机械电子工程-CH360锯床专用节流阀设计以及锯床结构优化

CH360锯床专用节流阀设计以及锯床结构优化

1 绪论

1.1 研究意义

通过对CH360锯床专用节流阀的设计，我们可以更加精准地控制锯切过程中的流体流量，从而提高锯床的工作效率和锯片的使用寿命。这不仅有助于减少锯床操作过程中的能耗和浪费，还有助于提升生产效率和产品质量。对锯床结构的优化能够显著提升设备的稳定性和精度，降低故障率，并延长设备的使用寿命。这不仅有助于降低企业的维护成本和生产成本，还有助于提高生产效率和产品质量，增强企业的竞争力。

此外，该研究还能够推动相关领域的技术进步。在节流阀设计和锯床结构优化的过程中，可能会涉及到新材料、新工艺和新控制技术等方面的研究。这些研究不仅有助于提升锯床的性能和效率，还有助于推动整个机械工程和流体控制领域的技术创新和发展。通过引入现代控制理论和传感器技术，我们可以实现对锯床工作状态的实时监控和智能控制。这不仅有助于提高锯床的工作效率和精度，还有助于减少操作人员的劳动强度，提升工业生产的自动化和智能化水平。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 工业带锯床研究现状

弓锯床、盘锯床和带锯床是最基本的三种锯床，但是，由于现代金属原料锯切工艺的不断进步，原有的弓锯机和盘锯机已不能满足现代生产的需要，因此，它们正逐步被带锯机所取代。带锯机床也越来越受到世界各国的重视，我国很多研究和开发单位也在不断地研制新型的带锯机床，以适应现代生产的需要。

浙江电子理工大学桑清宇、张孝平（2023）教授等人，通过软件与硬件相结合的方法，对锯切模组及锯切机理进行了深入的探讨，采用了无接触锯切监测模式及控制策略，使带锯机在切割薄板时也能保持恒定功率切割。刘云、郭栋、黄祖广（2023）等人通过微观承载力的解析和静态平衡等手段，对带锯机在锯切过程中产生的水动力问题进行了深入的研究，并通过实验验证了水动力模型的正确性，同时，还对水动力因素对带锯机在锯切过程中的作用进行了深入的探讨，孙彦超、任少蒙、杨立云（2023）等人通过对水动力因素的分析，从水动力因素的角度出发，从水动力因素的角度，对水动力因素的作用进行了全面的探讨，最终得到了一种适用于轻质立式带锯机的水动力张紧力，从而为轻质立式带锯机的结构设计提供了更为合理的理论基础。

1.2.2 动静态特性研究现状

伴随着计算机技术的不断发展，越来越多的人在世界各地使用计算机技术对机械生产基础部件的动静态功能进行了深入地研究，从而达到提高机械生产部件的综合质量与综合效率的目的。 Tang Lin, Zheng Yaze,（2022）等人模式综合技术的分析方法被人们所提出，而子结构方法也被大量地运用于各种大型工程领域和航空航天部门。通过这种方法，我们可以将一个非常复杂的动态问题转化为一个简单的问题，这样我们就可以极大地提升我们的理论和研究水平。Changyong Zhao （2020）等人利用有限元技术，对五轴数控磨床床身的动静止特点进行了深入的分析，并对其进行了进一步优化，以改进了磨床床身的整体架构设计，并改善了研磨中心的整体特性。周孜明等也对该机床的主机箱进行了进一步的研究，并对该机床的定频特性进行了分析，采用多指标技术对主机箱进行了持续的设计，使得主机箱的动态、静态特性得到了显著的提高。

1.3 本论文的主要内容

对于某企业的原CH360卧式数控带锯床，在锯切过程中，存在着锯切质量和锯切精度不高的问题，所以，本章的主要工作是以提升其质量与精度为目的，对其发生现象的几个零件进行了分析和讨论，通过试验和有限元分析的方法，对该带锯床进行了改进，从而提高了其系统的动静特点和几个零件的稳定性。

本论文的重点使用的是某公司的CH360型卧式数控带锯床，并对其进行了优化工程设计。但是，由于优化工程设计的基础是保证各零件的正常工作，同时，由于CH360带锯床在使用中，节流器和涡轮都存在着功能的不足，因此，在设计时，对节流器进行了重新设定，并对其进行了优化工程设计。论文的主要内容：

(1)通过对CH360型水平 CNC压板机的改进，研制出一种专用压板机，通过试验测定，获得其流动特征图；针对CH360型卧式 CNC带锯机床，研制出了蜗杆蜗轮减速装置；同时，对CH360带锯的导向装置进行了试验研究，确定了导向装置的最佳安装位置。

