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      金屬切削帶鋸床性能指標體系的構成

      時間:2020-09-02 21:52 點擊次數:

      如何正確地評價帶鋸床的性能以及采用什么性能指標來表示帶鋸床的性能對帶鋸床的設計和改進是非常重要的。性能由功能和質量組成,功能是實現產品需要的某種行為的能力,質量則是實現功能的程度和持久性的度量,后者使得產品在設計中有了參數化和賦值的可能性。能夠承載產品功能、結構、材料與工藝等設計要素的廣義性能概念,將產品廣義性能劃分為結構性能和行為性能兩類。產品性能分為結構性能、工作性能和工藝性能三大類24項性能,如圖1所示,其中:
      現代機械產品的綜合性能

      (1)結構性能是指產品的安全、可靠、結構緊湊、設計經濟等在產品設計階段首先考慮的和在機器結構設計中極易體現出來的8個方面性能;

      (2)工作性能是指功效實用、工作穩定、狀態可測、系統可控、故障可診斷、實用經濟等在機器工作過程中直接體現出來的8個方面性能;

      (3)工藝性能是指良好的結構工藝性、維修方便、報廢后易于回收等在產品制造、維修及報廢回收過程中可得到充分體現的8個方面性能。

      根據帶鋸床的功能結構模型,鋸切模塊是帶鋸床的核心模塊,主要用于完成對工件的切削,所以鋸切能力是帶鋸床最核心也是最重要的性能。鋸切能力應從加工性能、耐久性和綠色性能3個方面來考慮,這些性能可以劃分為更為細化的幾個指標。針對這一特點,建立如圖2所示的帶鋸床鋸切能力性能指標體系結構。

      帶鋸床鋸切能力性能指標體系結構

       

      1.加工性能指標

      1)鋸切范圍

      鋸切范圍是指帶鋸床能夠加工工件的最大尺寸,圓形工件一般采用最大鋸切直徑表示,方形工件一般采用“最大鋸切寬度X最大鋸切厚度”表示。鋸切范圍擴大化是帶鋸床的發展趨勢。例如,德國貝靈格巨型臥式帶鋸床可鋸切達2.5mX2.0m的實心方材,巨型立式帶鋸床可鋸切長達10m的板材及棒材。

      2)鋸切效率

      鋸切效率通常定義為單位時間內的鋸切面積,其單位一般用c㎡/min表示。事實上,帶鋸床的鋸切效率需要指明--定的切削條件,不同的切削條件,其鋸切效率是不一樣的。表1所示為某帶鋸床加工各種材料的鋸切速度和鋸切效率,可以發現,被切材料,及其尺寸不同,其鋸切效率是不同的;帶鋸條的線速度不一樣.鋸切效率也不一樣。因此,本書將鋸切效率定義為:在一定鋸切速度條件下,單位時間內加工某一-尺寸材料的鋸切面積。鋸切效率是反映帶鋸床加工能力的最重要的指標之一,提高鋸切效率一直是帶鋸床廠家的追求目標。
      某帶鋸床加工各種材料的鋸切速度和鋸切效率

      3)最大鋸切速度

      帶鋸條鋸切加工的主運動是通過鋸輪帶動帶鋸條轉動實現的,鋸齒相對于工件的主運動的瞬時速度稱為鋸切速度。因此,通過在鋸輪上安裝旋轉式位移傳感器測量鋸輪的轉速就可以計算得到帶鋸條的鋸切速度。為了達到最佳鋸切效果,鋸切速度通常需要根據加工材料的硬度進行調整。--般來說,鋸切塑性材料(如低碳鋼、銅、鋁等)時的鋸切速度較高,鋸切中等硬度鋼材時的鋸切速度較低。因此,最大鋸切速度是指加工某種指定材料所能達到的最大速度。

      4)鋸切精度

      帶鋸床的精度包括幾何精度和工作精度,鋸切精度主要是指帶鋸床的工作精度,通常由鋸斷件端面對其素線的垂直度表示。帶鋸床的鋸切精度是一項動態精度和綜合精度,與帶鋸床本身的幾何精度有很大的關系,同時還包括了工件的材料、環境溫度、鋸條性能以及切削條件等各種因素造成的誤差和計量誤差。帶鋸條太松、帶鋸條出現磨損、帶鋸床下料速度太快等都會給鋸切精度帶來影響。

       

      2.耐久性指標

      1)標準鋸條耐用度

      刃磨后的帶鋸條自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準所經歷的總切削時間稱為標準鋸條耐用度。影響帶鋸條耐用度的因素,歸納起來可以分為5個方面:切削用量、帶鋸條的幾何參數、工件材料帶鋸條材料、潤滑冷卻條件。切削用量增大,使切削溫度升高,帶鋸條磨損越快,帶鋸條耐用度下降;工件材料的強度、硬度越高,產生的切削溫度越高,故帶鋸條磨損越快,帶鋸條耐用度越低;使用冷卻潤滑液能降低切削區的溫度并減少鋸條與工件、鋸條與切屑間的摩擦,對提高帶鋸條耐用度是有利的。

