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CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書
設(shè)計(jì)題目： 木工三排鉆的設(shè)計(jì)開發(fā)
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年 4 月3 日
木工三排鉆的設(shè)計(jì)開發(fā)
摘 要
家具制造是一個(gè)歷史悠久且前景廣闊的行業(yè)，我國從古至今各式各樣的家具數(shù)不勝數(shù)，傳統(tǒng)的家具為手工制作，生產(chǎn)效率低下，近代家具行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了機(jī)械化的時(shí)代，興起了以可拆為主的板式家具。板式家具中各部件之間已無法采用古代的“榫卯連接”，這就要求我們?nèi)ふ倚碌倪B接方式，現(xiàn)有的家具多使用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接，通過在木板側(cè)面和兩面打孔進(jìn)行連接。在此過程“32mm系統(tǒng)”就此在實(shí)踐中誕生，并已成為世界板式家具通用的體系，現(xiàn)代板式家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都被要求按“32mm系統(tǒng)”執(zhí)行。32系統(tǒng)是為了統(tǒng)一加工設(shè)備及各種零部件的通用選取而行業(yè)通用的一套系統(tǒng)。現(xiàn)有的人工用手槍鉆打孔的方式，效率低下，要到達(dá)32mm系統(tǒng)定位困難，且耗費(fèi)時(shí)間。因此發(fā)展產(chǎn)生了自動(dòng)排鉆的設(shè)備。
本文選取排鉆設(shè)備中比較適用的三排鉆進(jìn)行研究，分析三排鉆的結(jié)構(gòu)及組成將機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣編程控制，加工工藝等有機(jī)融合研制與開發(fā)一款三排鉆，提高生產(chǎn)效率。
本課題設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一套可用于家具打孔的三排鉆，并對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)以及零件強(qiáng)度計(jì)算，并建立一套模型。
關(guān)鍵詞：三排鉆；木工；家具；機(jī)械；仿真建模
Design and Development of Woodworking Drill
Abstract
Furniture manufacturing is a long history and promising industry, China has a wide variety of furniture from ancient times so far, the traditional furniture for handmade, low production efficiency, modern furniture industry has entered a mechanized era, the rise of the demolition Main board furniture. Plate furniture, between the various components can not be used in the ancient "mortise connected", which requires us to find a new way of connection, the existing furniture and more use of tenon mortar fixed furniture, or the use of various types of modern hardware The connection is made by connecting holes on both side and sides of the board. In this process "32mm system" was born in practice, and has become the world's common system of plate furniture, modern panel furniture design are required to "32mm system" implementation. 32 system is a unified system for unifying the general selection of processing equipment and various components. The existing artificial pistol drilling hole way, inefficient, to reach 32mm system positioning difficult and time-consuming. So the development of automatic drilling equipment produced.
This paper chooses the three rows of drills which are more applicable in the drilling equipment, and analyzes the structure and composition of the three rows of drill. The organic integration of the mechanical design, electrical programming control and processing technology is developed and developed to improve the production efficiency.
