卧式带锯床液压系统的改进和升级开题报告

卧式带锯床液压系统的改进和升级开题 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、国内外研究动态 一般传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序，随着现在制造业朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为锯切加工的起点，已经成为零件加工中的重要组成环节。锯切可以节约材料、减少二次加工量和提高生产效率，因此锯床特别是自动化锯床已广泛应用与钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航天航天等 [1]国民经济各个领域。 金属切断设备有很多种，被切材料也多种多样，必须根据被切材料的特性和形状，选择最合适的切断加工方法。随着钢材的高级化，新型材料的增加，对切断设备的要求越来越高。过去，锯床是安放在料库作为下料的工具;而今天，却把锯削作为加工零件的第一到加工工序。 [2][2]Sandvik Saws & Tools 公司的技术主任Tielli说:“巨阙技术在过去5年间的变化比比前二十年还要大。”这种变化大部分出现在带锯床上，因此带锯床制造商相信 [3]他们在车间的产品状况比将发生改变.Eisele公司的Gale认为:“锯床现在不仅是锯切下料。它们还是i零件的加工设备，从单元制造装备概念出发，锯床是其重要部分。 [4]如果没有一台优良的锯床，所有的机床都将停机待料。” 弓锯床、圆盘锯床和带锯床是三种主要锯床形式，其中带锯床正在逐步代替弓锯床和圆盘锯床，开始占据主导地位。在欧美发达国家，弓锯床已基本被淘汰，带锯床迅速普及，这一优势在德国尤为明显。以世界头号锯床生产厂家德国贝灵格公司为例，其生产双立柱带锯床的历史已有二十余年，至今已开发出近百个型号，达到了很高的技术水平。在材料利用率方面，带锯床有着明显的优势，有切割速度快、尺寸精度高、材料损失小等特点 。此外，带锯床生产适应广、动力消耗低、操作简便、易于维护并可进行角度切割，因而得到了越来越广泛的应用。带锯床中，双立柱带锯床性能最优。它采用双导向柱液压缸整体锯架结构，应用了平行法锯削，刚度持久，保证了锯架工作平稳行，提高了锯带寿命。随着今年我国国民经济的快速发展，带锯床逐步普及，已有不少厂家通过技术革新，研发出了双立柱带锯床。 2、国内研究动态 我国带锯床从零开始，开发短短几年，发展迅速。据机电部机床工具局1988年 [4]统计数，在我国270万台金切机床拥有量中，锯床拥有量为81000台，约占整个金切机床拥有量的3%，而其中带锯床约5000台(含进口数约40%)，为锯床拥有量的6%，特别是双金属锯条的开发，为我国锯床产品结构的变化注入了新的活力。 目前我国锯床制造水平已有了很大程度的提高，提高的途径主要有:锯床用户积极和科研院所联合，对已有的普通带锯床进行数控化改造;锯床生产商利用可编程控制器实现锯床的自动化或采用其他改进措施，如我国GZ4025、GZ4032锯床等;科 [5]研机构对锯床做一定深度的理论研究。 GZ4028全自动卧式带锯床集机械、液压、PLC可编程控制器协调动作，实现Φ280mm以下有色金属，黑色金属从送料、退料、夹紧、松开、进程、退回、液压张紧、松弛等锯切过程的自动循环动作，同时还具有自动技术，定长，安全自动停车等功能。其中锯条倾斜优选角度，液压进给采用液压随动装置和PLC可编程控制器的和应用，使机床锯切功率，带锯条使用寿命，自动化程度和机床可靠性等达到先进水平。锯力煌锯床厂生产的GZ4028自动卧式锯床如图1所示。 图1 GZ2028自动卧式带锯床 图2 GZ4030自动卧式带锯床 制造水平虽有很大程度的提高，但众多的国内锯床生产厂家，总体又以中低档产品居多，存在设备返修率高和锯口粗糙、加工范围较窄等问题。如包头某一钢铁公司购置的一台大型锯床，投入使用不久就发生多起故障。出于设备生产商的检修费用较高，用户又缺少必要的技术手段与资料，导致设备一直不能正常工作。但同样一台先进的德国锯床使用达十几年却很少出故障，所以锯床返修率高的问题已成为制约许多 ，[67]国内锯床企业发展的一个重要因素。另一个制约因素是对于有色金属及特硬加工材料的锯切往往依赖于国外先进锯床。所以我国锯床产业急需提高制造档次，向着生产中、高档锯床产品方向发展。 到目前为止，我国自己生产的锯床中，GZ4030自动卧式带锯床(如图2)已达到世界先进水平。它是仿照进口样机120A并结合国内市场要求进行设计的，主要用于黑色金属的锯削，如各种棒料、型材和管材，亦可用于有色金属材料的锯切。