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畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要
往返式裁板鋸的設(shè)計(jì)
摘 要
裁板鋸是現(xiàn)代木工機(jī)械中很通用設(shè)備，在實(shí)木板、刨花板、膠合板、纖維板等人造板的切割上都有很優(yōu)異的表現(xiàn)，在車船制造和家具制造等木工加工行業(yè)中都廣泛應(yīng)用。根據(jù)市場的需求，本論文設(shè)計(jì)了一臺(tái)用于切削鋸材的往返式裁板鋸。它包括機(jī)體、電動(dòng)機(jī)、氣缸、鋸架臺(tái)、滾輪、主鋸、劃線鋸、減速器。其中主鋸、劃線鋸和減速器都有各自的電動(dòng)機(jī)；在機(jī)身的上梁處有兩個(gè)圓柱導(dǎo)軌；在鋸架臺(tái)部分設(shè)有主鋸、劃線鋸和它們的電機(jī)；鋸架臺(tái)的運(yùn)動(dòng)靠四個(gè)滾輪，四個(gè)滾輪和圓柱導(dǎo)軌也相配合；在切削運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)處有卷筒、減速器和牽引電動(dòng)機(jī)；牽引電機(jī)靠鋼絲繩實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給；因此裁板鋸需要實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，在往返過程中鋸切系統(tǒng)需要下降，因此鋸架臺(tái)處還設(shè)有氣缸來實(shí)現(xiàn)切削系統(tǒng)的升降，鋸架升降板和氣缸活塞桿鉸接。本設(shè)計(jì)的裁板鋸結(jié)構(gòu)簡單合理，具有較高的性價(jià)比，能滿足市場的大部分需求，切割廢屑也不容易卡機(jī)，機(jī)體的剛性足以滿足工作范圍內(nèi)的需要。
關(guān)鍵詞：往返式裁板鋸；鋸架臺(tái)；氣缸
畢業(yè)設(shè)計(jì)英文摘要
The design of a round-trip cutting saw
Abstract
Cutting saw is a modern woodworking machinery is very common equipment, in solid wood, particle board, plywood, fiberboard and other artificial plate cutting has excellent performance, in the car and boat manufacturing and furniture manufacturing and other carpentry processing industry are widely used. According to the needs of the market, this paper designs a round-trip cutting saw for cutting saw material. It includes the body, electric motor, cylinder, sawing platform, roller, main saw, dash saw, reducer. Among them, the main saw, dash saw and decelerator have their own motor; There are two cylindrical rails at the upper beam of the fuselage; The main saw, dash saw and their motors are provided in the saw frame section; The movement of the sawing platform depends on four rollers, and the four rollers and cylindrical rails also cooperate; There are reels, decelerators and traction motors at the end of the cutting motion; The traction motor relies on the wire rope to achieve the feed of the cutting motion; Therefore, the cutting saw needs to achieve round-trip movement, during the round-trip sawing system needs to drop, so the saw frame table also has a cylinder to achieve the cutting system lift, saw frame lift plate and cylinder piston rod articulation. The design of the cutting saw structure is simple and reasonable, with a high cost-effective, to meet most of the needs of the market, cutting waste chips is not easy to card the machine, the rigidity of the body is sufficient to meet the needs of the working range.
Key Words: Round-trip cutting saw; Saw racks; cylinder
目 錄
1 緒 論 1
1.1 國內(nèi)外裁板鋸相關(guān)研究現(xiàn)狀 1
1.1.1 裁板鋸的作用 1
1.1.2 裁板鋸的分類 2
1.1.3 不同裁板鋸的差異 2
1.2 國內(nèi)外裁板鋸的發(fā)展概況 4
1.3 設(shè)計(jì)的目的及指導(dǎo)思想 4
2 技術(shù)任務(wù)書 5
2.1 設(shè)計(jì)的依據(jù) 5
2.2 主要工作原理 5
2.3 各子系統(tǒng)的選擇 6
2.3.1 切削系統(tǒng) 6
2.3.2 進(jìn)給系統(tǒng) 6
2.3.3 定位系統(tǒng) 7
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 8
