I金属带锯床设计金属带锯床设计THE DESIGN OF METAL BAND SAWING MACHINEII摘要良好的锯切可明显降低工件对二次加工的要求，减少产品制造成本。金属带锯床是实现锯切加工的机器，本课题根据实际的需求，设计一台卧式金属带锯床。在充分了解锯床组成及工作原理的基础上，建立锯床性能指标，提出了锯床整体设计的具体方案。通过对带锯条主要参数的了解及锯条运动的分析，获得了锯切力基本计算公式，为锯架主要尺寸的确定及所选锯条强度的校核提供了理论基础。由变频电机、带传动、蜗轮蜗杆构成的锯床传动系统，可轻易的实现锯切速度的调整。带锯的进给、工件的夹紧、物料的输送均通过液压系统得以实现，控制方便，自动化程度较高。利用比例流量阀实现了带锯进给的微调节，对实现锯切过程自适应控制有相当的好的效果。关键词关键词 传动系统；液压系统；带锯条；自适应控制IIIAbstractGood performance of sawing can significantly decrease the artifacts of secondary processing requirements and reduce the production cost. The metal band sawing machine is the realization of sawing processing machine. This topic according to the actual demand, design a horizontal band saw machine. In fully understand the sawing machine on the basis of the composition and work principle, the sawing machine performance indexes is established and the overall design scheme of sawing machine is presented. Through the understanding of the band saw blade main parameters and the analysis of the saw blade movement, obtained the basic calculation formulas of sawing force. For the saw frame, determination of main dimensions, and as a theoretical basis is provided for the selected blade intensity check. By the frequency conversion motor, the belt, the worm gear and worm of sawing machine drive system, make the adjustment of sawing speed becomes easy to implement. The feed of band saw, the workpiece champing, the material conveying are realized by the hydraulic system. Because of this, the sawing machine control become more convenient, and has a high degree of automation. The band saw feed section of fine-tuning by the proportional valve is achieved. The application of proportional valve has a very good effect in sawing process adaptive control.Keywords The transmission system The hydraulic system Band saw blade Adaptive controlI目 录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 研究的背景及意义 .11.2 锯切技术国内外发展概况 .22 金属带锯床整体方案设计 .42.1 锯床的组成及部分零部件介绍 .42.2 带锯床的性能指标 .52.3 带锯床整体方案 .63 带锯条设计 .73.1 锯条基本信息参数 .73.2 锯条的磨合 .103.3 锯条的动力分析.104 传动系统的设计 .154.1 传动方案的选择 .154.1.1 滑移齿轮调速 .154.1.2 蜗轮蜗杆调速 .154.2 蜗轮蜗杆传动有关问题分析 .174.3 调速方案的进一步选择 .184.3.1 带轮直径差变速 .184.3.2 电机变频调速 .204.4 传动系统结构的详细设计 .214.4.1 带传动的设计计算 .224.4.2 蜗轮蜗杆传动的设计计算 .264.5 带传动在传动系统中的意义 .325 液压系统的设计 .335.1 锯床进给运动的控制 .335.1.1 滚珠丝杠螺母副和 PLC 组合控制 .335.1.2 液压传动和 PLC 组合控制 .345.2 夹紧装置的设计 .355.2.1 丝杠螺母夹紧装置 .355.2.2 液压夹紧 .365.3 送料装置的设计 .36II5.4 液压系统的工作过程 .376 张紧装置的设计 .396.1 张紧方式的选择 .396.2 螺杆直径的计算 .407 锯架设计及锯条校核 .417.1 基本信息参数确定 .417.2 数据验证 .417.2.1 锯条受力计算 .417.2.2 锯条强度校核 .43结论 .46致谢 .47参考文献 .4811 绪论1.1 研究的背景及意义锯切，是一种常见的加工方式，大范围的应用于木材的采伐、家具的制作等过程中，锯床，是实现锯切作业的机器，相比与车、铣、刨、磨床，其发展历史较短，但随着科学技术的日益发展，锯切加工所具有的良好优势正慢慢的变明显，而这又更好的促进了锯床的发展。利用锯条锯切木材是生活中常见的现象，其实人们早就设想利用锯条锯切金属以减轻其他机床的生产强度、释放加工能力，但是，由于以下几个原因致使锯床发展受阻：1.技术水平不够，从 DOALL 公司发明第一台锯床起，关于带锯条材质的选择一直是个难题，锯条材质从碳素工具钢到合金工具钢，在实际生产中的表现都不理想，存在锯条损耗严重等众多问题。而在 1964 年，锯条基体采用抗拉强度较好的钢材，锯齿部位采用高级高速钢的双金属带锯条的问世，是锯床发展史上的一个里程碑1。这种双金属带锯条，具有锯齿硬度大、锋利性好、耐磨性高、易于切入普通金属表面等诸多优点，而采用普通钢材作为带锯条的基体，使得锯条能同时具备较好的韧性，对锯切过程中存在的振动、冲击等不良状况的抵御能力明显地增强。目前，应用最广泛的就要数双金属带锯条了，基体及锯齿部位材质组合可根据锯切对象的不同而调整，其中 M42、M51 是双金属带锯条上常见的两种齿部材料。带锯条材质的问题经过多年的研究，已得到不错的解决，但关于锯条锯齿形状的研究，目前还比较少，本文中，对锯条齿型做了基本的描述，对有关主要参数进行了较为细致的说明，在选择带锯条时可当作参考。金属带锯床，一般是利用电动机作为动力元件，传动结构负责主运动速度的调节，进给系统实现锯架或工件的进给，结合锯条张紧装置、导向装置、工件夹紧等装置，在控制器（PLC）的作用下，借助主、从动锯轮实现带锯条持续回转运动的机器。毛坯件、铸造件、锻造件等往往有必要进行相应的切割，然后才放入到相关机床上进行更近一步的加工。金属砂轮片切割机是一种金属切割机器，但由于锯轮片直径大小的限制，其加工范围很是有限；金属激光切割机可轻易的实现对金属的切割，且切割精度高，是很理想的金属锯切加工方式，但其价格不菲，往往只适用于精密工件的加工及难锯切材质的切割中，由于价格的限制，其推广受到阻碍。相比以上两种金属锯割设备，金属带锯床在成本和精度上都处于适中的位置，更为重要的是其加工范围很大，性价比高，因而实现金属锯割的过程主要由金属带锯床来实现，可以设想，如果带锯床的加工效率高、精度良好，则零件对后续加工的要求就低，产品生产的周期会明显缩短，可以很好的节省材料费用，符合可持续发展的理念，关于带锯床锯切加工方式的省料是相对于车、铣床等机床而言的，因为，车、铣床等对工件的加工所形成的往往是带状、粉末状碎屑，对废2料的回收、企业资金的节省都很不利，这点尤其在大型机械厂中更为明显，而金属带锯床，锯切的废料基本上都是块料，材料重复利用的能力自然高出许多。机床系数，是一个表示机床使用成本的参数、它从机床的购置成本、生产单个零件所需的花费等方面对机床进行评定，常见的机床型号及其机床系数见表 1-12。从图中可以看出 GB53250 型锯床的机床系数明显低于其他机床。锯切加工成本低，一般的车、铣床机床系数都在其两倍之上，数控的车、铣床机床系数更高。