由于切口窄，能节省大量原材料并减少了动力消耗。本机床特别适合成批下料，是一种新型高效、节材节能下料设备。且具备45?范围内斜切的性能。 3、国外研究动态 在欧美发达国，弓锯床已基本被淘汰，而带锯床迅速普及，这一趋势在德国尤为 [9]明显。美国带锯床产量达到国内锯床产量的80%,90%，日本和西德采用带锯下料工艺也都超过了70%和50%的比例。 [8]以世界头号锯床生产厂家德国贝灵格公司为例，其生产双立柱带锯床的历史已有20余年。至今已开发出近百个型号，达到了很高的技术水平，产品分为卧室双平行(龙门)、立式、往复式带锯等100余个型号。最大锯切范围可达2500mm，尺寸误差0.1/100mm，最高可锯切抗拉强度达1200Mpa的金属材料;既有人工送料、取 [9]件的 半自动型，也有CNC数控、计算机控制全自动型:可进行+30?和645?斜切。 如图3所示为型号为HBP313A高速数控带锯床。可用于钢、铁、铝、钛、铜及工程塑料等材质的实材、管材和型材的锯切、它集精确性、经济型和高效性于一身， [10]对棒材和管材锯切直径可达310mm，可锯切500mm×300mm(宽×高)的方形材料。 图3 HBP313A高速数控带锯床 图4 沃尔玛2125/2150TS系列带锯床 在美国，则以沃尔玛(Marvel)公司生产的立式带锯床为标志，在国内少见，极具竞争力，其特别的倾斜锯切能力在带锯床兴业中更是一大优势，国内一些大型的汽轮厂至今仍使用该品牌带锯床。其规格见表1。 表1 沃尔玛2125/2150TS系列带锯床 项目 2125系列(1.25″的带锯床) 2150系列(1.50″的带锯床) 20″×25″锯切能力 20″×25″(508mm×6358mm) (5088mm×6358mm) 20″×17″45?锯切能力 20″×17″(5088mm×4328mm) (5088mm×4328mm) 20″×11 1/4″20″×11 1/ 4″60?锯切能力 (5088mm×2858mm) (5088mm×2858mm) 带锯尺寸 31.758mm×1×53348mm 388mm×1.278mm×55868mm 带轮直径 23″ 23″ 带锯驱动马力 7.5HP(5.6kw) 10HP 带锯速度 30-650FPM(9-200m/min) 30-650FPM(9-200m/min) 4、选题的依据和意义 目前几乎所有的带锯床全是液压系统控制，而进给系统是带锯床液压系统的核心系统。但当前带锯床在实际使用过程中尚存在一些问题，如易崩齿、断带;切近和切出时会产生冲击引起打刀，尤其在切出时，锯架会以较大速度往前冲引起锯条剧烈磨损;切削时切削速度难以随着工件的尺寸或形状变化而变化。这些问题都和液压系统有着密切联系，而切削时切削速度的调整最为严重，也是最难有效解决的问题之一。现在有的带锯床，在开始切削后，切削速度和进给量就已确定。如果此时共建的横截面发生变化，即锯条与工件的接触长度改变，若接触长度由长变短，切削功率未达到最大使用率，导致生产效率降低;若接触长度由短变长，则切削阻力增大，锯条磨损加剧。因此有效解决切削时切削速度随切削工件形状或尺寸变化而变化的问题一直以来是各研究部门和生产厂家不断追求的目标。同时送料的精度和速度也是卧式带锯床的的问题之一，精确的送料和高效的送料速度能够节约成本、提高效率。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题: 1、研究的基本内容 1、带锯床的组成、结构和工作原理 研究金属带锯床的型号、结构组成及工作原理，对金属带锯条、锯切用量和进给力的选择进行分析研究。 2、研究分析现有带锯床液压系统 通过对现有的带锯床液压系统工作原理和特点的分析研究，寻找目前带锯床普遍存在的切削效率低、送料速度慢、送料精度低等问题产生的原因。 3、改进和升级现有卧式带锯床液压系统 寻找目前带锯床普遍存在问题的解决，设计新型的液压进给系统、送料系统、夹紧系统和张紧系统。 4、液压系统的计算和元件选择 选择计算液压系统的系统参数、各个执行元件的运动与负载分析以及进给系统的工况分析。各个执行元件的尺寸、型号、规格的确定。新型液压系统工作过程分析及特点。 2、拟主要解决的问题 因为液压传动的传动平稳、安全、承载能力大、寿命长、便于实现自动化等优点，因此目前几乎所有的带锯床全是液压系统控制，但当前带锯床在实际使用过程中尚存在一些问题 1、切削时切削速度难以随着工件的尺寸或形状变化而变化，因此切削速度的调整成为最为严重，也是最难有效解决的问题之一。