胶合板自动四边锯-纵剪装置

目录内容摘要 1关键词 1Abstract 1Keywords 11引言 22设计要求 22.1纵剪装置的设计参数 32.2胶合板自动四边锯的总体布局 33胶合板自动四边锯纵剪装置的结构分析与设计 43.1纵剪装置的工作分析和工艺流程 53.2胶合板自动四边锯纵剪装置的结构分析 54胶合板自动四边锯-纵剪装置的部件设计 64.1纵剪装置机架的分析和设计 64.2导向滚筒的结构分析与设计 74.3纵剪装置前后夹送滚筒的分析与设计 84.4电锯轴的结构分析及设计计算 105纵剪装置部分部件的校核计算 135.1机架载荷的校核 135.2电锯轴上支承的校核 135.3临界转速的验算 146结束语 15致谢 16参考文献 17附录 18内容摘要：木工设备自动四边锯直接运用于生产工艺过程，是家具生产作业线上的主题设备组成部分。自动四边锯以轻便、构造紧凑、作业范围以点以及线为主、体积小、维修方便、经久耐用等特点而被广泛应用。现在市场多上以手动锯、四边锯为主，而自动四边锯比较少,为此研究开发新型的自动四边锯，从而提高运转速度和生产能力，以此来提高自动化水平，制造方便可靠、新型、高效能的自动木工设备满足市场的需要。此项技术，目前在河北属于空白，所以是很有应用前景。关键词：四边锯自动木工机械Abstract：Woodworkingautomaticquadrilateralsawdirectlyapplicableproductionprocess,itisthefurnitureproductionlinesinequipmentcomponent.Automaticquadrilateralsawwithdeft,structurecompact,workscopeandgiveprioritytopointline,smallvolume,convenientmaintenance,durabilityandcharacteristicsandwidelyused.Nowonthemarketmorewiththemanualsaw,sawfourprimarily,buttobeautomaticquadrilateralsawisless,sodevelopmentofnewautomaticquadrilateralsaws,soastoimprovetheoperationspeedandproductioncapacity,inordertoimprovethelevelofautomation,convenientandreliablemanufacturing,highefficiency,thenewautomaticwoodworkingequipmenttomeettheneedsofthemarket.Thistechnology,nowinhenanisblank,soitisverypromising.Keywords:Four-sidedsawautomaticwoodworkingmachinery1引言木工锯床广泛应用于各种木材的切断，切边，切平面等作业中，可以减轻劳动强度，提高生产效率，在家具工厂生产部门中得到应用。作为木工机械中轻便灵活的自动四边锯作业范围是有线、面为主、构造紧凑、体积小、维修方便、经久耐用等特点。随着我国制造行业的崛起，不同电锯设备应用越来越广。目前电锯设备较多，如带锯机、圆锯机、框锯机、线锯机等，但结构体积庞大，一次性投资与运行成本较高，就是不能良好的满足生产现场的要求，急需技术经济性能价格良好的自动锯设备，自动四边锯在此方面具有优势，但目前四边锯多以半自动为主，全自动的四边锯极少，特别是专用胶合板自动四边锯。作为木工基地的新乡，研究开发自动四边锯，是很有前景的。