（机械工程专业论文）年产15000m2普及型欧式木窗生产线设计.pdf

摘要 介绍了现有建筑j _ ； j 窗存在的问题，阐述了普及型欧式木窗的实用性和应用的 可行性。指出普及型欧式木窗生产线以普通国产件代替进口件，可以大大降低生 产的设备投资，能够生产出高质量、低价格、符合我国目前消费者需求的产晶一 一普及型欧式术窗。论述了年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线的成套设各及工 业化生产的工艺方法，对普及型欧式木窗生产线的关键设备数控开榫机、专 用圆锯、专用压刨和梳齿榫开榫机进行了设计计算，并对各种设备的使用与维护 做了简要说明。 关键词：木窗：生产线；开榫机：圆锯；压刨 a b s t r a e t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r o b l e m so f w i n d o wn o wu s e d ，a n dt h ef e a s i b i l i t yo f t h e p o p u l a r i z e dw o o d e nw i n d o ww i t he u r o p es t y l e i ti n d i c a t e st h a tt h ep o p u l a r i z e d w o o d e nw i n d o wp r o d u c tl i n ew i t he u r o p es t y l eu s e so r d i n a r yi n t e g r a t i o nw o o da st h e m a t e r i a lo fw o o d e nw i n d o wa n du s e so r d i n a r yh a r d w a r em a d ei nc h i n aa st h es u b s t i t u t e o ft h ei m p o r t a t i o n ，s oc a np r o d u c t h i g hq u a l i t ya n dl o wp r i c ep r o d u c t i o nt h a tc a nm e e t t h ed e m a n do f t h ep e o p l e t h i sp a p e rp r o v i d e st h ew h o l es e te q u i p m e n t so f t h ew o o d e n w i n d o wp r o d u c tl i n ea n di t sa r t sa n dc r a f t sm e t h o d s ，e m p h a s i z e st h ek e ya r t sa n dc r a f t s t e n o na n di t sd e s i g n a tt h es a n l et i m e i ta l s oi n t r o d u c e so t h e re q u i p m e n t s d e s i g nm e t h o d o f t h ep r o d u c t1 i n e k e yw o r d s ：w o o d e nw i n d o w ：p r o d u c tl i n e ；t e n o n i n g ；f r e t s a w ；p l a n e r 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式本窗生产线设计 1 绪论 欧式木窗的开发始于2 0 _ | 廿= 纪7 0 年代，是由瑞典科学院的研究人员开发并研制 出来的，并先后在美国、英国、北欧、德国、加拿大等国推广使用。欧式木窗是一 种新型的利用集成材生产的中空式木窗，由于它的先进性，目前在北欧、德国、美 国和加拿大已经普及，在我国的高级宾馆也已经开始使用，并有可能迅速推向整个 中国市场。 1 1 国内外欧式木窗设备的现状及技术发展趋势 我国于1 9 9 6 年开始生产高档欧式木窗，设备主要来自进口，自1 9 9 7 年建成生 产性试验车间以后，每天生产1 2 m3 ，直到1 9 9 9 年，在欧式木窗的生产技术已具备 进入大工业生产阶段的基础上，哈尔滨亚泰实业集团公司投资l2 0 0 万元，在哈尔 滨南部王岗建成年产2 0 0 0 m 3 的森鹰欧式术窗的加工厂，由于产品适应市场需求， 产品销路极好。2 0 0 1 年该公司又计划购买一套进口设备进一步开发欧式高档木 窗。 全套引进生产设备，投资几千万元的木密厂在国内已有几家，而且效益也很好， 但是高档木窗价格非常高，大约是普通塑钢窗的1 0 倍，目前在我国普及难度相当 大。黑龙江省牡丹江木工机械股份有限公司有生产普通木窗加1 = = 设备的经验，东北 林业大学的木丁机械和数控自动化可以提供工业化生产技术，这些可以解决我国欧 式木窗加工机械数控化、降低产品成本和投资的问题，为东北地区率先普及欧式木 窗提供条件。