毕业设计（论文）-往复式裁板锯结构设计

哈尔滨远东理工学院学士学位论文往复式裁板锯结构设计姓名分院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二0一七年五月二十日哈尔滨远东理工学院毕业设计任务书学生姓名分院机电工程学院专业、班级13级机械01班指导教师姓名职称副教授从事专业机械工程是否外聘是否题目名称往复式裁板锯结构设计一、设计目的、意义设计目的目前我国木工机械处在发展阶段，各种民营企业在迅速发展起来，他们迫切要求一种既可以满足一定精度，又操作方便，而且经济实惠的裁板锯。国外的大公司生产的机械价格昂贵，而国内的机器精度不高。因此本设计在这个背景下提出来的。通过本设计，培养学生对所学机械专业知识的综合运用，对机械结构的设计、参数设计和绘制计算机图纸的能力，检验所学习专业知识的综合利用能力，为今后工作打好基础。设计意义本设计的内容包括主运动部分、进给运动部分和定位部分。主运动部分是靠在一对直线导轨上行走的锯架小车来实现的，由于小车的设计使得锯片的精度有很大提高；进给运动靠钢丝带动小车在导轨上往复运动；定位部分是通过单片机控制和挡块相连的丝杠上的步进电机来实现，它使得工人在操作时更加方便。二、设计内容、技术要求设计内容主要结构设计计算，根据各个受力的计算，设计一种对板材进行锯切的往复式裁板锯。它包括机身、主锯、划线锯、定位滚珠丝杠、主锯电机、划线锯电机、步进电机、锯架小车和升降锯架板等总体结构和传动系统的设计，使其达到预期的设计要求和工作要求，并进行创新，提高设备的应用范围，在满足要求的情况下节约成本。技术要求最大主轴转速4700R/MIN；最大加工长度2500MM；最大加工厚度60MM；主锯片直径300MM；划线锯片直径120MM；主锯片转速4700R/MIN；划线锯片转速6100R/MIN；进给速度12M/S。三、设计完成后应提交的成果1说明书内容应完整、准确，层次分明，数据可靠，文字简练，分析透彻，推理严谨，立论正确；论文采用的术语、符号、代号全文必须统一，并符合论文正文的撰写规范要求；1中英文摘要，要求按照摘要四要素（目的、方法、结果、结论）撰写；2总体结构的确定；3主要零部件的设计计算；2图纸合计零号图3张左右。四、设计进度安排2016年11月07日11月27日师生互选后，指导老师下达任务，学生收集资料，撰写并提交开题报告，列出论文大纲；2016年11月28日12月16日制定、论证可行方案，进行总体结构设计；2017年02月27日03月31日进行零部件结构设计，撰写论文初稿，迎接期中检查；2017年04月01日04月16日审核图纸并完成设计说明书二稿；2017年04月17日05月12日确定终稿，按规范对图纸和设计说明书输出和装订，准备论文答辩。五、主要参考资料1刘军，盛冬发理论力学M北京大学出版社，2013年9月2戴宏亮材料力学M湖南大学出版社，2014年2月3周海机械设计课程设计S西安电子科技大学出版社，2016年5月4林明，卜昭海液压与气压传动M哈尔滨工业大学出版社，2016年8月5成大先机械设计手册M化学工业出版社，2016年4月6吴宗泽，高志机械设计课程设计手册S高等教育出版社，2012年5月7丘宣怀机械设计M高等教育出版社，2015年9月8郭爱莲新编机械工程技术手册S经济日报出版社，2014年12月9马岩我国木工机械行业厉兵秣马J林业机械与木工设备，2015年第2期10刘小年机械设计制图简明手册M机械工业出版社，2015年3月11BERNARDPENZASIMULATEDANNEALINGMETHODBASEDONACLUSTERINGAPPROACHTODETERMINEBILLSOFMATERIALSFORALARGEPRODUCTFAMILYINTJPRODUCTIONECONOMICS117，2012六、备注指导教师签字年月日教研室主任签字年月日哈尔滨远东理工学院学士学位论文I摘要裁板锯是专门用于板材下料的木工机械，主要用于裁截胶合板、纤维板、刨花板、贴面板、层积板和塑料板等，是板式家具生产线的重要设备。