实木门窗双槽开槽机设计

摘要目前木加工制品在人们的生活当中应用的越来越多，因此近些年来木加工行业得到了飞速发展，对木工机械的加工精度和加工效率越来越高，本次设计的木工双槽开槽机主要是用来完成两木料连接处榫槽的加工，两个木料通过铣削出来的槽配合榫的使用，以完成两木料的连接固定。开槽机的主要结构是有动力机构、传动机构、夹紧机构和进给机构四部分组成，具体的说，它将包括电动机、皮带传动装置、卡具、直线导轨等部件和组件。本课题所设计的内容主要是掌握机床的技术要求及其工作特点，对该机床进行总体方案的设计、零件的设计和标准件的选择。方案设计的主要任务有两点一是结合产品的技术要求和需要的具体条件确认设备的机械结构二是完成对设备的结构参数和力参数的计算。通过方案的实施初步完成机床的设计，通过对各个部件的校核来确保该方案的可行性。关键词开槽机木工机械铣床槽加工连接榫槽木材铣削ABSTRACTWITHTHEUSEOFWOOFPRODUCTIONANDRAPIDDEVELOPMENTOFWOOFWORKINGRECENTLY,THEDEMANDOFPRECISIONANDPRODUCTIVITYONWOODWOOKBECOMESHIGHERANDHIGHERWOODWORKINGGROOVEMILLINGMACHINEUSEDTOCOMPLETETHETENONSLOTPROCESSINGOFTWOTIMBERCONNECTION,WITHTHEUSEOFTHEGROOVEOFTENONFITTINGTOCOMPLETETHECONNECTIONANDFIXATIONOFTWOTEMBERPLATECUTTERMAINSTRUCTUREAREDYNAMIC,DRIVE,CLAMPINGANDFEEDINGMECHANISMOFFOURELEMENTS,SPECIFICALLY,ITINCLUDESMOTOR,ABELTTRANSMISSIONDEVICE,FIXTURES,LINEARGUIDEANDSOONTHETOPICSAREMAINLYDESIGNEDTOMASTERTHETECHNICALREQUIREMENTSOFMACHINETOOLSANDTHEIRWORKFEATURES,MACHINEOVERALLPROGRAMDESIGN,THEPARTSDESIGNANDCHOICEOFSTANDARDPARTSDESIGNOFTWOMAINTASKSFIRST,ACCORDINGTOTHETECHNICALREQUIREMENTSANDTHESPECIFICNEEDSOFPRODUCTSTOCONFIRMSTRUCTRUEOFMECHANICALEQUIPMENTSECOND,THECOMPLETIONOFEQUIPMENTPARAMETERSANDTHEFORCEPARAMETERSOFTHECALCULATIONTHROUGHTHEIMPLEMENTATIONOFTHEPROGRAMCOMPLETEDINITIALMACHINEDESIGN,THEVARIOUSCOMPONENTSOFTHECHECKTOENSURETHEFEASIBILITYOFTHEPROGRAMKEYWORDSLOTMACHINEWOODWORKINGMACHINERYMILLINGGROOVETONGUEANDGROOVECONNECTIONWOODMILLING目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111选题的目的及其意义112国内外研究现状113发展趋势114开槽机的特点215主要技术参数3第2章总体设计方案421开槽机的构成422传动装置的设计423工件的夹紧装置的设计524机身的设计525本章小结5第3章切削力的计算631速度计算632功率计算633选择电机834计算装置的总传动比935计算传动装置的运动和动力参数936本章小结10第4章皮带传动设计计算及参数选择1141