北欧和德国的欧式木窟工业化生产技术比较成熟，他们的工业化生产 已经完全实现自动化和数控化，我们也可以借鉴他们的经验。 1 2 普及型欧式木窗的实用性和可行性 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线的设计，可以满足普通消费者的需求，提 高东北地区工薪阶层的生活质量，彻底解决铝合金散热比木材高2 0 0 0 倍和塑铡散热 比木材高3 0 倍的问题，改变塑钢窗和铝合金窗散热快、变形大的现状。随着人们 生活水平的提高，人们对绿色消费和古朴典雅生活空间的需求越来越高，普及型木 窗是东北地区工薪阶层最好的高消费产品，在东北地区普及普及型欧式木窗有很好 的前景，也将取得巨大的社会和经济效益。 普及型欧式木窗生产线中的欧式木窗开榫机既是木窗生产线的一部分。又可作 变! ! 签兰兰丕兰竺圭兰坐堡苎 为单机使用开多种榫。全套生产线总投资9 0 万元，其中发备投资6 0 万元，年产值可 以达到4 5 0 万元，年利澜超过9 0 万元。t 厂员工少于3 0 人，人均可创产值15 万元， 纯利润3 万冗，当年就可以收叫投资。产品的利润率超过5 0 ，工业化生产成品率 高于9 5 ，工、f k 化生产精度可以达到：02 0 m m ，整线功率小于5 2 k w ，消耗原料 3 0 0 m 3 年。木窗市场销售价可以达到5 0 0 元m 2 以上，“一年的效益可以达到1 1 2 万元。 因此，经济效益相当可观。 普及型欧式本窗主要适用于经济型居民住宅，现阶段在旧寓改造和旧房翻薪 上使_ l 的数量，约占产品总量的8 0 9 0 ，其次是房地产开发的大量使用。普及 型欧式木窗以生产届民旧窗改造为产品定向目标来减少资金周转时间，用普通集成 材作为普及型欧式术窗的材料来降低原材料成本，用国产普通五金件代替进u 件以 减少辅助原料费用，用国产普及型欧式木窗生产线以降低设备投资。由于普及型欧 式术窗材料好、价格低，斟此，普及型欧式木窗将会受到广大消费者的普遍欢迎。 欧式木窗由瑞典科学家开发以后，引起r 世界高寒地区各国的广泛重视，经过 几卜年的不断研究，新兴的集成材欧式木窗其利用价值和商业价值得到国际社会公 认。它是利用塑钢窗的形式，制成的一种接近于岛档木材生产的新型集成材木简。 我们将设计) t - 制造出年产1 5 0 0 0 m 二的普及型欧式木窗生产线，并提供欧式普及型木 窗加工的成套设备及工业化生产的t 艺方法，替代现有的全套进口设备，以优质的 产- ：6 、低廉的价格满足“大东北地区工薪阶层的需求，解决铝合金和掣钢窗散热量 人和寿命短的问题。 1 3 普及型欧式木窗的市场前景分析 到目前为止，欧式水窗在国外已取得f i 少成就，但困其价格问题在我国一直得 4 i 到普及。我们现在研制开发的普及璎欧式本窗生产线是适合中国国情的新技术生 产线，它目前主要用于居民旧窟的改造和旧房全楼改造，两者约占现阶段产品总量 的8 0 9 0 ，其次才是在新楼上使用。普及型欧式木窗作为高档欧式木窗和塑钢 窗的替代品，要求成本低、设备适应性强、利润高，普及型欧式木窗生产线的设备 投资少，资金周转时间短，流动资金投入少，因此，普及型欧式木窗会产生很高的 经济效益。此外，普及型欧式术窗的材料好、价格低，在市场上将具有很强的竞争 力。 在旧窗改造和旧房全楼改造形成一定的规模之后，普及型欧式木窗可以进行大 规模工业化生产，并有可能成为木窗工业化生产的一个主流方向。普及型欧式木窗 不同于般的传统型木窗，它具有密封性好、承重能力强、彳：上霜、保温性能好等 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式本窗生产线 最计 优点，完全可以作为高档实木产品和低档简单的塑钢窗产品的替代品，因此，普及 型欧式木窗在我国具有广阔的前景。 普及型欧式木窗生产线，国产率可达到1 0 0 ，市场售价低于国外同类产品的 7 5 ，生产产品的利润率超过2 0 ，工、化生产的成品率高于9 5 ，工业化生产 精度可以达到：o 2 0 r a m ，整机功率小于3 0 k w ，工业化生产消耗原料4 5 0 m 3 年。 若每条生产线投资按9 0 万元人民币计算，其中主要设备售价6 0 万元，按每平方米 集成材可生产3 5 m 2 窗户，每平方米窗户售价5 0 0 元，每立方米集成材可以创造产 值1 0 0 0 0 元。 般民用建筑每l o m 2 约有2 m 2 的窗户，按此推算仅哈尔滨市就有3 0 0 万m 2 的窝户。由于高档欧式木窗的价格太高，因而市场的开发潜力很小。如果普及型欧 式木窗的市场销售价格是5 0 0 元m 2 ，其潜在的市场销售额将高达1 5 亿元，如果 我们每年开发1 ，就是15 0 0 万元的潜在市场。仅哈尔滨市就需要这样规模的工 厂2 0 0 家。如果开发工作顺利，形成批量生产规模的工厂以后，市场开发率达到 1 0 ，仅哈尔滨市这样生产规模的生产厂家就可以达到2 0 0 0 家。当然，当市场开 发达到1 0 以后，可以产生几家类似人连实德生产塑钢窗规模的木窗生产企业。 使用国产数控普及型欧式木窗加_ t 成套设备，投资回报率比进口设备提高8 0 ， 当年均可以收回投资，对年产2 0 万m 2 以上的企业来讲，其效益可以超过1 0 0 0 万 元以上。