CN102663165B - 一种冷轧飞剪上刀座的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧飞剪上刀座的制备方法，该方法包括：步骤1：根据参数建立符合机械原理的相关参数方程；步骤2：以下剪刃最高点K点为开始计算点，根据设计需要，给定剪刃宽度L方向上的等距分割长度，并取一半剪刃宽度的情况进行分析；步骤3：求解上剪刃U点和此时下剪刃K点的空间轨迹；步骤4：寻找角度区间；步骤5：对应于下剪刃为K点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解；步骤6：对应于下剪刃断面各断面M(i)点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解。本发明通过空间方程解析方法，结合冷轧工艺要求，通过分析飞剪上下剪刃的运动特生，利用循环迭代的数值方法求解冷轧飞剪的剪刃侧隙，用以更加清晰的完成冷轧飞剪的设计。

Description

一种冷轧飞剪上刀座的制备方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧飞剪上刀座的制备方法，尤其是一种适用于冶金冷轧工艺中曲柄连杆式飞剪的剪刃补偿的制备方法。

背景技术

冷轧飞剪是冷轧生产线上重要的设备之一，布置在夹送辊后，用于对带钢的头尾进行切断。它具备分段功能，其工作性能的好坏直接影响到轧制线的生产效率和产品切口质量。随着连续式轧机的发展，飞剪得到了越来越广泛的应用。

飞剪系统中，上刀座通过连接铰点绕曲柄中心点旋转，上剪刃的轨迹为近似椭圆的完整曲线，而下剪刃则沿底部铰点做一定幅度的摆动，其轨迹为一个圆周运动的一部分。通过上、下剪刃在某一区间内的重合达到剪断带钢的目的。在上、下剪刃进行剪切时，剪切工工艺要求上、下剪刃的水平速度与带钢的速度保持大致相同(一般认为剪刃水平速度为带钢水平速度的1.05倍为宜)。如图1与图2所示，上剪刃5安装于上刀座2上，下剪刃12安装于下刀座13上，由于飞剪为曲柄连杆机构，受此机构自身特点等的影响，上剪刃5与下剪刃12的水平速度在剪切区内很难达到完全一致。另外，由于两者空间轨迹的区别，导致上剪刃5与下剪刃12在剪切区间内尽管转动的时间区间相同，但二者的水平方向空间坐标并不相同。即在剪切区间内，上剪刃5与下剪刃12在剪切位置时对应点并不相互完全贴合，而是存在一定的侧隙。由于冷轧带钢厚度较薄，如果上、下剪刃侧隙较大(如图2中圆圈部分)，则飞剪就会产生不理想的剪切效果。因而，设计过程中需要对剪刃侧隙的补偿进行适当考虑，以保证上剪刃5与下剪刃12相互对应点的侧隙达到带钢剪切要求，从而使飞剪整体性能达到理想的剪切效果。

在冷轧生产工艺中，对带钢剪切后的表面及断面质量要求相当高，如果剪刃侧隙不合理，就直接影响板带的剪后质量。在现有的工程设计及相关文献中，一般仅对飞剪机构的剪刃运行轨迹、x及y方向的速度和加速度进行计算，得到一些剪刃的运动学参数，并在现在设计参考及经验的前提下完成飞剪的设计，而对于上刀座加工外形对剪刃的补偿设计则没有考虑，仅根据相关资料进行套用，没有根据剪刃长度、宽度及带钢规格的变化对剪刃侧隙补偿的要求不同进行有区别的设计。这对于冷轧飞剪的设计及其控制系统的开发都是相当不利的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种适用于冶金冷轧工艺中启停工作制式曲柄连杆式飞剪的剪刃补偿的上刀座制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种冷轧飞剪上刀座的剪刃侧隙补偿的制备方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：根据参数建立符合机械原理的相关参数方程，输入冷轧飞剪机构各组成零部件的相关参数：连杆AU的长度、连杆BC的长度、机架OC长度、连杆AU的长度、连杆CK的长度以及曲柄OA的长度、夹角φ₀、φ_dk及α，按照给定的计算参数，分别得到各连杆长度及相应的角度值，建立相应的坐标系mon和xoy；其中O为坐标系原点，A为上刀架与曲柄相连的铰点，B为上刀架与下刀架相连的铰点，C为下刀架与固定支座连接的铰点，U为上剪刃一点，K为下剪刃最高点；φ₀为AB与AU之间的夹角，φ_dk为BC与CK之间的夹角；