确定计算功率1142选择带型1243确定带轮基准直径1244确定皮带的基准长度和传动中心距1245演算主动轮上的包角1346计算皮带根数1347计算初拉力1348计算轴上的压力1349本章小结13第5章主轴的设计1451轴径的初步估算1452轴的结构设计1453轴的强度校核1454本章小结18第6章轴承的选择与计算1961轴承的选用1962轴承的寿命计算1963本章小结21第7章机床的使用与保养2271润滑的作用2272机床的保养22结论24参考文献25致谢260第1章绪论11选题的目的及其意义我国木工机械行业近年来一直高速发展，在国际行业处于领先地位。生产的木工机械，除供国内使用，还大量出口国外，并成了世界贸易的主要组成部分。随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，板式家具在人民生活中的地位也越来越重要，应用越来越广泛。而木工开槽机正式随板式家具的兴起而越来越兴旺。由于工厂规模的限制，小型开槽机的需求量成为钻孔机中的佼佼者。开槽机具有生产效率高，定位精度高，机床结构紧凑，占地面积小，操作灵活方便等特点，它的出现大大地减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。开槽机主要用于圆孔，圆榫孔，补节孔等工序的作业，尤其是对多孔零部件的加工更为灵活方便，同时钻孔质量好，生产效率极高。板式部件的连接大量采用圆榫，五金零件并逐步取代了其他结合方式。以适应板式家具流水线的需要和连接方便的特点。12国内外研究现状（1）制造质量、技术性能和可靠性普遍提高。在结构设计方面，讲求紧凑实用。采用计算机优化设计和组成技术设计，对机床的使用安全性、操作、维修、运输方便和舒适性、色调和环境的和谐性、醒目的安全和危险标志、制造的工艺性、外形的美观和人机工程原理方面都给予足够重视。很多厂家都采用了现代化的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助质量保障系统（CAQ）、计算机辅助规划（CAP）、计算机辅助制造（CAM）和计算机控制（CNC）等技术。（2）在进一步完善、发展适合少品种、少规格大批量生产木制品的各类专门化自动生产线、联合机的同时，适用于加工小批量、多变种的木工机械和木材加工机组有较快的发展。（3）木工刀具在品种规格、精度、耐用度、新材料和新技术的应用等方面的发展很受重视。（4）对科研、教育和新技术、产品开发和投资非常重视。木工机械国际市场的竞争在很大程度上是科学技术的竞争。13发展趋势高速铣削技术是目前木工机械发展的主要趋势，它是将计算机数控技术应用于术材加工机械产品中，结合术材加工高速铣削的特性要求，实现加工刀具在各1坐标轴空问内联动插补运动，以达到加工程序要求的精确位置和高速度，从而保证加工部件的质量和实现加工复杂的形状，提高加工产品的精确度。（1）提高机床的可靠性由于木工机床较复杂，成本也较高，因此它的可靠性是历来使用者所关心的问题。要使机床不仅好用，而且耐用，机床设计必须合理。（2）提高加工精度和表面加工质量由于木制品的精度和表面粗糙度要求的提高和木工机床本身的精度与机床寿命密切相关，因而，木工机床精度的确定，必须保证达到最大的经济效益。要提高机床的加工精度和表面加工质量，就要提高机床的传动精度和抗振性。提高机床的抗震性，不只是要增加刚度，重要的是减少引起震动的因素，如减少高速转动件的数量并提高其平衡水平。（3）改善操作的方便性和舒适性现代机床应尽量减轻操作者的体力和脑力劳动强度，使操作者操作机床感到轻松，舒适。为此设计者要特别注意掌握人机工程学和机床艺术造型的理论。（4）提高机械化和自动化水平为了减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和保证加工精度及精度的稳定性，机床应尽量提高机械化，自动化水平。当前主要是实现辅助工序（供料，卸料，检验，中间输送）的机械化和自动化。