如果现在上马国产数控普及型欧式术窗成套设备生产线，市场销售价为 5 0 0 元m 2 ，一年的效益就是1 1 2 万元。如果投资中型的国产数控普及型欧式木窗 加工成套设备厂，在售价是4 0 0 元m 二时的利润就可以达到5 6 0 万元。 随着人们生活水平的提高，普及型欧式术窗是东北地区广大工薪阶层能够接受 的超值高档产品，因此，在东北高寒地区普及普及型欧式木窗将会取得巨大的经济 效益和社会效益。 1 4 现有建筑用门窗存在的润题 1 4 1 塑钢窗存在的问题 近年来，随着建筑市场建材的发展，塑钢窗以不可比拟的优越性，被越来越多 的用户认可，并逐渐在建筑市场投入使用。塑钢窗不仅有良好的保温隔热性能，而 且它的耐腐蚀性、水密性和气密性也很好【2 1 。但是，从目前的调查来看，塑钢窗 在质量方面仍存在着一些问题，具体表现在以下几个方面： 1 原材料方面 ，3 一 东北林业大学硕上学位论义 塑铡窗型材的截面尺寸、钢度、内衬不合格，配件、配料、辅料质量普遍较差 【”。许多塑钢窗的胶条是再生橡胶，没有弹性，耐久性缎差，容易脱落，向且各 种窗锁极易损坏。 2 加工方面 目前，塑钢窝的加工厂房普遍简陋，操作人员技术不过硬，而且尺寸控制不严， 误差大。主要表现在：( 1 ) 抗风压性能( 刚度及强度) 差。用手拉动窗框便可以产 生较大的变形。这主要是由于窗框扇长度达到了必须加衬增强型钢的长度而未加衬 增强型钢或增强型钢的选用和制作存在一定问题。( 2 ) 塑钢窗的水密性比较差。钢 窗的水密性即防雨水渗透性能，是塑钢窗应控制的一个重要性能。由于室内外存在 压力差( 室外人于室内) ，雨季来l 临就容易渗漏。渗漏一般发生在两处：一是玻璃 与窗框扇之问的密封渗漏；二是窗框与扇之问的密封渗漏f “。( 3 ) 塑钢窗角容易 开裂。塑钢窗的型材是塑料，角部是塑料熔融后结合到一起的，而窗框扇其它部位 都有增强型钢，因而角部是最薄弱的环节，制作质量和工艺水平稍有不慎便会产生 裂缝。 3 安装方面 目前塑钢窗在安装时有一个通病，即底框与窗台安装到定不牢固，边框与窗i _ 】 安装不规范。安装好的窗框四周与墙体的缝隙水泥砂浆填塞不实，嵌缝膏密封宽窄 不致，窗扁制作对角线尺寸超差，造成埔框之间缝隙人，密封不严13 。 此外，平开式塑钢窗占用室内空间，开肩大小不能任意调节、玻璃清洁0 i 便、 五金仆复杂 l 成本较高。 1 4 2 铝合金窗存在的问题 铝合金门窗的制造和使用，在我国是从2 0 世纪7 0 年代末开始盼。铝合金f 窗 以其自身的优势，迅速遍及全国各地l “。铝合金窗的突出优点是重量轻、强度高、 防火性好，采光面秘大，耐大气腐蚀性好，使刖寿命长，装饰效果好| 5j 。但是， 铝合金窗的保温性能差，而且，渗漏已成为建筑业的质量通病，这不仪破坏了建筑 物的美观，也影响丫生产单位的信誉。目的锚合金窗存在的主要问题是： ( 1 ) 现场制作粗糙，选型选料随意。无合理工艺，构造不合理，安装不牢剧， 窗框、窗扇歪斜翘曲，平整度差。 ( 2 ) 窗扇与窗框高度不配套，问隙超差，使用时发生“脱轨跳槽、密纱捧落 现象”。 ( 3 ) 玻璃安装不按标准下料，间隙过小，安装使用后造成破璃自爆。有的大 o 至主! ! 塑蛭兰堡型堕苎查堕生兰垡堡i ! 窗玻璃不计算，超标准使用大面积玻璃，强度不足，留下不安全隐患。 ( 4 ) 窗框安装固定无设计要求或不按设计要求办事，任施工人员随意固定， 窗框松动，框与墙不做弹性联接，嵌缝材料使用砂浆比较普遍。 ( 5 ) 窗扇关闭刁i 严，开关不灵，导向滑轮不起作用。 ( 6 ) 密封毛条、胶条质量低劣，嵌填不严，造成雨天渗水，大风天进尘。 ( 7 ) 附件不齐全，牢固性差，质量低劣，无合格证。 ( 8 ) 成品保护意识差，随意在窗框上搁置物品或上人踩踏，压扁窗框，污染 表面，划痕破坏镀膜。 ( 9 ) 还有相当一批城市门窗施工“游击队”做的窗，选料档次低，制作 粗糙，竣工后走风漏气、漏水渗水，窗扇开关不灵，遇上刮风f 雨天，风尘、 雨水、噪声满居室【“。 1 4 3 欧式木窗存在的问题 欧式木窗是利用德国先进的集成术窗生产设备和技术生产出来的木窗。该木窗 具有其他窗材无法比拟的性能，它有良好的封密性、保温性、防噪声性，而且永不 变形。欧式木窗使用的原料并非简单的原始木材，而是经过多项高新技术工艺处理 后的集成材。该木窗外涂的是进口的pu 聚脂漆，一般用于汽车，具有优异的理化 性能，耐酸、耐碱和盐水，即在40 到+ 50 的温差下，漆膜也不会开裂和 起皮：即使受到大荆量的紫外线照射，也不会褪色、褪光 1 。哈尔滨森鹰窗业有 限公司在全套引进德国先进木窗生产设备和技术基础上，已经成功地开发了新一代 产品一一森鹰集成木窗。欧式木窗能够满足人们的需要，但是从我国目前的状况来 看，全套引进德国先进的木窗生产线费用太大，目前我国的木窗加工企业几乎不能 全套引进德国的设备，而且生产出来的产品价格太高，很难吐7 。大的工薪阶层消费 者接受，因此，要想在短时期内在中国普及欧式木窗，有相当大的难度。 1 5 普及型欧式木窗生产线的设计规模及产品方案 普及型欧式木窗生产线的设计规模将是年产成品窗1 5 0 0 0 m 2 ，只有这样才能 满足目前居民在旧窗改造和旧房全楼改造上所需的全部术窗以及部分在新楼上使 用的木窗。