3.1 整體設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù) 8
3.2 主運(yùn)動(dòng)部分的計(jì)算校核 9
3.2.1 主鋸電機(jī)的選擇 9
3.2.2 劃線鋸電機(jī)的選擇 11
3.2.3 進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇 12
3.2.4 主鋸帶輪的設(shè)計(jì)校核 13
3.2.5 劃線鋸帶輪的設(shè)計(jì)校核 17
3.2.6 主鋸鋸軸的設(shè)計(jì)校核 20
3.2.7 劃線鋸鋸軸的設(shè)計(jì)校核 26
3.2.8 主鋸軸承的選擇與校核 28
3.2.9 劃線鋸軸承的選擇與校核 29
3.3.0 其它軸承的選擇與校核 30
3.3 切削系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
3.4 定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31
3.4.1 結(jié)構(gòu)及工作過程 31
3.4.2 絲杠的設(shè)計(jì)校核 32
3.5 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34
3.5.1 結(jié)構(gòu)及工作過程 34
3.5.2 皮帶長度的計(jì)算 35
3.6 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37
4 使用說明書 38
4.1 總體結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 38
4.2 操作使用及其維護(hù) 39
5 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告 40
5.1 產(chǎn)品圖樣、技術(shù)文件的完整性 40
5.1.1產(chǎn)品圖樣符合 40
5.1.2技術(shù)文件符合 40
5.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) 40
5.3 標(biāo)準(zhǔn)化審查結(jié)論意見 41
結(jié) 論 42
參 考 文 獻(xiàn) 43
致 謝 44
往返式裁板鋸的設(shè)計(jì)
1 緒 論
隨著時(shí)代的發(fā)展，我國家具行業(yè)的不斷進(jìn)步，家具的生產(chǎn)量在世界上的也名列在前，產(chǎn)品遍布世界各地。木質(zhì)家具相對(duì)于軟體家具和非木質(zhì)家具來說，木質(zhì)家具的占有量是相當(dāng)高的，大約占據(jù)所有家具的八成左右。
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們的消費(fèi)觀念也隨之改變，這使得我國家具行業(yè)一直穩(wěn)定增長。木質(zhì)家具還是深得人心的，而這些家具由于和科學(xué)技術(shù)與文化的結(jié)合，這些年來在木質(zhì)家具中亦是異軍突起，需求量急劇上升，家具制造產(chǎn)業(yè)總規(guī)模也在穩(wěn)定增長。
木工機(jī)械行業(yè)的發(fā)展和家具行業(yè)息息相關(guān)密不可分。隨著國內(nèi)家具機(jī)械市場的不斷變化，市場內(nèi)的競爭也越來越激烈。但在我國高端家具市場大多是國外的大型企業(yè)，畢竟在技術(shù)、質(zhì)量、效率等方面我國機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)還是有一定的差距，所以家具市場的競爭大多是中低端市場的競爭。
在“十二五”規(guī)劃中，我國家具機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)把機(jī)械革新升級(jí)作為重點(diǎn)工作。板式家具機(jī)械產(chǎn)業(yè)應(yīng)往數(shù)控。自動(dòng)、節(jié)能方向發(fā)展。
目前在我國，勞動(dòng)力成本的上升，原料價(jià)格的飆升，家具生產(chǎn)企業(yè)非常困難，要解決企業(yè)所面臨的的問題，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化是最優(yōu)解。板式家具機(jī)械制造業(yè)要加快對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備的研發(fā)，這樣可以節(jié)約很多的勞動(dòng)力，從而節(jié)約成本。在國外如伊瑪、SCM、豪邁等公司，他們的現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)設(shè)備值得我國機(jī)械行業(yè)學(xué)習(xí)，研究出適合我國的現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)線的成套設(shè)備，這樣就解決很多企業(yè)勞動(dòng)力成本高的問題。
1.1 國內(nèi)外裁板鋸相關(guān)研究現(xiàn)狀
1.1.1 裁板鋸的作用
精密裁板鋸具有簡易、高效率、高安全性的特點(diǎn)，是家具生產(chǎn)行業(yè)在保證精度和效率的情況下所必須的機(jī)械化設(shè)備。精密裁板鋸相對(duì)于以往的刨來說，效率更高，刨所能達(dá)到的效果裁板鋸也能達(dá)到。往返式裁板鋸的切削系統(tǒng)有劃線鋸和主鋸，切削系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，鋸架臺(tái)上升，劃線鋸和主鋸?fù)瑫r(shí)進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)，劃線鋸在主鋸的前面，在加工板料的底部切出1.5mm左右深的鋸槽，劃線鋸鋸片比主鋸鋸片稍微寬一點(diǎn)點(diǎn)，在主鋸片前留下鋸槽的目的是為了主鋸在進(jìn)行切割時(shí)，對(duì)板料起到保護(hù)作用，不易產(chǎn)生毛邊，也很大程度上減少了板料的撕裂情況。針對(duì)不同板料，裁板鋸可采用不同的切割速度。
1.1.2 裁板鋸的分類