（5）工序集中工序集中既在机床上木件一次装夹定位中可以完成多工序的加工。由于避免了多次定位带来的定位误差，提高了加工精度，也节省了辅助时间。多工序同时加工，切削时间重合，将大大提高劳动生产率，如具有立式多片圆锯机构的跑车带锯机，具有卧式多片圆锯机构的卧式带锯机，都是经过一次装夹完成规格板，方材加工的。14木工开槽机的特点此机床是木材加工机械产品中，结合木材加工高速铣削的特性要求，实现加工刀具在各坐标轴空间内联动的肖线插补运动，以达到加工程序要求的精确位置和高速度，从而保证加工部件的质量和实现加工复杂的形状，提高加工产品技术附加值，木工开槽机为通用的木材加工设备，在木材生产中占有相当大的比例。机床包括机身、压紧器的工作台和带切削刀头的刀架。根据用途木工开槽机的传动方式主要为主轴电机直接驱动和主轴传动并与进给传动为结合，其中主轴直接驱动和手动进给最为常见。主轴用直线运动导轨来实现开槽运动与导轨相比有显2著的优越性，它能保证加工面的粗糙度及加工底面的深度。木工开槽机多数是连续加工，控制系统的特点是能够对两个或两个以上的坐标同时进行控制，它不仅可控制机床移动部件的起点和终点，而且还可以控制整个加工过程每一点的位移量。刀架是该机床最主要的部分，由于刀架布局的不同和机床的形式不同，通常刀架使该机床分为并列式与转塔式。刀架的上下移动切削加工由交流伺服电机直接带动精密丝杠传动，使刀架在精密直线导轨上移动，达到铣削的深度和宽度的尺寸要求。机床上装有两个垂直钻头。两个垂直钻头为，且两刀具相对固定，8具有横向纵向两自由度，两钻头各由一个三相异步交流电机驱动，由于在木工加工中工作强度较轻，所以电机与刀具采用皮带连接，刀具转速在5000转一上。刀具的进给采取人工手动进给，为了保证加工的精度采用了挡铁，以确保加工的深度。该机床的夹紧机构采用凸轮机构，利用凸轮机构的死点确保被加工件的固定。可以说，板式家具的兴起促进了开槽机的产生同时也促进了该机床的进一步完善，而木工开槽机机的出现与发展又促进了木材加工行业的发展，木工开槽机成了各家具厂的需求设备。特别随着，近年来乡镇木工企业如雨后春笋般的出现和蓬勃发展，木工开槽机床将会有更为广阔的市场和发展的天地。故设计并改进木工开槽机是十分必要的。15主要技术参数（1）刀具个数2（2）两刀具间距20MM（3）加工榫槽尺寸35358MM（4）机床总功率075KW215KW（5）刀具最高转速6000R/MIN（6）机床外型尺寸861X5391048MM（7）重量约1000KG3第2章总体设计方案21木工开槽机的构成此机床主要由两部分构成工件压紧平台和刀具移动平台。工件压紧平台主要有水平压紧器和垂直压紧器各两个，配合挡板以确保被加工件的定位。刀具移动平台主要由主电机、刀架、横向移动平台和纵向移动平台，其中横、纵向移动平台都是由直向导轨配合滑块使用。另外还有其它辅助部件其中包括底座、机架、刀具和电机，其中底座与地面采用地角螺栓连接，以确保在工作是整个机体的稳定，机架采用角钢焊接。由于此机器同时在一个被加工件上加工两个槽，考虑到加工的准确度和刀具在高转速时减小振动，所以选用两个相同型号的小型电机，并紧固于底座。22传动装置的设计本次设计的木工机床主运动为刀具的横向和纵向的交叉运动，进给运动由人工手动控制。为了确保刀架运动的准确性，本机床采用高精度直线滑块导轨，由于采用了人工手动进给，为了确保加工孔的深度和宽度，在设计时采用挡铁以确保刀具的行进范围，本机床为木工机床，体积和功率较小，考虑到机床工作时的图21开槽机结构图4特点和对工作环境的考虑，所以机床占地面积不大，刀架的空间大小和两刀之间的距离有限，刀架与电机在同一运动平台，所以限制了刀具平台的大小，所以刀具与电机之间采用皮带传动以节省空间，再者刀具在工作时转速在6000R/MIN以上，考虑用齿轮传动难以适应如此高的转速，所以综合考虑采用皮带传动。23工件的加紧装置的设计为了确保夹紧可靠，动作迅速，操作简便，维护简便，减小成本。