当旧窗改造过程进行完以后，此设计规模仍然能够满足新建楼使用的全 部木窗，因此，年产1 5 0 0 0 m 2 的设计规模可以满足市场的需要。 由于目前普及型欧式木窗主要用于居民的旧窗改造，因此，产品设计规格将按 照用户的要求设计，进行小批量生产。在完成旧窗改造工程以后，将按照房地产开 e 东北林业大学似 士学位论文 发商的要求进行大批量生产。产品所需的原材料为集成材，对于木材拥有量巨大的 黑龙江省，原材料将不成问题，该生产线所需的集成材的规格为： 长度： 2 4 0 0 m m 宽度：6 3 m m 厚度： 5 7 m m 。 - 6 一 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线没计 2 生产工艺与设备 普及型欧式木窗生产线分为备料工段、锯刨工段、开榫工段、组坯工段和完成 工段，工艺流程图如图2 一l 所示。 j 锯壤条机一 j 集成材1 备料h 锯镶条机h 租刨j t l 检查h 精刨t i 丽面j 意i 矿弭再一f ! 一t 一一 计量1 砂光 一，、_ 装配0 0 争压一 组坯一喷胶 两1 p f f 百面囊? 一百百 图2 - 1 欧式木窗车间工艺流程图 2 1 生产纲领 普及型欧式木窗生产线的生产纲领主要包括生产规模、产品规格和产品质量标 准三个方面。 1 生产规模： 普及型欧式木窗生产线的生产规模是年产普及型欧式木窗1 5 0 0 0 m 二。 2 产品规格： 普及型欧式术窗的规格将按照用户要求进行殴计、加工，生产所用集成材的尺 寸为宽度6 0 m m ，厚度5 5 m m 。 3 产品质量标准： 普及型欧式木窗的生产将参照执行中华人民共和国建筑工业行业标准j g t 3 0 2 6 1 9 9 5 或中华人民共和国林业行业标准l y t l5 7 4 2 0 0 0 。 东北林业大学硕上学位论文 2 2 产品的用途 普及型欧式木窗的主要用途是在新型经济适用型居民住宅、各家备户旧窗改造 和旧房翻瓶改造上，后两种约占现阶段产品总量的8 0 9 0 ，其次是房地产开发 大量地使用。此外，普及型欧式木窗还可作为高档欧式奉窗和塑钢窗、铝合金窗的 替代品。 2 3 工业化生产制度 普及型欧式木窗生产线的工业化生产r 作制度可按如f 制度进行： 1 年工作日：2 5 2 天 2 r i 工作班次：一班 3 班t 作时间：7 h ( 有效工作时f h j6 h ， 2 4 生产线设备选型 普及璎欧式木窗生产线的主要设备如：四面刨、指接机和数控开榫机等均自行 设汁，采用普通闰产五金件，代替国外全套进l j 没备，这样可以大大减少设备投资， 降低产品的生产成本。普及型欧式术窗生产线的主要设备如表2 一】所示。 2 5 生产工艺工段设置 普及型欧式术窗生产线共分为五个工段，即备料工段、锯刨工段、开榫工段、 组坯工段和完成工段。 1 备料一l 段 2 锯刨】：段 3 开榫工段 4 组坯工段 备料工段的主要技术指标表如表2 - 2 所示。 锯刨工段的主要技术指标表如表2 - 3 所示。 开榫工段的主要技术指标表如表2 - 4 所示。 组坯= r = 段的主要技术指标表如表2 - 4 所示。 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线设计 表2 11 5 0 0 0 m 2 欧式本窗生产线设各表 j 序号设备名称性能指标台数功率k w单价 l ， 专用圆锯 由15 0 r a m 锯片107 503 2四面刨l o m m i n l1 255 0 3 指接机 1212 0 4 开榫机 ll5o 8 5制榫楔机组1 套 07 525 0 6 气动工具 20 5 5o1 0 7 斜截锯 】o5 502 0 8 专用木窗固定台 216 0 9专用指按压机 l 1503 0 1 0无动力辊进料台 3 m 3 0 0 m m2 o6 t ， 无动力辊进料台 3 m 5 0 0 m m2 o8 1 2 组装台 2o2 ，3铁柜 2o3 1 4汽车 l1 06 8 15除尘器 215o8 0 合计 2 11 2 58 8 表2 - 2 备料工段主要技术指标袭 序号 名称单位数量 备注 t生产规模 m1 5 0 0 0 2消耗本材 4 5 5 3工段设备装机容量 k w 0 4 车间建筑面积 1 5 东北林业大学硕士学位论文 年工作日天 2 5 2 日工作班次 班 1 6 工人人 1 表2 - 3 锯刨工段主要技术指标表 序号名称单位数量 备注 l 生产规模 1 5 0 0 0 2 消耗木材 4 5 5 3 车问设备装机容量 k w1 8 3 4 车问建筑面积 7 5 年工作日天2 5 2 a 仁j 工作班次 班1 6工 人13 表2 4 开榫工段主要技术经济指标袁 序号名称单位数量 备注 1 生产规模1 5 0 0 0 2 消耗木材 4 5 5 ：j 车间设各装机容量k w 4 5 4 车间建筑面积 】j 年工作日天2 5 2 日工作班次班1 6 工人 人 1 表2 - 5组坯工段主要技术经济指标表 序号名 称单位数量备注 f ， 生产规模 1 5 0 0 0 1 0 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式术窗生产线设计 2 消耗木材 3 5 0 3 车问设备装机容量 k w1 1 4 车问建筑面积 5 0 年工作目天2 5 2 5 日工作班次班 l 6工人人 4 表2 - 6 完成工段主要技术经济指标表 | 序号名称单位数量 备注 l 生产规模 1 5 0 0 0 2 消耗木材 m4 5 5 3车问设备装机容量 k wo 1 4车间建筑面积 ml5 年工作口 天 2 5 2 日工作班次 班1 6工 人 人1 2 6 主要技术经济指标 普及型欧式术窗生产线的主要经济技术指标如表2 7 所示。 