步骤2：以下剪刃最高点K点为开始计算点，根据设计需要，给定剪刃宽度L方向上的等距分割长度，根据下剪刃的对称性，取一半剪刃宽度的情况进行分析；

步骤3：求解轨迹方程，根据建立的坐标系mon和坐标系xoy，以曲柄的转角为0°时作为计算的起点，以5°的角度增量作为循环迭代的步长，保证上、下剪刃空间轨迹的求解能快速完成，以CK长度作为求解此时K点的空间轨迹的计算参数，求得上剪刃U点和此时下剪刃K点的空间轨迹，将曲柄转过的角度与对应的计算轨迹结果存储于指定的数组中；

步骤4：寻找角度区间，开始遍历步骤3中求得的空间轨迹数组，找到上、下剪刃轨迹交错的曲柄转过的角度区间[a，b]，根据轨迹特征，找到唯一满足要求的角度区间；

步骤5：对应于下剪刃为K点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解，以上、下剪刃的x坐标的差值为计算目标函数，鉴于上、下剪刃的空间轨迹曲线的交错性，运用二分法求解得到满足要求的曲柄转过的角度；

步骤6：对应于下剪刃断面各断面M(i)点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解，按公式 $\left\{\begin{array}{c}L=\mathrm{num}\·\mathrm{\ΔL}\\ \mathrm{Lx}\left(i\right)=(i-1)\·\mathrm{\ΔL}\\ h\left(i\right)=\mathrm{Lx}\left(i\right)\·\mathrm{tg}\left({\mathrm{\φ}}_1\right)\end{array}\right.$ 分别计算出h(i)，然后再按公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{CM}\left(i\right)=\sqrt{{\mathrm{CK}}^2+{\mathrm{KM}\left(i\right)}^2-2\·\mathrm{CK}\·\mathrm{KM}\left(i\right)\·\cos \mathrm{\β}}\\ {\mathrm{\φ}}_4=\arcsin \left(\frac{\mathrm{KM}\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)=\arcsin \left(\frac{h\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)\\ \mathrm{KM}\left(i\right)=h\left(i\right)\\ {\mathrm{\φ}}_d={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\φ}}_4\end{array}\right.$ 分别计算出CM(i)，并将其存储于相应的数组中，然后依次对此数组中的CM(i)按前述步骤2至步骤5进行计算，即可以得到对应于下剪刃断面各断面点时上刀座的补偿值，并将这些补偿值按指定的内容和方式进行输出。

所述步骤3中利用公式(1) $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{OC}+\mathrm{BC}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\\ \mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{BC}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\end{array}\right.,$ 公式(2) $\left\{\begin{array}{c}{m}_A=\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ n_A=\mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ m_U=m_A-\mathrm{AU}\·\sin ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ n_U=n_A-\mathrm{AU}\·\cos ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ {\mathrm{\φ}}_3={\mathrm{\φ}}_0-{\mathrm{\θ}}_2-\mathrm{\π}+{\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right.,$ 公式(3) $\left\{\begin{array}{c}{x}_U=m_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ y_U={-m}_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right.$ 及公式(4) $\left\{\begin{array}{c}{m}_K=\mathrm{OC}-\mathrm{CK}\·\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ n_K=-\mathrm{CK}\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ {\mathrm{\φ}}_2={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\θ}}_3-\mathrm{\π}\end{array}\right.$ 求得上剪刃U点和此时下剪刃K点的空间轨迹。