This topic design, design a set of three holes can be used for furniture drilling, and the mechanical structure design, mechanical transmission design and part strength calculation, and the establishment of a model.
Keywords: hree rows of drills，Carpentry，F(xiàn)urniture，Machinery，imulation modeling
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 3
1.1背景 3
1.2選題的意義和目的 3
1.2.1選題的意義 3
1.2.2選題的目的 4
1.3三排鉆的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.1現(xiàn)狀 4
1.3.2三排鉆的發(fā)展趨勢 5
1.4本章小結(jié) 5
第二章 三排鉆的組成 6
2.1三排鉆的工作原理 6
2.2三排鉆的組成 6
2.2.1排頭箱 6
2.2.2運(yùn)動(dòng)支架 7
2.2.3夾緊裝置 7
2.2.3控制系統(tǒng) 7
2.3本章小結(jié) 7
第三章 三排鉆方案的設(shè)計(jì) 8
3.1設(shè)計(jì)需求 9
3.2電機(jī)參數(shù)的選取 9
3.2.1排頭箱3電機(jī)選取 9
3.2.2排頭箱進(jìn)位電機(jī)的選取 9
3.2空氣缸的設(shè)計(jì)選取 11
3.4主軸設(shè)計(jì) 12
本章小結(jié) 12
第四章關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)及仿真建模 13
4.2排頭箱設(shè)計(jì) 13
4.2.1主軸設(shè)計(jì) 13
4.2.2軸承的選取 14
4.2.3導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 15
4.2.4齒條的設(shè)計(jì) 15
4.2.5排頭箱座板設(shè)計(jì) 15
4.2.6電機(jī)固定板 16
4.2.7排頭箱蓋板 17
4.2.8電機(jī)托板 17
4.2.9排頭箱整體設(shè)計(jì) 18
4.3運(yùn)動(dòng)支架設(shè)計(jì) 19
4.3.1齒輪 19
4.3.2傳動(dòng)軸 19
4.3.3導(dǎo)軌 19
4.3.2框架設(shè)計(jì) 21
4.4壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.4.1空氣缸 21
4.4.2壓緊頭 21
4.4.2上部壓緊臂 22
4.4.5夾緊塊設(shè)計(jì) 22
4.4.6壓緊機(jī)構(gòu)總成 22
4.5支架底座設(shè)計(jì) 23
4.6三排鉆總體建模 23
第五章結(jié)論 25
結(jié)論 25
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
第一章 緒論
1.1背景
家具制造是一個(gè)歷史悠久且前景廣闊的行業(yè)，我國從古至今各式各樣的家具數(shù)不勝數(shù)，傳統(tǒng)的家具為手工制作，生產(chǎn)效率低下，近代家具行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了機(jī)械化的時(shí)代，興起了以可拆為主的板式家具。板式家具中各部件之間已無法采用古代的“榫卯連接”，這就要求我們?nèi)ふ倚碌倪B接方式，現(xiàn)有的家具多使用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接，通過在木板側(cè)面和兩面打孔進(jìn)行連接。
在此過程“32mm系統(tǒng)”就此在實(shí)踐中誕生，并已成為世界板式家具通用的體系，現(xiàn)代板式家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都被要求按“32mm系統(tǒng)”執(zhí)行。32系統(tǒng)是為了統(tǒng)一加工設(shè)備及各種零部件的通用選取而行業(yè)通用的一套系統(tǒng)，“32mm系統(tǒng)”指的是以32mm為模數(shù)的，制有標(biāo)準(zhǔn)“接口”的家具結(jié)構(gòu)與制造體系“32mm系統(tǒng)”需要零部件上的孔間距為32mm的整數(shù)倍，即應(yīng)使其“接口”都為32mm的整數(shù)倍，接口處都在32mm方格網(wǎng)點(diǎn)上，打孔，切板，等都根據(jù)32的倍數(shù)或者約數(shù)來確定。這個(gè)制造體系的標(biāo)準(zhǔn)化部件為基本單元，可以組裝為采用圓榫膠接的固定式家具。
傳統(tǒng)的手工操作的方式，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化的批量化操作，人工用手槍鉆打孔的方式，效率低下，要到達(dá)32mm系統(tǒng)定位困難，且耗費(fèi)時(shí)間。因此發(fā)展產(chǎn)生了自動(dòng)排鉆的設(shè)備。自動(dòng)排鉆的設(shè)備有主要以三排鉆為主。三排鉆被廣泛的應(yīng)用與家具的制造
1.2選題的意義和目的
1.2.1選題的意義