(2)根据对原来CH360型水平数控带锯的某些部件及功能的动态及静态特性的研究，结果表明：原来的CH360型水平数控带锯的运行性能不佳，极易与主动机构的运行频率产生共振，需进行再次调整。进而为后续的设计奠定了扎实的思路。

(3)在此基础上，构建CH360水平数控带锯机的锯切工艺参数的基础上，对其进行了综合设计，并利用反应曲面法对其进行了设计，最后完成了CH360水平数控带锯机的锯切工艺参数的设计。

(4)采用有限元法，对原来的CH360水平数字控制带锯机的动态特性进行了研究，并对其内部结构进行了优化，进一步研究了底座的加强筋形状和长短对立柱底座的变形量的影响。

2 若干零部件的设计与研究

2.1 数控带锯床结构概念

数控带锯床，按照设备构造的差异可以分为立式数控带锯床(图左2.1a)和卧式数控带锯床(图右2.1b)。

图2.1 带锯床基本结构

卧式金属切割带锯床的工作原理，通常是利用三相异步马达间接地引导金属带锯条，以实现纵向速度锯切锯料，而卧式数字控制带锯床则通常应用于切割金属材料股份有限公司。双支柱卧式数控带锯床是各类卧式数控带锯床中的综合性能最好的，其在结构上采用两根支柱对锯架进行导向，采用了平行锯切的方法，保证了带锯条强度的连续性，提高了带锯条的工作寿命，同时也提高了带锯床在真正工作时由于双导轨双液压缸的影响的整体稳定性。

图2.2为CH360卧式 CNC带锯机的结构示意图，该机床主要包括：基础输料、夹具、张紧、传动系统、锯切、支撑、导向等，在CH360卧式 CNC带锯机各部件的配合下，该机床可以实现传动系统、输料、锯切等多个功能。还有一些设计者把带锯机床按照其使用目的进行分类，比如说，能够完成带锯机床使用功能的零件，叫做锯模块。

如图所示：输送组件系统采用电气设备作为动力源，利用电机的旋转速度带动输送滚轮的旋转，从而推进切割物料前进，待切割物料到达输送隔板上后，再由卡钳组件系统将其夹住，从而完成输送组件与卡钳组件的连接；夹持式模块化系统一般包含了固定虎钳、移动虎钳等，在带锯床正在锯切锯料的时候，为了实现对锯料的精确位置，并避免锯料向左右窜动，从而提升了带锯床上锯切锯料的精度，以及延长了带锯条的工作寿命；而CH360水平型 CNC带锯张紧总成，大多使用的是液力拉紧法，因为只有液力气力才能调节油力。

图为2.2 CH360型卧式数控带刨床的技术简图

综上所述，要想在现有CH360卧式数控带锯机床等设备的技术基础上，开发出高效、高精度的带锯机床，还得解决以下三方面的问题：①现有节流阀能够调整的范围非常大，但系统所需调整的流量相对比较少，因此，不能对气流通过节流阀的速度进行精确控制，也不能对升降气缸的上升、下降速度进行精确调整。②现有的蜗轮螺杆减速器的齿轮传动相对较大，致使主马达始终处于超负荷运转状态，加重了主马达的疲劳损伤；③导轨的间距大小直接关系到切割精度，现有的带锯机床只能根据以往的经验来选取导轨间距，尚无实验依据来证明导轨间距是否为最优。

2.2 专用节流阀的改进设计

节流阀是通过一种机械式的方法，通过改变节流孔的过流能力来实现对气流速度的有效调控。根据节流口的形状，节流口通常可以分为：直线节流口、斜节流口等。

图2.3 节流阀调速回路简图

图2.3为油门调节速度的电路构成简图，从该图可以看到，油门和安全阀设置在油缸和油压泵之间，并且安全阀设置在油门和油压泵之间。由于这种液压泵属于一种定时油泵，它可以为系统提供一定的流量，在某个时刻，当系统的压力突然升高，这时，溢流闸门会自动地开启，使得其余的液压系统可以自动地返回到油缸中，因此，溢流闸门也就成为了这个系统的一道保险。当节流阀两端的液压油系统有压力差时，节流阀可以通过调整其阀口通流量范围的大小，来控制流经系统自身流量的数量，实现对液压缸流量控制。

图2.4是CH360水平数字控制带锯床原有节流器的流动特征曲线，从该表可以看到，在176度张开时，从节流器中流出的最大水流量为3240 ml/min，而CH360水平数字控制带锯床提升液压缸的进给速率最大时， Qmax=1308 ml/min，所以由于现有原有节流器的范围太大，不能实现精确调整CH360水平数字控制提升液压缸的提升速率并使其减速，所以需要对其进行改进。

2.2.1节流阀工作原理分析 

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