      2)可靠性

      可靠性是衡量帶鋸床在規定時間內和規定條件下完成鋸切功能的能力表現,它是帶鋸床產品質量在時間尺度上的描述。對帶鋸床制造企業而言,可靠性低意味著產品的故障率高、壽命短、售后服務和維修成本高。對帶鋸床用戶而言,低可靠性意味著帶鋸床故障停機頻繁、加工質量不穩定,不僅影響企業的正常生產,甚至可能會造成災難性的事故。目前,相關標準尚未定義衡量帶鋸床可靠性的指標,本書采用平均無故障工作時間(MTBF)、平均修復時間(MTTR)和有效度來衡量帶鋸床的可靠性。

      平均無故障工作時間是指-臺帶鋸床在使用中平均兩次故障間隔的時間,其計算公式為

      MTBF=總工作時間/總故障次數之比

      顯然,平均無故障工作時間越長越好。

      平均修復時間是指--臺帶鋸床從開始出現故障直到能正常工作所用的平均修復時間,其計算公式為

      MTTR=總故障停機時間/總故障次數

      考慮到實際系統出現故障總是難免的,故對于可維修的系統,總希望一旦出現故障,修復的時間越短越好,即平均修復時間越短越好。

      如果把MTBF看作帶鋸床正常工作的時間,把MTTR看作帶鋸床不能工作的時間,那么正常工作時間與總工作時間之比稱為帶鋸床的有效度A,即A=MTBF/(MTBF+MTTR)。有效度反映帶鋸床提供正確使用的能力,是衡量帶鋸床可靠性的一個重要指標。

      3)設計壽命

      帶鋸床的設計壽命是指帶鋸床設計時預計不失去使用功能的有效使用時間。國際先進水平的帶鋸床產品的平均壽命為12-15年,而國內帶鋸床產品的平均壽命與國外同類產品存在一定的差距,其原因主要是帶鋸床產品在設計過程中沒有充分考慮可靠性、并在制造過程中給予相應的保證。

      4)精度保持性

      精度保持性是指在正常使用條件下,帶鋸床能在較長時間內保持其鋸切精度特性的能力,主要取決于帶鋸床設計、制造、裝配各個環節,同時也與使用和維護有密切關系。一般來講,帶鋸床的精度容易判斷,精度檢驗已有相應的標準,新帶鋸床驗收調試時就可以知道合格與否。但是對于帶鋸床精度保持性的判斷比較困難,因為帶鋸床精度保持性的好壞只有在該帶鋸床經過一段時間的使用才能反映出來,而國家標準也無法對其進行嚴格的定量控制,所以只能是用戶自己在選型時對帶鋸床及結構進行深人細致的了解,自行分析評估,在正常使用-段時間后才能得到驗證。

       

      3.綠色性能指標

      1)單位能耗

      單位能耗指的是額定鋸切效率下單位鋸切量的能耗。隨著帶鋸床的廣泛應用,其能耗問題逐漸受到關注。帶鋸床在實際運行過程中,主要能耗來源有以下幾個方面:

      (1)鋸輪帶動鋸條轉動時的能耗,它占到帶鋸床能耗的大部分。轉速越高,鋸切速度越高,鋸切力越大,其功率需求越大,能耗越高;

      (2)帶鋸條進給時的能耗,主要是由于鋸切力、進給抗力等引起伺服電機的能耗。進給速度越快,進給抗力反作用越大,伺服電機功率需求越高,能耗越大。但是較快的進給速度可以獲得較大的切除率,縮短鋸切時間;

      (3)帶鋸床輔助電器的能耗,如照明燈、冷卻液使用等。降低帶鋸床的能耗水平是帶鋸床的發展趨勢,帶鋸床的節能可以從機械結構、控制系統結構和方式、鋸切工藝優化等各個方面進行綜合考慮。

      2)帶鋸床重量

      帶鋸床重量是指帶鋸床整機的重量。輕量化是帶鋸床行業未來的發展趨勢,帶鋸床企業可以通過對帶鋸床結構或部件進行優化設計,減少帶鋸床重量,節省材料,達到“綠色設計”的目的。帶鋸床輕量化就是在保證帶鋸床鋸切能力的前提下通過大幅度降低帶鋸床重量和減少所需的驅動功率來構建具有生態效益的機床。

      3)振動和噪聲

      帶鋸床的振動會導致整機的振幅超出允許的范圍,致使零件的鋸切表面質量惡化、鋸條磨損,最終降低了零件的鋸切精度和鋸切效率,影響帶鋸床的可靠性及使用壽命。嚴重時,將使帶鋸床不能正常地工作。帶鋸床振動產生的原因如表2所示。振動實驗尤其是整機振動實驗是解決帶鋸床振動問題的一種重要手段。通過帶鋸床的整機振動實驗可以評價帶鋸床的抗振性能,發現帶鋸床潛在的振動問題,為帶鋸床的動態優化設計提供重要的分析數據。

      帶鋸床振動產生的原因

      帶鋸床的噪聲主要是由于帶鋸床、帶鋸條與工件之間的振動、摩擦、沖擊、切削等產生的機械性噪聲。另外,噪聲的產生也與周圍的環境、材料的硬度和形狀有關。帶鋸床相關標準規定:帶鋸床運轉時不應有不正常的尖叫聲和沖擊聲,整機噪聲聲壓級不得超過85dB(A)。為了減輕鋸床的噪聲,鋸床廠家通常采用減震阻尼裝置、加裝封閉隔聲外罩或安裝消聲器。

       


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