將機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣編程控制、加工、電機(jī)選型等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，研制與開發(fā)用于板材打孔三排鉆，將有效地提高生產(chǎn)的效率。
家具的制造開孔位置要求非常高，且開孔量非常劇大，不同家具的開孔位置及開孔規(guī)格等差異性均非常大，使用人工打孔的方式效率底下，且容易開孔位置不精準(zhǔn)，容易造成板材的浪費(fèi)，因此設(shè)計(jì)一款能自動(dòng)對(duì)板材打孔的設(shè)備，具有非常的的實(shí)際價(jià)值，本文將設(shè)計(jì)一款三排鉆。
1.2.2選題的目的
經(jīng)過本課題設(shè)計(jì)，可以使我在設(shè)備總體方案設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)以及零件強(qiáng)度計(jì)算、編寫技術(shù)文件、查閱文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用能力方面得到綜合的提升，鞏固和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，掌握正確設(shè)計(jì)思想與方法，培養(yǎng)我們的工程應(yīng)用、綜合分析、解決問題和獨(dú)立工作的能力，同時(shí)對(duì)我們的思想品德、工作態(tài)度以及作風(fēng)等方面會(huì)有很大的影響。對(duì)于增強(qiáng)事業(yè)心和責(zé)任感，提高畢業(yè)生全面素食具有重要意義。是我們在校期間的最后學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練階段，是學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)。
通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)出一款能股對(duì)寬度90~1800mm， 厚度 70mm板材就進(jìn)行加工最大深度 70mm的三排鉆，并進(jìn)行理論的分析和模型的建立
1.3三排鉆的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1現(xiàn)狀
國際上木工機(jī)械的數(shù)控化和自動(dòng)化已很普及，目前國外頂級(jí)木工機(jī)械制造企業(yè)開始追求的是整個(gè)加工工序無人化的生產(chǎn)線，家具工業(yè)的全自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)達(dá)到具體產(chǎn)品全套數(shù)控化設(shè)備連線的技術(shù)水平，新型木工機(jī)械的新技術(shù)出現(xiàn)自動(dòng)化程度的新動(dòng)向；木工機(jī)械的數(shù)控化是木工機(jī)械生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)和先決條件，沒有數(shù)控化就不可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，目前我國木工機(jī)械的數(shù)控化空白點(diǎn)還很多，提升我國木工機(jī)械的數(shù)控化水平，開發(fā)出全系列木工用的的數(shù)控設(shè)備是十分有必要的。
目前國內(nèi)傳統(tǒng)排鉆，大多數(shù)是用數(shù)字模式和數(shù)顯顯示器輸出控制結(jié)果的組合控制，使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者氣缸驅(qū)動(dòng)的低檔數(shù)控木工機(jī)械，對(duì)每一款產(chǎn)品的定位，需要人工調(diào)試，根據(jù)前一版打樣的結(jié)果來判別誤差，同時(shí)還需要根據(jù)打版師傅的經(jīng)驗(yàn)調(diào)準(zhǔn)下一版打孔的尺寸。
現(xiàn)有的木工排孔行業(yè)通用使用的是32系統(tǒng)，而32位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)必須通過排鉆來實(shí)現(xiàn)。于此對(duì)排鉆的研究分析也顯的十分有必要,很多板式家具企業(yè)，他們對(duì)排鉆設(shè)備的原理了解不夠透徹，不清楚設(shè)備的具體性能與調(diào)試方式，他們?nèi)狈σ环N合理的、經(jīng)濟(jì)的來指導(dǎo)排鉆作業(yè)，致使現(xiàn)在的板式家具企業(yè)在鉆孔步驟的生產(chǎn)效率低下，機(jī)器的產(chǎn)能達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，和產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.3.2三排鉆的發(fā)展趨勢
全球木工機(jī)械正向提高木材利用率，提高木材加工精度，提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。家具工業(yè)隨著市場需求水平的提高，對(duì)于板材的打孔，使用三排鉆進(jìn)行處理有利于提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工效率，目前全國各種三排鉆的生產(chǎn)廠家已經(jīng)逐漸增多，不同規(guī)格的各種產(chǎn)品不斷的出現(xiàn)，增加了家具廠商和木工的選擇，三排鉆的使用也越來月廣泛。
1.4本章小結(jié)
