卧式带锯床液压系统的改进和升级毕业设计.doc

杭州电子科技大学本科毕业设计本科毕业论文（2012届）题 目卧式带锯床液压系统的改进和升级学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其制动化班 级08010111学 号08011110学生姓名傅林杰指导教师陈慧鹏完成日期2012年5月摘要随着现代制造业不断的朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金属加工的起点，已成为零件加工过程中重要的组成环节。因为带锯床锯切材料的多样性和特殊性，它的锯切力随机变化幅度大,普遍存在锯切效率低、送料速度慢、送料精度不高的问题。究其原因是液压系统设计不够完善引起的。为了解决上述问题，本文提出了相应的解决方案。通过流量反馈系统来调定进给力，使进给速度能够随着工件界面的大小和形状的改变随之改变，提高切削速度，解决切削效率低的问题；送料系统由原来的单缓冲改为双缓冲液压系统，既提高了送料速度又避免了前后夹钳的碰撞；在原来的定夹钳上增加微动油缸，使定夹钳变为微动夹钳，避免了材料与夹钳挤压导致送料精度降低的问题。 对改进后的液压系统进行计算分析后，证明改进后的锯切效率提高了经过对原有带锯床液压系统的改进和升级后，带锯床切削效率有了明显提升。送料速度显著加快，送料精度也有了明显提升。关键词：带锯床；流量反馈；切削效率ABSTRACTWith the continuous development of modem manufacturing industry to high efficiency, high accuracy and economical efficiency ,as a start point of metal-cutting ,saw cutting has become one of the important composition links in the process of parts-processing.cutting ,its cutting force varies within wide limits at random, so that some general problems, such as low cutting velocity, low feeding speed, low feed accuracy are often in existence in the band sawing machine used at present. The problem is result of the hydraulic system.To resolve the problem put forward above, the scheme is come out. It is flow feedback system, by the flow feedback to set feeding cutting. When the sections size or shape of workpiece being cut varies, the feed speed can adjust itself according. With regard to feed system, use double buffering instead of single buffering. Not only increase the feed speed, but also avoid the strike between the clamps. Increase budge oil cylinder to resolve the problem of extrusioning between materials and clamps.Through to the proportion of flow valves dynamic analysis, prove the theoretically cutting efficiency is improved .And the feeding speed increased obviously, the feeding precision is also improved greatly.Keywords: Band sawing machine；flow feedback；cutting efficiency目录第一章 绪论11.1 课题研究背景和现状11.2 金属锯切带锯床的应用研究和开发现状11.2.1 金属带锯床逐步占据主导地位11.2.2 金属带锯床在国外的发展现状21.2.3 金属带锯床在国内的发展现状31.3 