所述步骤5具体包括：

找到角度区间[a，b]后，令r_angle＝(a+b)/2，将r_angle代入所述公式(1)-(4)中，分别求得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹，将上剪刃U点的x坐标与下剪刃K点的x坐标的Δx差值作为考查曲柄转角的目标函数，如果计算达到了公式(当M(i)点为K点时，x_M(i)C＝x_KC)的迭代收敛条件，则退出当前循环，找到对应的下剪刃K点的曲柄转角；如果没有达到收敛条件，且如果Δx＜0，则令b＝r_angle，重新代入所述公式(1)-(4)中，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹；如果没有达到收敛条件，且如果Δx＞0，则令a＝r_angle，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹，这样周而复始，直至达到公式(当M(i)点为K点时，x_M(i)C＝x_KC)的迭代收敛条件为止，记录此时曲柄的转角r_angle和上、下剪刃的轨迹，而对应于下剪刃K点的上刀座的补偿设计值即为上剪刃U点和下剪刃K点纵坐标差值的绝对值。

所述步骤4中，满足条件θ_{1_0}≤θ_{1_1}时，找到唯一满足要求的角度区间，其中θ_{1_0}为上、下剪刃在带钢方向(即上剪刃U点和下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向坐标值)相等时曲柄转过的角度中的较小值；

θ_{1_1}为上、下剪刃在带钢方向(即上剪刃U点和下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向坐标值)相等时曲柄转过的角度中的较大值。

本发明的主要优点在于：

(1)可作为冷轧飞剪机构计算的一个有益的设计补充，能真实地反映飞剪机构设计的原则，为飞剪的准确控制提供强有力的理论支持，便于提交更加完善的飞剪电气功能规格书(EMF)，这也为飞剪的设计优化提供理论基础；

(2)该方法完全摒弃了几何作图带来的种种不确定的局限性，更有利于更好地理解飞剪的工作特性，具有良好通用性、适应性、速度快和计算精度高等，并可以就此形成相应的计算软件，方便和快捷，值得推广与延伸；

(3)本方法同样可以延用于飞剪各节点的运行轨迹、各方向速度及角速度的求解；

(4)本制备方法根据运动学相关知识很好地对冷轧飞剪机构的剪刃补偿特性进行了设计计算，在某钢厂冷轧处理线上实际工程运用过程中，剪切效果非常理想。可见，本发明涉及的上刀座的剪刃侧隙补偿方法具有良好的可操作性和实践意义。

附图说明

图1为现有技术中上剪刃与下剪刃动作状态示意图；

图2为图1中局部放大示意图；

图3为本发明中的上刀座立体结构示意图；

图4a为本发明中的上剪刃垫片立体结构示意图；

图4b为本发明中的上剪刃立体结构示意图；

图4c为本发明中的压板立体结构示意图；

图5为现有技术中冷轧飞剪运动机械原理示意图；

图6为本发明中剪切过程中下剪刃剪切点位置确定的计算示意图；

图7为本发明剪切过程中下剪刃剪切点位置在侧面投影的计算示意图；

图8为本发明提供的冷轧飞剪上刀座的剪刃补偿制备计算流程图；

图9为本发明上刀座相关连接的详细设计示意图；

图10a为本发明上刀座局部截面图之一；

图10b为本发明上刀座局部截面图之二；

图11为本发明中上、下剪刃的空间轨迹曲线图；

图12a为本发明上刀座断面各点剪刃补偿值示意图其中一部分；

图12b为本发明上刀座断面各点剪刃补偿值示意图另一部分。

具体实施方式

为便于对本发明的方法有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。

本发明中的剪刃补偿的设计原理如下所述：

(1)飞剪上、下剪刃空间轨迹逻辑表达

飞剪运动机械原理图如图5所示。剪刃的轨迹可以通过矢量方程及几何关系进行求解。具体如下：

在坐标系mon中，对四边形OABC运用矢量方程相关知识可得：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{OC}+\mathrm{BC}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\\ \mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{BC}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

方程组(1)即为飞剪机构的非线性角位移方程组，给定计算误差ε＝1e-6，运用牛顿-辛普森的数值迭代方法进行求解，即可得到θ₂和θ₃。

对于上剪刃U点：

$\left\{\begin{array}{c}{m}_A=\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ n_A=\mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ m_U=m_A-\mathrm{AU}\·\sin ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ n_U=n_A-\mathrm{AU}\·\cos ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ {\mathrm{\φ}}_3={\mathrm{\φ}}_0-{\mathrm{\θ}}_2-\mathrm{\π}+{\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

通过坐标转换，可以得到如下：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_U=m_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ y_U=-m_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