精密裁板鋸分為立式裁板鋸、推臺(tái)式裁板鋸和往返式裁板鋸。它們的運(yùn)動(dòng)方式各有不同，各有其優(yōu)勢(shì)。立式裁板鋸對(duì)場地要求少，推臺(tái)鋸更便捷，往返鋸效率更高。
1.1.3 不同裁板鋸的差異
①.立式裁板鋸
如圖1立式裁板鋸在現(xiàn)代木工加工企業(yè)中也有很多的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)實(shí)木板、刨花板、膠合板、纖維板等人造板的切割，在一些車船企業(yè)和家具制造業(yè)都廣泛應(yīng)用。
近年來，建筑裝修行業(yè)、家具行業(yè)等對(duì)人造板的需求變大，以前的圓鋸機(jī)精度和生產(chǎn)效率都跟不上現(xiàn)在企業(yè)的需求，這就導(dǎo)致新型裁板鋸的迅速發(fā)展。主要發(fā)展體現(xiàn)在生產(chǎn)效率的極大提高，精準(zhǔn)度的提高。目前數(shù)控縱橫鋸板系統(tǒng)在很多木板加工企業(yè)都有了大量的應(yīng)用。
圖1 立式裁板鋸?fù)庥^圖
②.推臺(tái)式裁板鋸
推臺(tái)式裁板鋸實(shí)現(xiàn)切割是靠人為推動(dòng)工作臺(tái)前后移動(dòng)，而主鋸和劃線鋸固定。經(jīng)過特殊處理的工作臺(tái)，在人為推動(dòng)時(shí)，阻力很小，省力又方便，加工精度也有所提升。推臺(tái)式裁板鋸大多都是焊接鋼板組成的機(jī)床，這樣能夠保證機(jī)床的穩(wěn)定性，工作臺(tái)在機(jī)床的一端，能夠提高加工精度。
圖2 推臺(tái)式裁板鋸?fù)庥^圖
③.往返式裁板鋸
工作原理：人工上料，定位系統(tǒng)確定加工數(shù)值，壓緊系統(tǒng)固定板材，進(jìn)給系統(tǒng)通過控制鋸切系統(tǒng)的往返運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割。
這種機(jī)床可同時(shí)加工很多張木板，工作效率高，安全系數(shù)高。如圖3往返式裁板鋸可用于加工刨花板、人造板及實(shí)木板等等。數(shù)控往返式裁板鋸是現(xiàn)代化的產(chǎn)物，人們只需要在數(shù)控板上輸入需要的數(shù)值，就可以加工出需要的板料，并且精度很高。數(shù)控往返式裁板鋸不需要人力上料，機(jī)器可控制機(jī)械手上料。數(shù)控往返式裁板鋸的易操作性給企業(yè)節(jié)約了很多成本，這使得數(shù)控往返式裁板鋸成為現(xiàn)在企業(yè)加工板材不可缺少的機(jī)械。
圖3 往返式裁板鋸?fù)庥^圖
1.2 國內(nèi)外裁板鋸的發(fā)展概況
近些年來，我國的木工機(jī)械行業(yè)發(fā)展主力點(diǎn)：通過對(duì)現(xiàn)代新研究出來的技術(shù)及材料的應(yīng)用，提高機(jī)械的整體質(zhì)量，同時(shí)提高加工的工作效率，任何機(jī)械的發(fā)展都是如此；整體規(guī)范化；精密化，經(jīng)過近些年來的不斷發(fā)展，精密裁板鋸的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但也還是存在一些問題，和國外相比還是有一定的差距，需要不斷改進(jìn)，更進(jìn)一步；加工的柔性化，不止是機(jī)械的柔性化，還有管理、人員和軟件的柔性化。
國外很早就對(duì)裁板鋸進(jìn)行了研究，在1906年就研究出了第一架裁板鋸，國外裁板鋸發(fā)展至今，最重要的發(fā)展就是加工的效率和精度的提升。國外裁板鋸加工精度相對(duì)于國內(nèi)來說要高了很多，但他們的價(jià)格更高，性價(jià)比不高。
1.3 設(shè)計(jì)的目的及指導(dǎo)思想
目前我國木工機(jī)械正處于高速發(fā)展階段，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也致使各民營企業(yè)的發(fā)展，在社會(huì)勞動(dòng)力成本的壓力下，他們需要一種高效、精度較高、操作簡單、價(jià)格親民的裁板鋸。我國國內(nèi)的裁板鋸價(jià)格低，但精度不夠，國外裁板鋸精度高，但價(jià)格同時(shí)也很高。因此，針對(duì)于我國國內(nèi)的精度不夠的背景下，提出了本設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)切削系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在切削系統(tǒng)的鋸架臺(tái)下有四個(gè)滾輪，滾輪在雙圓柱導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)能夠提升加工精度；定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位是靠定位塊在絲杠上前后移動(dòng)，然后氣壓缸固定定位塊實(shí)現(xiàn)定位；在絲杠的一端設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，控制定位塊的移動(dòng)距離；進(jìn)給系統(tǒng)通過鋼絲繩使得切削系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)操作起來更方便。
本次設(shè)計(jì)的機(jī)型根據(jù)新馬氏木工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MJ6225機(jī)型來制作的，導(dǎo)軌采用雙圓柱導(dǎo)軌，這樣的設(shè)計(jì)所需要的成本較低，能夠達(dá)到較多民營企業(yè)的需求。本設(shè)計(jì)主要對(duì)主運(yùn)動(dòng)部分、切削系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、定位系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算校核，設(shè)計(jì)出一種用于切削板材的往返式裁板鋸，使其達(dá)到必要的設(shè)計(jì)和工作需求，鋸架臺(tái)、雙圓柱導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)提高了裁板鋸的加工精度，達(dá)到眾多民營企業(yè)高性價(jià)比的需求。
2 技術(shù)任務(wù)書
2.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)