该床的夹紧采用凸轮机构，利用凸轮机构死点原理对工件进行夹紧。其原理图如图22。由于机床在工作时刀具转速高，切削力大，所以一定要确保被加工件的固定，为此机床上设置了四个压紧器，两个竖直两个水平，以确保工件的固定。由于被加工件的加工端面为斜度是的斜面，所以为了确保加工精度采用挡铁对被加工45件进行定位。详细结构见压紧器装配图。24机身的设计机身由支座，导轨，横梁等组成，为了保证机床的刚度，与稳定，不变形，底座由钢板冲压成矩形并焊接使具有足够的刚度，机身其他部分都采用焊接而成。整体采用槽钢，从而大大节省了材料，简化了机身，减轻了机身的自重，详细的机构见装配图总图。25本章小结本章介绍了机床的总体设计方案，对机床的功能进行了讲解，并对各个部件1凸轮机构2弹簧3夹紧手柄4橡胶垫片图22压紧器原理图5的选取进行了说明，其中包括我对我任务中的要求做出的自己的设计方案和理念。6第3章切削力的计算31速度计算速度计算主要包括刀具的切削速度和加工时的进给速度，通过对机床的工作技术参数的要求，进行分析计算确定各个速度，进一步选取部件。1切削速度VVDN/6031D钻头直径MMN钻头转速R/MIN刀具的最大切削速度VMAX81036000/602512M/S2进给速度UUNN/1000M/MIN32该机床UN一般取0105MM/R。MIN600001/100006M/MINMAX600005/10003M/MIN32功率计算1切削功率NPNP（KW）10QK（33）式中查文献8得切削比功（J/CM3）K每分钟切下的切屑体积（CM3/S）QQ10432CMULD（34）钻头直径CM，D进给速度MM/S。U2切削比功K切削比功可根据下式确定7KDYUZHK0式中系数表31列出了每刀进给量对切削比功影响的修正系数0ZU,同时也列出了白桦及云杉的值,对其他树种的木材必须在乘UZ0以树种修正系数。钻削深度修正系数（见表32）HK刀具侧刃数修正系数见表33Z刀具前角的修正系数见表34切削直径的修正系数见表35D根据上各表确定值,并求出每秒切削体积,按公式可求得切削功率。KQ表31每刀进给量对切削比功K影响的修正系数ZUUZK表32钻削深度修正系数HK表33刀具侧刃数修正系数ZK当每齿进给量为下列值时的ZUZ树种0001002004006008010015030035040045云杉82162106712548461315288268252241232白桦263125811560450324276236211195186183钻削深度为HMM时的修正系数树种102030405060云杉127138142147150153白桦152172185195203210刀具侧刃数为Z时的修正系数Z树种123云杉10117129白桦101401718查表得2631501294500460KUZHKZK02920S263150129450046029206110每分钟钻下木屑的体积Q10432CMULD钻头直径CM08CMD极端位置钻头中心间的距离27CMLL进给速度10CM/SUUCM02718072413Q3NPKW606表34刀具前角的修正系数K表35切削直径的修正系数DK表36树种修正系数SK树种椴木山杨云杉松木赤扬落叶松杨木水青冈栎木水曲柳系数080850910105111213131515121520刀具前角的修正系数树种1520253035云杉029026023021020白桦052049046044043切削直径DMM的修正系数D树种60800100120150200云杉058053049046043040白桦051036032030027023933选择电机1选择电机类型按工作要求条件选用微型异步电动机B型号2选择电机容量工作有效功率016KWWP电机输出功率0KW0PW公式中为电动机到刀具的传动装置总效率。取皮带传动效率096带滚动轴承效率0995滚09609414950）（017KW0P16因为载荷平稳,电动机额定功率只需略大于即刻,查电动机技术数据选择额定0P功率为025KW,B3微型电动机。