上述各式中：

OA-OA的长度值；

θ₁-AO与OC的夹角；

AB-AB的长度值；

θ₂-AB与m轴正向的夹角；

OC-OC的长度值；

BC-BC的长度值；

θ₃-BC与m轴正向的夹角；

m_A-A点在坐标系mon中的m方向坐标值；

n_A-A点在坐标系mon中的n方向坐标值；

AU-AU的长度值；

φ₃-OA与AU的夹角；

m_U-上剪刃U点在坐标系mon中的m方向坐标值；

n_U-上剪刃U点在坐标系mon中的n方向坐标值；

φ₀-BA与AU的夹角，由上刀架、刀座与上剪刃安装完成后形成的已知夹角；

α-坐标系mon与坐标系xoy的夹角；

x_U-上剪刃U点在坐标系xoy中的x方向坐标值；

y_U-上剪刃U点在坐标系xoy中的y方向坐标值。

对于下剪刃K点：

$\left\{\begin{array}{c}{m}_K=\mathrm{OC}-\mathrm{CK}\·\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ n_K=-\mathrm{CK}\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ {\mathrm{\φ}}_2={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\θ}}_3-\mathrm{\π}\end{array}\right.---\left(4\right)$

上述各式中：

m_K-下剪刃K点在坐标系mon中的m方向坐标值；

n_K-下剪刃K点在坐标系mon中的n方向坐标值；

CK-CK的长度值；

φ₂-OC与CK的夹角；

φ_dk-BC与CK的夹角，由下刀架、刀座与下剪刃安装完成后形成的已知夹角。

再按式(3)进行坐标变换，即可得到下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向的坐标和y方向的坐标的值。

给定所需各个参数，通过数值描述的方法，编制相应的循环迭代程序，可以计算得到上剪刃U点和下剪刃K点的空间运动轨迹曲线。

(2)剪切过程中下剪刃K点的位置确定

如图6所示，上剪刃为水平剪刃，下剪刃为“V”形剪刃。在剪切带钢的过程中，上剪刃U点的空间位置与带钢始终接触，直至带钢被全部剪断为止。而下剪刃，由于特殊的剪刃形状，始终仅有与带钢厚度匹配的部分剪刃与带钢接触，直至在T点带钢被剪断为止。可见，在实际剪切过程中，下剪刃与上剪刃对应剪切位置是不断发生变化的。由于上、下剪刃的运动轨迹和速度不同，在剪切过程中，上、下剪刃之间就会产生一定的侧隙。

在剪切某一时刻时，上剪刃上某一点P_s和下剪刃”V”形斜面上某一点P_x为对应上、下剪切点，对应于侧面(图7)KH段中的M(i)点，此点为下剪刃”V”形斜面上P_x点在下剪刃断面上的投影点。根据前述，可以得到如下数学模型：

在带钢剪切断面上：

$\left\{\begin{array}{c}L=\mathrm{num}\·\mathrm{\ΔL}\\ \mathrm{Lx}\left(i\right)=(i-1)\·\mathrm{\ΔL}\\ h\left(i\right)=\mathrm{Lx}\left(i\right)\·\mathrm{tg}\left({\mathrm{\φ}}_1\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$

上述各式中：

num-沿剪刃宽度方向将剪刃均匀分成的等份数；

ΔL-沿剪刃宽度方向将剪刃均匀分成若干等份数时的距离间隔；

L-下剪刃的宽度，即KK的长度；

i-下剪刃第i个(K点为第1个实际剪切点)实际剪切点P_x；

L_x(i)-下剪刃实际剪切点P_x(这时记为第i个点)至其最外侧点的距离，即KK₁的长度；

φ₁-“V”形下剪刃的倾角，即K₁K和KT的夹角，为已知设计角度；

h(i)-下剪刃实际剪切点P_x在下剪刃断面上的投影点至其顶点在高度上的距离，即M(i)T₁的长度。

在带钢剪切侧面上：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{CM}\left(i\right)=\sqrt{{\mathrm{CK}}^2+{\mathrm{KM}\left(i\right)}^2-2\·\mathrm{CK}\·\mathrm{KM}\left(i\right)\·\cos \mathrm{\β}}\\ {\mathrm{\φ}}_4=\arcsin \left(\frac{\mathrm{KM}\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)=\arcsin \left(\frac{h\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)\\ \mathrm{KM}\left(i\right)=h\left(i\right)\\ {\mathrm{\φ}}_d={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\φ}}_4\end{array}\right.---\left(4\right)$