本章介紹了木工三排鉆應(yīng)用范圍及現(xiàn)階段傳統(tǒng)的木工鉆孔方法，對(duì)比了國內(nèi)外木工打孔的現(xiàn)狀，提出了本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題，設(shè)計(jì)出一款木工三排鉆。
第二章 三排鉆的組成
本章研究三排鉆的原理、概念、類型、以及市場上各種三排鉆結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)三排鉆總體方案設(shè)計(jì)并且對(duì)于重要參數(shù)的選擇及各種零件的選型作出初步的規(guī)劃。
2.1三排鉆的工作原理
將木板放置在三排鉆平臺(tái)上，調(diào)節(jié)三排鉆豎直的排座架的位置（排架底部有標(biāo)尺）后，按空氣缸的按鈕，高壓空氣驅(qū)動(dòng)空氣缸，將木板夾緊，排座架特定設(shè)置好的鉆頭，伸出，有電機(jī)帶動(dòng)對(duì)木板進(jìn)切鉆孔，在此同時(shí)水平的排架也對(duì)板材的側(cè)面進(jìn)行打孔。
由于行業(yè)的需求三排鉆的設(shè)計(jì)滿足32mm系統(tǒng)。“32mm系統(tǒng)”是以32mm為模數(shù)的，制有標(biāo)準(zhǔn)“接口”的家具結(jié)構(gòu)與制造體系。這個(gè)制造體系的標(biāo)準(zhǔn)化部件為基本單元，可以組裝為采用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接的拆裝式家具?！?2mm系統(tǒng)”需要零部件上的孔間距為32mm的整數(shù)倍，即應(yīng)使其“接口”都為32mm的整數(shù)倍，接口處都在32mm方格網(wǎng)點(diǎn)上，至少應(yīng)保持平面坐標(biāo)系中有一致方向滿足要求，從而保證實(shí)現(xiàn)模塊化并可用排鉆一次打出，這樣可提高效率并確保打眼的精度。
三排鉆上一個(gè)排頭箱有一系列的鉆夾頭，所有的鉆夾頭，之間的具體均為32mm，每個(gè)鉆夾頭均安裝在帶齒輪的軸上，相鄰的鉆夾頭轉(zhuǎn)向相反，其上安裝的鉆頭也分為左右，電機(jī)帶動(dòng)最中間的一個(gè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由各個(gè)齒輪的傳動(dòng)，將帶動(dòng)所有鉆夾頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在鉆孔的時(shí)候，不同位置的鉆夾頭上安裝左旋或者右旋的轉(zhuǎn)頭，即可對(duì)木板一步加工多個(gè)孔，孔之間的距離為32mm的整數(shù)倍。排頭箱可沿著機(jī)器方向運(yùn)動(dòng)，即能實(shí)現(xiàn)對(duì)木板面上任何距離位置打孔，同時(shí)水平的排頭箱可對(duì)木板的側(cè)面打孔。
2.2三排鉆的組成
三排鉆由支架底座、控制面板、擋桿、排頭尺、排頭壓料梁、水平排頭、運(yùn)動(dòng)支架、主電箱、三聯(lián)件氣壓箱、垂直V1排頭箱、垂直V2排頭箱等構(gòu)成。
市場上成品的三排鉆有各種各樣的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)比各鐘產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，決定參考市場上MZMZ7321F的成品設(shè)備的一些參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。本論文僅考慮一種的重要的機(jī)械結(jié)構(gòu)、對(duì)于控制面板主電箱、壓氣箱等不進(jìn)行詳細(xì)的分析。
2.2.1排頭箱
一臺(tái)三排鉆有三個(gè)排頭箱，一種一個(gè)為水平方向，二個(gè)為豎直方向。
排頭箱為最核心組件，由電機(jī)，齒輪，排鉆夾頭、導(dǎo)軌、齒條、殼體等構(gòu)成。豎直的排頭箱安裝在可移動(dòng)的支架上，由可移動(dòng)支架上的一個(gè)小型伺服電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)支架上轉(zhuǎn)軸，移動(dòng)支架上轉(zhuǎn)軸上齒輪，與排頭箱上齒條相互運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)整個(gè)排頭箱沿著移動(dòng)支架上的軌道，豎直上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板材表面的任何位置加工。寬度方向具體的孔距離可由排頭箱上的標(biāo)尺來判定。
水平方向的排頭箱僅僅需要水平移動(dòng)，直接通過導(dǎo)軌與本體連接，本體上轉(zhuǎn)軸上齒輪，與排頭箱上齒條相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板材側(cè)面的任何位置加工。
2.2.2運(yùn)動(dòng)支架
三排鉆上有三個(gè)運(yùn)動(dòng)支架，其中一個(gè)簡單，僅僅為放置木板用，另外的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支架內(nèi)部安裝了豎直排頭箱。下面是復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)支架的組成
運(yùn)動(dòng)支架用來實(shí)現(xiàn)豎直排頭箱的在水平方向的移動(dòng)，以保證對(duì)木板長度方向任意位置的打孔，豎直排頭箱安裝在其內(nèi)部，可沿著運(yùn)動(dòng)支架上導(dǎo)軌豎直上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)支架底部有導(dǎo)軌可沿著支架底座水平方向滑動(dòng)，其上部有個(gè)指針，對(duì)應(yīng)支架底座上的標(biāo)尺，即可定位長度方向孔的位置。