目前，国内外四边锯产品在构造特征、性能配置等方面仍存在一定差异，通过对国内外该类产品的比较，明示了其差异情况。国外木机的技术交流和销售代理活跃。国内的木工机械生产企业已经走出了国门，他们在引进国外先进的加工、安装和调试技术的同时，更要引进国外先进的宣传、销售和良好的售后等策略；引进我国个别设备需要的关键技术；引进数控平台和硬件配套技术；引进国外木工设备的降噪技术、环保技术；引进填补国内木工和人造板机械空白的技术。向智能化、集成化合信息化发展。向成套化、系统化、综合化和规模化发展。向模块化、组合化、系列化和通用化发展。向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。所以，胶合板自动四边锯的开发研究对于我国的木工家具行业还是很有实际意义的。而这个设计题目不但可以使我们和社会科技环境接轨。虽然我们的水平有限，但是可以借此更加全面的了解木工器械的性能和工作环境，为将来的家具行业的工作做一个铺垫。同时可以把以前学过的知识巩固一下，把以往不太注意的基础知识更加熟悉起来，为以后的工作打下坚实的基础。所以，在设计中，我们应该采用新理论、新方法、新技术和新手段来提高我们的的设计质量。2设计要求胶合板自动四边锯工作流程的简要框图如图1所示。后液压升降装置撗剪装置后送料装置纵剪装置前送料装置前液压升降装置后液压升降装置撗剪装置后送料装置纵剪装置前送料装置前液压升降装置图1工作流程简图本设计主要是纵剪装置的设计，纵剪装置是胶合板自动四边锯用来确定胶合板的宽度。胶合板由前送料装置传送过来，进入纵剪电锯，纵剪电锯有两个锯片同时对胶合板的两边加工，得到一块合格的胶合板。2.1纵剪装置的设计参数本设计的胶合板自动四边锯—纵剪装置的结构设计的机械系统是根据现有普通电锯的应用情况提出要求如下：(1)胶合板自动四边锯纵剪有两个电锯，锯床最大高度为1.5m；(2)通过设计纵剪装置将锯下的胶合板规范化、精细化；(3)纵剪后的胶合板规格到达市场常用规格：1220*2440（mm）。（4）在机械方面完成胶合板自动四边锯-纵剪装置装置的设计，根据实际工作情况，要注意载荷。（5）选择材料。（6）进行载荷的校验。2.2胶合板自动四边锯的总体布局胶合板自动四边锯由前液压升降装置，前给料台，纵剪装置，后给料台，横剪装置，后液压升降装置和锯末收集装置组成。胶合板四边锯产业必须逐步实现自动化生产，实现以下特点：（1）结构简单、紧凑、重量轻。（2）能自动化生产，工作安全、可靠。（3）在连续作业线上便于与其他设备实现集中控制、管理，剪切力、压板力参数调整及操作方便。毛坯胶合板规格的市场常用长宽规格：1300×2500（mm）胶合板的成品长宽很多规格，常用的长宽规格是1220×2440mm，而厚度规格一般有：3、5、9、12、15、18mm等，如表。厚度（mm)层数宽度（mm)长度（mm)12至少5层915183015至少7层1220183018915213512202440选择厚度为18mm。根据前面所选择的胶合板规格，将各部件的尺寸如图2所示。2550244012201300130025502440 6 1000 41000 5 32550130025501300 1 21300图2胶合板自动四边锯各部件尺寸示意图1—前液压升降装置2—前给料台3—纵剪4—后给料台5—横剪6—后液压升降装置3胶合板自动四边锯纵剪装置的结构分析与设计四边锯主要由驱动机构和运行机构组成。驱动机构包括电动机、链传动装置组成，它的运行机构为前后送夹辊。而胶合板自动四边锯是在四边锯的基础上加入了自动控制装置，实现了加工工艺的自动化。纵剪装置总体结构如图3所示。