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毕业设计方案毕业设计方案题 目 液压夹紧卡轴箱旋切机设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自 0704 学 生 学 号 指导教师 二一 一年 四 月 十一 日 - 8 -济南大学学院 机械工程学院 专业 机械工程及自动化 学生 学号 设计题目 液压夹紧卡轴箱旋切机设计 一、选题背景与意义1. 国内外研究的现状随着世界经济的发展，特别是建筑、家庭装修、包装业的发展，整个世界对木材的需求量越来越大，而木材的生长速度远远赶不上这一发展的要求。与此同时，新材料、新工艺、新技术、新的设计设计与理论方法的不断出现，木材作为被广泛使用的材料，越来越受到人们的重视，而木工设备也随之不断的发展。木材是家具和建材行业不可或缺的材料，但现实告诉我们，由于先前人们对资源的浪费，全球的原木资源正处在匮乏的阶段。所以，合理利用有限的资源，走可持续发展的道路迫在眉睫。要实现资源的有效利用，就要提高我们的技术和设备，实现木材加工的高效生产、低能耗、节约生产成本等。近些年来，我国的木材设备虽然得到了高速发展，但是我们不得不面对现状：我国设备产品水品低、性能差、可靠性不高、不适应现代农林科技、家具业发展的需要；科技基础薄弱，自主开发能立差；私营小企业较多，仿制现象较严重，科技人员少，严重制约了木工企业的科技发展；企业装备陈旧，工艺落后，自动化程度低；产品设计只停留在以经验和模拟为主的传统设计，现代设计理论方法很少在设计中体现。而改变这一切的关键在于在木工设备中使用现代设计方法。减小木芯直径, 提高生产效率和单板质量一直是木单板加工行业追求的目标, 同时也是单板加工设备制造业努力的方向。在80年代初期, 芬兰、美国、意大利、加拿大、日本等国就开始了这方面的潜心研究, 并先后在美国考埃公司、意大利克里蒙娜公司、芬兰劳特公司、日本名南公司相继推出了适用于小径木旋切的新设备和新工艺。这些公司新采取的关键措施大致是: 改进旋切机刀架结构及采用旋刀角度自动调整系统; 改进单板厚度控制系统,包括采用滚柱压尺和引入计算机控制; 改变旋切驱动形式, 采用外圆驱动, 辊筒驱动等。如芬兰劳特公司采取新的措施后, 已取得了令人满意的效果, 推出的新旋切机每分钟可旋8根木段, 木芯直径小到65mm, 旋切速度达到300m/min。目前，世界各国都在不断的引进、选用、开发新技术和新设备，努力改善对木材资源的合理利用，中国是资源大国，更要加强对资源的节约利用观念，使我国的加工水平提高，这样不但能保护环境，降低木工机械的加工成本，节约成本，还能够把节约来的大量资金运用到技术开发和科研中去，使企业不断的达到世界领先水平。面对当前全球资源严重枯竭的现状，我们每一个人都有责任为我们的家园尽一份力量，我们要不断的努力，学习，研究，勇于创新，创造出更优秀的产品来造福人类。2. 选题的目的和意义我的设计题目是：液压夹紧卡轴箱旋切机设计。这个题目涉及到了我大学四年所学的所有专业知识，包含了齿轮、齿条、轴、轴承、箱体和导轨等很多方面的知识，我要设计的旋切机和传统旋切机不同，传统旋切机大多是无卡轴旋切机（辊子压紧）和机械夹紧旋切机，我要设计的旋 切借用液压系统来设计卡轴箱，不仅具有摩擦力小、噪音小、耗电量小等优点，而且切削精度高，对木材的利用率也高。当前世界的木材处在极度短缺的阶段，充分利用每一段木材，都将对环境有着极大的意义。另外，我也喜欢这个课题，希望通过这次设计能够提升自己对所学知识的的利用能力。二、设计内容设计内容研究：本机属于木材加工机械，其工作是将一定长度的木段，沿圆周方向旋切加工，制成一定厚度的连续的单板带。为家具制作、室内装修所用的层压板提供板坯原材料。