運(yùn)動(dòng)支架由伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌、本體支架、齒輪、軸承、木板支撐平臺(tái)等構(gòu)成
2.2.3夾緊裝置
夾緊裝置用來夾緊木板，并且本身可沿著排頭壓料梁運(yùn)動(dòng)，使用時(shí)候調(diào)整位置對(duì)準(zhǔn)移動(dòng)支架，將木板壓在移動(dòng)支架上面。
2.2.3控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制上述所有裝置的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)、壓氣箱氣體的供應(yīng)，電器上的內(nèi)容設(shè)計(jì)到程序及單片機(jī)等等，不在本文的考慮范圍內(nèi)，在此僅僅提出，不做深入的分析。
2.3本章小結(jié)
本章介紹了三排鉆的組成，并對(duì)各個(gè)部分的原理做了詳細(xì)的講述，對(duì)整個(gè)畢設(shè)論文從理論上提供了支撐。
第三章 三排鉆方案的設(shè)計(jì)
本章將根據(jù)上章的原理，對(duì)三排鉆參數(shù)進(jìn)行理論分析，結(jié)合電機(jī)的選型、齒輪的傳動(dòng)及液壓缸的選型。并在大體根據(jù)需求的三排鉆的總體方案設(shè)計(jì)，同時(shí)將在下章，對(duì)所有零部件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和建模，下面根據(jù)上上訴的方案建立草圖
初步?jīng)Q定產(chǎn)品的尺寸規(guī)格為2600×2835×1640mm ，選取排鉆主軸數(shù)量為3X21個(gè)
三排鉆草圖
3.1設(shè)計(jì)需求
本波紋管切割機(jī)在設(shè)計(jì)之初就根據(jù)市場上的需求，進(jìn)行了需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)功能：
三排鉆的主要參數(shù)：
板料最大寬度 1800mm
板料最小寬度 90mm
板料最大厚度 70mm
主軸中心距 32mm
垂直主軸鉆孔最大深度 70mm
一個(gè)循環(huán)最大耗氣量 4.31L
總功率 4.1kw
凈重 1000kg
機(jī)器尺寸 2600×2835×1640mm
圍繞這些目標(biāo)，決定本裝置上所有的電機(jī)均使用伺服電機(jī)，根據(jù)上述的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行產(chǎn)生的選取
3.2電機(jī)參數(shù)的選取
電機(jī)的選型決定到其余所有零部件的設(shè)計(jì)，在此節(jié)先根據(jù)需求和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選取市場上的電機(jī)，在本章暫不考慮功率是否滿足需求，帶所有參數(shù)選定后在下章進(jìn)行具體的驗(yàn)證。
3.2.1排頭箱3電機(jī)選取
三排鉆上有三個(gè)電機(jī)，考慮到結(jié)構(gòu)的簡潔性，將直接使用電機(jī)來帶動(dòng)排鉆中間的轉(zhuǎn)軸，參考市場上的木工鉆的轉(zhuǎn)速為2600~3000RPM，選取三個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速參考市場上的成品選取為2800RPM ，決定選取220V，50HZ的交流電機(jī)。下面對(duì)電機(jī)的功率進(jìn)行估算
P=F*V /1000 (P=計(jì)算功率 KW， F=所需拉力 N，工作機(jī)線速度 M/S) 對(duì)于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，可按下式計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率： P1(kw)：P=P/n1n2。
（η1為電機(jī)效率取0.85，η2聯(lián)軸器0.95，η3為齒輪效率0.97，η4為軸承效率取0.98）
一般情況下，同時(shí)打孔的數(shù)量為3~5根據(jù)市場上的單個(gè)木工電鉆的功率估算，一個(gè)排鉆頭打孔需要的功率為900W左右。帶入公式計(jì)算。P電機(jī)=1172W，為了保證留有一定的余量，電機(jī)的額定功率選取為1500。
根據(jù)上述內(nèi)容，電機(jī)功率為1500W，電壓為220V，根據(jù)上述要求，選取市場上成品的電機(jī) 韓奧單相電動(dòng)機(jī)YL90S 該電機(jī)的轉(zhuǎn)速為2800RPM。
3.2.2排頭箱進(jìn)位電機(jī)的選取
電機(jī)通過帶動(dòng)齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上帶動(dòng)齒條，帶動(dòng)排頭箱的進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其電機(jī)需要的轉(zhuǎn)速不快，需要精確的能夠控制進(jìn)位量和正反轉(zhuǎn)選取伺服電機(jī)。下圖為結(jié)構(gòu)傳動(dòng)示意。
對(duì)比市場上成品的排鉆，發(fā)現(xiàn)進(jìn)鉆刀進(jìn)刀大概需要5s，根據(jù)本文主軸鉆孔深度為70mm，設(shè)計(jì)進(jìn)刀行程為100mm。
鉆刀進(jìn)刀速度V=s/t=0.1/5=0.02m/s