图3纵剪装置结构简图3.1纵剪装置的工作分析和工艺流程胶合板自动四边锯的纵剪装置的工作原理，首先把不规则的胶合板放在送料台上，由前液压升降装置将胶合板送往纵剪锯的滚筒中，然后由滚筒夹紧送往工作台进行纵剪工作，最后在由后液压升降装置将胶合板送往出料台，完成纵剪的工作。纵剪装置的工艺流程如图4所示。导向滚筒导向滚筒前夹送滚筒纵剪电锯后夹送滚筒图4纵剪装置工艺流程图3.2胶合板自动四边锯纵剪装置的结构分析胶合板自动四边锯-纵剪装置主要由前夹送滚筒、电锯、电机、后夹送滚筒等结构组成，胶合板经过前送料装置送至前夹送滚筒，在导向轮的牵引下送至纵剪电锯，并在此约束下稳定向前运动，完成切割，再由后夹送滚筒约束并送至后送料装置。前后夹送滚筒的目的主要是送料和保持其运动的稳定性两个作用。在此过程中，各部件协调工作，通过各个部件的不同作用来实现最终胶合板自动切割的目的。其纵剪装置结构示意图如图5所示。图5纵剪装置结构简图1机架2导向轮3前夹送滚筒4后夹送滚筒5纵剪电锯6电动机4胶合板自动四边锯-纵剪装置的部件设计纵剪装置是用来实现圆锯片的纵向切削的，是任何四边锯不可缺少的部分，因而也是四边锯最主要、也是最基本的机构。纵剪装置的安全状态的好坏将直接地关系到自动四边锯作业的安全，是防止电锯事故的关键。纵剪装置的机构主要包括:机架、导向滚筒、前后夹送滚筒和纵剪电锯两部分组成。4.1纵剪装置机架的分析和设计目前市场上常用的胶合板的规格是1220*2440㎜，依据允许的误差以及机架比胶合板大的原则，在胶合板的每边留40mm的余料，毛坯选为1300*2520mm，所以纵剪装置机架的结构示意图如图6所示。（见附录Ⅰ）基本尺寸定为：长：2550㎜宽度：1350㎜高度：1300㎜材料选为45号钢，因为45号钢是强度较高的一种中碳优质钢，淬透性差，一般以正火状态使用，机械性能要求较高时，采用调质处理。冷变形塑性中等，退火和正火的切削加工性比调质的好。用于制造强度要求较高的零件。图6机架示意图1滚筒架2机架3电动机平台纵剪装置机架部分主要由支撑架、滚轴、联轴器等结构组成，机架的尺寸以及刚度等特性决定了整个装置运行的平稳性及加工结果的准确性。机架式支承着整个纵剪装置的重量，所以机架是否能够承受整个设备及加工道具的重量是整个设备能否正常运行的基本保证，这里边包括滚筒的重量，机架自身的重量，夹送辊的重量，电机的重量，电锯的重量以及所涉及的多个部分的重量，所以在设计时保证机架所能承受的载荷在所承受实际载荷之上。4.2导向滚筒的结构分析与设计滚筒是带式输送机的重要部件，按在输送机中所起的作用滚筒可分为传动滚筒和改向滚筒两大类。改向滚筒包括用于输送机端部改向的改向滚筒、增加传动滚筒包角的增面滚筒和用于拉紧装置的拉紧滚筒。导向滚筒属于滚筒中的改向滚筒，没有什么特殊要求。一般地，传动滚筒的表面覆盖有橡胶或镶有陶瓷以增大滚筒与输送带间的摩擦系数。导向滚筒的典型结构如图7所示。（a）焊接结构滚筒（b）铸焊结构滚筒图7传动滚筒典型结构图导向滚筒主要用来对前送料装置输送过来的胶合板进行定向和定位，没有太高的精度要求，因为焊接结构的滚筒成本较低，稳定性能较好，所以本设计纵剪装置宜选用（a）方案的传动滚筒，焊接结构滚筒。4.3纵剪装置前后夹送滚筒的分析与设计夹送滚筒是用来将胶合板平稳的送到纵剪电锯平台的装置，因此夹送滚筒应该有很好的稳定性，夹送滚筒的表面应该有很高的表面粗超度。4.3.1夹送滚筒的设计夹送滚筒装置是中厚板生产线上关键设备之一,主要用于双边剪坯料的夹紧和输送。现有的夹送滚筒装置普遍存在跑偏现象,严重影响胶合板切边、定尺质量和产量的提高。本设计根据夹送滚筒的机械结构,推导出辊筒身微变形和压力之间的定量关系,依据夹送滚筒的设计和改造理论为依托。设计锥形中间套夹送滚筒机构,以消除传统中间筒套和轴径配合所产生的不同心造成的跑偏，采用柔性自适应夹送滚筒铰接机构,以适应来料变化,避免夹送滚筒输送胶合板跑偏现象的出现。