最高转速1500MP34计算装置的总传动比I0256015WMN35计算传动装置的运动和动力参数（1）各传动部件转速1500R/MIN电机N6000R/MIN主轴I电机2501（2）各部件功率017KW0P02509410235KW主轴（3）各轴扭矩1082NM1507950MNT电机100374NM602359950主轴主轴主轴NPT将上述结果汇总于表37，以备查用。表37汇总表轴名功率P（KW）转矩T（NM）转速N（R/MIN）转动比I效率电机轴0171082150010990主轴023503746000025094136本章小结本章通过对各个部件的分析计算，从基本参数入手，通过分析计算确定了其它重要的参数，并通过计算选取电机。11第4章皮带传动设计计算及参数选择传动装置是任何机械系统的主要部分，传动装置的选择十分重要。此机床为木工机床，体积和功率较小，考虑到机床工作时的特点和对工作环境的考虑，所以机床占地面积不大，刀架的空间大小和两刀之间的距离有限，刀架与电机在同一运动平台，所以限制了刀具平台的大小，所以刀具与电机之间采用皮带传动以节省空间，再者刀具在工作时转速在6000R/MIN以上，考虑用齿轮传动难以适应如此高的转速，所以综合考虑采用皮带传动。41确定计算功率（KW）PCA（41）PCAKA式中，P为传递的额定功率（KW），如电机的额定功率；为工作情况系数，AK见表41表41工作情况系数AAK软起动负载起动每天工作小时/H工况1010161610101616载荷变动微小液体搅拌机，通风机和鼓风机，离心泵和压缩机，轻型输送机101112111213载荷变动小带式输送机（不均匀载荷），通风机，旋转式水泵和压缩机，发电机，金属切削机床，印刷机，锯木机和木工机械111213121314载荷变动较大制砖机，斗式提升机，往复式水泵和压缩机，起重机，磨粉机，冲剪机，橡胶机械，震动筛，纺织机械，重载运输机121314141516载荷变动很大破碎机（旋转式，颚式等），磨碎机（球磨，棒磨，管磨）13141515161812注1软起动电动机（交流起动，三角形起动，直流并励），四缸以上的内燃机，装有离心式离合器，液力联轴器的动力机。负载起动电动机（联机交流起动，直流复励或串励），四缸以下的内燃机。2反复起动，正反转频繁，工作条件恶劣等场合，应乘以12。AK3增速传动时应乘以下列系数AK增速比1251741752492534935系数105111118128由表41查得工作情况系数12，故A12253KWPCAK42选择带型根据P和N有机械设计基础手册查得，确定选用氨酯高速平皮带。CA43确定带轮基准直径由机械设计手册查得，取主动轮基准直径D60MM，根据1I（42）12DNW0256015MM12验算带的速度417M/S2/2287356S由计算所得安全系数大于许用值，故轴的疲劳强度合适。532轴的静强度校核1确定危险截面根据载荷较大及截面较小的原则选取截面B为危险截面2校核危险截面系数0S002S因05506，故取1214SB0353（10/32）/208953416570MAXSSAXSEQWM3353（10/16）/3741852316500AXS322318576因，故轴的静强度足够。S表51轴的材料及其主要机械性能钢号45热处理调质毛坯直径200硬度217255HBS抗拉强度637BAMP屈服强度353SAMP弯曲疲劳强度2681许用静应力2161扭转疲劳强度155A许用脉动应力980A许用疲劳应力591等效系数020154本章小结19本章通过计算对轴进行了设计和校核,从轴的工作要求以及装配条件出发,对轴的外形进行了设计,并结合传动装置,考虑力和力矩的作用对其进行校核,选取危险截面进行计算,结果轴符合要求。20第6章轴承的选择与计算选用轴承首先是选择类型。要合理选择轴承的类型，则必须根据各类轴承的结构和性能的特点，综合考虑轴承的载荷、转速、刚度及调心性能要求、装配条件、经济性等各种因素了来进行。