金属锯切锯床的发展趋势41.3.1 未来锯床市场的需求量和拥有量及构成比41.3.2 加工精度加工范围进一步提高41.3.3 锯床加工高效化、范围扩大化51.3.4 锯床全数控化、网络化61.4 课题主要研究内容及意义6本章小结6第二章 金属带锯床基本结构82.1 金属带锯床的型号82.2 卧式带锯床的结构和组成82.3 金属带锯条、锯切用量及进给力的选择102.3.1 金属带锯条的选择102.3.2 锯切用量的选择102.3.3 进给力的选择11本章小结11第三章 液压系统的分析及设计123.1 GZ4032A 型全自动卧式带锯床液压系统分析123.1.1 进给系统的优点133.1.2进给系统的缺点133.2 液压系统的设计133.2.1 设计思路和要求133.2.2 系统的组成及其设计143.3 带锯床新型液压系统设计143.3.1 流量反馈进给系统143.3.2 回路分析153.4 液压夹紧系统163.5 液压送料系统173.6 液压张紧装置18本章小结19第四章 液压系统的计算204.1 执行元件的运动与负载分析204.1.1 液压系统负载分析204.1.2执行元件主要参数的确定214.2 比例流量阀工进时的动态分析234.3 液压系统的拟定274.4 液压系统的特点28本章小结28第五章 全文总结与展望295.1总结295.2 展望29致谢31参考文献32附录34第一章 绪论1.1 课题研究背景和现状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于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等国民经济各个领域 1。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。Sandvik Saws & Tools 公司的技术主任Tielli说：“锯切技术在过去5年间的变化比前二十年还要大2。”这种变化大部分出现在带锯床上，因此带锯床制造商相信他们在车间的产品状况必将发生变化。Eisele公司的Gale认为：“锯床现在不仅是锯切下料，它们还是零件的加工设备。从单元制造装备概念出发，锯床是其重要部分。如果没有一台优良的锯床，所有的机床都将停机待料。”1.2 金属锯切带锯床的应用研究和开发现状1.2.1 金属带锯床逐步占据主导地位在金属下料工艺中，采用锯切工艺下料比较普遍，其中带锯床锯切下料作为一种先进的锯切工艺，已在国内外得到广泛推广应用。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。带锯床下料工工艺代表当代锯切工艺的先进水平，用户从技术简易的的弓、圆盘锯切工艺转移到技术比较先进的带锯锯切工艺，由于其突出的节材、节能和高效的优越性，已经越来越为广大用户所接受。可以预计，带锯锯切工艺将逐步取代传统的圆盘锯和弓锯下料工艺，将成为我国锯切装备和工艺发展的必然趋势。虽然带锯床开发、普及的历史较短，但技术进步显著。上世纪60年代切断150mm的45钢需要1520min，现在仅需1.52min，30多年间效率提高了10倍。在材料的利用率方面带锯床也具有明显优势，带锯床与弓锯床相比可节约原材料56%，与圆盘锯床相比节约原材料高达87.5% 3。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，如图1-1所示。 图1-1 GB4028双立柱卧式带锯床1.2.2 金属带锯床在国外的发展现状在欧美发达国家，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明显。美国带锯床产量达到国内锯床总产量的80%90%，日本和德国采用带锯下料工艺也都超过了70%和50%的比例 4。以世界头号锯床生产厂家德国贝灵格（BEI-IRINGER）公司为例，其生产双立柱带锯床的历史已有20余年。至今已开发近百个型号，达到了很高的技术水平。产品分为卧式双平行住（龙门式）、立式、往复式带锯床等100余个型号。最大锯切范围可达2500mm（目前最大），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-45斜切5。如图1-2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，对棒材和管材锯切直径可达310mm，可锯切500mm300mm（宽高）的方形材料。在美国则以沃尔玛（Marvel）公司生产的立式带锯床为标志，在国内较为少见，极具竞争力，其特别的倾斜锯切能力在带锯床行业中更是其一大优势，国内一些大型的汽轮厂至今仍使用该品牌带锯床6，如图1-3所示，其规格见表1-1。 