金属带锯床作为一种用来切割金属原材料的机械产品，其最大的优点是锯切材料的同时不会损
伤切削端晶相组织，来保证了后续工序能够正常进行。本文主要研究和探讨设计用于金属带传
动锯床的一种液压传动系统。从整体金属带动齿锯床的整体工作执行原理流程出发，得出整体液压缸
的工作执行机械动作主要步骤，由此能够进行液压缸动作流程图的绘制。完成液压传动系统的总体设
计后，根据金属带锯床的使用要求进行相应的计算，从而得出各液压缸的各项参数并完成二维图纸的
绘制及三维图的装配。最后使用有限元仿真软件完成对液压缸的有限元分析工作。关键词：金属带锯
在金属加工过程中,锯切是一种普遍的加工方式。金属带锯床也在加工领域起着不可忽视的作用。
因其加工范围大、加工效率高、加工损耗小的特点而备受人们青睐。带锯床加工的工序包括:棒料进
给、前后横梁下压夹紧、左右夹持器夹紧、锯条切断棒料、前后横梁及左右夹持器退回、卸料（胡豪，
金属带锯床根据床体结构可以分为立式金属带锯床和专用卧式金属带锯床，立式专用金属带床的
锯床主要具有床体敞开性好、操作方便和结构紧凑等几大优点，非常适合我国现有的生产条件和生产
规模。卧式又可以再细分为剪刀式、双人式、独立柱式、单立柱式；根据使用情况分为手动型（经济
型手动送料手动切割物料）和自动型；根据使用控制器的自动化程序手动型（半自动手动送料）和全
自动型（自动送料自动切割）；根据切割角度要求分为角度锯床和无角度锯床（即垂直切割）（韩斌，
1960年贝灵格公司率先成功研制推出了世界上第一台金属带锯床。世界其他发达国家此后相继开
始研究设计各自的新型专用带锯床。由于国外金属带锯床产业起步比我国早至少20年，其相关技术
更加成熟。随着现代数控技术和现代网络通信技术的广泛应用，国外大型金属带专用锯床的制造技术
（1）随着机床产品市场应用需求功能不断高端复合化：随着机床市场需求的不断高端及其
复合化、多样化也将直接促使我国有色金属行业带动卧式齿锯机加床不仅只是局限于“锯切”
这一单一的的产品应用功能。通过多种复合化工艺设计，金属带动锯床产品可通过增加铣、
（2）远程网络诊断、监控和预防维护：远程网络诊断和监控维护系统是目前网络安全技术
广泛应用的重要结果。金属带锯床公司可以为您提供跨国、跨省和地区的迅捷的机械设备检
修维护。如国外某电子公司的大型锯钻远程联合控制生产线，全部设备采用移动计算机远程
控制并且即可进行远程维护。其生产工艺、技术先进，生产工作效率高（陈海烽，2014）。
成立于上世纪20年代的贝灵格公司，作为世界锯切技术的领跑者,早已盛名在外。其优势主要有
以下三点：①精度高、节约成本，减少加工余量。贝灵格曾为一家企业做过成本核算，如果该企业使
用贝灵格生产的锯床一年的时间,对比其他品牌，节约的资金足够再购买一台相同的锯床。②效率高、
故障率低。贝灵格CNC控制的自动备料锯切系统，是当今世上效率最高的锯切系统，锯切过程更迅捷、
更高效，柔性锯切系统可使工作时间减少50%，同时，该锯切设备甚至可在无人操作的特殊情况下，
24小时不间断连续工作,真正实现自动操作与控制。③锯切范围广、锯条寿命长。在锯切时，对于一
些较硬的原料，国产锯床无法完成锯切，而贝灵格的锯床则不存在这方面的问题（谭弘颖，2009）。
日本知名的AMADA公司所生产开发的锯床产品性能也一直处于锯床行业国际领先水平。该公司开
发的机床能够根据振颤力的影响大小而自动调整锯条进给料的速度，从而可以保证良好的锯条切削工