61轴承的选用（1）由工作条件及轴颈直径，初选单面防尘深沟球轴承2060800和1060098。按轴承样本和设计手册查得轴承的8300N，13200N。0C（2）由于单面防尘深沟球轴承在承受径向力时不会引起轴向力，所以在一根上装四个轴承以使主轴能稳定工作。（3）根据受力情况，将这对轴承安装成正排方式（4）根据要求的精度，选轴承精度G纹。（5）轴向固定方式采用双固定方式，游隙的调整采用加调整垫片方式。62轴承的寿命计算（1）对两轴承进行受力分析。如图61123456（2）计算轴承的径向载荷、1RF2由静力学公式计算轴承支反力，如图62所示。得168688N，59788N；故轴承的径向载荷CYFBY1轴承座2挡圈3单面防尘深沟球轴承（2060800）4前座压盖5单面防尘深沟球轴承（1060098）6O型密封圈图61刀架21168688N，59788N。1RFBY2RFCY图62轴承的受力分析（3）计算轴承的轴向载荷、1S2轴承的内部轴向力为068F114708N1R40656N“2SN470863908AF“S故114708N，N1S211（4）轴承当量载荷计算当量载荷P（P或P）（N）的一般计算公式RA（61）PRAFXFY式中X、Y为径向和轴向载荷系数，其值见表62。为考虑载荷性质引入的载荷系数。PF表62载荷系数载荷性质PF举例无冲击或轻微冲击1012电机、气轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1218车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1830破碎机、轧钢机、钻探机、振动筛等0138，按表，在00940141之间，E应在030034之间。线形插10SC10SC值得03143401389425E114708/168688068E1RSF22按附表E，则056，在145131之间1X1Y线形插值得1451304138390157，按附表E查得1，0。20SC2X2Y按表62，1218，取15。PFPF68872N111RPFS9682N22PF（5）计算轴承的基本额定寿命（，故以轴承一为准）HL1P2184036H1064HC轴承寿命指数（深沟球轴承3）轴承寿命足够大，故初选轴承2060800和轴承1060098符合要求。63本章小结本章通过计算对轴承进行了选取和校核,考虑到对轴的工作要求以及传动方式的限制,所以在一根轴上选用了四个轴承来确保工作的稳定,通过力和力矩的计算对轴承进行了校核,结论四个轴承全部符合要求。23第7章机床的使用与保养71润滑的作用润滑对机械设备的正常运转起着重要的作用。其作用主要是（1）控制摩擦在摩擦表面之间加入润滑剂，形成润滑油膜减磨层，就可以减低摩擦系数，减少摩擦阻力，减少功率消耗。例如在良好的液体摩擦条件下，其摩擦系数可以降低到0001，甚至更低。此时的摩擦阻力主要是液体润滑膜内部分子间互相滑移的剪切阻力。（2）减少磨损润滑剂在摩擦表面之间，可以减少硬粒磨损，表面锈蚀和金属表面间咬焊与撕裂等造成的磨损。只要选用合适的润滑剂，就能形成良好的润滑条件，避免油膜的破坏，保持零件配合精度，从而大大减少磨损。（3）降低温度润滑剂能够降低摩擦系数，减少摩擦热的产生。机床运转时，摩擦消耗的机械能转化为热能，引起摩擦部件的温度升高。使用润滑油，不仅降低了摩擦阻力，使摩擦产生的热量减少，部件的温度相应降低，可使摩擦表面温度降低，起到降温冷却作用，使机械控制在所要求的温度范围内运转。（4）防止腐蚀，保护金属表面机械表面不可避免地要和周围介质接触（如空气，水湿，蒸汽，腐蚀性气体及液体等），而使机械的金属表面生锈，腐蚀进而被损坏。尤其是高温及腐蚀性很强的工作环境，俯视磨损显得更为严重。（5）密封作用润滑剂不仅能起到润滑减摩作用，而且还有增强密封的效果，防止水湿或其他灰尘，杂质侵入摩擦副而起到良好的密封效果。此外，润滑油还可以起到减少震动和噪音的效能。72机