图1-2 HBP313A高速数控带锯床 图1-3 沃尔玛2125/2150TS系列带锯床表1-1 沃尔玛2125/2150系列带锯床规格项目2125系列（1.25的带锯床）2150系列（1.50的带锯床）锯切能力2025（508mm6358mm）2025（5088mm6358mm）45锯切能力2017（5088mm4328mm）2017（5088mm4328mm）60锯切能力2011 1/4（5088mm2858mm）2011 1/ 4（5088mm2858mm）带锯尺寸31.758mm153348mm388mm1.278mm55868mm带轮直径2323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）1.2.3 金属带锯床在国内的发展现状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年统计，在我国270万台金属锯切机床拥有量中，锯床拥有量为81000台，约占整个金属锯切机床拥有量的3%，其中带锯床拥有量约为5000台（含进口数约40%），为锯床拥有量的6%7，特别是双金属锯条的开发，为我国锯床产品结构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高进措施，如我国GZ4025、GZ4032锯床等；科研机构对锯床做一定深度的理论研究。1.3 金属锯切锯床的发展趋势位于宾夕法尼亚州的Morgantown的Bchringer Saws Inc.的总裁Joacph Dick说：“人们过去常常找锯床来配合他们当时的特殊的生产的需要。现在，更意识到对整个生产完成的实质。他们要求质量、锯条寿命、停机时间和生产率进入特定的目标。还在寻找节省时间和金钱的自动化性能，像自动斜面锯切、CNC编程，尤其是具有整根材料运送的锯切系统 9 。”1.3.1 未来锯床市场的需求量和拥有量及构成比锯床市场容量的大小是由钢材消耗量决定的，以1990年的钢材消耗量4147万吨与锯床需求量7853台为基数，至1995年钢材消耗量达4700万吨，锯床需求量为9200台。至2000年钢材消耗量为5300万吨，锯床需求量约为10000台 10。考虑到我国锯床发展较其他工业发达国家落后二十至三十年左右，以及目前锯床在机床拥有量中的比例较低，因此近期内我国锯床在数量上仍有一定的增长。随着双金属锯条的问世，国内外锯床构成比发生了很大变化。总体趋势是：带锯床产量迅速发展，圆锯床和弓锯床相对比例下降，因此锯床构成比变化主导因素是带锯下料工艺的引入。以美国为例,自双金属带锯床进入市场后，从1967年至1977年，带锯床的产量由1396台增加到7058台，平均年增长率为31%。日本和德国等过也以15%20%的年增长速率发展了带锯床。我国双金属带锯床从1985年开始投入市场后，短短5年，带锯床产量由81台到超过2000台 11。1.3.2 加工精度加工范围进一步提高采用先进变频电动机驱动、精密滚珠丝杠和激光定位方式，配以同服控制的液压系统，有计算机自动在线监控锯切全过程，锯条速度、进给速度、卡紧力均可做到任意设置、最优化组合，由此提高锯床的加工精度。此外，金属据切的关键技术点高精度的锯切力控制一直是锯床技术研究的重点。德国贝灵格锯床就很好解决了这一问题。该锯床可可实现恒定锯切力控制，保证了锯切不规则截面型材的锯切率恒定。该锯床的加工精度也较高，如锯厚材时，每100mm锯切高度的仅为0.1mm 12。1.3.3 锯床加工高效化、范围扩大化提高锯切效率，尤其是提高厚材和硬金属锯切效率，避免锯切成为整条生产线的瓶颈，一直是锯切及锯床技术领域多年关注的焦点。德国贝灵格锯床1Gr18Ni12锯切不锈钢锯切率达48cm2/min，锯切Y40Mn钢锯切率达125cm2/min。该公司还设计了安装两个锯切系统的锯床，可同时对工件进行两次锯切，从而大大提高生产效率，改善了锯切加工的经济性。锯切范围扩大已是趋势，目前我国生产的大型带锯床可锯切直径为2m的管料和空心料 13。G42200卧式带锯床（如1-4）是由中国湖南机床厂生产制造，主要用于锯切直径为2000mm、最大工件长度为7000mm的石油设备所需的专用金属切断机床，该机床采用龙门式立柱结构，锯条工作速度采用无级变速，可实现在15-60m/min范围内的变换，工件由液压夹紧，液压进给进行锯切。其技术规格见表1-2。表1-2 G42200卧式带锯床技术规格项目单位G42200最大锯切直径mm2000带锯条规格（宽厚长）mm801.617000锯条工作锯切速度（无极）M/min15-60主传动电机功率kw15机床总功率kw25机床外形尺寸mm18700107507000机床净重kg约70000德国贝灵格卧式双立柱斜切带锯床HBP420-723G（如图1-5）其特点是经济适用、便于操作，可广泛用于不同角度锯切，双侧斜切范围从+45至30无级可调。