采用液压加紧的方式进行切削，是现代木工业的发展趋势，它符合节约资源的目的，一直以来，减小木芯直径，提高生产效率和单板质量是单板加工行业追求的目标。该机的设计要求和设计参数如下：设计要求：整机结构合理、操作简便、性能可靠、成本低、生产效率高。设计参数：主轴转速：35转/分剥制板坯厚度：1 2毫米木段长度：1000 (毫米)料芯最小直径：70-90 (毫米)最大的旋切直径：500 (毫米)外形尺寸（长宽高）：335014801340 (毫米) 预期研究结果：预期方案图在后面的设计方案中，液压夹紧卡轴箱一般分为单卡和双卡两种，单卡轴通常又可分为两种：卡轴和活塞杆做成一体；卡轴和活塞杆分成两段。前者尾端直接直接插入于油缸内，活塞内装一对圆锥滚子轴承，避免活塞随同卡轴一起旋转，影响活塞密封件的使用寿命；后者卡轴和活塞之间用滚动轴承间连接，这样，当卡轴旋转时活塞和活塞杆均不旋转，故密封简单可靠。旋切机的主传动系统是使被旋切的木段产生连续的旋转运动，主传动系统一般包括主电动机离合器中间传动机构以及卡轴的驱动齿轮和链轮。为了能够切出不同厚度的单板，旋切机的进给机构通常需要多种变速级数，设计中要予以体现。为了消除丝杆与螺母之间的间隙，保证旋切精度，可采用双螺母结构。进刀座由定比传动齿轮，丝杆螺母机构和主滑块等组成，刀床的快速进退由电机控制，进刀机构动力从机头主轴套引出通过一对啮合齿轮和一组挂轮以及离合器传递给进给同步轴，使刀架实现进刀运动，同时，脱开离合器起动快进电机可使刀架快进快退。油路系统是很重要的部分，夹紧木段时要有较高的压力，但在旋切时压力应较小；左右卡轴作轴向运动时，油路系统要保持同步，使木段夹持在中间位置；卡轴的轴向运动速度具有高速和低速两种，高速使卡轴迅速向木段靠近并初步夹紧木段，慢速用于进一步夹紧木段，这样可以减少木段装卸时间，又降低了功率消耗。这次设计不同于以往的设计：本次设计和绘图时不但加大了手工绘图量，而且还有计算机绘图。所以个人对软件的熟练应用程度将直接影响到设计的效率和成果；进行设计前应对当前卡轴式旋切机的进给机构有较深刻的了解，对液压系统有较深的认识，熟练掌握其原理和结构，这样才能正确确定方案，顺利完成整个设计工作。所以必须先学习现有机械的结构及其缺点，并做出合理的解决方案。每个机床都有优点和缺点共存，作为设计者应尽量发挥它的优点，补足它的缺点，这样才能在本领域中有所突破。三、设计方案旋切机主要有木段定心系统、上木机构、主传动系统、进给箱及传动系统、左右卡轴箱、刀床、防弯（驱动）机构、卷板机构、木芯及单板输送机构等。本次设计采用下图中所示的方案，木段作定轴旋转运动，旋刀作直线进给运动，刀刃平行于木材纤维而作垂直木材纤维长度方向上的切削运动进行切削，进给机构动力来自电动机，为了能够切割不同厚度的板材，采用变速系统调节进给速度，主轴箱内的轴与皮带轮电机相连，主轴箱控制进给速度。在木段的旋转运动和旋刀的进给运动之间有严格的运动关系。为了旋切出平整、光滑、厚度均匀的单板，旋切时必须选择合适的切削条件。为提高出材率，减小辅助时间可以考虑内外液压双卡轴结构，但是这种结构较复杂，加工同心度高，缸盖和活塞处易漏油。设计精度要求高，难度大。切削条件主要是角度参数、切削速度、旋刀安装位置、压尺安装位置，而这些条件要根据木段的材质、直径、单板厚度和机床精度等来决定。图1 旋切机工作原理图图2 旋切机结构设计方案图1.木段 2.压尺 3.旋刀 4.刀床 5.进给丝杠 6.手轮 7.刀床快速进给电机 8.锥齿轮副 9.进给丝杠 10.刀床 11.链传动 12.进给箱 13.液压缸 14.电动机 15.卡轴 16.液压泵整机的工作过程如上图所示: 当木段1被送到旋切机定好中心后, 左、右卡轴15即可在液压缸13的作用下伸出并卡紧木段1, 进而在主电动机的驱动下由慢到快地带动木段1旋转, 带有旋刀3和压尺2的刀床4向木段1作进给运动，从而旋切出连续的单板。