根据整个纵剪机构的设计要求和查阅相关资料后将夹送滚筒的直径定为80mm,厚度取10mm,示意图如图8所示。图8夹送滚筒示意图4.3.2前后夹送滚筒材料的选择因为前后夹送滚筒送料为胶合板，没有什么特殊要求，HT200有较高的强度，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，因此夹送滚筒的材料选用HT200。4.3.3夹送滚筒两端轴承的选择（1）轻型孔径在50~100mm；轻型滚筒的结构是轴与轮毂之间采用过盈配合（或配单键），辐板与筒体焊接，其中轮毂与轴采用键连接的结构用于传动滚筒。（2）中型孔径在120~180mm；中型滚筒的结构是轴与轮毂用胀套连接，辐板与筒体焊接。（3）重型孔径在200~220mm；重型滚筒的结构是轴与轮毂采用胀套连接，这种结构的滚筒是筒体的一部分、辐板、轮毂铸成一体的接盘与筒体的另一部分焊接而成，也就是铸焊滚筒。因其送料为胶合板，没有什么特殊要求，因此选用轻型滚筒即可，轴承内孔径为70mm。选用型号为2314的球面调心滚子轴承。4.3.4送夹滚筒轴的功率传动滚筒轴功率(PA)按下式计算：（1）传动滚筒的最大扭矩(Mmax)按下式计算：(2)式中D——传动滚筒直径，D=80mm。根据送夹滚筒的输送轴功率，参照机械设计手册，选择的电动机型号为Y90L-2的三相异步电动机，额定功率为2.2kw，最大额定转矩为2.3kN/m。4.3.5主要阻力输送机的主要阻力FH是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生的阻力的总和。可由下式计算：(3)式中f——模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定；L——输送机长度(头尾滚筒中心距)，单位m；g——重力加速度，取g=9.8N/kg；qR0——承载分支托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m，用下式计算：=0.896kg/m(4)其中G1——承载分支每组托辊旋转部分质量，单位kg；a0——承载分支托辊间距，单位m；qRU——回程分支托辊组每米长度旋转部分质量，单位kg/m，用下式计算：(5)其中G2——回程分支每组托辊旋转部分质量，单位kg；au——回程分支托辊间距，单位m；qR——每米长度输送带质量单位kg/m；qG——每米长度输送物料质量，单位kg/m；(6)δ——输送机倾角，单位度。4.3.6滚筒的校核根据设计要求和经验，将滚筒的直径取为80mm，厚度取10mm,故有以下计算校核：kg根据整个纵剪机构的设计要求和查阅相关资料后将夹送棍的直径定为30mm,厚度取7mm,由此可得：每一根夹送棍的体积总共四根夹送棍，因此总重4.3.7前后夹送滚筒结构设计前后送夹滚筒结构简图如图9所示。（见附录Ⅱ）图9夹送滚筒结构简图4.4电锯轴的结构分析及设计计算目前木工机床的主轴设计一般是按经验确定尺寸，再进行刚度校核和临界转速验算，轴的尺寸一般较大，不合理。现利用一种综合方法针对自动四边锯床进行锯轴的设计。4.4.1载荷计算作用在锯轴上的载荷有扭矩，锯片所受的切向力和径向力皮带轮的压力。纵剪装置锯片为两片，锯片宽为3.5mm，锯片直径为205mm，锯路宽度为4.5mm，锯路高度为50mm，锯轴转速为4000r/min，板材进给速度为4-16m/min。常见工况为：锯路高度H=50mm，锯片数Z=2，进给速度V=10m/min，切削比功K=J/cm3。