锯切范围可达8001300mm。 图1-4 G42200带锯床 图 1-5 德国贝灵格HBP800锯床1.3.4 锯床全数控化、网络化大型工件的锯切过程往往持续数小时，为保证一人多机的生产条件、提高锯切加工的精度和效率，锯切过程的全数控化势在必行。今天的锯床，其控制机能范围从可编程逻辑控制器（PLC）至全CNC(计算机数字控制机床系统)。从PC(个人计算机)上的遥控编程和将锯切程序下载到装车间上的设备上，代表了锯床的显著变化 14。网络化生产、远程诊断及维护是当今机床的发展趋势，数控锯床也不例外。网络化生产可以是锯切过程与CIMS（计算机/现代集成制造系统）15的其余环节相联系，提高生产率，便于企业对各环节实现高效管理。远程诊断和维护更是经济全球化的结果，可以提供跨国跨区域极为迅捷的设备维护。1.4 课题主要研究内容及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；送料速度缓慢，送料精度不高；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。如果此时工件的横截面发生变化，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。针对带锯床锯切时切削效率低。切削速度难以随着接触长度变化而变化。送料速度慢、送料精度不高等问题，本课题将从其液压系统回路的角度进行研究，主要内容有：1、研究带锯床的机构组成和工作原理；2、对现有带锯床液压系统工作原理及其特点进行分析，研究其优点和存在的缺点与不足；3、详细分析带锯床切削效率低、送料速度慢、送料精度不高的原因；4、通过对带锯床液压系统详细研究和分析，寻找解决上述问题的理想方案；5、对所设计方案分析计算，验证其可行性。本章小结本章主要介绍了课题的研究背景，讲述了带锯床的现状和发展趋势，阐述课题研究的主要内容和意义。第二章 金属带锯床基本结构2.1 金属带锯床的型号金属带锯床作为金属锯切类机床，被广泛的应用在机械加工行业中。作为下料工序的主要设备，带锯床的科学选择与使用直接关系着整个加工工艺的效率和产品的质量。带锯床其主要作用就是将金属或非金属材料精准、高效的锯断开，以便下一道工序的加工。因此锯床的选型，应主要根据所锯切原材料截面的形状和尺寸来进行。国家行业部门所颁标准也正是据此来定义锯床型号的。如GZ403216（见表2-1）型金属带锯床中的GZ是指国家标准的意思，40是指一个系列产品， 32则指该锯床所能锯切的最大直径或最大高度为320mm。至于国外锯床生厂商所定义的锯床型号就不那么规则了。他们大多是按本企业的习惯来命名和排序。但在其型号的数字中，也体现了所能锯切界面的最大尺寸。由于加工的原材料截面形状差别很大，特别是型材，其截面形状“千姿百态”。面对这种情况，除了考虑截面尺寸外，还应参考锯床的产品样品进行选型。当然以上这些工作只是初选，接下来还应结合材质、锯切精度和效率要求、锯条的消耗量等因素综合考虑。才能选到一台“称心如意”的带锯床 17。表2-1 机床型号及其意义型号GZ4025GZ4030GZ4032GZ4050GZ40100GZ40120锯切直径/mm25030032050010001200送料方式半自动自动自动自动自动自动电机功率kw1.52.25.57.2514.1715.952.2 卧式带锯床的结构和组成卧式带锯床主要部件包括：底座；床身、立柱；锯梁和传动机构；导向装置；工件夹紧；张紧装置；送料架；液压传动系统；电气控制系统；润滑及冷却系统。其主要部件如图2-1所示 18。1 从动轮 2 带锯条 3 后夹钳 4 锯架 5立柱 6主动轮 7变速箱 8 主电机 9 前夹钳 10 床坐 11 操作箱图2-1 卧式带锯床机构基本组成带锯床底座：带锯床底座为钢板焊接而成的箱形机构，床身、立柱其上，底座前左侧为电气按钮控制箱，右侧为电气配电板箱，中间有钢板焊成的液压油箱，腔内装有液压泵站，液压管路，左侧为冷却切削液及水泵，底座四角有底脚螺栓孔。带锯床床身组成：带锯床床身为铸铁件，固定在底座上，立柱由一大小圆柱组成，大圆立柱作为锯架运动的导轨，是用以支撑锯梁上下升降运动，并保证精确的导向，小圆柱起辅助作用，从而保证锯条的正常切削。中间位夹料钳和液压送料机构，虎钳前方连接有承接成品件的工作台，左侧的夹紧装置为夹紧丝杆穿过液压夹紧油缸内控，转动手轮或按动按钮，是左虎钳口左右运动。带锯床锯架和传动机构：由厚钢板切割成形焊接而成，具有较强的刚性，其后侧蜗轮箱，箱内的蜗轮和锯梁上面的主动轮固接，两者同步旋转，左侧为被动轮和锯条张紧装置，锯条的回转运动由主电机、皮带轮、蜗轮副经两级变速驱动力传递到主动轮，再由主动轮、锯条驱动被动轮来实现的，锯条运转速度共三档。