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金属切削带锯床设计理论与方法的体系结构

时间:2020-07-30 13:12 点击次数:

针对金属切削带锯床设计的关键问题,研究认为金属切削带锯床的设计理论与方法主要包括锯切机理和锯切力计算模型、锯切系统力学分析方法、金属切削带锯床的设计过程、金属切削带锯床的数控技术、金属切削带锯床的数字化仿真技术和金属切削带锯床的可靠性优化设计方法。

1.金属切削带锯床的锯切机理和锯切力计算模型

带锯床锯切机理的研究是带锯床设计理论与方法研究的基础,锯切力是计算锯切功率、设计和使用带锯床、带锯条和夹具的必要依据。因此对锯切变形的过程加以研究,找到基本变形规律,对保证加工质量、降低成本和提高生产率是非常必要的。

带锯床的锯切过程是金属锯切的过程。根据金属切削理论,锯切机理的研究是研究锯切力计算模型的核心内容。由于带锯床的锯切过程与一般金属切削过程基本相同,因此可以基于一般金属切削切屑形成过程的研究基础,进行带锯宋的锯切机理的研究,进一步可结合锯切力测试进行锯切力计算模型的研究。

2.金属切削带锯床锯切系统力学分析

金属切削带锯床锯切系统的力学模型的建立是确定带锯床设计参数的前提,也是进行带锯床零部件详细设计的基础。金属切削带锯床锯切系统的力学模型,其核心问题是锯切系统的初始预紧力与临界锯切力、最大功率等的关系,涉及在确定初始预紧力情况下,锯切速度、进给速度等参数与锯切力、进给力和电机功率等的关系。

3.金属切削带锯床的设计过程

金属切削带锯床的设计过程涉及金属切削带锯床的概念设计、详细设计等过程。金属切削带锯床性能需求是带锯床设计的起点,也是完成设计的标志。

金属切削带锯床的概念设计首先从功能分析开始,明确产品的功能是结构设计的基础。带锯床的功能分析包括锯切材料参数分析、锯切能力要求和功能模块的划分等内容。根据锯切工艺选择带锯条是带锯床设计的重要环节,选择合适的带锯条可以提高带锯条的使用寿命和带锯床的锯切效率。选定带锯条后,根据工件的形状和工作要求选定带锯床整体结构形式,根据锯架结构的受力分析和锯床布置形式及设计目标初步确定带锯床的整体尺寸,如带锯床的高度和宽度、带锯轮的直径、电机功率等,完成带锯床整体结构的初步设计。根据整体结构的设计方案,建立整机的三维模型,进而对设计方案进行评估,如:果通过则可以进行零部件的详细设计,否则需重新设计整体方案。

详细设计阶段主要完成零部件设计。需要确定具体零部件的结构和尺寸,带锯床的零部件主要包括锯架系统、床身、夹紧机构、立柱和送料机构等。其中,锯架系统是带锯床的核心,带锯条安装在锯架系统的锯轮上,因此,锯架系统是零部件设计的核心内容。完成零部件设计后,需要对设计方案进行仿真分析。

4.金属切削带锯床的数控技术

金属切削带锯床的数控技术主要是为了实现带锯床锯架进给速度、锯条锯切速度、锯切过程等的实时调整,从而实现带锯床的自动控制。这样可提高带锯床锯切效率和锯切精度,也可实现恒定锯切力的控制,从而延长带锯条的使用寿命,减少锯切过程断锯等危险状况出现的几率,改善锯切加工的经济性等。金属切削带锯宋的数控技术的实施,可实现一人同时照看多台机器,节约人力资源。

恒锯切力或恒锯切功率的控制需要通过控制系统根据锯切力的大小进行实时调整(通过锯切速度与进给速度的控制)。因此,恒锯切力或恒锯切功率技术包括两个方面的内容:

(1)锯切力的实时检测,加工过程中无法直接检测带锯条的锯切力,因此灵敏有效的监测反馈机构是实现该功能的关键;

(2)基于控制策略实现锯切速度与进给速度的实时调整,根据工件的材质、切割宽度等自动选择锯切速度,对于难锯切材质,采用慢锯切速度,对于易锯切材质,采用快锯切速度;并还能在达到最大锯切宽度时自动调低进给速度,保证恒切削效率。

5.金属切削带锯床的数字化仿真技术

随着信息技术的发展,有限元计算软件等数字化分析手段在结构的仿真计算中已经得到了广泛应用,通过有限元软件可以对锯架系统和整机结构进行静力分析和动态特性分析,为设计结果的评估提供数值基础。

在金属切削带锯床的整个设计过程,尤其是详细设计阶段,基于传统的分析方法效率较低周期较长,甚至无法完成设计分析,必须借助更有效的设计手段,如CAE仿真技术。本书第5章从金属切削带锯床系统和金属切削带锯床零部件两方面介绍了静强度仿真分析和动态特性仿真分析技术。另外,针对CAE软件的“专家使用型”本质导致其“高门槛”现状,第5章根据带锯床系统的设计需求,介绍了作者研发的带锯床数字化仿真分析平台。

6.金属切削带锯床的可靠性优化设计方法

可靠性优化设计是保证机械及其零部件给定的可靠性指标的一种机械优化设计方法,使得机械系统在满足规定可靠性指标,完成预定功能的前提下,获得最佳设计结果。

 


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