目前我國木工機(jī)械正處于高速發(fā)展階段，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也致使各民營企業(yè)的發(fā)展，在社會(huì)勞動(dòng)力成本的壓力下，他們需要一種高效、精度較高、操作簡單、價(jià)格親民的裁板鋸。我國國內(nèi)的裁板鋸價(jià)格低了裁板鋸精度不夠，國外裁板鋸精度高，但價(jià)格同時(shí)也很高。因此，針對(duì)于我國國內(nèi)的裁板鋸精度不夠的背景下，提出了本設(shè)計(jì)。
2.2 主要工作原理
如圖4所示為往返式裁板鋸結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括進(jìn)給系統(tǒng)1、壓緊系統(tǒng)2、切削系統(tǒng)3、氣動(dòng)系統(tǒng)4以及定位系統(tǒng)5。主鋸所采用的電機(jī)功率為7.5KW。切削前通過數(shù)控板使得定位系統(tǒng)定位在所需要加工的位置，壓緊系統(tǒng)固定加工板料，這時(shí)就可以開始加工板料了，切削系統(tǒng)主鋸和劃線鋸都有自己的電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)提供鋸架臺(tái)提供切削系統(tǒng)做往返運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，使得切削系統(tǒng)的四個(gè)滾輪沿著雙圓柱導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割板料。
1-進(jìn)給系統(tǒng)；2-壓緊系統(tǒng)；3-切削系統(tǒng)；4-氣動(dòng)系統(tǒng)；5-定位系統(tǒng)
圖4 往返式裁板鋸結(jié)構(gòu)示意圖
2.3 各子系統(tǒng)的選擇
2.3.1 切削系統(tǒng)
以往的的升降結(jié)構(gòu)不能保證鋸片的平穩(wěn)性，有一定的問題，雖然節(jié)省材料，但還是存在缺陷；進(jìn)給電機(jī)的置放位置不合適。改進(jìn)后，采用了雙圓柱導(dǎo)軌水平放置結(jié)構(gòu)；采用鋸架臺(tái)的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)穩(wěn)定性，圖5為切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。這樣的設(shè)計(jì)保證了機(jī)械加工的精度，裝備制造也易操作。
1-鋼絲繩；2、7-滾輪；3-軸承座；4-劃線鋸片；5-主鋸片；6-擋塊；8-劃線鋸電機(jī)；9-主鋸電機(jī)；10-氣壓缸
圖5 切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
2.3.2 進(jìn)給系統(tǒng)
早期的進(jìn)給系統(tǒng)：鏈輪在鏈條上滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，而鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠升降板的牽引電機(jī)帶動(dòng)，這種傳動(dòng)方式緊湊，但鏈傳動(dòng)所存在的固有缺陷是的在進(jìn)行切削過程中進(jìn)給不是那么平穩(wěn)，非恒勻速，致使切削精度不夠。本設(shè)計(jì)采用鋸架臺(tái)的結(jié)構(gòu)，由鋼絲繩牽引鋸架臺(tái)實(shí)現(xiàn)切削系統(tǒng)往返運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于早期的進(jìn)給系統(tǒng)精度提高了不少。圖6為進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
1-調(diào)節(jié)盤；2-行星輪減速器；3-卷筒；4-軸承座；5-槽輪；6-進(jìn)給電機(jī)
圖6 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
2.3.3 定位系統(tǒng)
早期的裁板鋸所采用的定位系統(tǒng)為機(jī)械定位系統(tǒng)，需要人工測量找需要加工的位置，這種定位系統(tǒng)不易控制，定位板橫向較長。在本設(shè)計(jì)中，定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位是靠定位塊在絲杠上前后移動(dòng)，然后氣壓缸固定定位塊實(shí)現(xiàn)定位；在絲杠的一端設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，控制定位塊的移動(dòng)距離。這樣的設(shè)計(jì)操作起來更方便。圖7為定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
1-滾珠絲杠；2-導(dǎo)軌杠；3-定位塊；4-步進(jìn)電機(jī)；5-氣壓缸
圖7 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
3.1 整體設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù)
本設(shè)計(jì)整機(jī)機(jī)型根據(jù)MJ6225機(jī)型制作，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)采用雙圓柱導(dǎo)軌。
主要技術(shù)參數(shù)
表1 主要技術(shù)參數(shù)表
項(xiàng)目
單位
參數(shù)
最大加工板料長度
mm
2500
最大加工板料厚度
最大主軸轉(zhuǎn)速
主鋸鋸片直徑
劃線鋸鋸片直徑
主鋸鋸片轉(zhuǎn)速
劃線鋸鋸片轉(zhuǎn)速
進(jìn)給速度
整機(jī)尺寸
Mm
r/min
mm
mm
r/min
r/min
m/min
mm3
65
4500
300
160
4500
6300
13
5350×3550×1780