初步選取傳動(dòng)齒輪齒數(shù)為30，模數(shù)為2mm，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)為了設(shè)計(jì)的簡化和零件的互換性質(zhì)，傳動(dòng)比為1：1（這樣每個(gè)齒輪一致），得出齒輪的分度圓直徑為60mm
故電機(jī)轉(zhuǎn)速N=30ω/π=30V/（rπ）=6rpm
根據(jù)實(shí)際情況留有一定的余量選取電機(jī)的轉(zhuǎn)速為20rpm
初步選取臺(tái)灣電機(jī)功率為200W，CXIA，PA40-P2-S2，減速比為200的伺服電機(jī)（輸出轉(zhuǎn)速為20rpm。。
此電機(jī)需產(chǎn)生的扭矩需要輸出轉(zhuǎn)化之后能夠提供克服排頭箱的自身重量及鉆頭進(jìn)給的阻力。
電機(jī)的扭矩N電機(jī)=30P/（nπ）=30*100/（20*π）=94Nm
考慮到齒輪傳動(dòng)效率，和軸承效率
，得到傳送到齒條上的扭矩N=N電機(jī)*（軸承效率取0.98，），帶入計(jì)算得到
N=74N/m。
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊有N=F*L，F(xiàn)=N/L（對(duì)應(yīng)此過程為齒輪分度圓半徑）帶入數(shù)據(jù)
F=2466N。能夠承受246kg的重物，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該滿足要求，具體的排頭箱的重量將在后續(xù)章具體計(jì)算時(shí)候給出。在后續(xù)將對(duì)比需要排頭箱重量低于該設(shè)計(jì)值，為留有余量最多重量為200kg
電機(jī)實(shí)物圖
3.2空氣缸的設(shè)計(jì)選取
木板的固定及鉆頭的進(jìn)位需要使用空氣缸，下面對(duì)空氣缸的參數(shù)盡心計(jì)算。考慮安全行及空氣的制取參考市場上同類產(chǎn)品，空氣的壓力選取為0.6~0.8mpa，計(jì)算時(shí)按照0.6mpa計(jì)算。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)單個(gè)壓緊木板空氣杠單個(gè)需要的壓力設(shè)定為200N
空氣缸壓力F=S*P=π*R2*P
代入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到，空氣缸半徑為10mm，根據(jù)木板厚度及放置木板的便捷性，選取空氣缸行程為100mm
3.4主軸設(shè)計(jì)
由于三排鉆符合32mm系統(tǒng)，各主軸間距離為32mm，因此各傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑為32mm，選定齒輪齒數(shù)為16，模數(shù)為2mm
本章小結(jié)
本章對(duì)三排鉆進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)，確定了電機(jī)的選型、空氣缸選型、傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)模數(shù)等，大致對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案性質(zhì)的定型，將在下章具體對(duì)每個(gè)關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和三維仿真。
第四章關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)及仿真建模
根據(jù)上章的一些選型及參數(shù)的確定，我們對(duì)三排鉆有了大致的方案及外觀的設(shè)計(jì)，在本章將根據(jù)上章內(nèi)容對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行建模。下述的所有結(jié)構(gòu)在建模的時(shí)候均暫時(shí)不考慮公差，所有的公差配合按照軸孔配合關(guān)系選取合適個(gè)間隙或者過贏量。
4.1電機(jī)模型建立
主軸電機(jī)為成品參考上章選型，根據(jù)市場上產(chǎn)品外形進(jìn)行建模不管內(nèi)部的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)
1、 主軸電機(jī)的輸出軸直徑為14mm，軸的長度為30mm上面帶寬5mm長25mm的鍵。
主軸電機(jī)
2進(jìn)位電機(jī)模型，主軸直徑為14mm，軸的長度為30mm上面帶寬5mm長25mm的鍵
4.2排頭箱設(shè)計(jì)
單個(gè)排頭箱有支架，導(dǎo)軌，電機(jī)、主軸軸承、排鉆蓋、軌道等構(gòu)成，下面分別對(duì)各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模，下述的結(jié)構(gòu)中水平排頭箱與豎直排頭箱結(jié)構(gòu)有所不同，將在一起進(jìn)行分析，但主軸、鉆夾頭等結(jié)構(gòu)一致
4.2.1主軸設(shè)計(jì)
1、主軸齒輪的設(shè)計(jì)
主軸齒輪根據(jù)上章參數(shù)計(jì)算的有齒數(shù)為16模數(shù)為2mm，壓力角度為20°，寬度為16mm，其軸孔直徑為14mm有寬5mm的鍵槽
主軸齒輪
2、 軸的設(shè)計(jì)
最中間的排鉆軸將固定齒輪，并上部安裝鉆頭夾（見后圖），中部固定主軸齒輪，同時(shí)上下部安裝軸承用以固定軸，最底下用以安裝聯(lián)軸器，與電機(jī)的軸相連。
其余的軸下部僅僅安裝齒輪，不連接聯(lián)軸器。具體設(shè)計(jì)見后續(xù)附圖，和設(shè)計(jì)圖紙
鉆頭夾 中間主軸 其余主軸
4.2.2軸承的選取
根據(jù)上節(jié)軸的設(shè)計(jì)選取GB-T292_AC-1994,71900，該軸承內(nèi)經(jīng)為10，外徑為22，寬6mm。