本论文设计了一种对板材进行锯切的往复式裁板锯。它包括机身、主锯、划线锯、定位滚珠丝杠、主锯电机、划线锯电机、步进电机、锯架小车和升降锯架板。其中主锯、划线锯、主锯电机和划线锯电机设在升降锯架板上；机身的大梁上设有两条圆柱导轨；锯架小车轮支座上设有四个滚轮，机身上还装有钢丝绳；在机床一端设有牵引电机、减速器和一卷筒；锯架小车上设有四个滚轮与圆柱导轨相配，锯架小车与锯架升降板通过锯架轴联结；所述锯架小车上还设有气缸，实现锯架升降板的升降。本论文设计的裁板锯结构简单合理，经济实用、操作方便、运动精密、平稳、灵活、轻巧、耐用，不会因木糠、灰尘的积垢阻塞而影响工作，有足够的刚性满足工作范围的需要。关键词往复式裁板锯；定位丝杠；小车；导轨；气缸哈尔滨远东理工学院学士学位论文IIABSTRACTPANELSAWISATYPEOFWOODWORKINGMACHINERYTHATMAINLYUSEDFORPLATECUTTINGANDITMAINLYUSEDFORCUTTINGPLYWOOD,FIBREBOARD,PARTICLEBOARD,OVERLAYINGBOARD,LAMINATEDBOARDANDPLASTICBOARD,ANDITISANIMPORTANTEQUIPMENTOFTHEPANELFURNITUREPRODUCTIONLINETHEPAPERTALKSABOUTASORTOFPANELSAWTOSAWPANELWOOD,ANDTHEPANELSAWCONSISTSOFMAINSAW,SECONDSAW,POSITIONINGBALLSCREW,MAINMOTOR,SECONDMOTOR,STEPMOTOR,ASAWWAGONANDALIFTINGSAWSUPPORTINGBOARD,ETCTHEMAINSAW,SECONDSAW,MAINMOTOR,SECONDMOTORAREFIXEDONTHELIFTINGSAWSUPPORTINGBOARDTHEREARETWOCYLINDERGUIDEWAYSONTHEBEAMTHESAWWAGONISFIXEDWITH4ROLLINGWHEELSTHEREISASTEELWIREROPEINTHEMACHINETHEREARETRACTIONMOTOR,GEARREDUCERANDDRUMONTHEMACHINETHEREAREFOURROLLINGWHEELONTHEWAGONWHICHISCAMPATABLEWITHCOLUMNGUIDEWAYSANDTHESAWWAGONISCONNECTEDWITHLIFTINGSAWSUPPORTINGBOARDTHROUGHSAWSUPPORTINGSHAFTTHEREISACYLINDERONTHESAWWAGON,WHICHREALIZETHEUPANDDOWNMOVINGOFLIFTINGSAWSUPPORINGBOARDTHEPANELSAWHAVEMANYMERITSSUCHASSIMPLEANDREASONABLEINSTRUCTURE,ECONOMICALANDPRACTICAL,BEHANDLEDEASILY,HIGHPRECISION,STABLE,QUICK,ANDDURABLETHEMACHINERUNSSMOOTHLY,ANDITCANTAFFECTEDBYSAWDUSTANDDUSTYTHEMACHINESRIGIDITYSATISFIESTHENEEDSOFWORKINGSCOPEKEYWORDSRECIPROCATINGPANELSAWLOCATINGSCREWWAGONGUIDEWAYSCYLINDER哈尔滨远东理工学院学士学位论文III目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111国内外裁板锯发展的概况1111裁板锯用途1112裁板锯分类1113各类裁板锯的性能特点1114我国裁板锯发展概况7115国外裁板锯发展概况812本次设计的目的和设计思想813本章小结8第