现在有的带锯床，在开始切削后，切削速度和进给量就已确定。如果此时共建的横截面发生变化，即锯条与工件的接触长度改变，若接触长度由长变短，切削功率未达到最大使用率，导致生产效率降低;若接触长度由短变长，则切削阻力增大，锯条磨损加剧。因此切屑速度的调整是需要解决的问题之一。 2、送料速度慢、效率低。目前的液压送料系统采用单缓冲，即只在退料长度快接近设定值时开始缓冲。因此锯床在送料时，速度不宜过快，以防因送料速度过快与床身发生撞击，导致送料不准确等问题。送料效率的降低将导致锯床锯切效率下降。解决送料速度慢、效率低是需要解决的问题之一。 3、送料精度低。引起送料精度低的原因除了送料时没有缓冲，送料装置与机床床身发生碰撞外，还可由锯切材料的不规则引起。带锯床通常用于锯切形状规则的材料，但是在材料装运、卸料或者搬运过程中可能由于碰撞、挤压等使材料一定的形变，从而在锯切送料过程中与夹钳发生挤压，使材料卡住或者送料精度降低。因此提高送料精度也是需要解决的问题之一。 三、研究步骤、方法及措施: 本课题主要研究步骤如图5所示。 图5课题研究步骤 1、查找相关文献资料熟悉该课题的国内外研究动态，寻找目前已有的相关设计，存在的一些缺陷。 2、卧式带锯床情况，研究分析相关结构和工作原理。 3、卧式带锯床的液压系统，结构和工作原理。 4、新型液压系统的方案设计。 5、验证解决方案的可行性 6、各组成液压部件、元件的计算和选型， 7、根据所作工作制作图纸 8、撰写说明书 措施: 1、时间上每周要基本独立完成分配的任务，过程中遇到的问题及时查阅资料首 先准备自己解决。 2、保证每周至少一次请指导老师检查进度，并反映自己未解决的难题 3、与共同参与课题的同学讨论和交流，保证问题不会积压能及时解决。 四、研究工作进度: 序号 时间 内容 1 2011.12.1-2012.2.22 查阅相关资料，了解基础知识 2 2012.2.24-2012.22.9 分析研究课题 3 2012.3.1-2012.3.12 完成开题报告 4 2012.3.17-2012.3.20 外文文献翻译 锯床液压进给系统设计、夹紧、送料、张紧系5 2012.3.22-2012.4.1 统的设计 6 2012.4.2-2012.4.4 与导师联系中期检查 7 2012.4.71-2012.4.15 液压系统的设计计算 8 2012.4.18-2012.4.28 撰写 9 2012.5.1-2012.5.15 与导师联系整体任务检查 10 2012.5.30 完成毕业设计答辩 五、主要参考文献: [1] 徐飞(浅谈金属带锯床的采购和使用[J](机床数控市场，2004(06):38-40( [2] SHINICHI YOKTO,KENICHIROU HIRAMATO(An Ultra High-Speed Electro-Hydraulic Servo Valve by Making Use of A Mulfilayered Piezoelectric stDevice(P2T)，Proc，of the 1 International Symposium of Fluid Power Transmission and Control[N],Beijing，1991(10):35-38( [3] 郭北涛(国内外金属锯切锯床的现状及发展趋势[J](制造技术与机床，2004(2): 32-33( [4] Jung Seung-Bae，Kim，Soo-Ryong Nam(Development of a micro-positioning grinding table piezoelectric voltage feedback，Journal of Engineering Manufature[J] (1955， 209:469-474( [5] 么永强(立式金属带锯床的机械设计一控制系统的研究[D] (河北:河北农业大 学，2004( [6] 周坚明(使用金属带锯床遇到的问题和我们的对策[J](机床，1990(4):44-45( [7] 郭正佳(我国锯切装备和工艺发展趋势的探讨[J](机械制造，1992(2):6-7( [8] Jung Seung-Bae，Kim Sung-Woo(Improvement of Scanning Accuracy of PZT Piezoelectric Actuators by Feed-forward Model-reference Control，Precision 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