表2 7主要经济技术指标 序号名称单位 数量 备注 l生产规模 1 5 0 0 0 2 年耗集成材原料 4 5 5 3 装机容量 k w2 1 5 5 4 年工作日 同 2 5 2 5 职工人数 人 1 8 东北林l | i _ = 大学硕士学位论文 其中：管理人员 人3 工人 人1 5 总投资 扎) 也】5 4 6 其中：建设资金 万元9 8 8 2 流动资金力元5 5 1 8 7 建厂占地面积 5 0 0 8 总建筑面积 3 0 0 9 年总销售收入万元 67 5 4 5 0 7 e7 m 1 i 0 总成本刀兀 4 4 7 1 2 2 6 l 元一 1 】 年税金万元 8 7 4 8 12 年利润万元1 4 0 4 0 1 3 投资回收期年1 2 4 1 4 盈亏平衡点 l7 8 8 1 5 内部收益率 6 ： 5 0 1 6 投资利税率3 0 0 8 1 2 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式本窗生产线设计 3 数控开榫机的总体设计 3 1 数控开榫机的特点 数控开榫机是数控木工机床的一种，普通木工机床靠工人操作手柄进行加工 数控机床则是靠加工指令信息进行自动加工，对于用普通机床难于加：【的二维、三 维工件，数控机床可利用3 轴、4 轴甚至5 轴同对控制。进行高精度加工。用数控 机床加工零件时，操作人员可以在加工的同时进行调整、编程等工作，既省时又省 力，而且对不同的零件，只需改变加工指令信息即可。凼此，数控机床特别适合干 多品种、中小批量生产( 8 j 9j 。 欧式木窗的榫型具有斜榫的特点，它是榫头和榫眼的结合，如果用手工加工 不仅效率低，而且不能产生很好的榫型，精度也不容易保证。我们利用数控技术加 工欧式木窗的榫型，利用经济效益步进电机带动铣刀开榫，以脉冲方式控制机床各 轴的运动，既提高了效率，又保证了加工精度。这种数控开榫机不仅可以加工欧式 木窗的榫型，而且也可以用于加工其他榫。 3 2 数控开榫机的构成与功能 数控开榫机主要由机架、主轴系统和工作台构成，其总图如图3 1 所示。下面 简要介绍其功能。 1 机架 数控开榫机的精度以及精度的持久性主要依赖于机床主体，机床主体的静、动 几何特性对零件精度有很大的影响。 机床床身是机床主体的重要组成部分，我们要充分考虑床身的静、动特性， 提高其刚度，增加固有频率，减少机床因振动产生的对加工精度的影响【1 0 1 。 2 主轴系统 木材在铣削时，由于木材材质的不同，铣刀的直径也有所差别，要求机床的 主轴应在一定的转速范围内实现变速，而且转速非常高( 接近1 0 0 0 0 r p m ) ，并能承 受一定的力矩。为了能在符合以上的条件下进行加工，我们采用高速主轴，并利 用变频器实现变速【1 。具体原理可见图3 1 所示。 东北林业大学硕士学位论文 图3 1 数控开榫机装配总图 3 进给机构 现在的进给机构均已采用了精密的滚珠丝杠，使丝杠的旋转运动变为床身的直 线运动。这种结构形式是滚动轴承的变形、：! 用，精度很高，f j 且为了消除背隙，还 对其进行了预紧( 例如对y 轴的预紧力可达7 0 0 0 n ) 。导轨的滑动面采用r 具有低 磨擦、较高的振动衰减特性的材料。为了傈i 正机床的精度，对机床的进给车宙、滚珠 宴蔓杠，滑动面等还必须进行润滑1 1 “。 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线设计 忖l 叫一l 一，一一一 。 j、 o 靠、陆 | f 1 | ，t t = ：! 。，一，7 一一一 貂蓦孚 一一一一 ，7 ： 繁： ，。_ 。t “，- ? 。? 。? 一7 7 i 。 苹二毒姜寄1 ，。 t b 型一一丑u ； 图3 2 机架装配图 3 3 数控开榫机的驱动电路设计 3 3 1 步进电机的驱动电路 该木窗生产线的数控开榫机共有三个步进电机，均是磁阻式步进电机。磁阻式 步进电机一般只需要单极性开关电路就能够控制它的运行。图3 _ 3 为一台三相变磁 阻式步进电机的驱动电路图。该步进电机是由低信号来控制的，这个控制信号可能 需要经过若干个开关放大器，才能达到所要求的功率水平 l 3 】。 控制 图3 - 3 率镪性开关髂 1 5 东北林业大学硕士学位论文 其中：u 。= l ( r4 - r ) ： r 一一相绕组电阻； r 一一限流电阻： u 。一一额定绕组电流i 的直流电源电压。 