往返式裁板鋸主要包括進(jìn)給系統(tǒng)、切削系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、壓緊系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)以及機(jī)架等結(jié)構(gòu)。機(jī)體用矩型鋼管和鋼板焊接制成，工作臺(tái)后端用鋼板支撐，工作臺(tái)前端用滾筒支撐，切削機(jī)構(gòu)采用鋸架臺(tái)，導(dǎo)軌為雙圓柱導(dǎo)軌，進(jìn)給系統(tǒng)通過鋼絲繩牽引鋸架臺(tái)進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)。
1-進(jìn)給系統(tǒng)；2-壓緊系統(tǒng)；3-切削系統(tǒng)；4-氣動(dòng)系統(tǒng)；5-定位系統(tǒng)
圖8 往返式裁板鋸結(jié)構(gòu)示意圖
3.2 主運(yùn)動(dòng)部分的計(jì)算校核
3.2.1 主鋸電機(jī)的選擇
表2 切削系統(tǒng)的參數(shù)
主鋸鋸片的直徑D
D=300mm
鋸片的厚度s
s=2.6mm
鋸路的寬度b
b=3.2mm
主鋸鋸刃的切削角δ
δ=60°
主軸的轉(zhuǎn)速n
n=4500r/min
軸中心距平臺(tái)c
c=70mm
平均鋸切厚度h
h=30mm
進(jìn)給速度u
u=13m/min
鋸片齒數(shù)z
z=72
最大加工板料厚度h
h=65mm
齒鋸t
t=4.17mm
1. 切削力Fx
（1）每個(gè)輪齒的切削力Fx,下列公式參考文獻(xiàn)[6]：
主鋸鋸片的主運(yùn)動(dòng)速度υ
υ=π?D?n6×104=π?300?45006×104=70.686m/s (1)
每個(gè)輪齒的進(jìn)料量Vz
Vz=uz×n=13×10372×4500=0.0401mm (2)
平均運(yùn)動(dòng)遇角θav
θav=arccosc+h2R=arccos70+652150=46.90° (3)
撥料齒的切削厚度aλ
aλ=bs×Vz×sinθav=3.22.6×0.0401×sin46.90°=0.036mm (4)
Fx=Pt?aλ?s (5)
=95.361×0.036×2.6
=8.93N
在上式中Pt為過度切削力
當(dāng)aλ<0.1mm時(shí)
Pt=(cp-0.8)ft'aλ+8ft'+Atδ+BtV-Ct (6)
上式(6)中Cp為刀具變鈍系數(shù),取Cp=1
ft'按松木計(jì)算,參考文獻(xiàn)[6]
ft'=0.4+0.0036Ψ×9.81 (7)
=0.4+0.0036θav×9.81
=5.580
參考文獻(xiàn)[6]得
A=0.02 A⊥=0.056
B=0.007 B⊥=0.02
C=0.55 C⊥=2.0
At=A=-⊥=9.81×[A=+(A⊥-A=)]=0.3853
Bt=B=-⊥=9.81×[B=+B⊥-B=]=0.136
Ct=C=-⊥=9.81×[C=+(C⊥-C=)]=13.01
整理數(shù)據(jù)帶入(6)式得
Pt=cp-0.8ft'aλ+8ft'+Atδ+BtV-Ct (8)
=1-0.8×5.580.036+8×5.58+0.3853×60+0.136×70.686-13.01
=95.361
(2)每個(gè)輪齒克服的摩擦力Fd
Fd=α?h?Vz (9)
影響摩擦力變化強(qiáng)度系數(shù)α
撥料時(shí)α=0.075×9.81=0.736
已知Vz=0.0401mm h=30mm
可得Fd=0.736×30×0.0401=0.89N
(3) 切削力Fx
Fx=(Pt?b?sinθav+α?h)?Vz?ht (10)
=(95.361×3.2×sin46.9°+0.736×30)×0.0401×304.17
=70.65N
上式中Pt、θav、b、t均為已知。
2. 鋸切功率Pc
Pc=Fx?v?10-3 (11)
=70.65×70.686×10-3
=4.9940kW
電動(dòng)機(jī)功率PEC
PEC=Pcη=4.9940.85=5.8753Kw (12)
η為已知數(shù)，傳遞效率η=0.85
3. 綜上所述，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們選擇Y132S2-2型電動(dòng)機(jī)作為主軸電機(jī)。
相關(guān)參數(shù) ：
額定功率 7.5kw
同步轉(zhuǎn)速 3000r/min
滿載轉(zhuǎn)速 2880r/min
安裝形式 B3型
3.2.2 劃線鋸電機(jī)的選擇
劃線鋸的主要參數(shù)
劃線鋸鋸片直徑D2=160mm
劃線鋸鋸片轉(zhuǎn)速n2=6300r/min
電動(dòng)機(jī)功率Pn<1kW,參考文獻(xiàn)[2]材料力學(xué)，選擇Y802-2型三相異步電動(dòng)機(jī)作為劃線鋸電機(jī)。相關(guān)參數(shù)：
額定功率 1.1kw
同步轉(zhuǎn)速 3000r/min
滿載轉(zhuǎn)速 2880r/min
安裝形式 B7型
3.2.3 進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇
進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)和減速器間采用V帶傳動(dòng)
已知進(jìn)給速度u=13m/min
進(jìn)給力Fu
Fu=Fx?coosθav-Fy?sinθav
Fy=Fy?ht=Fαy-Fγyht (13)
=Fαxμα-Fx-Fαxtan90°-δ-β。ht
在上式中Fαx為后齒面沿切削力方向的作用力
μα為后齒面摩擦變鈍系數(shù)Cp=1,μα=2
β。為木材和前刀面的摩擦角 β。=20°
δ 為主鋸的切削角 δ=60°
撥料時(shí)
Fαx=Cp-0.8ft'aλ?s (14)
=1-0.8×5.580.036×2.6
=2.9016
Fy=Fαxμα-Fx-Fαxtan90°-δ-β。ht (15)
=[2.90162-(8.93-2.9016)tan?(90°-60°-20°)]304.17
=2.7901N
Fu=Fx?coosθav-Fy?sinθav (16)
=70.65?cos46.90°-2.7901?sin46.90°
=46.27N
已知θav平均運(yùn)動(dòng)遇角為46.90°
進(jìn)給功率Pu
Pu=Fu×V=46.27×13=0.6KW (17)
進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的功率PEV
PEV=Puη=0.7KW (18)