2章总体方案的设计821往复式裁板锯的主要技术参数922整体设计923切削进给机构比较与选择1024定位系统选型1025进给系统的选型1026本章小结11第3章主运动部分的设计与较合1231动力部分的设计12311主锯电动机的选择12312划线电动机的选择15313进给部分电动机的选择1532带轮的设计与计算16321主锯带轮的设计与计算16哈尔滨远东理工学院学士学位论文IV322划线锯带轮的设计与计算2033锯轴的设计与校核23331主锯轴的设计与校核23332划线锯轴的设计与校核2834轴承的选择与校核29341主锯轴承的选择与校核29342划线锯轴承的选择与校核30343其他轴承的选择与校核3135本章小结31第4章切削机构的设计3241切削机构的结构3242切削进给机构工作过程3243本章小结32第5章定位系统的设计3351丝杠定位系统的工作过程3352机床设计时对丝杠的要求及丝杠选择参数计算3453本章小结36第6章进给系统的设计3761进给系统的结构设计3762皮带长度的计算37621第一级皮带的带长计算38622第二级皮带的带长计算3963进给速度的计算3964本章小结39第7章气动系统4071气动系统结构与原理4072气动系统元件的选择40哈尔滨远东理工学院学士学位论文V73本章小结41结论42致谢43参考文献44哈尔滨远东理工学院学士学位论文1第1章绪论11国内外裁板锯发展的概况111裁板锯用途精密裁板锯的主要结构特点是使用两个锯片，即主锯片和划线锯片。当进行切削加工时，划线锯提前进行锯切，在被加工板件的底面先锯划出深度为12MM、宽度比主锯片厚0102MM的沟槽，以保证主锯片切削时锯口边缘不会撕裂，从而获得良好的锯切质量。划线锯片直径较小，通常为120MM左右，由单独的电机驱动。其锯片转速一般在9000R/MIN以上，切削速度一般为5660M/S。要求划线锯片与主锯片对齐在同一个垂直平面内。主锯片的直径般为300400MM，由主电机通过三角带传动。根据主锯片直径和加工板件材种的不同，主锯片可利用塔轮进行变速，塔轮变速结构简单，属恒功率输出，比较符合木材加工的实际需要。主电机的功率一般为49KW。112裁板锯分类精密裁板锯由主机锯台、铝质成型工作台导轨本体、移动支臂、活动定规靠尺、辅助工作台及电气控制箱等组成，有的还配有立铣装置的压料装置。精密裁板锯有卧式和立式两种，卧式裁板锯又分为手推式精密裁板锯和往复式精密裁板锯两种，手推式精密裁极锯一般不可调节裁切角度，用手从机台尾端推动工作台带动板材向前移动裁切。可调角度的精密裁板锯有90、45两种，通过主机锯台的移动角度实现裁切角度。往复式精密裁板锯带有自动压料装置和辅助送料支架，由电动控制主机锯台往复运动完成裁切。立式裁板锯其机械垂直竖立，主机锯台由卧式的左右或前后移动改为上下移动，可以减少机器占用工作场地的面积，但对厂房高度有一定要求。113各类裁板锯的性能特点1立式木工裁板锯锯片下置立式木工锯板机如图11木工裁板锯（或称推台锯）可用于各种人造板如贴面刨花板、纤维板、胶合板及实木板、塑料板、铝合金等多种材料的纵剖横切，广泛应用与板式家具行业以及车船制造等木材加工行业,属于木工机械当中的通用设备,市场需求量相对巨大随着人造板在板式家具制造业、建筑装修业等行业的大量应用，传统的通用圆锯机无论是加工精度，还是生产效率等都已经不能满足其加工工艺的需要。因此，各式专门用于板材开料的圆锯机木工裁板锯获得了迅速的发展。从生产率较低的手工进给或机械进给的中小型裁板锯，到生产率和自动化程度都很高的带有数字程序控制器或微机优化哈尔滨远东理工学院学士学位论文2并配以自动装卸料机构的各种大型组合纵横锯板系统，都在家具制造、建筑装修、车船制造等行业得到大量应用。1机架1为钢架结构，能保证机床的稳定性。滑动导轨4、工作台15、压紧架11、托料架27等均固定在机架上。2切削机构主要由主电机17、皮带传动16、锯片22、锯片升降气缸5、锯片平行度调节机构19，以及防护罩21等组成，它们全部装在锯座溜板6上。而该溜板与机架上的导轨4相结合，在进给链条9的拖动下可作往复运动。