上述各式中：

CM(i)-CM(i)的长度；

CK-CK的长度；

KM(i)-KM(i)的长度，即h(i)；

β-CK和KH的夹角；

φ_d-BC和CM(i)的夹角；

φ_dk-BC和CK的夹角；

φ₄-CK和KM(i)的夹角。

(3)初始剪切角判断准则

由于冷轧飞剪上剪刃的运行轨迹呈封闭的椭圆弧形状，下剪刃的轨迹为一个圆周运动的一部分。二者在剪切时和上剪刃离开时都有一定的重合度。因此，当上、下剪刃的工艺参数确定后，对应于某一个带钢高度上的曲柄的转角有两个。但按工艺要求，飞剪初始剪切角只能有一个，因此必须找到附加的约束条件才能使求解出的初始剪切角符合工艺要求。

冷轧飞剪剪刃运行水平分速度方向与带钢速度方向一致，根据曲柄转动方向可知：上下剪刃初始剪切时必须满足：

θ_{1_0}≤θ_{1_1}                    (7)

式中：

θ_{1_0}-上、下剪刃在带钢方向(即上剪刃U点和下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向坐标值)相等时曲柄转过的角度中的较小值；

θ_{1_1}-上、下剪刃在带钢方向(即上剪刃U点和下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向坐标值)相等时曲柄转过的角度中的较大值。

(4)剪刃各点侧隙补偿计算的收敛准则

在求解的过程中，由于采用的是数值的方法，迭代过程中需采用一定形式的收敛准则，本发明采用式(8)作为求解飞剪上刀座剪刃侧隙补偿值的收敛准则。

$\left|\frac{x_{\mathrm{UC}}-x_{M\left(i\right)C}}{x_{M\left(i\right)C}}\right|\≤\mathrm{\ϵ}---\left(8\right)$

式中：

x_UC-剪切时上剪刃U点在坐标系xoy中的x方向的坐标值；

x_M(i)C-剪切时下剪刃M(i)点在坐标系xoy中的x方向的坐标值；当M(i)点为K点时，x_M(i)C＝x_KC；

x_KC-剪切时下剪刃K点在坐标系xoy中的x方向的坐标值；

ε-收敛允差。

冷轧飞剪上刀座的剪刃补偿制备计算流程图如图8所示。

本发明提供的冷轧飞剪上刀座的制备方法的具体实施方式如下：

1、首先对上刀座进行外形设计：

如图3、图4a-图4c及图9所示，为了和周边零部件相配，上刀座2上侧面与左侧面分别与上刀架1相邻筋板采用塞焊的方式进行连接，从而使上刀座2和上刀架1紧密联接为一体。上刀座2的表面具有三个侧面，分别开有大小不一的孔。上刀座2第一侧面上设有第一孔10，该第一孔10具有三个，这三个孔与上剪刃垫片4上的三个第五孔50一致，通过弹性圆柱销3将上剪刃垫片4与上刀座2紧密连接起来，使上剪刃垫片4与上刀座2不发生相对运动，且使上剪刃5达到其精确的安装位置，弹性圆柱销3尾部没有伸出上剪刃垫片4(即形成沉孔连接形式)，这样可以保证上剪刃垫片4和上剪刃5能平稳连接。与上刀座2第一侧面垂直的第二侧面上设有第二孔20，该第二孔20具有11个，均匀地分布于上刀座2的第二侧面上，通过双头螺柱组件6与上剪刃5正面的第六孔60形成紧固连接，使上剪刃5与上刀座2牢固地连接为一体，该第二孔20为长孔，方便进行定位与微调。在上刀座2第二侧面上还开有两个第四孔40，与上剪刃5正面的第七孔70一致，二者通过两根定位销7连接，主要目的是为换刀用支撑用，换刀完成后拆除。与上刀座2的第二侧面垂直且与第一侧面平行的另一第三侧面上开有12个第三孔30，通过螺钉8、弹簧9和止动套筒10与压板11上的第八孔80相连，从而使压板11与上刀座2的第三侧面进行帖合，使上刀座2内侧的带钢能顺利通过而不与周边发生碰撞。