綜上所述，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用 Y90L-6型號(hào)的三相異步電動(dòng)機(jī)作為進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)。
相關(guān)參數(shù)：
額定功率 1.1kw
滿載轉(zhuǎn)速 910r/min
同步轉(zhuǎn)速 1000r/min
安裝形式 B3型
3.2.4 主鋸帶輪的設(shè)計(jì)校核
參考文獻(xiàn)[1][2]可得
Pd=KA?P=9KW (19)
上式中P為傳遞功率 P=7.5KW
KA為工況系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]可得KA=1.2
根據(jù)Pd和主鋸鋸片轉(zhuǎn)速n1數(shù)據(jù)，選擇SPZ型
根據(jù)基準(zhǔn)寬度SP系列,可以確定小帶輪的節(jié)徑d1(mm)
基準(zhǔn)直徑d=80mm
大帶輪的節(jié)徑d2
d2=i1-εd1 (20)
=n1n21-εd1
=45003000×1-0.02×80
=117.6mm
i為傳動(dòng)比
ε為滑動(dòng)率，一般取值0.01-0.02, ε=0.02
n1為小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=4500r/min
n2為大帶輪轉(zhuǎn)速 n2=3000r/min
帶速v v=π?d1?n16×104=π?80?45006×104=18.85 m/s,因?yàn)関max=35∽40m/s
v
25.4mm，滿足強(qiáng)度需求。
（5）軸的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)
1)確定危險(xiǎn)截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及載荷分布應(yīng)力集中，選擇B、E截面進(jìn)行分析，B、E截面處彎矩都大，但E截面有圓角過渡，B截面沒有圓角過渡，因此，我們選擇E截面來做危險(xiǎn)截面分析。
2) 校核危險(xiǎn)截面安全系數(shù)
①.彎矩作用時(shí)的安全因數(shù)
Sσ=σ-1Kσ?σa+φσ?σm (48)
=2701.69×25.6+0.2×0
=5.225
上式（48）中
σ-1=270MPa, σm=0MPa
σa=MEHWE=25.6MPa
φσ-材料特性值，對(duì)碳鋼材料，φσ取值在0.1-0.2之間，上式中φσ=0.2
Kσ-正應(yīng)力有效應(yīng)力集中因數(shù) Kσ=1.69
②.扭矩作用時(shí)的安全因數(shù)
Sτ=τ-1Kτ?τa+φτ?τm (49)
=1551.43?1.08+0.21?1.08
=67.4
上式（49）中，參考文獻(xiàn)[14]可得：
τ-1=155MPa, τm=τa=1.08MPa, Kτ=1.43
由上述計(jì)算可知，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及載荷分布應(yīng)力集中，可以選擇截面E,此處雖然彎矩大，但有圓角過渡。經(jīng)過對(duì)截面E的危險(xiǎn)截面安全系數(shù)的計(jì)算，可知截面E圓角過渡后彎矩不大，截面E也不是危險(xiǎn)截面，可以作為應(yīng)用截面。
③.疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)（E截面處）
S=Sσ?SτSσ2+Sτ2 (50)
=5.225?67.45.2252+67.42=5.21
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知Sp=1.5~2.5，S>Sp
所以E截面疲勞強(qiáng)度滿足需求
（2）軸的靜強(qiáng)度安全因數(shù)
1）確定危險(xiǎn)截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及載荷分布應(yīng)力集中，選擇B、E截面進(jìn)行分析，B、E截面處彎矩都大，但E截面有圓角過渡，B截面沒有圓角過渡，因此，我們選擇E截面來做危險(xiǎn)截面分析。
2) 校核危險(xiǎn)截面安全系數(shù)
①.彎矩作用時(shí)的安全因數(shù)
Sσ=σsMEmaxW (51)
=360180.723.528×10-6
=7.03
上式（51）中，
MEmax為此軸危險(xiǎn)截面的最大彎矩
MEmax=2MEH (52)
=2×90.36=180.72N?m
W為軸危險(xiǎn)截面抗彎截面模量
W=πd232
=3.528×10-6m3
σs為軸的抗彎屈服極限 σs=360MPa
②.扭矩作用時(shí)的安全因數(shù)
Sz=IsMmaxWp=21630.487.056×10-6 (53)
上式（53）中
Is= 0.6σs=216MPa
Mmax=2M=2×15.24=30.48 N?m
WP=πd216=7.056×10-6m3
③E截面處靜強(qiáng)度安全因數(shù)S
S=Sσ?SzSσ2+Sσ2=6.96
許用安全系數(shù)Sp=1.42， S>Sp
因此該軸的E截面的疲勞強(qiáng)度滿足需求。
3.2.7 劃線鋸鋸軸的設(shè)計(jì)校核
1.軸材料的選擇
選用經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45#鋼
材料力學(xué)性能
σb=650MPa,
σ-1=270MPa
σs=360MPa
τ-1=155MPa
2.依據(jù)許用扭應(yīng)力，估算軸徑
所選材料為45#鋼，通過機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定系數(shù)A=110
軸的輸出端直徑d
d=A3Pn (54)
=11037.54500
因螺紋和安裝的需求，取d=30mm
上式（54）中
P為軸傳遞功率 P=1.1KW
n為主軸的轉(zhuǎn)速 n=6300r/min
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖15為劃線鋸軸,所采用的軸承為6306
圖15 劃線鋸鋸軸結(jié)構(gòu)
4.軸徑的計(jì)算
（1）圖16為對(duì)軸的受力分析
圖16 劃線鋸軸的受力分析
軸傳遞的扭矩M,公式參考文獻(xiàn)[17]得
M=9.55×103×Pn (55)
=9.55×103×1.16300
=1.667N?m
帶輪在軸上的作用力F?