在生产车间中合理引入带锯床，可显著的解放其他机床的生产能力，提高效率，节约企业资金，但因带锯床发展历史短，技术目前来说不够成熟，还存在着锯切效率不够高、加工精度有待进一步提升等问题，同时不合理的锯床机构及参数设置往往会导致带锯损耗严重，带锯条成本相对较高，消耗严重势必和使用锯床的初衷违背，因此，了解带锯在锯切过程中的受力状况，会对锯条使用寿命的提升、锯条费用的节省有非常不错的效果。如今，锯床处于一个转型的阶段，自动化、高效化在机器性能指标中占据的分量越来越重，是机器发展的必然趋势，但由于自动化锯床造价昂贵，企业一次性投入较大，是限制自动化锯床在车间中广泛使用的一个重要因素。深入了解锯床有关结构、掌握其工作原理，探寻实现锯切加工的最优方案组合，物尽其用是本设计中的重点。表 1-1 有关机床型号及其机床系数机床类别机床型号机床规格（mm）系数W250HC25024T622525015镗床T01200036XK2120/铣床010VCT80-NC80006000/350T30CK5163630028立式车床MC35X100020S0C卧式车床C锯床GB .2 锯切技术国内外发展概况关于我国目前锯床制造技术水平、及价值链见图 1-1、图 1-23。从图中可以明显的看出，我国锯床技术水平明显落后，产品主要集中在低端、生产量大但质量不高，以德国贝灵格、卡斯特，日本天田等为首的传统锯床制造企业引领当今锯床的发展，掌握着核心的锯床制造技术。小发明、小创造是当今我国锯床发展的形状，从专利文献中显示，3国内锯床有关专利集中在外观造型上，创造性缺乏，实际生产指导意义不大4。造成如此现状的原因是没有形成一个严格的质量管理体系，技术人员多以模仿、凭自身经验等设计，缺乏必要的理论支撑，这样设计出的产品虽然成本低，但机器故障率高，效率低下，难以得到客户青睐。图 1-1 我国锯床生产状况图 1-2 锯床品牌价值链42 金属带锯床整体方案设计2.1 锯床的组成及部分零部件介绍立式、卧式是两种常见的金属带锯床类型。对于轮廓外形、板材及型腔的加工常采用立式金属带锯床，对于有色或黑色金属圆棒料的加工，采用卧式金属带锯床更为适宜。普通单立柱卧式金属带锯床的结构简图见图 2-1。图 2-1 普通单立柱卧式金属带锯床结构简图从图 2-1 中可以看出，底座、床身、立柱、锯架、传动系统、液压系统、导向装置、夹紧装置、张紧装置等是锯床主要组成部件，依据各部件在锯床中的作用，采用按功能划分的原则对锯床主要零部件进行分类，以普通卧式

  I金属带锯床设计金属带锯床设计THE DESIGN OF METAL BAND SAWING MACHINEII摘要良好的锯切可显著降低工件对二次加工的要求，减少产品制造成本。金属带锯床是实现锯切加工的机器，本课题根据实际需求，设计一台卧式金属带锯床。在充分了解锯床组成及工作原理的基础上，建立锯床性能指标，提出了锯床整体设计方案。通过对带锯条主要参数的了解及锯条运动的分析，获得了锯切力基本计算公式，为锯架主要尺寸的确定及所选锯条强度的校核提供了理论基础。由变频电机、带传动、蜗轮蜗杆构成的锯床传动系统，可轻易的实现锯切速度的调整。带锯的进给、工件的夹紧、物料的输送均通过液压系统得以实现，控制方便，自动化程度较高。利用比例流量阀实现了带锯进给的微调节，对实现锯切过程自适应控制有非常不错的效果。关键词关键词 传动系统；液压系统；带锯条；自适应控制IIIAbstractGood performance of sawing can significantly decrease the artifacts of secondary processing requirements and reduce the production cost. The metal band sawing machine is the realization of sawing processing machine. This topic according to the actual demand, design a horizontal band saw machine. In fully understand the sawing machine on the basis of the composition and work principle, the sawing machine performance indexes is established and the overall design scheme of sawing machine is presented. Through the understanding of the band saw blade main parameters and the analysis of the saw blade movement, obtained the basic