作质量。同时还可以利用振动脉冲高速振动技术来精确控制切削刀具、消除机械颤振，从而有效降低
加工噪音，同时该系列锯床还拥有独特的脉冲控制进刀切削技术，实现切削加工的高精度、高速度、
低噪音，特别适用于不锈钢、模具钢等难切削材料的切断加工图1-2所示为CMB系列锯床。
综合国外各国的发展现状来看，其优点在于在于调速方便，切割效率高，且刀具振动小。
随着国内金属加工业的不断发展，人们对金属带锯床的各项性能要求日渐提高，金属带锯床行业
的发展空间越来越大。为了跟上市场的快速发展，满足客户的需求，提供高质量的售后服务。金属带
锯床制造商在逐步提高锯切精细度和工作效率的同时，还应该努力的寻求新的服务方式，提高产品的
竞争力。自1957年9月我国第一台大型金属带锯床成功生产到现在，我国的大型金属带锯床专业生产
技术水平也在不断稳步提升。数控、网络及工业自动化监控技术的广泛应用和快速发展必将促使大型
金属带锯床不断优化升级。正朝着高精度、高效率方向发展,并大力研发自动化金属带锯床（赵振，
刘延俊，2010）。国内各大有色金属企业带动螺旋齿锯在锯床加工行业发展取得的重大成就主要可以
（1）锯床专业加工技术水平不断稳步提高。例如大型企业专用锯齿龙门式自动锯齿式皮带锯床，其
切割范围最大可达500mm，达到多项业内国际先进应用技术水平。如图1-3所示为该款龙门带锯
（2）企业生产数控化和数字化生产管理规范程度显著大幅提高。随着现代工业流程数控技术的成熟
与不断进步发展，金属带自动转角锯床的各种工业流程数控化技术应用普及程度不断提高得到
极大提高，例如，某数控龙门卧式双向转角接送料金属带锯机组，可以完全实现无人化工业数
（3）功能复合化。即产品能够脱离传统意义上的锯切加工下料，增加了铣、钻等功能，提高了加工
虽然国内通用金属带自动锯床发展势头迅猛，但依旧掩盖不了处于创新阶段的不足。主要企业存
在的技术问题主要有：①企业技术水平低。国产新型金属带锯床与国外同类产品间仍旧仍然存在不可
忽视的技术差距。例如在切割大型铝合金金属材料时，国外同类机床产品的锯切效率为国产大型金属
带式切锯床的1.8倍。②产品总体质量更低。国产新型金属带锯床在使用寿命，工作量和稳定性等多
个方面与国外产品相比存在30年左右时间差距。③缺少理论研究。国产金属带锯床从一开始就是从
国外引进成品并进行仿制，才有了现在一片朝气蓬勃的局面。在设计过程中缺乏理论基础。过去10
年间，许多科研成果受成本控制及生产工艺落后的限制，并未显著运用到生产中。
在2016年时，我国的大型金属带锯床产品市场以国产中低端锯床产品为主,大约已经占有95%的
市场份额，未来仍旧会以国产锯床产品为市场主体，提高中端和高端定位产品比重（接鑫，高连兴，
（1）产品加工工艺精度进一步提高。过去十多年来，我国大型金属带自动锯床的机械加工制造技
术不断进步提高（如表1-1所示）。采用先进的变频电动机驱动、精密的滚珠丝杠传动和激光定位方
式，配以伺服控制的液压系统，由计算机系统自动在线监控金属带锯床锯切全过程，进给速度、锯条
速度、卡紧力均可做到任意设置、最优化组合，并以此有效提高大型金属带自动锯床的锯切加工操作
精度。此外，还充分采用了先进的自动测量控制技术、生产加工技术、数控技术等，选用精密的零配
指标时间重复定位精度/mm锯切精度/mm锯切速度/(m/min)锯切效率/(cm2/min)锯切片等厚度/mm最大
（2）产品加工能力进一步提高。其一，自动带锯床的操作功能更加复杂化,即不只是提供锯切功能,