带锯条导向装置：导向装置安装在锯梁支板上，由左、右导向臂与导向头组成。左、右导向臂都可沿燕尾榫移动（或右导向臂固定在立柱套上），调整两导向臂距离比工件尺寸宽40mm左右。导向装置用于改变锯条的安装角，使锯条与工作台垂直，为保证锯条的切削精度，减少振动，在左右导向臂各装有一组导向轮（滚动轴承）和耐磨的导向块，锯条背部也有耐磨合金的导向块。夹紧机构：右虎钳固定在床身上，夹紧丝杆穿过液压夹紧油缸内孔，液压带锯床由丝杆连接左虎钳沿导轨左右移动，当左虎钳距离工件10-30mm时，手按控制面板的钳紧或钳松，使工件夹紧或松开。张紧装置：由滑板座。滑板、丝杆等组成，当要讲锯条张紧时，用当要讲锯条张紧时，用扭力扳手按顺时针方向旋转可张紧锯条，处于工作状态。如锯床处于长时间停机状态，扭力扳手向逆时针方向旋转锯条松开， 松开锯条后可更换新锯条。抬起送料机构：位于床身的后部，可以实现坯料的顶起送进，它的动作与液压夹紧同步，松开工件时顶起，夹紧工件时落下。送料架和后托架：当被锯切工件的坯料较长时，需用送料架和后托架支撑并送进，与主机分离，作为随机附件供应，安装在机床后部，其高度可以调整。2.3 金属带锯条、锯切用量及进给力的选择2.3.1 金属带锯条的选择如何选择合适的锯条品种和适宜的锯条齿节，对科学、经济、合理地锯切至关重要；可根据被切材料的材质选择锯条的品种、根据材料的形状大小选择锯条的齿节，选择带锯条的基本原则如下：1、大直径材料选用粗齿锯条，小直径材料选用细齿锯条。2、高硬度、高韧度的材料选用较细齿的锯条，反之选用粗齿锯条。3、各类型刚选用较细齿的锯条，并保证在锯削时锯切齿数不少于2齿，以34齿为宜。 2.3.2 锯切用量的选择锯条选定后，为了降低锯切成本，选择合理的锯切用量（锯切三要素）和锯切率对于充分发挥带锯床的生产能力是至关重要的。所谓锯切用量（锯切三要素）就是锯条速度、下切速度和锯切深度。锯条速度即锯条连续运转的运行速度，下切速度即锯条在工作进给方向上的运行速度。锯切深度即在工作进给方向上，锯齿切下工件的深度。锯条锯切速度快，剪切角越大，锯切效率也高，然而，大量地锯切热随之产生。因此锯切速度越快，积聚热量越多，锯条越易损坏。材料硬度低、强度低，选择较高的锯条速度；反之，选择较低的锯条速度。材料硬度高、强度高，选择较低的锯切深度；反之，选择较高的锯切速度。材料硬度脚软和较硬时，选择较低的下切速度；反之，选择较高的下切速度。材料尺寸较大时，选择较低的锯切速度；反之，选择较高的下切速度。通常使用M2型带锯条时，根据锯割直径的大小，低碳钢的锯切速度在每分钟4575mm之间选择；中碳钢在每分钟4065mm之间选择；铝、青铜在每分钟50100mm之间选择；轴承钢、不锈钢在每分钟1040mm之间选择；合金工具钢在每分钟3045之间选择；铸铁在每分钟4075mm之间选择19。2.3.3 进给力的选择带锯床进给大小为无极调节，在调节盘上有110的刻度，通常调至刻度“5”，可根据材质、直径、带锯床的新旧程度等因素上下调节采用。断件总厚度降低；进给力太小则不能充分发挥带锯床快速、高效的特点。总之，要使设备充分发挥效能，带锯条的选用、锯切速度和进给力的选择及三者的恰当的配合是十分重要的。本章小结本章主要分析了卧式带锯床的结构组成和工作原理，并对选择带锯床时的相关参数做了简要介绍。第三章 液压系统的分析及设计3.1 GZ4032A 型全自动卧式带锯床液压系统分析带锯床进给液压系统是整个液压系统设计的关键所在，决定了整个带锯床工作性能的好坏和使用寿命。本章以带锯床进给液压系统为重点，分析研究目前的带锯床液压进给系统的优点和存在的不足，并针对目前液压系统存在的不足设计新型的液压系统。1，10，14 三位四通电磁阀 2，5，8，23，24 节流阀 7,9 单向阀 4,6，11,15 两位四通阀 3，25,26 调速阀 16 顺序阀 12 ，13，17 溢流阀 18 压力表 19 减压阀 20 调速阀 21 定量泵 22 电动机图3-1 GZ4032-00型全自动卧式带锯床液压系统原理图GZ4032-00型全自动卧式带锯床液压系统原理图如图3-1所示 20。该回路采用的是定量泵供油，并且在各个电磁阀的P口入口处装有节流阀使流量恒定。当YW11和YW7得电时，高压油从泵出来，流经节流阀23、电磁阀14和单向阀26进入进给油缸无杆腔，推动活塞向上运动，有杆腔溢出油经电磁阀10流回油箱，此时锯架快速上升。当YW8和YW14得电时，高压油从泵出来，流经节流阀24、电磁阀10进入进给油缸有杆腔，推动活塞向下运动，无杆腔溢出油液经顺序阀16和电磁阀15流回油箱，此时锯架快速下降。当YW9、YW14、YW15得电时，高压油从泵出来，流经电磁阀11、减压阀19、调速阀20进入进给油缸有杆腔。