摘要
金属带锯床在工业生产中具有不可替代的作用，在节约锯材、节能降耗、环境友好等方面优势明显，具有切削速度快、锯缝窄、应用范围广等特点。锯切装备广泛应用于核电、船舶、海洋等国家重要战略领域。与国外同类产品相比，我国带锯床存在锯切精度差、锯切效率低等问题。本文以某公司GZ4233金属带锯床为研究对象，以提高带锯床动静态性能为目的，通过动静态特性分析、响应面优化、拓扑优化等方法对带锯床进行研究分析，并对带锯床进行结构优化设计，实现带锯床结构轻量化的同时提升动静态特性。 本文的主要工作和成果如下： （1）进行了锯切力的分析与计算，并通过AdvantEdge FEM仿真软件，对锯切过程进行仿真，得到在不同锯切工艺参数下主切削力、进给抗力和侧向力的变化规律。搭建Kistler锯切力测试平台，探究锯切力的大小与变化规律，通过与仿真和计算结果对比，验证锯切力计算与有限元仿真所得锯切力变化规律的正确性。 （2）建立了GZ4233金属带锯床的三维模型。利用Ansys Workbench对底座、锯切模块、导向臂进行动静态特性分析，确定带锯床结构的薄弱部位。 （3）搭建LMS振动测试平台，对GZ4233金属带锯床进行了振动模态实验。利用运行模态分析方法对GZ4233金属带锯床进行模态参数识别，获得了在实验工况下带锯床的系统稳态图，验证了模态仿真结果的正确性。通过分析振动数据，获得了在不同锯切工艺参数下带锯床关键部件的振动情况，为带锯床结构优化提供指导意见。 （4）利用响应面优化设计方法，对锯架结构进行了优化，并将带锯条松边拉力、紧边拉力和张紧机构的张紧力作为负载条件对锯切模块进行了拓扑结构优化分析，根据分析结果实现结构的轻量化改进，改进后锯切模块的动静态性能提高。同时利用响应面优化，提高了导向臂的动静态特性。将锯切模块重量和锯料重量作为负载条件对底座进行了拓扑优化，提升了底座的动静态特性。优化后带锯床的动态性能得到提升，研究成果对于带锯床的动静态性能的优化具有重要的工程价值。
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