作用在电机轴上的实际扭
矩，一部分由电机负担，而另一部分由飞轮负担!因此，在设计机械剪板机的过
程中，根据所定型号的剪切功和转速等参数，应首先确定好飞轮的转动惯量，再
来选取主电机
功率的大小及转速，达到降低能耗的目的!飞轮的降速率：
式中：
飞轮的降速率，%
飞轮的初始转速，r/min
飞轮降速后转速，r/min
无论剪板机上的飞轮是在电机轴上，还是通过皮带驱动飞轮（即大皮带轮），它
的降速率应基本等于主电机的降速率!如前所述，为了避免主电机工作电流的急
骤增加，甚至烧坏电机的情况发生，其降速率必须控制在一定的范围内!根据行
业规定和生产实践经验，主电机降速率应控制在15%以内，一般取 14%!那么，根
据式（!），在能量一定的情况下，首
先要确定飞轮的初始转速（角速度），才能确定飞轮转动惯量的大小，飞轮转速
的平方与飞轮转动惯量成反比，飞轮的转速越高，转动惯量就小!在实践中，经
过皮带传动后的飞轮往往比电机的转速低，其转速在 280~460r/min之间；而直
接安装在电机轴上的飞轮与电机同速!选取 4 级电机时，转速在1420~1485r/mi
n 之间；选取 6 级电机时，转速在 960~985r/min之间，由式（!）可推导出飞
轮的转动惯量：
3
主电机功率的确定
应用飞轮装置后，就可选用容量较小的电动机，主电机的功率就可以按剪切时
的平均功率来计算.其具体数值取决于剪板机在一次行程中所消耗的能量和时
间：
式中：
剪板机一次行程完成满负荷所需的能量，kg.m
行程数利用率
空行程次数，次/min
上式中，空行程次数与相乘等于该机床在满负荷条件下的剪切次数，也是
机床给定的另一个主参数根据行业规定及实践经验，行程利用率基本符合表1的
规定!
由此可见，只要能确定剪板机在一次行程完成满负荷所需的能量，就可以确定
剪板机的功率了!一次行程完成满负荷剪切所作的功
式中：
曲柄-连杆机构等摩擦力臂，m
压料力，kgf
压料行程，m
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