可以适当加入铣、钻等功能,使其成为一个小的加工中心,同样能够提高生产效率。其二，锯切切削范
围的轴向极限化,即自动锯床削切范围尺度向极大化和轴向极小化两个的方向不断发展,特别尤其是用
于锯切小型精密切削工件的采用金属带自动锯床。其三，加工原料的多样化,现如今,很多金属材料都
不只是单一的铜或铁或铝,大多材料都是合金,材料领域也在不断发展,金属带锯床也应该同步发展,以
（3）推动金属带锯床实现全数据数控化、网络化。体积巨大或结构复杂的工件在锯切加工时，其
过程往往需要持续数小时，为了能达到一人多机乃至无人作业的加工状态，提高锯切加工的速度与精
度，锯切过程的数控化势在必行(孙荣霞，刘腾发，刘畅，2019)。数控化能够在提高加工生产效率的
同时大大降低加工劳动生产成本，便于企业对各生产环节加工实现高效的信息生产管理。远程设备诊
断和检修维护更是工业经济化和全球化的发展结果，金属带式齿锯床维修可以为您提供跨国企业跨地
金属带锯床具有大大提高机床生产加工效率、节约切削材料和大大减少二次切削加工量的三大功
能，其最大技术优势之处在于锯切不会直接损伤金属切削端与结晶相关的组织，弓形带锯床正逐步逐
渐占据市场主导地位。金属带锯床产品具有加工切割材料速度快、尺寸大小精度高、材料切割损失小
等几大特点。除此之外，金属带锯床还具有使用适应性广、动力强和消耗低、操作简便、易于后期维
护并且可同时进行各种角度切割等诸多优点，是大、中、小加工企业最为理想的一种金属材料角度切
断加工设备，因而使它获得了越来越广泛的市场应用。因此，对于金属带锯床结构优化和功能升级方
本次毕业设计为金属带锯床液压系统设计，涉及到多方面的知识，需要调研文献、类比分析、数
学建模等方法。首先采用文献调研的方法研究现有的金属带锯床液压系统设计，了解这些液压系统的
工作原理与工作特点，发现它们的优缺点；同时针对现有的金属带锯床提出自己的创新点，尽可能的
优化其工作性能。在完成液压系统部分的设计后，就能够直接进行模型的搭建工作了，这一步骤主要涉及
Solidworks，搭建数学模型并进行有限元分析可以更直观的评估装置功能实现的可行性；结合收集到
的资料，探索金属带锯床的发展性、创新性、科学性以及经济性。此外还需要考虑所设计的机械结构
是否合理，能否满足实际的需求。必须采用理论联系实际的的方法才能正确设计出符合实际的装置；
本章简单地描述了收集的一些有关金属带锯床的基本定义以及在国内外的应用发展现状和在未来
金属带锯床从放置工件开始，直至锯切完成，卸料完毕，所有液压缸复位，视为一个工作周期。
将需要锯切加工的材料放到工作台上，由送料缸将工件送至指定位置后，前后夹紧缸与左右夹紧
缸将工件固定，随后开始锯切，锯切完毕后，前后夹紧缸和左右夹紧缸复位松开工件，送料缸继续推
如图2-2所示为市场上某款金属带锯床液压原理图，液压机构的主要用途有三个：实现进给运动、
夹紧物料以及待切工件送料。在带锯床中整个液压系统大部分的液压能用于升降油缸，升降油缸作用
在锯架之上，控制锯架的升降。由于电机、锯轮和锯条均固定在锯架之上，因此，锯架的升降实现了
锯床的进给运动。前后夹紧油缸主要用于在锯切时对工件的夹紧。送料油缸在一定程度上实现了送料
整个机床启动时，升降油缸负责调整锯架的高度，送料油缸负责推动工件；当工件到达指定位置
后，前后夹紧缸和左右夹紧缸共4个液压缸负责工件的固定工作；锯切结束后，四个夹紧液压缸再松
开，送料液压缸负责卸料。但夹紧缸数量过多提高了机床的造价及能源消耗。本次设计将减少液压缸