calculation formulas of sawing force. For the saw frame, determination of main dimensions, and as a theoretical basis is provided for the selected blade intensity check. By the frequency conversion motor, the belt, the worm gear and worm of sawing machine drive system, make the adjustment of sawing speed becomes easy to implement. The feed of band saw, the workpiece champing, the material conveying are realized by the hydraulic system. Because of this, the sawing machine control become more convenient, and has a high degree of automation. The band saw feed section of fine-tuning by the proportional valve is achieved. The application of proportional valve has a very good effect in sawing process adaptive control.Keywords The transmission system The hydraulic system Band saw blade Adaptive controlI目 录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 研究的背景及意义 .11.2 锯切技术国内外发展概况 .22 金属带锯床整体方案设计 .42.1 锯床的组成及部分零部件介绍 .42.2 带锯床的性能指标 .52.3 带锯床整体方案 .63 带锯条设计 .73.1 锯条基本参数 .73.2 锯条的磨合 .103.3 锯条的动力分析.104 传动系统的设计 .154.1 传动方案的选择 .154.1.1 滑移齿轮调速 .154.1.2 蜗轮蜗杆调速 .154.2 蜗轮蜗杆传动有关问题分析 .174.3 调速方案的进一步选择 .184.3.1 带轮直径差变速 .184.3.2 电机变频调速 .204.4 传动系统结构的详细设计 .214.4.1 带传动的设计计算 .224.4.2 蜗轮蜗杆传动的设计计算 .264.5 带传动在传动系统中的意义 .325 液压系统的设计 .335.1 锯床进给运动的控制 .335.1.1 滚珠丝杠螺母副和 PLC 组合控制 .335.1.2 液压传动和 PLC 组合控制 .345.2 夹紧装置的设计 .355.2.1 丝杠螺母夹紧装置 .355.2.2 液压夹紧 .365.3 送料装置的设计 .36II5.4 液压系统的工作过程 .376 张紧装置的设计 .396.1 张紧方式的选择 .396.2 螺杆直径的计算 .407 锯架设计及锯条校核 .417.1 基本参数确定 .417.2 数据验证 .417.2.1 锯条受力计算 .417.2.2 锯条强度校核 .43结论 .46致谢 .47参考文献 .4811 绪论1.1 研究的背景及意义锯切，是一种常见的加工方式，广泛应用于木材的采伐、家具的制作等过程中，锯床，是实现锯切作业的机器，相比与车、铣、刨、磨床，其发展历史较短，但随着科学技术的日益发展，锯切加工所具有的良好优势正变得越来越明显，而这又更好的促进了锯床的发展。利用锯条锯切木材是生活中常见的现象，其实人们早就设想利用锯条锯切金属以减轻其他机床的生产强度、释放加工能力，但是，由于以下几个原因致使锯床发展受阻：1.技术水平不够，从 DOALL 公司发明第一台锯床起，关于带锯条材质的选择一直是个难题，锯条材质从碳素工具钢到合金工具钢，在实际生产中的表现都不理想，存在锯条损耗严重等众多问题。而在 1964 年，锯条基体采用抗拉强度较好的钢材，锯齿部位采用高级高速钢的双金属带锯条的问世，是锯床发展史上的一个里程碑1。这种双金属带锯条，具有锯齿硬度大、锋利性好、耐磨性高、易于切入普通金属表面等诸多优点，而采用普通钢材作为带锯条的基体，使得锯条能同时具备较好的韧性，对锯切过程中存在的振动、冲击等不良状况的抵御能力显著增强。