F?=164.94N
（2）支反力
圖17為Y方向上的支反力
圖17 Y方向的受力
FA=F?×105.5149=116.79N
FB=F?+FA=281.73N
X方向上不受支反力作用
(3)彎矩MB=F?×105.5=17.4N?m
圖18 彎矩圖
(4)依據(jù)當(dāng)量彎矩計(jì)算軸徑
通過參考文獻(xiàn)[14]可得
σ-1bp=60MPa，σ0bp=102MPa
計(jì)算安裝軸承b截面處軸徑d
d≥310MBh2+(αM)2σ-1bp=14.6mm (56)
考慮轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化α=σ-1bpσ0bp=0.59
(3-47)中Mbh為b截面處的合成彎矩 Mbh=17.4N?m
M為軸傳遞的扭矩 M=1.667 N?m
在軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中這里的軸徑值為35mm>14.6mm，滿足強(qiáng)度需求。
3.2.8 主鋸軸承的選擇與校核
主鋸軸承選擇6307，截面c受力最大
Fr徑向載荷
Fr=Fcx2+Fcy2 (57)
=1558.26N
上式（57）中，F(xiàn)cx Fcy可由公式（45）和（43）得
Fcx=19.58N, Fcy=1558.14N
X、Y值參考文獻(xiàn)[5]可得 X=1;Y=0。
沖擊載荷系數(shù)fp,依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得fp=1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷P
P=fp(XFr+YFa) (58)
=1869.912
上式中Fa為基本額定動(dòng)載荷
L10h=16670n(c1p)ε (59)
=166704500(33.21869.912)3
=207335
主鋸軸承為6307軸承，可得
ε=3，c1=33.2KN
主鋸轉(zhuǎn)速n=4500r/min
L10h>LA, LA為預(yù)期使用壽命LA=20000h
該軸承滿足需求。
3.2.9 劃線鋸軸承的選擇與校核
劃線鋸軸承選擇6306，截面b受力最大
Fr徑向載荷
Fr=FBx2+FBy2 (60)
=281.73N
上式（60）中，F(xiàn)Bx=0 N
FBy=281.73N
X、Y值參考文獻(xiàn)[5]可得 X=1;Y=0。
沖擊載荷系數(shù)fp,依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得fp=1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷P
P=fp(XFr+YFa) (61)
=338.076
上式中Fa為基本額定動(dòng)載荷
L10h=16670n(c1p)ε (62)
=166706300(33.2338.076)3
=157481h
主鋸軸承為6306軸承，可得
ε=3，c1=27KN
主鋸轉(zhuǎn)速n=6300r/min
L10h>LA, LA為預(yù)期使用壽命LA=20000h
該軸承滿足需求。
3.3.0 其它軸承的選擇與校核
滾輪軸承選用6302-Z型號(hào)軸承。
鋸架臺(tái)處軸承選用6306型號(hào)軸承。
3.3 切削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為了方便主鋸和劃線鋸的控制，主鋸和劃線鋸的電動(dòng)機(jī)是分開的。主鋸電動(dòng)機(jī)為“Y132S-2”型三相異步電動(dòng)機(jī)，相關(guān)參數(shù)：額定功率7.5kw、同步轉(zhuǎn)速3000r/min、滿載轉(zhuǎn)速2880r/min、安裝形式B3型；劃線鋸電動(dòng)機(jī)為““Y802-2”型三相異步電機(jī)，相關(guān)參數(shù)：額定功率1.1kw、同步轉(zhuǎn)速3000r/min、滿載轉(zhuǎn)速2880r/min、安裝形式B7型。鋸架臺(tái)升降所采用的氣缸為QGBⅡ-80X200-MP4型。鋸架臺(tái)是鋼板焊接構(gòu)成的；放置電機(jī)的鋸架是鑄造件，提升了精度和穩(wěn)定性；導(dǎo)軌處有四個(gè)滑輪，導(dǎo)向性高，也比較容易操作，為了保證鋸架臺(tái)上升后進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定，我們通過定位塊的三角槽對(duì)上升后的鋸架臺(tái)穩(wěn)固。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)鋸片的穩(wěn)定，提高了精度，加工質(zhì)量高。
通過人工將加工板料放置于機(jī)床上，啟動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)，將加工板料固定好，在壓緊機(jī)構(gòu)固定板料期間，不能啟動(dòng)切削機(jī)構(gòu)，避免對(duì)板料的浪費(fèi)。在壓緊加工板料后，切削系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，鋸架臺(tái)下的氣缸推動(dòng)鋸架臺(tái)上升，因切削系統(tǒng)上有個(gè)定位塊，當(dāng)鋸架臺(tái)上升到定位塊處停止上升，此時(shí)進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)切削系統(tǒng)進(jìn)行切削加工。
1-鋼絲繩；2、7-滾輪；3-軸承座；4-劃線鋸片；5-主鋸片；6-擋塊；8-劃線鋸電機(jī)；9-主鋸電機(jī)；10-氣壓缸
圖19 切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3.4 定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.4.1 結(jié)構(gòu)及工作過程
定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位是靠定位塊在絲杠上前后移動(dòng)，然后氣壓缸固定定位塊實(shí)現(xiàn)定位；在絲杠的一端設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，控制定位塊的移動(dòng)距離。這樣的設(shè)計(jì)操作起來更方便。。其中絲杠所采用的的型號(hào)為1604-3，其內(nèi)徑為13.5外徑為15.3；步進(jìn)電機(jī)型號(hào)90BF001步進(jìn)電機(jī)。
定位塊下汽缸所采用的的型號(hào)為QGBⅡ-40X100-MSI，汽缸起到定位塊的固定作用；整體結(jié)構(gòu)為鋼焊接。圖20定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