无杆腔溢出油液经顺序阀16和电磁阀15流回油箱，此时锯条进给，开始切削。此时，电磁溢流阀13调定工作压力，保证恒力切削。3.1.1 进给系统的优点1、 进给部分采用了带有触电的油缸，它相当于一个行程或者位移传感器，能使油缸到达极限位置时自动换向，可以保护锯条不受损害。2、 电磁溢流阀13在YW15失电时，其安全保护作用。在切削时若锯条突然碰到坚硬材料，YW15失电，溢流阀卸荷，进给油缸立刻带动带动居家上升，保护锯条不受损耗。3、 单向节流阀26可以锁定升起来的锯架，使其不会因自重而下降。3.1.2进给系统的缺点1、系统定量泵供油，若系统不需要该流量大小时，不仅造成浪费，而且多余的流量还会引起系统发热。2、该系统没有背压装置，所以在工进和快速下降时，锯架会因自重产生很大冲击，发出很大的碰撞声。3、该系统依然没有解决当切削工件截面形状发生变化时，切削速度不能发生相应变化以及送料速度慢、送料精度不高的问题。目前典型的液压系统，与举例的液压系统一样，存在的最主要问题还是当切削工件截面发生变化时，切削速度不能进行相应变化，是的功率不能得到充分利用，引起锯切效率低；送料时送料速度不能过快，否则会引起后夹钳与前夹钳碰撞，导致送料尺寸错误；夹紧系统夹紧不合理，夹钳与材料发生摩擦、挤压引起送料精度下降等问题。3.2 液压系统的设计3.2.1 设计思路和要求1、该带锯床能固定环状锯带；2、锯架能快速上升，快速下降和按工况速度进给；3、有夹紧送料连锁的自动送料机构；4、有工作台的夹紧及卸料机构；5、锯条的张紧、锯条导向、导向机构的锁定等要有液压系统控制驱动。总之，要求该液压系统控制稳定、可靠、实效、油路简单、便于集中操作和实现自动化。3.2.2 系统的组成及其设计系统的组成包括能源装置，即把机械能转换成油液液压能的装置；执行元件，把油液的液压能转换成机械能的元件；控制调节元件，对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或调节的元件；辅助元件，包括油箱、过滤器、油管等，保证它们对系统正常工作有重要作用；工作介质，就是在传动及控制中所用的冷却剂和切削液。为了方便分析计算等，现将整个液压系统分为几个小型液压系统，逐个进行分析研究。 3.3 带锯床新型液压系统设计对目前传统的液压系统分析可得目前带锯床进给系统主要存在问题是：一旦开始切削，切削速度和进给量就已经确定，而当切削工件的界面发生变化时，切削速度和进给量无法相应变化，是锯条损坏，引起锯床功率的不到最大利用，使得切削效率低等问题。为了解决这些问题，在查阅了相关资料之后，决定通过调节流量来控制锯架升降和进给。通过这些方法，可以实现的功能有：1、能实现锯架的快速下降；2、 锯架升起来以后，能安全锁定；3、能防止非工作状态下的锯架下沉；4、进给速度平稳可调；5、为了减少切入和切出阶段发生的打齿，应尽量减少其进给冲击。3.3.1 流量反馈进给系统流量反馈进给系统原理图如图3-2所示，该系统主要通过压力传感器将压力信号反馈给比例流量发的电磁铁上，通过流量调节来解决上述问题。该系统中，当锯架快速度下降过程中突然强制停止或进给切削过程中遇到截面变化的工件时，锯架能根据实际情况自动调整进给速度，避免冲击。1 三位四通电磁阀 2 单向节流阀 3 溢流阀 4 两位两通阀 5 液控单向阀 6 两位两通电磁阀 7 调速阀 8 单向阀 9 溢流阀 10 压力传感器图3-2流量反馈进给系统原理图 3.3.2 回路分析当YV1得电时，电磁换向阀1工作在左位，油液经电磁换向阀1、单向节流阀2和液控单向阀5到达进给油缸无杆腔，锯架上升，有杆腔油液经电磁换向阀6回油箱。当YV2得电是，电磁换向阀1工作在右位，电磁换向阀4工作在右位，液控单向阀5打开，油液经电磁换向阀1、单向节流阀2和电磁换向阀6到达进给油缸有杆腔，锯架下降，无杆腔油液经液控单向阀5回油箱。当电磁阀1工作在中位时，YV3得电，电磁换向阀4工作在右位，液控单向阀5打开，油液经比例流量阀7和单向阀8进入进给油缸有杆腔实现进给动作，无杆腔油液经液控单向阀5和溢流阀3流回油箱，此时溢流阀3起背压作用，溢流阀9起安全保护作用。电磁铁动作顺序如表3-1所示。表3-1 电磁铁动作顺序YV1YV2YV3YV4锯架上升+-锯架下降-+-进给-+-进给切削时，当被切工件的截面尺寸或形状发生变化时，压力传感器10将信号传给比例流量阀7的电磁铁，比例流量阀7调节进入油缸有杆腔的流量，使进给速度发生相应变化。本系统通过控制电磁铁，可以实现锯架的快速升降，可以通过调速阀调节进给速度，特点如下：1、尽可能多的采用了叠加阀，故其油路结构简单；2、调速阀正常情况下处于常开状态，可保证启动进给时不会发生速度冲击；3、溢流阀9是一个独立的进给安全阀，它能保证进给系统的强度安全；4、压力传感器10可以将实时信号传给溢流阀9，切削时，避免产生冲击或打刀等现象，使功率得到最大利用，提高切削效率；5、液控单向阀的使用可以防止非工作状态下得到锯架下沉和工作状态锯架因自重下降引起的冲击；6、下降过程平稳，达到柔和切削的目的。