目前，应用最广泛的就要数双金属带锯条了，基体及锯齿部位材质组合可根据锯切对象的不同而调整，其中 M42、M51 是双金属带锯条上常见的两种齿部材料。带锯条材质的问题经过多年的研究，已得到不错的解决，但关于锯条锯齿形状的研究，目前还比较少，本文中，对锯条齿型做了基本的描述，对有关主要参数进行了较为细致的说明，在选择带锯条时可以作为参考。金属带锯床，一般是利用电动机作为动力元件，传动结构负责主运动速度的调节，进给系统实现锯架或工件的进给，结合锯条张紧装置、导向装置、工件夹紧等装置，在控制器（PLC）的作用下，借助主、从动锯轮实现带锯条持续回转运动的机器。毛坯件、铸造件、锻造件等往往需要进行一定的切割，然后才放入到相关机床上进行更近一步的加工。金属砂轮片切割机是一种金属切割机器，但由于锯轮片直径大小的限制，其加工范围很是有限；金属激光切割机可轻易的实现对金属的切割，且切割精度高，是很理想的金属锯切加工方式，但其价格不菲，往往只适用于精密工件的加工及难锯切材质的切割中，由于价格的限制，其推广受到阻碍。相比以上两种金属锯割设备，金属带锯床在成本和精度上都处于适中的位置，更重要的是其加工范围很大，性能好价格低，因而实现金属锯割的过程主要由金属带锯床来实现，可以设想，如果带锯床的加工效率高、精度良好，则零件对后续加工的要求就低，产品生产的周期会明显缩短，能很好的节省材料费用，符合可持续发展的理念，关于带锯床锯切加工方式的省料是相对于车、铣床等机床而言的，因为，车、铣床等对工件的加工所形成的往往是带状、粉末状碎屑，对废2料的回收、企业资金的节省都很不利，这点尤其在大型机械厂中更明显，而金属带锯床，锯切的废料大多数都是块料，材料重复利用的能力自然高出许多。机床系数，是一个表示机床使用成本的参数、它从机床的购置成本、生产单个零件所需的花费等方面对机床做评定，常见的机床型号及其机床系数见表 1-12。从图中能够准确的看出 GB53250 型锯床的机床系数明显低于其他机床。锯切加工成本低，一般的车、铣床机床系数都在其两倍之上，数控的车、铣床机床系数更高。在生产车间中合理引入带锯床，可显著的解放其他机床的生产能力，提高效率，节约企业资金，但因带锯床发展历史短，技术目前来说不够成熟，还存在着锯切效率不够高、加工精度有待逐步提升等问题，同时不合理的锯床机构及参数设置往往会导致带锯损耗严重，带锯条成本相比来说较高，消耗严重势必和使用锯床的初衷违背，因此，了解带锯在锯切过程中的受力状况，会对锯条常规使用的寿命的提升、锯条费用的节省有相当的好的效果。如今，锯床处于一个转型的阶段，自动化、高效化在机器性能指标中占据的分量越来越重，是机器发展的必然趋势，但由于自动化锯床造价昂贵，企业一次性投入较大，是限制自动化锯床在车间中普遍的使用的一个主要的因素。进一步探索锯床有关结构、掌握其工作原理，探寻实现锯切加工的最优方案组合，物尽其用是本设计中的重点。表 1-1 有关机床型号及其机床系数机床类别机床型号机床规格（mm）系数W250HC25024T622525015镗床T01200036XK2120/铣床010VCT80-NC80006000/350T30CK5163630028立式车床MC35X100020S0C卧式车床C锯床GB .2 锯切技术国内外发展概况关于我国目前锯床制造技术水平、及价值链见图 1-1、图 1-23。从图中可以明显的看出，我国锯床技术水平明显落后，产品大多分布在在低端、生产量大但质量不高，以德国贝灵格、卡斯特，日本天田等为首的传统锯床制造企业引领当今锯床的发展，掌握着核心的锯床制造技术。小发明、小创造是当今我国锯床发展的形状，从专利文献中显示，3国内锯床有关专利集中在外观造型上，创造性缺乏，实际生产指导意义不大4。造成如此现状的原因是没形成一个严格的质量管理体系，技术人员多以模仿、凭自身经验等设计，缺乏必要的理论支撑，这样设计出的产品虽然成本低，但机器故障率高，效率低下，难以得到客户青睐。图 1-1 我国锯床生产状况图 1-2 锯床品牌价值链42 金属带锯床整体方案设计2.1 锯床的组成及部分零部件介绍立式、卧式是两种常见的金属带锯床类型。对于轮廓外形、板材及型腔的加工常采用立式金属带锯床，对于有色或黑色金属圆棒料的加工，采用卧式金属带锯床更为适宜。普通单立柱卧式金属带锯床的结构简图见图 2-1。图 2-1 普通单立柱卧式金属带锯床结构简图从图 2-1 中能够准确的看出，底座、床身、立柱、锯架、传动系统、液压系统、导向装置、夹紧装置、张紧装置等是锯床主要组成部件，依据各部件在锯床中的作用，采用按功能划分的原则对锯床主要零部件进行分类，以普通卧式

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