2、上刀座对剪刃侧隙补偿的制备

上刀座剪刃补偿方法的具体实现步骤如下：

步骤1：根据参数建立符合机械原理的相关参数方程。输入冷轧飞剪机构各组成零部件的相关参数：连杆AB的长度、连杆BC的长度、机架OC长度、连杆AU的长度、连杆CK的长度以及曲柄OA的长度、夹角φ₀、φ_dk及α，其中O为坐标系原点，A为上刀架与曲柄相连的铰点，B为上刀架与下刀架相连的铰点，C为下刀架与固定支座连接的铰点，U为上剪刃一点，K为下剪刃最高点；φ₀为AB与AU之间的夹角，φ_dk为BC与CK之间的夹角，α为坐标系mon与坐标系xoy的夹角。这些具体输入参数均是通过对飞剪实体零件按机械原理示意图图5简化后得到，具有实体针对性。然后按表1所列的计算参数，分别简化得到图5中各连杆长度及相应的角度值。建立相应的坐标系mon和xoy。

表1计算参数

名称	数值	名称	数值
				OA	86.5mm	φ0	180.742°
AB	290mm	φdk	31.864°
				BC	725.47mm	L	1500mm
OC	727.26mm	φ1	0.8°
				AU	95.01mm	ΔL	50mm

CK	655.55mm	β	4.029°
				α	4.52°

步骤2：以下剪刃最高点(图6中的K点)为开始计算点，根据设计需要，给定剪刃宽度L方向上的等距分割长度(此长度越小，L方向均匀分成的等份数越多，计算越精确，但计算量也会随之增大)，按表1所列的计算参数分别给定L、φ₁、ΔL和β的值。其中，L为下剪刃的宽度，φ₁为“V”形下剪刃的倾角，ΔL为沿剪刃宽度方向将剪刃均匀分成若干等份数时的距离间隔，β为CK和KH的夹角。

根据“V”形下剪刃12的对称性(如图6所示)，取“V”形下剪刃12的剪刃宽度L方向上的一半来进行分析。

步骤3：求解轨迹方程。建立相应的坐标系mon和坐标系xoy。以曲柄的转角为0°时作为计算的起点，以5°的角度增量作为循环迭代的步长，保证上、下剪刃空间轨迹的求解能快速完成。以CK长度作为求解此时K点的空间轨迹的计算参数。根据式(1)-(4)计算公式，完成上剪刃U和此时下剪刃K点的空间轨迹计算。将曲柄转过的角度与对应的计算轨迹结果存储于指定的数组中。如图11所示。

步骤4：寻找角度区间。开始遍历步骤3中求得的空间轨迹数组，由于上、下剪刃的空间轨迹曲线具有明显的交错性，即在相交点前后上、下剪刃的x坐标的差值正负交替。利用这一特点，可以找到上、下剪刃轨迹交错的曲柄转过的角度区间[a，b]。根据轨迹特征，可以找到满足要求的角度区间有两个。再依据式(7)则可以找到唯一满足要求的角度区间。

步骤5：对应于下剪刃为K点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解。以上、下剪刃的x坐标的差值为计算目标函数，鉴于上、下剪刃的空间轨迹曲线的交错性，运用二分法求解得到满足要求的曲柄转过的角度。详细步骤如下：

找到角度区间[a，b]后，令r_angle＝(a+b)/2(此处r_angle与图8中的θ含义一致)，将r_angle代入方程(1)-(4)中，分别求得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹。将上剪刃U点的x坐标与下剪刃K点的x坐标的Δx差值作为考查曲柄转角的目标函。如果计算达到了式(8)的迭代收敛条件，则退出当前循环，找到对应的下剪刃K点的曲柄转角。如果没有达到收敛条件，且如果Δx＜0，则令b＝r_angle，重新代入方程(1)-(4)中，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹。如果没有达到收敛条件，且如果Δx＞0，则令a＝r_angle，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹。这样周而复始，直至达到式(8)的迭代收敛条件为止，记录此时曲柄的转角r_angle和上、下剪刃的轨迹。而对应于下剪刃K点的上刀座的补偿设计值即为上剪刃U点和下剪刃K点纵坐标差值的绝对值。

