单晶蓝宝石由于其出色的光学性能、耐磨性强、硬度大、熔点高、化学性质稳定,因而被广泛应用于光电子、国防、航天等领域。随着科学技术的飞速发展,各领域对蓝宝石晶体的加工效率,成品表面质量提出了更高的要求。为适应市场的需求,本文设计制造了蓝宝石晶体切片加工的龙门式圆盘锯床,切实地解决了原始带锯床生产周期长、无法完成大尺寸宝石加工的技术问题。本文的具体研究内容如下:1.首先根据蓝宝石晶体的切片加工要求,对龙门锯床的工艺进行分析,选择了合适的加工方法和切削用量;随后分配锯床各部件的运动;再对关键传动机构进行设计;接着确定了锯床双立柱的承载结构;最后完成龙门锯床的总体布局并就其核心工作原理进行阐述。2.对金刚石锯片的静态、动态、稳定性、热应力耦合特性进行分析。结果表明,锯片应力满足材料强度要求,且在生产过程中不会发生共振,通过非线性屈曲分析获得了锯片的临界载荷,并根据热应力耦合分析结果了解到锯片基体的大部分区域不需要在加工前进行适张处理。此外,出于锯片材料利用率最大化考虑,对锯片结构进行了拓扑优化。3.运用ANSYS有限元分析软件,对锯床最为关键的主轴系统进行动静态特性分析。发现系统中应力较大的区域主要集中在锯片参与切削的金刚石锯齿上和主轴上锯片及带轮的安装处,与此同时金刚石圆锯片也是系统最易发生振动的元件。此外,针对主轴箱体静力分析时,所暴露出的结构冗余情况,在满足其刚度强度的要求下,以总质量最小为优化目标,对箱体进行结构参数的优化,并最终使质量下降了16.01%,有助于实现锯床轻量化设计要求。4.对锯床主轴进行有限元分析,并就分析结果,应用Matlab对主轴进行多目标优化,使得其在满足弯曲与扭转的刚度强度要求下,外伸端挠度与总质量达到最小。最后利用优化后的参数更新主轴模型,对其重新进行分析,发现主轴综合性能明显的增强。