剪板機(jī)是一種使用上下剪刃來剪斷板料的設(shè)備[1]，其運(yùn)動(dòng)過程表現(xiàn)為：在選擇適當(dāng)?shù)镀g隙的條件下，將金屬板料固定在下刀座上，通過上剪刃對板料進(jìn)行剪切，使板料按照實(shí)際需要尺寸斷裂分離。剪板機(jī)對金屬板料切割時(shí)，主要存在三種鍛壓方式，分別為切邊鍛壓、切頭鍛壓和切尾鍛壓，通過對金屬板料鍛壓，可以使板料達(dá)到所需尺寸，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，剪板機(jī)可以有效的剪切不同長度、不同厚度以及不同材料的金屬板料，因而在建筑、輕工和冶金等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在切割金屬板料的過程中，剪板機(jī)的受力情況復(fù)雜，且會(huì)發(fā)生輕微的振動(dòng)變形，容易影響剪切時(shí)剪切精度，在這種情況下，為了提高剪板機(jī)的剪切性能和穩(wěn)定性，會(huì)在生產(chǎn)中增加剪板機(jī)的重量，以及增加部分結(jié)構(gòu)件的厚度，此時(shí)剪板機(jī)的生產(chǎn)成本會(huì)有所提高，且對剪板機(jī)的運(yùn)輸也會(huì)增加難度。

　　隨著當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展，市場競爭對剪板機(jī)的生產(chǎn)提出更高的要求，即滿足各項(xiàng)使用要求的前提下減輕剪板機(jī)的重量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)在市

　　場上的競爭力。因此，各企業(yè)對剪板機(jī)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究越來越深入[2]。

　　1.2 剪板機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　(1)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　國內(nèi)對數(shù)控剪板機(jī)的研究開始于 1982 年，在近 30 年的發(fā)展過程中，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一個(gè)為初始階段，第二個(gè)為快速發(fā)展階段，第三個(gè)為發(fā)展成熟階段，生產(chǎn)企業(yè)目前已發(fā)展到多家公司[3]，體現(xiàn)了該設(shè)備擁有龐大的市場需求。與此同時(shí)，國內(nèi)許多專家學(xué)者對剪板機(jī)的各個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，包括剪切理論、動(dòng)態(tài)仿真和結(jié)構(gòu)分析等方面，其中對剪板機(jī)結(jié)構(gòu)分析方面的研究是目前的研究重點(diǎn)。

　　在國內(nèi)，中南大學(xué)田強(qiáng)等人對聯(lián)合沖剪機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，此　設(shè)計(jì)是在強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[4]。王耀、趙建剛等人在建模軟件 SolidWorks中建立液壓擺式剪板機(jī)機(jī)架的模型，并通過分析軟件與建模軟件的接口，將模型導(dǎo)入有限元軟件 COSMOS 中，對機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析，找出剪板機(jī)運(yùn)行過程中危險(xiǎn)區(qū)域，繼而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡化了剪板機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算量，提高了設(shè)計(jì)效率和水平[5]。王鳳輝、盧建霞等人在有限元分析理論的基礎(chǔ)上，采用有限元分析軟件 ANSYS 的結(jié)構(gòu)分析模塊對剪板機(jī)機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，繼而對危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與測試結(jié)果相同[6]。華中科技大學(xué)楊新等人，在三維建模軟件 UG 中創(chuàng)建機(jī)架和上刀架的幾何參數(shù)化模型，并導(dǎo)入ANSYS 中分析處理，結(jié)合有限元分析結(jié)果，改進(jìn)了機(jī)架結(jié)構(gòu)，對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析，將得到的固有頻率與工程應(yīng)用中的工作頻率進(jìn)行比較，驗(yàn)證機(jī)架模型的準(zhǔn)確性，提出了一種新的剪板機(jī)驗(yàn)證方法[7]。江南大學(xué)金炳堯等　在三維建模軟件 UG 中建立了液壓閘式剪板機(jī)的三維裝配體模型，并通過建模軟件與有限元軟件 ANSYS Workbench 的接口，將裝配體模型導(dǎo)入到有限元軟件中，對剪板機(jī)進(jìn)行了靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上，對剪板機(jī)的左右墻板提出尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化方案，對比兩種方案，選擇了更優(yōu)方案[8]。

　　(2)國外研究現(xiàn)狀

　　由于國外汽車制造業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致金屬板料在市場上的應(yīng)用需求逐步增加，繼而對剪板機(jī)的研究也越來越廣泛。目前，對剪板機(jī)的研究較為深入的是一些制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如德國、美國、法國等，他們對剪切理論的研究、剪切性能的提高、剪板機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和機(jī)器成本的節(jié)省等方面，做了大量工作。國外剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)大部分為鋼板結(jié)構(gòu)，各個(gè)鋼板結(jié)構(gòu)采用焊接的方式拼接組　合，并且在結(jié)構(gòu)上增加了許多的附件，從而豐富了剪板機(jī)的功能。同時(shí)，國外剪

　　板機(jī)在設(shè)計(jì)過程中，普遍采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)人員使用有限元分析軟件，對剪板機(jī)的剪切過程模擬分析，得到各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的應(yīng)力分布和應(yīng)變狀況，從而對受力不合理和變形較大部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高剪板機(jī)的剪切性能[9]。美國斯坦福大學(xué)的 P. Vinod Kumar，運(yùn)用有限元分析軟件對剪板機(jī)的主要部件靜力學(xué)分析，驗(yàn)證了剪切過程中的強(qiáng)度、剛度等剪切性能指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，減輕剪板機(jī)的重量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本[10]。德國的 Lucia 等在前人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)出了一種新型的剪板機(jī)，它的特點(diǎn)為：設(shè)備中的上刀架是通過液壓油缸來驅(qū)動(dòng)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中該設(shè)備可以剪切較大尺寸的板料[11]。美國的 Caruso 等，在前人研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)出新型的剪板機(jī)，該新型剪板機(jī)的主要特點(diǎn)在于，剪板機(jī)的主要機(jī)能可以隨著不同規(guī)格的板料調(diào)整，調(diào)整到最優(yōu)的剪切機(jī)能[12]。V. Ramamurti 和 Harish Rajaram 研究了軸與刀片垂直的剪板機(jī)和軸與刀片平行的剪板機(jī)，在相同的操作條件下分析比較兩種機(jī)器的相對強(qiáng)度，剛度和重量