3.4 液压夹紧系统在锯床采用自动模式时，通常用于锯切形状规则、长度较长的材料，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，从而可能在自动送料过程中与夹钳发生挤压。目前带锯床的夹紧装置如图3-3所示分为前夹钳1、2和后夹钳3、4，其中夹钳1、3均为固定，夹紧材料过程由夹钳2、4完成。 1 前夹紧左夹钳 2 前夹紧右夹钳 3 后夹紧左夹钳 4 后夹紧右夹紧 a 挤压区图3-3送料时变形材料与夹钳的挤压示意图如图3-2所示，送料时，送料夹钳3、4往前运动，由于材料的形变，a区域将于夹钳1发生挤压，从而使材料卡住或者运送距离未达到要求值，导致此次锯切的材料长度与要求不符。同样在退料时，夹钳3可能与下部分材料发生挤压，使材料向后运动，导致在送料时实际送料距离与要求尺寸有巨大的差距。为了解决这一问题，在查阅了大量资料之后，决定在夹钳1和3上分别增加一个微动油缸，使该系统中夹钳1和3不固定。在送料时，夹钳1和2同时向两边运动，夹钳1运动5mm左右，保证不与材料发生挤压；退料时，夹钳3和4同时向两边运动，夹钳3运动5mm左右，保证不与材料发生挤压。考虑到夹钳1和3不固定会引起夹紧时夹钳1和夹钳3的加紧面不在同一水平面上，夹紧时使夹紧面与材料不能充分接触，大大降低夹紧效果，切削时可能发生材料震动甚至位移，导致降低锯条使用寿命，锯切精度下降等问题。因此在夹钳1和夹钳3夹紧面处增加一个光栅尺，保证夹紧时俩夹紧面处于同一水平面。其液压系统如图3-4所示。1、2、3、4 三位四通电磁阀 5、7 微动油缸 6、8 油缸图 3-4 液压夹紧系统原理图3.5 液压送料系统根据上章的分析可得目前带锯床送料系统主要存在问题是在退料即将结束时开始缓冲，进行缓慢退料，但是在送料即将结束时并无缓冲装置。为了减少后夹钳与前夹钳碰撞引起送料尺寸错误的问题，往往送料时，送料速度较低，从而导致液压系统送料速度慢，降低了生产效率。因此新的送料系统要求在保证送料精度的情况下应尽量提高送料速度，提高生产效率。为了解决这一问题，在查阅了大量资料和研究分析之后，发现送料系统并不需要再额外的增加缓冲装置，只需将原来用于退料的节流阀置于三位四通阀T油口下方，并在中间增加一个三位四通阀即可达到送料退料双缓冲的目的。其液压原理图如图3-5所示。1、2 三位四通阀 3 节流阀 4 油缸图3-5 液压送料装置原理图采用增大系统流量的办法来提高送料和退料的速度。由于缓冲装置的存在，不需要担心因速度过快与前夹钳发生碰撞和送料不准确等问题。 回路分析：当YV1、YV3得电，油液经电磁阀1进入油缸无杆腔，油缸有杆腔溢出油液，经电磁阀1、电磁阀2回油箱，系统开始快速送料。当后夹钳快接近前夹钳时，YV4得电，油液经过节流阀3泄油，机床开始缓慢送料，以达到后夹钳不与前夹钳发生碰撞的目的。当YV2、YV3得电，油液经电磁阀1进入油缸有杆腔，油缸无杆腔溢出的油液，经电磁阀1、电磁阀2回油箱，系统开始快速退料。当工件送料的长度快接近设定值时，YV4得电，油液经节流阀泄油，机床开始缓慢退料，以达到精确料长的目的。 3.6 液压张紧装置普通带锯床的锯条张紧装置一般为手动张紧。该装置由滑板座、滑板、丝杆等组成，当要将锯条张紧时，用扭力扳手按顺时针方向旋转可张紧锯条，处于工作状态。如锯床处于长时间停机状态，扭力扳手向逆时针方向旋转锯条松开， 松开锯条后可更换新锯条。手动张紧装置的缺点是：1、操作不便。更换锯条或者调整锯轮中心距需要人工操作；2、张紧不精确。手动张紧无法精确调整张紧力，不精确的张紧力会对锯条寿命、切削效率、锯床的维护等产生不良影响。为了解决这些问题，决定设计一种液压张紧装置，实现液压控制张紧，精确调整张紧力的目的。其液压原理如图3-6所示。1 三位四通电磁阀 2 液控单向阀 3 油缸图3-6 液压张紧系统液压张紧装置原理图如图3-6所示，三位四通阀左位得电，油液经电磁阀1进入油缸无杆腔，液控单向阀打开，油缸有杆腔溢出油液经电磁阀2、电磁阀1回油箱，锯轮中心距减小，锯条松开。电磁阀1右位得电，油液经电磁阀1、电磁阀2进入油缸有杆腔，油缸无杆腔溢出油液经电磁阀1回油箱，锯轮中心距增大，当张紧力达到系统调定压力时，电磁阀1打在中档，张紧力固定。在实际生产过程中，为了防止油缸有杆腔油液因泄露导致有杆腔压力下降，引起锯条松开，因此在锯床工作时电磁阀1往往打在右档，使油缸有杆腔压力恒定，保证锯条张紧力不变。本章小结本章主要介绍了GZ4032A带锯床的液压系统，分析了其优点和存在的不足，设计了新型的液压进给系统，采用比例流量阀扭亏的方式调节进给速度，优化了送料液压系统和夹紧液压系统，设计了液压张紧系统。