一般地，相绕组的电感很大，它的电气常数( 电感电阻) 也较大，捅电流上 升到额定值的过程显得很慢。为，r 在高速情况下获得令人满意的电机动作，通过增 加限流电阻，并成比例地增加电源的电压，能够减少相电路的电气常数，保证电机 能在很大的速度范围内工作。 不能立即切断电流是相绕组电感的另一个不良方面。如果突然断开电源开关， 晶体管的基极驱动电压会突然被移开，它的集电极和发射极之间将会出现一个很大 的感应电压，这个电压可能使驱动电路损坏。为了避免这种危险，通常为相电流提 供另一条电流通路一一释放电路。这样当开关二三极管被切断时，相电流能够连续地 流过由续流二极管和续流电阻r 提供的路径。相电流在额定值时三极管开关打 开，跨接在开关三极管的最大电压为： u 。、= u ，+ rr ， ( 3 1 ) 为 厂提高步进电机定位的分辨率，减少过冲和抑制振荡，要求驱动电路具有细 分功能，将常规的矩形波供电改变成阶梯波供电即可实现此功能。 3 3 2 细分驱动 步进电机的细分驱动也被称为微步驱动。这时，绕组中电流会经过若于个阶梯 上升到额定值，或以同样的方式从额定值下降到零 。虽然这种驱动电路的结构 比较复杂，但具有如下特点： 1 在不改变电机内部参数的情况f ，可以使步距角减小、步进误差减小。 2 可以减少低频振荡问题。经过细分后，一方而，驱动电流的变化幅度会大 大减小，转子到达平衡位置时的过剩能量也大为减少；另一方面，控制信号的频率 提高n 倍，所以可远离转子的低频振荡频率。因此，用细分驱动不仅能使电机运 行平稳，而且还能减弱或消除振荡”】。 此外，因细分增加了运行拍数，所以还可获得较大的起动转距。过去的细分电 路由细分环形分配器、放大器和合成器等部分组成，先由放大环形分配器输出方波， 然后再把电机绕组叠加起来，形成阶梯波；也可以先把环形分配器输出的方波叠加 在一起，形成阶梯波，然后对阶梯波放大到驱动步进电机。但是，这两种细分的灵 活性都比较差，采用微机控制细分电路可以使它的性能和灵活性有更明显的提高。 1 6 王主! ! 坐! 塑：董垦型堕茎查堕生兰些堡盐 细分驱动电路如图3 4 所示。图中的二极管d 为泄放二极管，由于步进电机 的绕组是一个电感线圈，在功率管3 d d l 5 a 突然截止的瞬间，线圈将产生一个较 大的反电势，这个反电势加在3 d d l5 a 集电极上，与电源电压叠加，有将大功率 管击穿的危险，采用并接二极管后，当3 d d l5 a 突然截止的瞬间，能使3 d d l 5 a 的集电极电压保持在电源电压附近，从而保护了大功率管。 该生产线采用电压跟随器实现恒流控制，它能够使控制信号直接控制电枢中的 电流，从而克服了信号经过放大元件在非线性区厦造成的波动。 一!。一三二_ _ 二二 1j ，一了= r 。 一 ! l i _ ；，毒。一i 甘 ，7 。 r ，、 一 。= 。 一 i 二一 图3 4细分驱动电路 东北林业大学硕f ：学位论支 4 专用圆锯设计 m j l 5 3 圆锯机为木窗生产线的配套设备之一，其作用是将加工木窗窗框用的木 方先锯切成所需的截面形状，然后再用成型铣刀将木方加工成窗框的外形。其结构 见图4 1 。 4 1 专用圆锯的设计计算 熏冀爹芎 “j 且- 一b + 图4 一i 圆锯机结构 4 1 1 锯切功率和锯切力的计算 1 锯切功率计算 v o = b h o a = 1 3 2 25 0l = 2 9 3 p ：盟一6 8 , 7 7 x 2 9 3 o2 0 l k w 1 0 0 01 0 0 0 选用o 5k w 电机完全满足要求 2 切削力计算 鼾曩 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式术窗生产线设计 4 1 2 带轮设计 1 选用带型 2 大带轮直径 3 小带轮直径 4 带速 f 一1 0 0 0 p ! 塑! ! ：型：8 0 5 n 1 y2 4 ，9 6 v = 2 石3 1 8 0 7 5 1 0 0 0 6 0 = 2 4 9 6 m s v 带z 型 2 = 5 6 m m 识= 5 0 m m = 2 8 4 0 1 1 2 = 3 1 8 0 r m i n v ：竺! 垒：8 3 2 m j 6 0 1 0 0 0 5 初定中心距 口o = l8 ( 0 i + 2 ) = 1 9 08 r a m 取a o = 1 9 0 m m 6 计算胶带长 取l 。= 5 6 0 m m 7 实际中心距 8 小带轮包角 工。= 2 + 要( + 矿：) + 9 单根带传递的功率 1 0 v 型带的根数 取：= 2 1 1 单根带的初拉力 ( 以一氟) - - 4 口n ”2 当；1 9 0 5 m m = 5 5 9 5 m m 口，：1 8 0 。一堕玉5 7 3 。1 7 8 2 。) 1 2 0 。 以 p o = 0 3 k w a p = 0 0 2 k w ： ! j ：21 5 。( 尼+ j d ) 尼。