1-滾珠絲杠；2-導(dǎo)軌杠；3-定位塊；4-步進(jìn)電機(jī)；5-氣壓缸
圖20 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
通過數(shù)控面板輸入需要的加工數(shù)據(jù)，啟動(dòng)定位系統(tǒng)，在單片機(jī)的控制下，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，當(dāng)定位塊移動(dòng)到需求位置時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)定位塊下汽缸收縮開始加緊，固定定位塊的位置。定位系統(tǒng)工作完成后就可以上料了，進(jìn)行板料壓緊切削。
3.4.2 絲杠的設(shè)計(jì)校核
有效行程1200mm 等效載荷Fm=100N 等效轉(zhuǎn)速100r/min 使用壽命Lh=15000h工作溫度小于100℃ 可靠度89% 精度等級(jí)為3級(jí)
1）載荷
基本額定動(dòng)載荷Cam
Cam=fwFm(60nmCh)13/100fafc (63)
=1.3×100(60×100×15000)13/100×1.0×1
=582.58N
上式（63）中
fa是精度系數(shù)，精度等級(jí)為三級(jí)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 fa=1.0
fc是可靠性系數(shù)，可靠度為89%，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 fc=1.0
fw是載荷性質(zhì)系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 取fw=1.3
2）滾珠絲杠副的選擇
主要尺寸Cam=582.58N，選擇FFZD1604
公稱直徑d0=16mm
公稱導(dǎo)程Ph=4mm
動(dòng)載荷Ca=5000N
螺旋導(dǎo)程角γ
γ=arctanPhπd0 (64)
=arctan4π×16=4.55°
3） 螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算
螺桿比較長對(duì)穩(wěn)定性可能由一定影響
臨界載荷FCr
FCr=π2EIa(μl1)2 (65)
=π2×2.06×105×1017.9(0.7×1232)2
=2779.8N
上式（65）中
Ia為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩
Ia=πd1464 (66)
=π×12464=1017.9mm4
μ為長度系數(shù) μ=0.7
E為螺桿彈性模量E=2.06×105MPa
l1為絲杠螺紋全長l1=lu+2le=1232mm
le為余長le=16mm
4）驗(yàn)算FCrFm=2779.8100=27.798
27.798>2.5~4
所以Fm軸向載荷符合要求
5）剛度校核
當(dāng)在導(dǎo)程內(nèi)受扭矩引起的彈性變形和受軸向力引起的彈性變形相同時(shí)，變形量最大，校驗(yàn)此時(shí)的剛度
參考文獻(xiàn)[18]可得
δS=16T1Ph2π2Gd4+4FmPhπEd2 (67)
=16×139.19×42π28.33×104×124+4×100×4π×2.06×105×122
=0.024μm
上式（67）中
T1=Fmd°2tan?(γ+ρ')=100×162tan4.55°+5.32°=139.19N?mm
ρ'為當(dāng)量摩擦角
ρ'=arctanfcosα2
=arctan0.09cos302=5.32°
f為摩擦因數(shù)f=0.09
d為軸端直徑 d=12mm
G為剪切彈性模量 G=8.33×104N/mm2
螺距的彈性變形（每米）
δSS=0.0244×10-3=6μm (68)
6μm<(δSS)p=15
6）效率計(jì)算
η=tanγtan?(γ+ρ') (69)
=tan4.55°tan?(4.55°+5.32°)
=0.687
3.5 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.5.1 結(jié)構(gòu)及工作過程
電動(dòng)機(jī)為Y90L-6Y型號(hào)的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，，鋼絲繩，調(diào)節(jié)盤，減速器型號(hào)為NBD1-250-28-1 JB/T6502-93圖21為進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
1-調(diào)節(jié)盤；2-行星輪減速器；3-卷筒；4-軸承座；5-槽輪；6-進(jìn)給電機(jī)
圖21 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
電動(dòng)機(jī)Y90L-6通過皮帶帶動(dòng)行星輪減速器，行星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過V型帶傳遞給卷筒，進(jìn)而傳遞給鋼絲繩，使得切削系統(tǒng)往返運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)與減速器的傳動(dòng)比i1=1,減速器與卷筒的傳動(dòng)比i2=1.4，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1000r/min。
3.5.2 皮帶長度的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)與減速器的傳送帶設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[2]
功率Pd
Pd=KA?P=1.21KW (70)
上式(3-70)P傳送功率 P=1.1KW
KA為工況系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2], 取KA=1.1
選擇Z系列帶
由基準(zhǔn)寬度Z系列可以確定小帶輪的節(jié)徑d_1(mm)
基準(zhǔn)直徑d=100mm
大帶輪的節(jié)徑d2
d2=i1-εd1 (71)
=n1n21-εd1
=100mm
i為傳動(dòng)比 i=1
ε為滑動(dòng)率，一般取值0.01-0.02, ε=0.01
帶速v v=π?d1?n16×104=5.46 m/s,因?yàn)関max=25∽30m/s
v
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