切削机的工作原理如图12所示。主运动由电机4经三角皮带5升速，使锯片6获得4000R/MIN的转速，其切削速度达74M/S。较高的切削速度能保证锯切表面光洁平整。锯切时气缸2的无杆腔进气，活塞杆外伸，推动曲柄9绕F点摆动，曲肘8使锯架3相对于锯座A床身B进给机构C切削机构D工作台E压紧机构F定位机构G操作机构H电器箱1机架2平衡块3上限位块4滑动钢轨5锯片升降汽缸6锯座溜板7轴台8拉紧螺栓9进给链条10下限位开关11压紧架12压板13压紧汽缸14操作板15工作台16三角带17主电机18锯架19锯片调节机构20锯轴轴承座21防护罩22圆锯片23旋转党板刻度尺24旋转挡板25垂直党板26垂直挡板刻度尺27托料架28托料架调节螺栓29出屑口30脚踏开关31驱动链调节螺栓32驱动链33减速器34皮带传34皮带传动35进给电动机36气动三大件图11锯片下置式木工裁板锯外观图哈尔滨远东理工学院学士学位论文3溜板1绕B点右摆抬起，使锯片切削圆超出工作台及工件，即可对工件进行锯切；反之，空程返回时，缸2活塞杆腔进气，锯架下落，锯片降至工作台面以下，可确保安全。3工作台15固定在机架上，其下部有托料架27作为放置工件的水平基准面，由螺栓28调整其水平。工作台上设有垂直挡板25和旋转挡板24，作为工件的另一个定位基准面，根据所需板件尺寸其位置可以进行调节，井可分别由标尺23、26表明。4压紧装置主要由压紧架11、压板12和压紧气缸13等组成。换向阀操纵压紧气缸动作可使压板向下压紧或向上松开工件，该装置相当于一个平行四边形机构，能保证压板同时压紧整个工件；电气系统还保证压紧工件在先，锯切运动在后的顺序，以确保安全。5进给运动由电机35经皮带传动34、减速器33、驱动链条32、带动进给链条9，拖动切削机构的锯座溜板6实现，减速器带有变速机构，可按加工件材质及锯切厚度在1014MMIN范围内无级调节，以选择最佳的进给速度。返程运动由进给电机反转获得。行程开关3和10起上、下限位作用。L锯座溜板2锯片升降气缸3锯架4主电机5皮带传动6锯片7锯片调节螺栓8曲肘9曲柄10划切加工用垫圈图12锯片下置立式锯板机切削机构原理图2移动工作台试木工裁板锯精密裁板锯的主机部分包括床身、工作台、纵剖横截导板、主锯、划线锯、传动等部件。结构和工作原理同普通圆锯机大同小异，并且可以单独作为普通圆锯机使用图13所示是这类裁板锯的典型布局。机床主要由床身1、固定工作台4、移动工作台7、9、切削机构氏导向装置3、8、防护和吸尘装置5等组成。推台锯的构成1机架2主锯部分3槽锯部分4横向导向挡板5固定工作台6滑动推台7斜锯导板8托架9斜锯角度显示装置10侧向导向挡板。精密裁板锯的主要结构特点是使用两个锯片，即主锯片和划线锯片。当进行切削加工时，划线锯提前进行锯切，在被加工板件的底面先锯划出深度为12MM、宽度比主锯片厚0102MM的沟槽，以保证主锯片切削时锯口边缘不会撕裂，从而获得良好的锯切哈尔滨远东理工学院学士学位论文4质量。划线锯片直径较小，通常为120MM左右，由单独的电机驱动。其锯片转速一般在9000R/MIN以上，切削速度一般为5660M/S。要求划线锯片与主锯片对齐在同一个垂直平面内。主锯片的直径定位丝杠夹紧缸动作由阀14控制。10为压力继电器，保证只有当气压达到规定数值时，机床主电机才能启动38。72气动系统元件的选择哈尔滨远东理工学院学士学位论文43气动夹紧装置在木工机床上应用较广，动力源是压缩空气，一般由集中的压缩空气站或空气动力泵供应。经管路损失后，通到夹紧装置中的压缩空气压力在0406MPA。气动夹紧装置的夹紧力基本稳定，夹紧动作迅速，时间短。当压力为05MPA时，其流速可达180，每小时可连续松夹2500次，这样有利于缩短时间，从而显著提高生产率。所使用的四个气缸均属于双作用气缸，由于防止损害工件和机器，气缸均属于可调缓冲气缸，这种气缸设有缓冲装置，使活塞接近行程终点时减速，且减速值可根据需要调整。