金属切削带锯床设计理论与方法

FOREWORD

现代制造业正朝着高效、高精度和经济性的方向发展，作为金属切削加工的起点，锯切具有节约材料、减少二次加工量和提高生产效率等显著优势，成为零件加工过程中的重要组成环节。金属切削带锯床已经广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等领域。目前，国内金属切削带锯床的性能与国外同类先进产品相比，尚存在明显差距，主要原因是设计水平的差异，关键在于运用科学系统的金属切削带锯床设计理论与方法。

本书针对锯切机理和锯切力计算模型、锯架系统的受力分析及带锯张紧力、高效锯切技术和数控技术、带锯床结构的振动控制以及带锯床产品的可靠性设计等关键问题，给出了金属切削带锯床设计理论与方法。首先，研究了金属切削带锯条的锯切机理，提出了锯切力测试技术，开发了锯切力测试平台，建立了金属切削带锯床锯切系统的力学模型； 在构建性能指标体系的基础上，提出了金属切削带锯床的设计目标、设计流程、概念设计及详细设计方法； 针对金属切削带锯床的设计特征，提出了金属切削带锯床数字化仿真分析方法，开发了金属切削带锯床专用数字化仿真分析系统； 提出了金属切削带锯床可靠性设计的策略，建立了金属切削带锯床概念设计方案、系统及零部件的可靠性设计模型和求解过程。金属切削带锯床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。

本书是浙江省重大科技创新平台“浙江省缙云县带锯床和特色机械装备技术创新服务平台”建设的研究成果之一，研究工作得到了浙江省缙云科技局、浙江锯力煌锯床股份有限公司、浙江晨龙锯床股份有限公司、缙云县高新机械制造有限公司、浙江得力机床制造有限公司、浙江伟业锯床有限公司、浙江奥林发机床有限公司等单位的支持； 本书也是“复杂产品概念设计中功能结构映射过程可靠性设计方法研究”国家自然科学基金项目（51075365）的工程应用研究成果。

作者

2013年10月

CONTENTS

第1章绪论

1.1金属切削带锯床简介

1.1.1金属切削带锯床的分类

1.1.2卧式带锯床

1.1.3立式带锯床

1.2金属切削带锯床的工作原理及组成

1.3金属切削带锯床产业的现状与发展趋势

1.3.1金属切削带锯床产业的现状

1.3.2金属切削带锯床的发展趋势

1.4金属切削带锯床设计理论与方法概述

1.4.1现代设计理论与方法概述

1.4.2金属切削带锯床设计的关键问题

1.4.3金属切削带锯床设计理论与方法的体系结构

第2章金属切削带锯床锯带的锯切机理与锯切力测试

2.1带锯条的几何参数与运动分析

2.1.1金属带锯条标准的发展

2.1.2带锯条的几何参数

2.1.3带锯条的运动分析

2.2锯切机理

2.2.1切屑形态及形成机理

2.2.2锯切变形及表示方法

2.2.3锯齿前面上的摩擦

2.3锯切力测试

2.3.1锯切力来源

2.3.2锯切合力、分力及锯切功率

2.3.3锯切力的数学模型

2.3.4锯切力的测量与计算公式的拟合

2.3.5各种材料的锯切抗力和进给抗力的计算公式

2.4带锯条的锯切热

2.4.1锯切热的产生和传导

2.4.2影响锯切温度的主要因素

2.4.3冷却液的选择与使用

2.5带锯条的使用寿命

2.5.1带锯条磨损形态

2.5.2带锯条磨损过程与常见故障

2.5.3锯切用量与带锯条使用寿命的关系

2.6锯切力计算步骤

第3章金属切削带锯床锯切系统力学分析

3.1带锯床锯切过程的力学建模

3.1.1初始状态力学模型

3.1.2临界工作状态下的力学模型

3.1.3预紧力与锯切力的关系

3.1.4正常工作状态下的力学模型

3.1.5模型验证

3.2带锯条的应力分析和强度评定

3.2.1初始状态下带锯条的应力分析

3.2.2工作状态下带锯条的应力分析

3.2.3带锯条锯切段的应力分析和齿根强度分析

3.3带锯条的应力循环分析和疲劳评定

3.3.1实际工作状态下带锯条基体的应力循环

3.3.2带锯条基体的疲劳强度校核

3.4锯切系统力学参量、几何参数的相互影响关系

3.4.1几何参数对临界锯切力的影响

3.4.2工作状态下进给速度对锯切力和张紧力的影响

3.4.3工作状态下锯切工件尺寸对锯切力的影响

第4章金属切削带锯床的设计过程

4.1金属切削带锯床的性能指标体系

4.1.1性能指标体系的建立原则

4.1.2性能指标体系的构成

4.1.3金属切削带锯床的性能指标评估

4.2金属切削带锯床的设计流程

4.3金属切削带锯床的概念设计

4.3.1金属切削带锯床的功能模型

4.3.2带锯条的选型

4.3.3概念设计参数的确定

4.4金属切削带锯床的详细设计

4.4.1传动模块的设计

4.4.2锯切模块的设计

4.4.3张紧机构的设计

4.4.4进给模块的设计

4.4.5支撑模块的设计

4.5金属切削带锯床的数控设计

4.5.1数控系统的设计原理

4.5.2金属切削带锯床数控系统结构方案

4.5.3带锯床恒效率锯切系统控制方案

第5章金属切削带锯床的数字化仿真分析

5.1概述

5.2计算机辅助工程（CAE）技术简介

5.2.1CAE技术与应用

5.2.2有限元分析技术

5.3金属切削带锯床整体结构的仿真分析

5.3.1金属切削带锯床整体结构的模态分析

5.3.2金属切削带锯床整体结构的谐响应分析

5.4金属切削带锯床零部件结构的仿真分析

5.4.1锯架系统的静强度分析

5.4.2张紧结构的静强度分析

5.4.3底座结构的静强度分析

5.5带锯床设计专用分析系统介绍

5.5.1开发平台

5.5.2主要功能

5.5.3应用实例

第6章金属切削带锯床的可靠性优化设计

6.1可靠性优化设计基础

6.1.1可靠性定义

6.1.2可靠性分析方法

6.1.3可靠性优化设计方法

6.1.4随机变量的统计估计

6.1.5可靠性优化设计简单实例

6.2金属切削带锯床可靠性优化设计概述

6.3金属切削带锯床概念设计过程的可靠性优化设计

6.3.1金属切削带锯床概念设计过程的可靠性优化设计模型

6.3.2金属切削带锯床概念设计过程的可靠性优化设计实例

6.4金属切削带锯床系统的可靠性优化设计

6.4.1金属切削带锯床系统的可靠性优化设计模型

6.4.2金属切削带锯床系统的各子学科功能函数模型

6.4.3金属切削带锯床系统的可靠性优化设计实例

6.5金属切削带锯床零部件的可靠性优化设计

参考文献2100433B

本书针对金属切削带锯床的关键技术，系统地阐述了其设计理论与方法。内容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。本书是在带锯床产业转型升级技术创新需求的基础上，结合作者十多年的机械装备创新设计、数字化仿真设计经验，按照满足金属切削带锯床行业产品设计要求而撰写的。

本书可作为带锯床及相关产业工程师的产品设计参考用书，也可供高等学校机械工程类专业本科生、研究生及教师科研参考。