CN105965094B - 基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置。非光滑形态的表面具有更好的耐磨性能，但恶劣工况下或长时间工作时，凹坑内带有杂质的润滑液不能有效排出，导致积累后润滑和承压能力大大减弱，且至今未见表面织构在带锯床锯条摩擦副方面的相关研究及应用的报道。本发明包括带锯床锯条、主动轮、从动轮和导向柱；带锯床锯条的锯身表面开设有若干凹坑，凹坑最大深度在0.01～1mm之间取值；凹坑采用仿生学槽型结构。本发明在带锯表面进行织构化处理，存储润滑剂，减少带锯切屑的接触面积，以提高带锯的切削性能。同时凹坑由于本身所具有的坡度，使得凹坑内的润滑液可以及时得到更换与补充，大大提高了带锯的润滑效果，延长了其使用寿命。

Description

基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置

技术领域

本发明属于带锯锯切装置技术领域，涉及带锯床锯条，尤其涉及一种新型的基于仿生学、具有特殊槽型结构的带锯床锯条。

背景技术

随着现代制造工业的发展，金属带锯床作为机械加工制造的第一道工序所需设备，已成为零件加工过程中重要的组成环节，由于其切削速度快，加工精度高，材料损失少等特点，受到了广泛的应用，但是目前众多国内的带锯床存在各种问题，例如锯条发热严重，锯齿强度低，锯身磨损速度快，一直是影响其高端化的重要因素。

与此同时，摩擦学得到了突飞猛进的发展，许多专家学者均发现相互接触的两个表面并非越光滑越耐磨，而是具有一定非光滑形态的表面(即具有一定微形态的织构表面)反而具有更好的耐磨性能。表面织构的凹坑或者凹痕能够起到储液器的作用，及时使摩擦副表面形成润滑膜，减少摩擦副的摩擦与磨损。当两摩擦副表面开始运动，产生相对运动速度时，凹坑或者凹痕内存储的润滑液会粘附在摩擦副表面，在表面的带动下很快形成润滑膜，缩短了润滑膜的形成时间，从而起到抗磨减阻的作用。表面织构在改善摩擦副的摩擦学性能方面起到了积极的作用，提高表面的摩擦及承载性能。表面织构技术在高速列车降噪、机械部件抗磨、刀具磨损预测、内燃机润滑、生物医学材料耐磨等方面都得到广泛的应用，取得了较大的社会及经济效益。但恶劣工况下或长时间工作时，凹坑内带有杂质的润滑液不能有效排出，导致积累后润滑和承压能力大大减弱，且至今未见表面织构在带锯床锯条摩擦副方面的相关研究及应用的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，借鉴生物体表的形貌特征，基于仿生学原理针对高速切削过程中刀具极易由于机械、热磨损而快速失效的问题，提出一种基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置，在带锯表面进行织构化处理，存储润滑剂，减少带锯切屑的接触面积，以提高带锯的切削性能。同时本槽型结构由于本身所具有的坡度，使得凹坑内的润滑液可以及时得到更换与补充，大大提高了带锯的润滑效果，延长了其使用寿命。

本发明的具体方案如下：

本发明包括带锯床锯条、主动轮、从动轮和导向柱；主动轮与从动轮通过带锯床锯条连接；带锯床锯条的锯切作用段两端各设有一根导向柱；所述带锯床锯条的锯身表面开设有若干凹坑，凹坑最大深度在0.01～1mm之间取值。所述凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种：

1)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈矩形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

2)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

3)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈三角形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成，两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的三角形三边均平行设置，但朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²。

4)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈圆形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²。

5)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈卵形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；卵形的头部呈一尖点；两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的卵形朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²。

6)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈正六边形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²。

7)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈平行四边形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

8)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈十字形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

9)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈半圆形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

10)凹坑沿带锯床锯条环形走向排布，且相邻凹坑的端部连通设置；凹坑在平行锯身表面的平面上呈叶脉形，即凹坑的长度方向沿带锯床锯条环形走向方向，且凹坑两侧向外辐射成逐渐变窄且呈三角形的凹槽；两凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

11)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈斜置的十字形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽连通；凹槽底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²。

12)凹坑沿带锯床锯条环形走向分三排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈橄榄球形；两边排处凹坑在锯身表面上的面积相等，均为1～12mm²中的一个值，且大于中间排凹坑在锯身表面上的面积；中间排的凹坑设置在两边排处相邻两凹坑的间距处；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值。

13)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈折线形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明未增加任何零件，仅仅通过结构设计改善了带锯锯切装置的性能。同时本发明具有结构简单、性能可靠、性价比高等优点。本发明还可以针对不同工作要求，选用不同单元体形态、尺寸、分布规律的非光滑表面，从而获得优异的性能。润滑液进入凹坑使得带锯床锯条与工件之间形成润滑膜；凹坑的侧面倾斜设置使得带锯床锯条高速锯切时润滑液有被甩出的趋势，从而为带锯床锯条提供支承力；锯切完成后，润滑液被甩出，以便后续注入新的润滑液，避免润滑性能降低；凹坑的两侧面倾斜方向相反，保证带锯床锯条在不同锯切方向时凹坑内的润滑液均能被有效甩出。