1压紧气缸选择由于工件的最大加工厚度为60MM,气缸的行程大于60MM即可，从整体布局和压板的位置选择行程为250MM,由此此气缸处于倒置状态，所以采用的安装形式为前法兰式，气缸内径为63MM，由表71可得工作推力为1246N,而切削力只有6316N,人造板的摩擦系数一般大于01，所以完全符合要求。其气缸型号为QGB63250MF1。2锯架升降气缸的选择由于工件的最大加工厚度为60MM,气缸的行程大于60MM即可，此气缸的作用是使锯架能完成旋转的运动，使锯片上升切削工件，所以其采用的形式为尾部轴销式，即气缸缸体可绕轴转动。其气缸型号为QGB80200MP4。3定位丝杠夹紧气缸的选择由于此处只需要加紧即可，按照定位块的宽度考虑，由表71选择内径为40MM,行程为100MM即可。此处气缸应竖直固定在定位块上，所以采用轴向耳座固定式。QGB40100MSI。表71QGB型可调缓冲气缸型号气缸内径（MM）3240506380100125160推力32250278512462010314049068038工作压力N拉力27642258910501688281944047253行程范围50L50050L60060L60060L80080L120080L1200100L3000120L300073本章小结本章主要介绍了往复式裁板锯的气动系统原理，在气缸的选择上采用了木工机械常用的可调缓冲式气缸，这样在压紧工件时能起到不损害工件的作用。之所以木工机械常选择用气压传动，是因为空气随处可取，而且空气的粘度小，即使有泄露，也不会像液哈尔滨远东理工学院学士学位论文44压油一样污染环境，这对木工机床有很好的保护作用。同时气压传动反应快，维护简单。哈尔滨远东理工学院学士学位论文45结论随着近百年社会的工业化进展，锯的发展也是与日巨变。以机械为动力的高效率锯代替了人力为驱动力的锯，不论是加工精度还是加工速度都比以前有了突飞猛进的进展，数字控制技术的成熟也为木锯的发展铺平了道路，复杂的曲线的锯切现在已不再是难事。而在所有的用于裁板的锯中往复式裁板锯是效率相当高的，同时容易操作，锯切精度能够达到要求，使它的市场需求量相当大。根据目前的情况，我国急需这种木工锯机。可是国外的锯精度高，价格也相应的高，而我国目前是以各种民营企业为主要的需求对象，实力不可能与国外的大的家具生产厂家相比，当然，国外生产的锯也不适合我国的实际现状。我国目前生产的这种类型的锯精度不够高，有的操作起来也不够方便。分析我国的现在需求现状是，各个民营企业迫切需要一种有一定的加工精度，同时操作起来比较方便，有一定的数控功能，同时价格有不能太高。本设计就是在满足目前需求现状的前提下提出并设计的。锯架用小车支撑，在两个圆柱导轨上进给，使锯切的直线度大幅度提高，同时副锯和主锯相向转动使得划线的效果好于以往同相转动。板料的定位机构采用单片机控制步进电机来确定距离，在锯切很小时可以加上延长定位板，用户只要在操控板上输入要加工的长度，步进电机就会自动定位到需要的位置，十分方便，同时结构也简单，精度上能达到要求。安全防护装置采用琴键式防护片，和安全挡杆结构，切实保证了操作人员的安全。整机是仿照新马氏木工机械有限公司生产的MJ6225来造型的，同时参考专利ZL022717781的导轨设计方案，使设计和制造成本控制的很低，做到了制造用户使得起的产品。在进给运动方面由于采用行程开关控制锯架的往返运动，没能采用单片机和位置传感器的结构来实时检测锯切是否完成控制锯架的往返，而使得加工效率有所降低。哈尔滨远东理工学院学士学位论文46致谢本学位论文是在导师孙美娜老师的精心指导下完成的，值此论文完成之际，首先向导师致以深深的感谢和崇高的敬意。没有她的及时督促和悉心指导论文不可能顺利完成。毕业设计以来孙老师对我们及时指导，适时给我们指出错误，使我们的毕业设计能够按时完成，这使许多同学羡慕不己。在近四年的学习中，机电系所有老师严谨治学的学术作风、渊深广博的知识和为人师表的风范给我留下了深刻的印象，并使我终身受益。作者在论文工作中所取得的每一点进步，无不凝聚着各位恩师的心血和汗水。非常感谢与我在一起学习的各位同学，大学四年来同学们给我了莫大的帮助，没有大家