第四章 液压系统的计算4.1 执行元件的运动与负载分析4.1.1 液压系统负载分析启动后锯架快速上升至足够高度，保证被加工件的顺利通过。在液压系统中，液压缸所承受的负载总共由六部分组成 21，即工作负载、摩擦负载、惯性负载、密封负载、背压负载和重力负载。1 工作负载。是指液压缸所承受的主要负载，在此处即为锯架重力。工作负载和液压缸运动方向相反视为正值，方向相同为负值。2 导轨摩擦负载。导轨摩擦负载指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦力，其值与导轨形式、放置情况及运动情况有关。摩擦负载可按下列公式计算：平导轨 （4-1）式中：运动部件的重力 垂直于导轨的工作负载 摩擦系数3 惯性负载 。惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速的惯性力，加速其为正值，减速时其为负值，根据牛顿第二定律计算： （4-2）式中：m运动部件的质量，kg a运动部件的加速度，m/s2 速度变化量，m/s 启动或制动时间，s4 重力负载。垂直或倾斜放置的运动部件，其自重也是一种负载。倾斜放置时，只计算重力在运动方向的分力。液压缸上行时，重力取正值，反之取负值。5 密封负载。密封负载是指密封装置和运动部件之间产生的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量及油液的工作压力有关。在未完成液压系统的设计之前，不知道密封装置的参数，无法计算，所以一般以液压缸的机械效率加以考虑，常取=0.900.97 22。6 背压负载。背压负载是指液压缸回油腔背压所产生的阻力。在系统方案和液压缸就够伤胃确定之前，无法计算，所以在计算负载时暂不考虑背压负载。升降液压缸各主要工作阶段的总负载按下列公式计算：启动阶段 （4-3）快速阶段 （4-4）工进阶段 （4-5）制动减速阶段 （4-6）液压缸在工进阶段所受的压力最大，故对工件阶段进行计算。液压系统的主要参数与性能如下：切削力Ft=28kN；移动部件重力G=8kN，工进行程L=200mm；快进快退速度为4m/min；工进速度v=80mm/min；加速、减速时间=0.2s；静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1，取=0.96。负载分析中，暂不考虑回油腔的被压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力水平分力为零，这样需要考虑的阻力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力22。则由式（4-1）可得：NN惯性力由式（4-2）可得：N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，则液压缸工进阶段的总负载N。4.1.2执行元件主要参数的确定（一）初选液压缸的工作压力参考同类型带锯床，初选液压缸的工作压力p1=4Mpa（二）确定液压缸的主要结构尺寸带锯床快进和快退时要求速度相等，采用缸体固定的单杆式液压缸。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积A1等于有杆腔有效面积A2的两倍。为了防止锯断材料后锯架突然前冲，在回油路中装有背压阀9，初选背压pb=0.8 Mpa。则：m2液压缸直径 cm。由A1=2 A2可知活塞杆直径：cm按GB2348-80将所计算的D与d值分别圆整到近似的标准直径，以便采用标准的密封式元件 24，圆整后得：D=8.5cm d=6cm按标准直径算出：cm2cm2（三）计算液压缸工进的工作压力、流量、功率进油压力Mpa回油压力Pb=8105Pa所需流量L/min输入功率kw（四）选择液压泵工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差为5105Pa，则液压泵最高工作压力：Mpa因此泵的额定压力可取Mpa。工进时所需最小流量为0.45 L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5 L/min，则小流量泵的流量 L/min，快进快退时液压缸所需的最大流量是15 L/min，则泵的总流量qp=1.115=16.5 L/min。即大流量泵的流量L/min。根据上面的压力和流量，选用A7V055LR/63R-NZBO变量泵 23。（五）选择液压阀根据液压阀在系统中的最高工作压力和通过该阀的最大流量，选出这些元件的型号及规格。以进给系统为例，进给系统中所有阀的额