锯片的切削速度:V=3.14Dn/60=3.14×0.205×4000/60=43(m/s);（7）锯片所受的切向力：P=ZkbHU/60V=2×80×4.5×50×10/60/43=140(N);（8）锯轴上的扭矩：T=Pd/2=140×0.205/2=14.35(N•m)（9）锯轴电机的功率：N=Tω/1000/η=14.35×4000×2×3.14/60/1000/0.95=6.32(kW)锯片所受的径向力：Pr=mP，m为刀具变钝系数。锯齿中等锐利时，m取0.5，Pr=0.5×140=70（N）。锯片所受的合力：F1=(EQP2+Pr2)1/2=157(N)（10）对从动皮带轮，取D=140mm，圆周力Pt=6×107/3.14Dn=750(N)皮带轮的压力：F2=1.2Pt=900(N)（11）4.4.2锯轴轴径的设计锯轴设计成阶梯轴，前端安装锯套，有结构确定尺寸为Φ50mm，后端尺寸最小，以扭转强度来确定直径，按下列公式粗略计算：d=91（N/n[ψ]）1/4，（12）[ψ]为单位长度允许扭转的角度，这里取为0.5o，带入公式，d=29.5mm。经综合考虑，后端直径取为36mm，后径为40mm，前径为45mm，前端为50mm，整个锯轴当量直径为43mm。4.4.3跨距的计算以抗弯刚度来确定支撑之间的跨距，所设计的跨距应使锯轴前端中部的弯曲量在许可范围内。[y]取为跨距的万分之一。在进行皮带传动布置时，使皮带压力与锯片所受力成反方向布置。锯轴计算简图如图10所示。图中a，b由结构而定，取a=160mm，b=120mm。图10锯轴计算载荷简图两支撑的反力：R1=546+195360/l，R2=900+195360/l两支撑采用向心推力轴承，前支撑刚度K1=74632N/mm,后支撑刚度：K2=K1/1.4=53309N/mm。假定支撑为刚性，锯轴为弹性时，锯轴前端中部的弯曲量：y1=F1a2（l+a）/3EI-F2lab/3EI（13）I=0.05de4=0.05×0.0434,E=2.1×1011（14）y1=0.0208-3.074×10-5l（15）假定支撑为弹性、锯轴为刚性时，锯轴前端中部的弯曲量：y2=R1(l+a)/K1l+R2a/K2l=0.0073+6.49/l+1005.17/l按y=y1+y2=[y]=l/10000去求解跨距l，得l=392mm。4.4.4电锯轴的结构简图电锯主轴结构简图如图11所示。（见附录Ⅲ）图11纵剪电锯结构简图5纵剪装置部分部件的校核计算校核计算是每一个设计的必不可缺的部分，没有校核的设计就不是完美的设计，是经不起推敲的设计，这样的设计是没有什么意义的，下面是对此纵剪装置的部分校核计算。5.1机架载荷的校核机架式支承着整个纵剪装置的重量，所以机架是否能够承受整个设备及加工道具的重量是整个设备能否正常运行的基本保证，这里边包括滚筒的重量，机架自身的重量，夹送辊的重量，电机的重量，电锯的重量以及所涉及的多个部分的重量，所以在设计时保证机架所能承受的载荷在所承受实际载荷之上。由本设计前面部分所计算的部分知：机架设计所能承受载荷>木板重+机架重+夹送辊重+电机重+电锯重+滚筒重+其它部分重即木板重=所以所以根据设计要求将机架的承载能力设计为100kg,这样就可以保证整个机构运行时的安全与平稳5.2电锯轴上支承的校核为了提高传动轴临界转速、避免共振以及考虑整车总体布置上的需要，常将传动轴分段，有时为了提高传动系的弯曲刚度、改善传动系弯曲振动特性、减小噪声、也将传动轴分成两段。传动轴分段时，需加设中间支承。中间支承通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差以及车辆行驶过程中由于发动机窜动或车架等变形所引起的位移。日前广泛采用的橡胶弹性中间支承，其结构中采用单列滚珠轴承。橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪声。