附图说明

图1是本发明的工作状态示意图；

图2是本发明的带锯床锯条立体图；

图3是本发明开设的凹坑在锯身表面为矩形时的三视图；

图4是本发明开设的凹坑在锯身表面为菱形时的三视图；

图5是本发明开设的凹坑在锯身表面为三角形时的三视图；

图6是本发明开设的凹坑在锯身表面为圆形时的三视图；

图7是本发明开设的凹坑在锯身表面为卵形时的三视图；

图8是本发明开设的凹坑在锯身表面为正六边形时的三视图；

图9是本发明开设的凹坑在锯身表面为平行四边形时的三视图；

图10是本发明开设的凹坑在锯身表面为十字形时的三视图；

图11是本发明开设的凹坑在锯身表面为半圆形时的三视图；

图12是本发明开设的凹坑在锯身表面为叶脉形时的三视图；

图13是本发明开设的凹坑在锯身表面为斜置的十字形时的三视图；

图14是本发明开设的凹坑在锯身表面为橄榄球形时的三视图；

图15是本发明开设的凹坑在锯身表面为折线形时的三视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置，包括带锯床锯条1、主动轮2、从动轮3和导向柱4；主动轮2与从动轮3通过带锯床锯条1连接；带锯床锯条1的锯切作用段两端各设有一根导向柱4，导向柱4对带锯床锯条1起导向和限位作用；图1中，L₀为主动轮2与从动轮3的中心距，D为主动轮2及从动轮3的直径，O-XYZ为工件5的锯切坐标系。如图2所示，带锯床锯条的锯身表面开设有若干凹坑，构成仿生学结构形态，凹坑最大深度处深0.05mm。

凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种：

实施例1

如图3所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈矩形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。润滑液进入凹坑使得带锯床锯条与工件之间形成润滑膜；凹坑的侧面倾斜设置使得带锯床锯条高速锯切时润滑液有被甩出的趋势，从而为带锯床锯条提供支承力；锯切完成后，润滑液被甩出，以便后续注入新的润滑液，避免润滑性能降低；凹坑的两侧面倾斜方向相反，保证带锯床锯条在不同锯切方向时凹坑内的润滑液均能被有效甩出。

实施例2

如图4所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例3

如图5所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈三角形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成，两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的三角形三边均平行设置，但朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)，两凹槽的最大深度处位于不同侧；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例4

如图6所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈圆形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)，两凹槽的最大深度处位于不同侧；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例5

如图7所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈卵形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；卵形的头部呈一尖点；两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的卵形朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)，两凹槽的最大深度处位于不同侧；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例6

如图8所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈正六边形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)，两凹槽的最大深度处位于不同侧；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例7

如图9所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈平行四边形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例8

如图10所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈十字形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例9

如图11所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈半圆形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例10

如图12所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向排布，且相邻凹坑的端部连通设置；凹坑在平行锯身表面的平面上呈叶脉形，即凹坑的长度方向沿带锯床锯条环形走向方向，且凹坑两侧向外辐射成逐渐变窄且呈三角形的凹槽；两凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例11

如图13所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈斜置的十字形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽连通；凹槽底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。凹槽在锯身表面上的面积为3mm²。

实施例12

如图14所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向分三排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈橄榄球形；两边排处凹坑在锯身表面上的面积均为3mm²，且大于中间排凹坑在锯身表面上的面积；中间排的凹坑设置在两边排处相邻两凹坑的间距处；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值，本实施例中取值为3°。

实施例13

如图15所示，凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈折线形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0(即该截交面与锯身表面相交设置)；本实施例中k＝0(即凹槽底部与锯身表面平行，凹槽底部深度处处相等)。凹坑在锯身表面上的面积为3mm²。

Claims (1)

1.基于仿生学的槽型结构带锯锯切装置，包括带锯床锯条、主动轮、从动轮和导向柱；主动轮与从动轮通过带锯床锯条连接；带锯床锯条的锯切作用段两端各设有一根导向柱；其特征在于：所述带锯床锯条的锯身表面开设有若干凹坑，凹坑最大深度在0.01～0.05mm之间取值；所述凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种：

1)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈矩形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

2)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

3)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈三角形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成，两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的三角形三边均平行设置，但朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²；

4)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈圆形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²；

5)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈卵形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；卵形的头部呈一尖点；两凹槽在平行锯身表面的平面上呈现的卵形朝向相反；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²；

6)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈正六边形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽不连通；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0，两凹槽的最大深度处位于不同侧；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²；

7)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈平行四边形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

8)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈十字形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

9)凹坑沿带锯床锯条环形走向分两排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈半圆形；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

10)凹坑沿带锯床锯条环形走向排布，且相邻凹坑的端部连通设置；凹坑在平行锯身表面的平面上呈叶脉形，即凹坑的长度方向沿带锯床锯条环形走向方向，且凹坑两侧向外辐射成逐渐变窄且呈三角形的凹槽；两凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²；

11)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑由在平行锯身表面的平面上呈斜置的十字形且沿垂直带锯床锯条环形走向方向排布的两个凹槽组成；两个凹槽连通；凹槽底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；凹槽在锯身表面上的面积为1～12mm²；

12)凹坑沿带锯床锯条环形走向分三排排布，同排任意两凹坑之间的间距相等；凹坑在平行锯身表面的平面上呈橄榄球形；两边排处凹坑在锯身表面上的面积相等，均为1～12mm²中的一个值，且大于中间排凹坑在锯身表面上的面积；中间排的凹坑设置在两边排处相邻两凹坑的间距处；凹坑的底部为沿垂直带锯床锯条环形走向方向的直线段，两侧面与锯身表面的夹角相等且均在1～5°内取值；

13)凹坑沿带锯床锯条环形走向等距排布；凹坑为在平行锯身表面的平面上呈折线形的凹槽，凹槽远离锯齿的侧面开放设置；凹槽底部与锯身表面的夹角k为0～5°，k≠0时，凹槽底部与锯身的截交面最小深度为0；凹坑在锯身表面上的面积为1～12mm²。