步骤6：对应于下剪刃断面各断面M(i)点时上刀座的补偿值求解。按式(5)分别计算出h(i)，然后再按式(6)分别计算出CM(i)，并将其存储于相应的数组中。然后依次对此数组中的CM(i)按前述步骤2至步骤5进行计算，即可以得到对应于下剪刃断面各断面点时上刀座的补偿值，并将这些补偿值按指定的内容和方式进行输出。

根据表1中所列计算参数，可以得到上刀座断面各点剪刃补偿值。如图12a与图12b及表2所示上刀座侧面做成弧形，将上剪刃压成了弧形，用来补偿。制作时，与上剪刃的接触表面必须按所给尺寸研磨以保证剪切过程中上下剪刃间隙一致。

表2上刀座断面各点剪刃补偿值列表

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种冷轧飞剪上刀座的制备方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、首先对上刀座进行外形设计：

上刀座上侧面与左侧面分别与上刀架相邻筋板采用塞焊的方式进行连接，从而使上刀座和上刀架紧密联接为一体；上刀座的表面具有三个侧面，分别开有大小不一的孔，上刀座第一侧面上设有三个第一孔，这三个孔与上剪刃垫片上的三个第五孔一致，通过弹性圆柱销将上剪刃垫片与上刀座紧密连接起来，使上剪刃垫片与上刀座不发生相对运动，且使上剪刃达到其精确的安装位置；与上刀座第一侧面垂直的第二侧面上设有11个第二孔，均匀地分布于上刀座的第二侧面上，通过双头螺柱组件与上剪刃正面的第六孔形成紧固连接，使上剪刃与上刀座牢固地连接为一体；在上刀座第二侧面上还开有两个第四孔，与上剪刃正面的第七孔一致，二者通过两根定位销连接，主要目的是为换刀用支撑用，换刀完成后拆除；与上刀座的第二侧面垂直且与第一侧面平行的另一第三侧面上开有12个第三孔，通过螺钉、弹簧和止动套筒与压板上的第八孔相连，从而使压板与上刀座的第三侧面进行帖合，使上刀座内侧的带钢能顺利通过而不与周边发生碰撞；

步骤二、上刀座对剪刃侧隙补偿的制备，其具体包括如下步骤：

步骤1：根据参数建立符合机械原理的相关参数方程，输入冷轧飞剪机构各组成零部件的相关参数：连杆AB的长度、连杆BC的长度、机架OC长度、连杆AU的长度、连杆CK的长度以及曲柄OA的长度、夹角φ₀、φ_dk及α，按照给定的计算参数，分别得到各连杆长度及相应的角度值建立相应的坐标系mon和xoy；其中O为坐标系原点，A为上刀架与曲柄相连的铰点，B为上刀架与下刀架相连的铰点，C为下刀架与固定支座连接的铰点，U为上剪刃一点，K为下剪刃最高点；φ₀为AB与AU之间的夹角，φ_dk为BC与CK之间的夹角；

步骤2：以下剪刃最高点K点为开始计算点，根据设计需要，给定剪刃宽度L方向上的等距分割长度；根据下剪刃的对称性，取一半剪刃宽度的情况进行分析；

步骤3：求解轨迹方程，根据建立的坐标系mon和坐标系xoy，以曲柄的转角为0°时作为计算的起点，以5°的角度增量作为循环迭代的步长，保证上、下剪刃空间轨迹的求解能快速完成，以CK长度作为求解此时K点的空间轨迹的计算参数，求得上剪刃U点和此时下剪刃K点的空间轨迹，将曲柄转过的角度与对应的计算轨迹结果存储于指定的数组中；

步骤4：寻找角度区间，开始遍历步骤3中求得的空间轨迹数组，找到上、下剪刃轨迹交错的曲柄转过的角度区间[a，b]，根据轨迹特征，找到唯一满足要求的角度区间；

步骤5：对应于下剪刃为K点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解，以上、下剪刃的x坐标的差值为计算目标函数，鉴于上、下剪刃的空间轨迹曲线的交错性，运用二分法求解得到满足要求的曲柄转过的角度；