k t 东北林业大学硕士学位论文 杏得m = 0 0 6 1 2 作用于轴上的力 耻s 眦荨叫鲁2 = 加瞄 r = 2 f o zs i n 要= 1 6 02 2 n 上 4 i 3 轴承的设计计算 1 选用轴承型号 额定动负荷 额定静负荷 极限转数 2 计算内部轴向力 轴承支反力 内部轴向力 3 汁算当量动负荷 4 寿命计算 选j q j1 0 6 轴承 ( 7 = 1 0 2 0 0 n f o ，= 6 8 8 0 n 1 0 0 0 0r m i n j l = 5 5 11 t n ：= 3 9 0 8 9 n s 1 = s 2 = o a r p ? = f ? = f n = 5 5 1 1 1 n = 石1 。0 ”6c p ) 8 = 3 3 2 2 8 2 a 4 2 专用圆锯的使用与维护 4 2 1 专用圆锯的使用 1 检查锯片的压片是否压紧，防止其松动； 2 按润滑要求对传动部件进行注油： 3 接通两电机的电源，使电机带动锯片旋转； 4 待锯片稳定旋转后，将要加工的方材放在： 作台上并靠紧限位挡板后锯切。 5 工作中，应注意清理工作台面上的锯切木属； 6 工作完成后，需先断开两电机的电源，然后再清理机床。 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式术宙生产线设计 4 2 2 维护与保养 1 锯片应定期刃磨，以保证锯齿的锋利； 2 每天开机前都需检查各连接处是否有松动； 3 连续运行一个月后，各轴承都要加注黄油： 4 电机每隔半年擦洗一次，轴承清洗后，更换黄油。 变j ! 整些查堂墅! 主堂篁笙兰 一一 5 专用压刨设计 5 1 专用压刨的设计计算 最大刨削宽度： 2 0 0n l m 最大压料厚度： 1 0 0m i l l 最大刨削深度： 3m m 刨刀轴转速： 1 0 0 0 0 ：r m n 最小刨削跃度： 1 2 0m i l l 电机功率： 3k w 进料速度： 1 0m m in 机床外型尺、j ：7 5 0 1 5 0 0 1 0 0 0i l l 机床净重： l3 5k g 切削速度：v = 盯d n ( 6 0 1 0 0 0 ) ：3 4 m s 滚筒每齿进给量： u z = “x 1 0 0 0 n z n 、= 0 5 r a m 其巾：u 一一进给速度； z 一一刀片数； 、一一刀轴转速。 切削力p 和压出力p r ： 尸：k bx u ( 6 0 v ) = 8 63 4 2 n k = k 。k h k 。k ，k 。，k ，k a = 2 7 1 l 其中：b 一一加工宽度2 0 0 m m ： h 一一切削厚度3 m m ； u 一一进给速度1 0 m m i n ： ko = 2 0 2 ：kh = 1 2 5 ：k , t m l 0 4 ：k 。= l ：k f l ；k p 2 1 2 0 ；k 62 0 8 6u 设刀其为钝刀m = l 压出力：p r = p 8 6 3 4 2 广：_ 合力：= ( p 2 十只) = 1 2 20 8 n 电动机的额定功率： n = 尸v ，7 = 8 6 3 4 2 x 3 14 0 9 5 = 2 8 5 k w 2 2 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式木窗生产线设计 估选电动机3 0 2 - 3 1 2 型 运动遇角么口= a r c c o s ( 1 一h 佃) = a r c c o s ( 1 3 6 0 、= 1 8 1 9 0 由于角度很小2 ( o = 妒 其中： h 一一切削厚度； r 一切削圆直径。 切削力分力： 只= j e ) ( 坍c o s t a s i n l 9 0 ) = 8 63 4 2 ( 1 c o s l 8 1 9 0 s i n l 8 1 9 0 ) = 5 5 n t = p ( c o s l 6 0 + m x s i n ( o ) = 1 0 9 n 其中：m 一一刀具变钝系数，取m = l 。 压紧器压紧力：0 3 = 0 4 = 0 压刨进给条件为己 p c ，p u 为牵引力，p c 为阻力 只，= d 只 其中：a 一一安全系数，取1 2 5 一1 5 。 = ( 2 k + d ) d = ( 2 o 0 4 + 3 0 0 0 5 ) 4 0 = 0 0 3 9 5 其中：d 一一轴径； f 一一轴径与轴承之问滑动摩擦系数，取0 0 5 ； k 一般取0 0 4 。 q ：= d 8 q 3 + 。4 + 只) ( + ) + 2 ( q 3 + q 4 ) 厂+ 只j “2 妒二一2 ( f l + + ) ) = 2 9 6 87 牵引力： p o = a i ( t ) 2 + q 3 + g + p l ，) ( + ) 2 + ( 9 3 + 9 4 ) i 厂+ 乓j = 5 9 3 7 4 n 进给功率： n u = p u v ( 1 0 0 0 x 6 0 印) = 0 1 2 4 k w 其中：”一进给机构机械效率，n 取0 8 ； u 一进给速度( m m i n ) ： 由l 一一前进给滚筒与工件之间的摩擦系数，取0 5 0 ； 巾2 一一后进给滚筒与工件之间的摩擦系数，取0 2 0 ： f 一一工件与工作台摩擦系数，取0 2 0 。 