軸承模型
4.2.3導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
導(dǎo)軌用于整個(gè)排頭箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，設(shè)計(jì)成燕尾槽，設(shè)計(jì)螺紋孔用以安裝在排頭箱座板上，導(dǎo)軌的長度為400，開有螺紋孔為M16
4.2.4齒條的設(shè)計(jì)
根據(jù)上章參數(shù)設(shè)計(jì)齒條，齒條的模數(shù)為2mm長度為120mm厚度為20mm寬度為40mm（不算齒部分）
齒條模型
4.2.5排頭箱座板設(shè)計(jì)
根據(jù)上面各部分的設(shè)計(jì)，以及電機(jī)的規(guī)格，分別對(duì)水平和豎直的排頭箱座板進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足保證所有零部件的布置，兩座板僅僅寬度不同以及孤單難過齒條位置不一樣，其具體尺寸可見附帶圖紙。
豎直排頭箱座板
水平排頭箱座板
4.2.6電機(jī)固定板
電機(jī)固定板下部用以固定電機(jī)，并且其高度方向給聯(lián)軸器留出高度，上部連接排頭箱座板，下面是電機(jī)固定板
電機(jī)固定板
4.2.7排頭箱蓋板
排頭箱蓋板安裝在排頭箱座板上，上面用孔，可以通過鉆頭夾，下部有帶孔凸臺(tái)用以固定軸承，四周孔用以連接蓋板，下圖為豎直和水平排頭箱蓋板蓋板
豎直排頭箱蓋板
水平排頭箱蓋板
4.2.8電機(jī)托板
電機(jī)托板用以固定電機(jī)底部，水平的電機(jī)托班上總成有用以安裝導(dǎo)軌的連接板，模型如下
豎直電機(jī)托板
水平直電機(jī)托板
4.2.9排頭箱整體設(shè)計(jì)
根據(jù)上訴小結(jié)的內(nèi)容建立總成的裝配模型，并且用若干螺栓螺母等將上述設(shè)計(jì)的零部件組成整體模型。具體的結(jié)構(gòu)可參見附帶的圖紙。
經(jīng)過UG仿真計(jì)算排頭箱的重量為180KG，可知上章關(guān)于伺服電機(jī)選取是合理的，能夠提供足夠的力矩和合適的速度保證排頭箱的上下運(yùn)動(dòng)。
豎直排頭箱整體模型
水平排頭箱整體模型
4.3運(yùn)動(dòng)支架設(shè)計(jì)
三排鉆上有三個(gè)運(yùn)動(dòng)支架，其中一個(gè)簡單，僅僅為放置木板用，另外的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支架內(nèi)部安裝了豎直排頭箱，由伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌、本體支架、齒輪、軸承、木板支撐平臺(tái)等構(gòu)成，下面分別描述。
4.3.1齒輪
伺服電機(jī)上齒輪已經(jīng)與齒條配合的兩齒輪設(shè)計(jì)一致。齒數(shù)30模數(shù)為2mm，厚度為20mm，中間孔直徑為15mm鍵槽寬度為5mm。
齒輪模型
4.3.2傳動(dòng)軸
傳動(dòng)軸為細(xì)長敢兩端直徑分別為15mm的精加工面，與齒輪和軸承配合，精加工面與齒輪配合段有寬5mm長25mm的鍵槽，中間為10的毛加工面總長為2560，次設(shè)計(jì)有利于安裝
傳動(dòng)軸模型
4.3.3導(dǎo)軌
運(yùn)動(dòng)平臺(tái)有兩處導(dǎo)軌，一處與排頭箱上的導(dǎo)軌為公母配合關(guān)系，對(duì)排頭箱運(yùn)動(dòng)其導(dǎo)向，為燕尾槽長度為400mm。一處與本體支架配合，保證運(yùn)動(dòng)支架可以水平左右運(yùn)動(dòng)。該燕尾槽長度為200mm
導(dǎo)軌模型
4.3.4轉(zhuǎn)軸固定板
轉(zhuǎn)軸前部和后部均用固定板固定，前部的固定板同事可以安裝伺服電機(jī)，后端的固定板僅僅固定轉(zhuǎn)軸，固定板上臺(tái)階孔用以安裝軸承，固定板均焊接在本體上。
安裝伺服電機(jī)
安裝軸承
前端固定板
后端固定板
4.3.2框架設(shè)計(jì)
框架由槽鋼，扁鋼焊接而成底部焊接有導(dǎo)軌內(nèi)部安裝有導(dǎo)軌，模型如下，具體結(jié)構(gòu)可見圖紙。
4.4壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
壓緊機(jī)構(gòu)有上部壓緊臂，空氣缸，壓緊頭夾緊塊等構(gòu)成，可以在頂部橫梁上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)木板的壓緊。
4.4.1空氣缸
根據(jù)上章內(nèi)容選取參數(shù)對(duì)空氣缸建模。如下
空氣缸模型
4.4.2壓緊頭
壓緊頭安裝在空氣缸下部，直接壓緊木板，下圖為模型
壓緊頭模型
4.4.2上部壓緊臂
上部壓緊臂為鋼板拼焊而成上部法蘭上安裝兩夾緊塊用以固定上部壓緊臂在頂部橫梁上滑動(dòng)，下部可以安裝兩個(gè)空氣缸。模型如下長1200寬100高100mm。
4.4.5夾緊塊設(shè)計(jì)
夾緊塊用螺栓安裝在上部壓緊臂上，保證整個(gè)壓緊機(jī)構(gòu)在頂部橫梁上滑動(dòng)。模型如下
夾緊塊模型
4.4.6壓緊機(jī)構(gòu)總成
將上述設(shè)計(jì)的零部件，進(jìn)行裝配用螺栓連接。得到如下模型，具體詳細(xì)結(jié)構(gòu)可見圖紙。
壓緊機(jī)構(gòu)總成模型
4.5支架底座設(shè)計(jì)
根據(jù)前述的所有零部件機(jī)構(gòu)的尺寸，及布置關(guān)系設(shè)計(jì)出整個(gè)支架底座系統(tǒng)，該系統(tǒng)有頂部橫梁、導(dǎo)軌、標(biāo)尺等等構(gòu)成。并且滿足最開始的要求尺寸規(guī)格2600×2835×1640mm。設(shè)計(jì)出來的支架強(qiáng)度非常大，同時(shí)可以保證所有機(jī)構(gòu)的合理布置。整體框架由200X75和100X45的各種角鋼焊接而成，其余的零部件通過螺栓連接或焊接在上上面