步骤6：对应于下剪刃断面各断面M(i)点时上刀座的剪刃侧隙补偿值求解，按公式 $\left\{\begin{array}{c}L=\mathrm{num}\·\mathrm{\ΔL}\\ \mathrm{Lx}\left(i\right)=(i-1)\·\mathrm{\ΔL}\\ h\left(i\right)=\mathrm{Lx}\left(i\right)\·\mathrm{tg}\left({\mathrm{\φ}}_1\right)\end{array}\right.$ 分别计算出h(i)，然后再按公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{CM}\left(i\right)=\sqrt{{\mathrm{CK}}^2+{\mathrm{KM}\left(i\right)}^2-2\·\mathrm{CK}\·\mathrm{KM}\left(i\right)\·\cos \mathrm{\β}}\\ {\mathrm{\φ}}_4=\arcsin \left(\frac{\mathrm{KM}\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)=\arcsin \left(\frac{h\left(i\right)\·\sin \mathrm{\β}}{\mathrm{CM}\left(i\right)}\right)\\ \mathrm{KM}\left(i\right)=h\left(i\right)\\ {\mathrm{\φ}}_d={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\φ}}_4\end{array}\right.$ 分别计算出CM(i)，并将其存储于相应的数组中，然后依次对此数组中的CM(i)按前述步骤2至步骤5进行计算，即可以得到对应于下剪刃断面各断面点时上刀座的补偿值，并将这些补偿值按指定的内容和方式进行输出；

所述步骤3中利用公式(1) $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{OC}+\mathrm{BC}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\\ \mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\mathrm{AB}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)=\mathrm{BC}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_3\right)\end{array}\right.,$ 公式(2) $\left\{\begin{array}{c}{m}_A=\mathrm{OA}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ n_A=\mathrm{OA}\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\\ m_U=m_A-\mathrm{AU}\·\sin ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2}),\\ n_U=n_A-\mathrm{AU}\·\cos ({\mathrm{\φ}}_3-{\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ {\mathrm{\φ}}_3={\mathrm{\φ}}_0-{\mathrm{\θ}}_2-\mathrm{\π}+{\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right.$ 公式(3) $\left\{\begin{array}{c}{x}_U=m_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ y_U=-m_U\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)+n_U\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right.$ 及公式(4) $\left\{\begin{array}{c}{m}_K=\mathrm{OC}-\mathrm{CK}\·\cos \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ n_K=-\mathrm{CK}\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_2\right)\\ {\mathrm{\φ}}_2={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dk}}+{\mathrm{\θ}}_3-\mathrm{\π}\end{array}\right.$ 求得上剪刃U和此时下剪刃K点的空间轨迹；

所述步骤5具体包括：

找到角度区间[a，b]后，令r_angle＝(a+b)/2，将r_angle代入所述公式(1)-(4)中，分别求得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹，将上剪刃U点的x坐标与下剪刃K点的x坐标的Δx差值作为考查曲柄转角的目标函数，如果计算达到了公式(当M(i)点为K点时，x_M(i)C＝x_KC)的迭代收敛条件，则退出当前循环，找到对应的下剪刃K点的曲柄转角；如果没有达到收敛条件，且如果Δx＜0，则令b＝r_angle，重新代入所述公式(1)-(4)中，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹；如果没有达到收敛条件，且如果Δx＞0，则令a＝r_angle，再次进行求解得上剪刃U点和下剪刃K点的轨迹，这样周而复始，直至达到公式(当M(i)点为K点时，x_M(i)C＝x_KC)的迭代收敛条件为止，记录此时曲柄的转角r_angle和上、下剪刃的轨迹，而对应于下剪刃K点的上刀座的补偿设计值即为上剪刃U点和下剪刃K点纵坐标差值的绝对值。

2.如权利要求1所述的冷轧飞剪上刀座的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，满足条件θ_{1_0}≤θ_{1_1}时，找到唯一满足要求的角度区间，其中

θ_{1_0}为上、下剪刃在带钢方向相等时曲柄转过的角度中的较小值；

θ_{1_1}为上、下剪刃在带钢方向相等时曲柄转过的角度中的较大值。