1-油箱；2-过滤器；3-电机；4-液压泵；5-压力表；6-单向阀；7-卸压阀；
1-油箱；2-过滤器；3-电动机；4-变量泵；5-电磁溢流阀；6-管式单向阀；
如图2-3所示，电动机驱动变量液压泵为系统供油，系统的液压执行元件为五个作用不完全相同
（2）送料缸工作流程：电磁铁3DT得电，换向阀7.2左位工作，液压油到达送料缸无杆腔，推动工件
到达指定切削位置，电磁铁3DT失电。随后夹紧缸运动完成工件的夹紧工作，待锯切完毕后，夹
3DT得电完成卸料；卸料完毕后电磁铁3DT失电，同时电磁铁4DT得电，送料缸完成复位。运动图解
（3）前后夹紧缸工作及复位流程如图2-5所示：工件被送到指定位置后，电磁铁2DT得电，换向阀
7.1右位自动工作，液压油进入缸内无杆腔，夹紧工件，当工件锯切完毕后，电磁铁2DT失电，
同时电磁铁1DT得电，换向阀左位自动工作，伴随着液压油进入液压缸有杆腔的同时，无杆腔中
（4）左右夹紧缸的工作流程如图2-6所示：电磁铁6DT得电，换向阀7.3右位自动工作，液压油进入
液压缸左位无杆腔，夹紧待加工工件，当切削工作完毕后,电磁铁6DT失电，电磁驱动铁5DT得
当电磁铁8DT得电时，换向阀右位工作，油液经过主换向传动阀、单向阀和节流传动阀输送到锯
架举升缸有杆腔，使得锯架快速下降，下降速度可由液压缸有杆腔一侧的单向节流阀调节。
当电磁铁8DT、10DT和11DT得电时，主换向阀工作在右位，油液经主换向阀、单向节流阀到达升
降油缸有杆腔，系统进入锯切工况，其速度由电磁铁11DT旁边的调速阀调节。
当电磁铁7DT和9DT得电时，主换向阀工作在左位，油液经主换向阀、单向节流阀、调速阀和二
位三通电磁阀到达升降油缸无杆腔，锯架慢速退回，退回速度可由调速阀和升降油缸有杆腔一侧的单
当电磁铁7DT得电时，主换向阀工作在左位，油液经主换向阀、单向节流阀和两个二位三通电磁
阀到达升降油缸无杆腔，锯架快速上升，上升速度可由升降油缸有杆腔一侧的单向节流阀调节。如图
2-7为锯架举升回路液压原理图。由于举升回路较为复杂，如表2-2为举升回路电磁动作顺序表。
7DT11DT-电磁铁；7.4-电磁换向阀；8.3-液压缸；9-调速阀；10-叠加式节流阀；
在升降油缸有杆腔油路上并联设置一溢流阀，此处溢流阀起安全保护作用，防止锯切过程中因输
（6）锯条张紧回路：普通的金属带锯床的锯条张紧装置一般为手动张紧或机械张紧。手动张紧
控制装置虽然结构简单，成本低，但其缺点也不容忽视，主要表现为如下几个方面：
①操作不便，更换新的锯条或者调整锯轮中心距都需要工作人员进行操作，如果频繁地人工操作
②无法精准确定张紧度，不精确的张紧度会导致很多弊端，如降低机床的锯切效率和提高机床的维护
为了彻底解决上述这些技术问题，决定将手动张紧改为自动张紧，实现利用液压自动控制紧力张
紧，以此方式达到精确控制调整张紧力的主要目的，如图2-8所示为锯条张紧回路。图中液压锁为了
确保张紧可靠，在张紧后断电实现自锁，单向节流阀则为了调节张紧速度，防止因张紧速度过快导致
如图2-8所示，当锯条需要张紧时，电磁铁12DT得电,三位四通自动换向阀左位工作，油液经换
向阀、单向阀进入张紧油缸的无杆腔。锯轮中心距增大，锯条张紧。当即将开始锯切工作时，换向阀
切换至中位工作，通过液压锁使得张紧力维持不变。锯切完毕后，电磁铁12DT失点，同时13DT得电，
三位四通换向阀右位工作，油液进入张紧油缸有杆腔。锯轮中心距减小，锯条自动松开。由于张紧速
度和松开速度相比一般较慢，所以设计时无杆腔进油为张紧，有杆腔进油为松开。