刀床4的进给丝杠5由右卡轴通过链传动11、进给箱12和两对锥齿轮8传动，单板的厚度决定于卡轴15每转的刀床进给量。改变进给箱12中齿轮传动的传动比，即可获得不同厚度的单板。为保证旋切过程中单板厚度均与一致，卡轴与刀床之间不应采用摩擦传动副，如皮带传动、摩擦轮传动等。液压卡轴箱有单卡轴箱和双卡轴箱两种，其中双卡轴有较高的出板率，弥补了单卡轴的最大不足之处，但是双卡轴设计结构复杂，内卡轴较细加工困难，内外卡轴和大小油缸的同心度要求高，加工和装备困难，考虑到此次设计的旋切机属于中型旋切机卡轴箱系统的液压油路压力不大，精度要求不高，木材直径也较小，所以选择单卡轴箱。单卡轴箱有以下两种，其结构图如下：（a）整体式液压夹紧单卡轴箱（a）该种卡轴箱的卡轴和活塞杆做成一体，其尾端直接插入于油缸内。为避免活塞杆=随卡轴一起旋转，影响活塞密封件的使用寿命，所以在活塞内装有一对圆锥滚子轴承。选用一堆滚子轴承以便承受两个方向的轴向推力，由于夹紧力远远大于退出力，所以两只圆锥滚子轴承的规格是不相同的。这种结构的缺点是油缸端盖个活塞杆之间的密封较困难，容易产生漏油。（b）分段式液压夹紧单卡轴箱（b）这是单卡轴箱的另外一种结构，这种结构如上所示，卡轴1和活塞杆2分成两段，其间用滚动轴承座3联接，这种结构，当卡轴旋切时活塞和活塞杆均不旋转，故密封结构简单可靠。由于采用分段结构，所以修理卡轴时装拆方便，无需拆卸油缸部件。此外，卡轴和活塞杆可采用不同的材料，短轴加工也较容易。因为双向承载，故在轴承座3内安装双向推力球面球轴承，所以卡轴和活塞杆的联结为活动铰接。这就有可能使活塞杆受到偏载，造成密封圈单边磨损剧烈。因此，在活塞杆外伸部位装有支承块4，它可沿导杆5滑动，作为附加支承。其另一特点是采用了花键衬套6和衬套7。大齿轮8的转矩是由空心套轴9经过花键衬套6传至卡轴，避免了空心套轴和卡轴的相对滑动，故可延长它们的使用寿命。此外，更换和修理衬套要比空心套轴方便，故可及时维修，经常保持卡轴箱部件的精度。衬套一般用青铜或其它轴瓦材料制造。这种结构的缺点是轴向尺寸稍大，花键加工需要专用设备。四、参考文献1、黄东亮 液压进给式旋切机的研究与设计 木材加工机械 1998年第04期2、洪辉南 液压无轴木材旋切机的设计与研究 鹭江职业大学学报 2005年6月第13卷第02期3、鲁霞,熊光明,胡国清,陈仅星 液压无卡旋切机的自动控制系统 轻工机械 2009年4月第27卷第02期4、宋飚,苏根发,王立杰,赵海霞 新型无卡轴旋切机的设计 林产工业 2010年第04期5、郑山华,谢子祥,王全棣,邓金华 新一代旋切机的设计与调试 林业机械与木工设备 1997年第25卷第11期6、鲁霞,胡国清 无卡轴旋切机液压系统的设计与研究 液压与气动 2009年第04期7、邵光智,王成瑞 数控液压双卡轴旋切机的设计创新 林业机械与木工设备 2010年11月第38卷第11期8、孙义刚 数控液压双卡轴旋切机的原理与结构 中国人造板 2010年第01期9、沈学文 旋切机中的佼佼者液压单卡轴三刀旋切机 木工机床 1995年第04期10、朱圣华,王泉根,聂小林,郑山华 小径木恒后角机械/液压单卡轴旋切机的研制 林业机械与木工设备 2002年第01期11、张自艾 BQ1213/8型液压单卡轴旋切机的开发研制 林业科技通讯 1996年第06期12、郑山华 旋切机传动机构的设计 林业机械与木工设备 1997年第25卷第05期13、石允宝,张志杰 无卡轴旋切机液压系统设计初探 林业机械与木工设备 1998年第26卷第07期14Gennady Aryassov,Tauno Otto, Svetlana Gromova Advanced dynamic models for evaluation of accuracy of machining on lathes Proceedings of the Estonian Academy of S