5 1 1 平带轮的设计计算 1 选定胶带 因为高速轴转速为1 0 0 0 0 r m i n ，故选橡胶高速平带。 东北林业大学硕士学位论文 2 小带轮直径 d l = ( 1 1 0 0 1 3 5 0 ) 抓p m ) = 7 1 1 9 2 其中：p 一一传递功率，p = 2 7 1 1 ； n 一小带轮转速， 1 0 0 0 0r m i n ； v 一带速，m s ； d l 按手册表2 2 卜4 2 选取标准值为7 l 。 3 带速 v = 万d 1 九1 ( 6 0 1 0 0 0 ) = 3 5 1 5 7 m s 1 5 0 ( 合格 8 曲挠次数 y = 1 0 0 0 m v l = 1 0 0 0 1 3 7 1 5 7 1 5 8 9 1 2 - = 2 83 8 i o o 所选带曲挠次数合格。 9 带厚 根据d l 和机械手册表2 2 】- 3 7 选择带厚为2 0 。 1 0 带宽 b = k 。p k + k 。k k i ( m 一吒) 占。j = 3 2 r a m 其中：p 传递的功率。 2 7 1 1 k w ： k a 一一工况系数，取1 2 ： 2 4 年产1 5 0 0 0 m 2 普及型欧式术窗生产线设计 k ，一一拉力计算系数，橡胶带0 6 7 ； k 。一一包角修正系数查机械手册表2 2 1 - 3 8 取0 9 1 ； k 。一一传动布置系数查机械手册表2 2 1 - 3 3 取1 o ； k i 一一传动比系数，查机械手册表2 2 1 3 9 取1 0 ； m 一一带的质量，查机械手册表2 2 卜4 0 取1 2 0 0 k g c m 3 o 一一带的许用应力，取6 j ； oc 一一带的离心拉应力。 5 1 2v 带轮的设计计算 v 带轮的主要失效形式为： ( 1 ) 带在带轮上打滑，不能传递动力。 ( 2 ) 由于疲劳产生脱层，撕裂和拉断。 ( 3 ) 带的工作面磨损。 1 设计功率 b e = k 。p = 1 2 0 2 = o2 4 k w 其中：k a 一一工况系数，查机械设计手册取1 2 ： p 一一传递功率，为0 12 4 ，为了保险取0 2 。 2 选定带型 根据设计功率p d 和小带轮转速n l ，选定带型为a 型。 3 传动比 i = ” n 2 = d p 2 d 口2 = 7 其中：n ! 一一大带轮转速； n 一一小带轮转速： d 。一一小带轮节圆直径； d z 一一大带轮节圆直径。 4 小带轮基准直径d 。， 由机械设计手册表2 2 1 1 4 取3 j j 。 5 大带轮基准直径 d d 2 = i d a l ( 1 一= 7 3 55 0 - o 0 1 ) = 2 4 6 ，取d d 1 2 2 5 0 其中：一一弹性滑动率，取0 0 1 0 0 2 6 带速 v = 丌d 。l n l ( 6 0 x 1 0 0 0 ) = 3 1 4 3 55 2 8 6 0 ( 6 0 x 1 0 0 0 ) = 5 3 m s j 一一变! ! 垫些查兰堡主兰些堡奎 v 5 m s 所选带速合格。 7 初定轴间距a 。 o 7 ( d d l + 以2 ) “os2 ( d 胡+ d d 2 ) 1 9 98 5s a o 5 7 1 m m 8 所需基准长度。 l j o = 2 a o + 万( d d l + d j 2 ) ，2 十( d d 】一d d 2 ) 2 1 ( 4 a o ) = 2 3 2 8 + ，r ( 3 5 5 + 2 s o ) 2 + ( 2 5 0 3 55 ) 2 ( 4 3 2 8 ) = 1 1 3 9 3 南表2 2 1 6 - 7 ，近似取i d 为1 1 2 0 9 ，实际轴间距 a = a o + ( l d l d o ) 2 = 3 2 8 1 0 小带轮包角 口】= 1 8 0 0 一( d 。，1 一d d 2 ) 5 73 a = 1 4 25 。 1 1 单根v 带传递的额定功率p 1 根据带型，d 。和n 、查机械手册表2 2 1 2 传动比i l 的额定功率增量p 1 根据带型n l 和i 查机械手册表2 2 13 v 带根数 1 一i3 取p 1 = o 3 4 z = f ，( 1 j + 叫 ) k 。k ，= 0 2 4 ( i + 0 3 4 ) 0 9 o9 l = 0 2 2 其中：k a 一小带轮包角修正系数，查帆槭手册表2 2 卜i o ，取o 9 k - 一带长修正系数，查机械手册表2 2 卜1 1 ，取0 9 l 。 1 4 单根v 带预紧力 ，j = 5 0 0 ( 25 k 。一1 ) l l , ( z v ) + ，竹v 二= 1 8 74 5 m 一一v 带每米质量，查机械手册表2 2 ，卜1 2 ，取0 1 0k g m 。 i5 作用在轴上的力 = 2 凡x z s i n ( 1 4 25 2 ) = 3 8 6 9 5 n 5 1 3 齿轮选取 齿轮的失效形式主要有以下几种： 1 齿轮折断 2 齿面点蚀 3 齿面胶合 4 齿面瓣损 2 6 一 一一生兰! ! ! ! 些：堂墨型堕苎查堕圭主些生盐 5 齿面塑性流动 1 选材 小齿轮4 5 钢，调质l i b = 2 1 0 大齿轮4