4.6三排鉆總體建模
前述各節(jié)對(duì)三排鉆上處控制系統(tǒng)外所有的重要機(jī)械部分均進(jìn)行了方針設(shè)計(jì)和建模，在本節(jié)完成，所有機(jī)構(gòu)的裝配建模。
三排鉆總體模型
4.7鉆頭受力分析與電機(jī)功率核算
木工轉(zhuǎn)頭為麻花鉆，麻花鉆又夾持部分和工作部分組成，工作部分又分為切削部分和導(dǎo)向部分。切削部分負(fù)責(zé)材料的切削導(dǎo)向部分在鉆孔時(shí)起引導(dǎo)鉆頭方向和修光孔壁的作用，同時(shí)還是切削部分的備磨部分。
設(shè)鉆頭直徑為d，設(shè)麻花鉆的鉆心直徑為d0一般取為(0.125~0.15)d，設(shè)螺旋角ω，根據(jù)之前設(shè)計(jì)的要求鉆頭轉(zhuǎn)速為2800rpm，進(jìn)給速度為0.02m/s，考慮加工的最大孔為20mm，木與鐵的摩擦系數(shù)為?0.30-0.50?，本文選取0.5進(jìn)行計(jì)算
有，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頂角116°～118°，本文選取118°進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的y=120°～130°，準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角=18°～30°。
鉆削背吃刀量（mm） ，將d=20mm帶入有ap=10mm
每刃進(jìn)給量（mm／z），進(jìn)給量f為進(jìn)給速度除轉(zhuǎn)速有f=0.4mm
鉆削速度（m／min）將選取的轉(zhuǎn)速2800RPM/min帶入有2.9m/s
切削層參數(shù)
鉆削厚度（mm） 帶入計(jì)算有=0.34mm
鉆削寬度（mm） 帶入計(jì)算有bD=11.5mm
公稱橫截面積／ 齒（mm2） ，有AD=2mm2
材料切除率(mm3 ／min) ，帶入有Q=2900mm3
鉆頭每一切削刃都產(chǎn)生切削力，包括切向力（主切削力）、背向力（徑向力）和進(jìn)給力（軸向力）。當(dāng)左右切削刃對(duì)稱時(shí)，背向力抵消，最終構(gòu)成對(duì)鉆頭影響的是進(jìn)給力Ff 與切削轉(zhuǎn)矩Mc。（D單位為mm）
Ff=309*D*f0.8*(Kp)
M=0.21*D2*f0.8*(Kp)
Kp為修正系數(shù)查表有Kp=0.1
計(jì)算得到Ff=296.9N M=1N*m
功率P=T*n/9550=0.29KW
對(duì)比上述選擇的電機(jī)1.5KW,發(fā)現(xiàn)主軸上驅(qū)動(dòng)電機(jī)符合要求
進(jìn)給電機(jī)，進(jìn)給速度為0.02m/s，進(jìn)給時(shí)候三個(gè)鉆頭總共的向下力為296*3=888，排頭箱自重180KG，向下的力
F總=3* Ff+Mg=2652
P=F總*v=53W
根據(jù)上章的效率計(jì)算得到進(jìn)給用的伺服電機(jī)功率選取200W完全符合需求。
第五章結(jié)論
結(jié)論
論文是以板式家具板件上的孔以及三排鉆為研究對(duì)象，分析了三排鉆的結(jié)構(gòu)組成和原理，設(shè)計(jì)出了一款實(shí)用的三排鉆，并對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行了三圍仿真和建模。對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的選型及參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。
在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我對(duì)電機(jī)的選型、機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理、空氣動(dòng)力等方面，及二維制圖能力和三維方針能力得到了很大的提升，了解到了產(chǎn)品的原理及設(shè)計(jì)的思路及過程。初步確定方案、畫簡圖、定參數(shù)、選設(shè)備、理論計(jì)算、優(yōu)化并修改最初方案、具體建模、最后裝配并不斷優(yōu)化、重新進(jìn)行理論計(jì)算和強(qiáng)度分析
三排鉆能有效的提高現(xiàn)代家具行業(yè)木工開孔的效率，節(jié)約成本和時(shí)間，同時(shí)三排鉆的設(shè)計(jì)符合32mm系統(tǒng)，能夠使家具的開孔符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)開孔位置有特定的要求，保證了開孔位置的精度。
致謝
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，指導(dǎo)老師給出了相當(dāng)多的意見，并對(duì)整個(gè)方案的設(shè)計(jì)提出了很多關(guān)鍵性的指導(dǎo)，在此過程中，本人學(xué)會(huì)了使用三維軟件，并了解到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程，對(duì)種子丸化的現(xiàn)狀、意義、及設(shè)備的結(jié)構(gòu)等有了深刻的理解，本人能力得到了較大的提升，在此致謝，同時(shí)對(duì)其余在此過程中給予幫幫的人員致以誠摯的謝意
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