当金属带锯床用于锯切形状规则、长度较长的材料时，为了减少工作耗时，降低生产消耗，通常
切换成自动模式，而在装运材料、卸料或者搬运过程中，不可避免的碰撞、挤压可能会使工件产生一
定的形变，导致其前后翘起，进而影响自动锯切精度和质量。为了解决上述问题，在查阅了大量资料
之后，决定在前后夹钳上均增加一个上夹钳。主要在前后夹钳上方各增加了上压油缸，使得夹紧时能
够使夹紧面能与工件充分接触，确保夹紧的可靠性；同时在夹紧回路中还要另行设置液压锁，从而保
从节约能源和降低造价的立场出发，现采用多路阀连接变量泵的方式为金属带锯床供油。
多路控制阀的整体结构采用的整体模块化结构设计，可以为大型工程专用车辆的设计制造者企业
提供可靠的控制系统模块设计解决方案。可以根据不同功能性的要求对各种阀体传动进行不同的传动组合，
既可以认为是简单的阀体负载敏感手动多路换向阀，又可以指的是与阀体负载敏感无关与液压泵体的
流量控制无关的阀体带非手动饱和液压功能的负载电控敏感比例手动控制阀，HLPS和HLPSV型阀体负
载敏感电控比例手动多向单路手动换向阀主要被应用于各种工程机械中的电液传动控制系统领域，控
制各种液压泵和油缸或马达的阀体运动运行方向和旋转速度。它同时具有自动电控、液控和手动调速
操作等多种功能，可实现无级自动调速,且完全不受驱动负载电压变化幅度影响。HLPSL型驱动阀主
要用于高速定量泵驱动系统，HLPSY型阀大多数都用在自动变量阀和泵驱动系统。两者相对来比较，一般
使用情况下的HLPSY型阀的响应相对慢一些，但其它的节能环保效果显然会相对更好一些。如图2-9
对于HLPSL型阀，负载出口压力控制信号经过梭阀和高压阻尼器直接作用在主阀定差高压溢流阀
的两个弹簧腔，定差高压溢流阀将系统负载压力信号调节在系统负载出口压力与主阀弹簧腔压力之和
的额定压力值，再通过变量泵的负载变量传动机构进行调节，使泵的变量阀和泵的进入输出负载压力
本研究课题设计金属带锯床工作所承受的压力在5MPa左右，结合表2-3所示,可选择HL或HM防锈液压油，
HL防锈液压油为化学抗氧化防锈专用液压油，拥有非常良好的防锈性和氧化安定性，而HM液压油在具备
HM型型液压油一般产品有32号和46号，二者各方面性能不相上下，考虑到粘度系数对液压系统
的影响，查询机械设计手册后，决定选择32号液压油作为本次设计的液压介质。
本设计中液压油冷却装置选择冰箱式冷却器，其原理是将制冷剂以气态的形式由压缩机快速吸入，
然后压缩成高温度高压力的蒸汽经过排气管进入冷凝器，随后制冷剂将热量散发到外界空气中，再次冷凝
为高压的液体，经过过滤器进入毛细管，并被截流降压进入蒸发器中汽化。制冷剂液体吸收外界热量
汽化为干饱和蒸汽，实现冰箱内降温，制冷剂变为低压过热蒸汽而压缩机收回，如此往复。如图2-10
在全球追求节能减排，保护地球环境的今天，大多冰箱制冷使用的都是无氟制冷剂，型号包括
R600A、R134A等，其中R134A无色无味无毒，同时不燃烧、不爆炸。因此决定选用R134A作为冰箱式
本章基于金属带锯床的工作原理，首先完成了设计了金属带锯床的液压系统及设计的具体方案的任务。
该方案具有节省能源，低能耗且造价低的特点。大多数表现在：采用多路阀连接变量泵的供油方式进一
步提高了机床的经济性；同时选择冰箱式冷却器加快液压介质的冷却；与此同时，本章还确定通过比
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