这种弹性中间支承不能传递轴向力，它主要承受传动轴不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。当这些周期性变化的作用力的频率等于弹性中间支承的固有频率时，便发生共振。图为摆臂式中间支承，摆臂机构能适应中间传动轴轴线在纵向平面的位置变化改善了轴承的受力状况，橡胶衬套能适应传动轴轴线在横向平面内少量的位置变化。中间支承的固有频率可按下式计算，（16）式中，为中间支承的固有频率(Hz)；为中间支承橡胶元件的径向刚度(N／mm)；m为中间支承的悬置质量(kg)，它等于传动轴落在中间支承上的一部分质量与中间支承轴承及其座所受质量之和。在设计中间支承时，应合理选择橡胶弹性元件的径向刚度，使固有额率对应的临界转速n＝60尽可能低于传动轴的常用转速范围，以免共振，保证隔振效果好。一般许用临界转速为1000—2000r／min，轿车取下限。当中间支承的固有频率依此数据确定时，由于传动轴不平衡引起的共振转速为1000—2000r／min，而由于万向节上的附加弯矩引起的共振转速为500—1000r／min。传动轴不平衡是传动系弯曲振动的一个激励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪声。万向节中十字轴的轴向窜动、传动轴滑动花键中的间隙、传动釉总成两端连接处的定心精度、高速回转时传动轴的弹性变形、传动轴上点焊平衡片时的热影响等因素，都能改变传动轴总成的不平衡度。提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度、缩短传动轴长度增加其弯曲刚度，都能降低传动轴的不平衡度。为了消除点焊平衡片的热影响，应在冷却后再进行动平衡检验。传动轴的不平衡度，对于轿车，在3000—6000r／min时应不大于25—35g·cm；对于货车，在1000—4000r／min时不大于50—100g·cm。另外，传动轴总成径向全跳动应不大于0.5—0.8mm。5.3临界转速的验算锯轴的振型主要是弯矩（扭矩的固有频率很高，不必考虑）。在锯轴为4000r/min时，它的实际频率为419rad/s。锯轴前端由于锯片偏心而产生的离心力所引起不弯振的固有频率：Ɯ1=（K/m）1/2,K=3EI/a2(l+a),m=7850×10×0.0035×3.14×0.10252=9.064,Ɯ1=917rad/s，同理，锯轴后端皮带轮处：Ɯ2=1100rad/s。实际频率远离固有频率20%以上，所以锯轴的临界转速验算合格。6结束语本次设计主要是针对胶合板自动四边锯加工系统的纵剪装置的设计，本设计以达到全自动生产为目标。这个自动化系统设备造价低，结构紧凑，占地面积小。先进的控制技术以PLC可编程控制器为主机的控制系统对升降，送料，加工，除尘等生产过程进行实时控制，功能齐全，稳定可靠，自动化程度高较。最重要的是进一步实现了胶合板自动四边锯的自动加工，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。由于本设计还处于设计阶段，没有进入生产阶段，可能在以后的生产中还会出现其他的没有考虑周全的问题，这在以后生产中遇到了需要具体问题具体解决，使胶合板自动四边锯的自动化程度更高。致谢在这次设计过程中，我综合运用了在大学期间所学的专业知识和生产实际知识，从而对这些知识有了进一步地理解和把握。同时我还掌握了机械传动及一般机械设计的基本方法与基本步骤，培养了自身独立思考问题、分析问题以及解决问题的能力。改进设计期间，通过与同组人员的交流讨论，使我更快地投入到设计中去，在技术上也少走了不少弯路。在老师的悉心指导以及同学们的热情帮助下，我的思路得到进一步的拓宽，不再局限于一种方案的选择，虽然