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摘 要 本次設計的指接機端面銑削部分是應用于普及型歐式木窗加工的專用設備，通過指接技術降低類似于歐式木窗的木工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高其市場競爭力。 通過對國內(nèi)外指接設備的分析，在考慮生產(chǎn)成本的基礎上，設計了能夠滿足一般指接需求的設備，并根據(jù)較小尺寸對刀具系統(tǒng)進行了完善，使本機床的刀具系統(tǒng)適用較小截面尺寸的木工產(chǎn)品的指榫加工。刀具主軸轉速較高，并承受一定的扭矩，文中對其進行了受力分析，確保其在生產(chǎn)中的安全性，同時對其附屬部分，如帶傳動和軸承等進行了校核計算。木材原料夾緊機構采用彈簧壓緊，對彈簧力進行了分析，確保在最省力的情況下使木材原料順利加工。 本題目從生產(chǎn)實際出發(fā)，為小徑木材指榫加工設計關鍵設備，對現(xiàn)有的指接機進行改進設計，降低指接生產(chǎn)線成本，使指接技術得以普及。對于我國中小型木工企業(yè)的生產(chǎn)改型和技術革新有重要的意義。 關鍵詞:木材；指接；指榫；歐式木窗；木工機械 ABSTRACT The machine that we designed is a milling installation which is used for the machining of the popularized western-style wooden window. By applying this kind of knowledge, we could reduce the production costs of those products as western-style wooden window and enhance its competitive power. Through the analysis of both the domestic and the foreign tenoners and on the basis of the consideration of its production costs, we have designed this kind of equipment which could meet the need for the joint of general tenon need raw materials and have made approve-ments to its tool system. Through this change, we have made its tool system more applicable for the joint of those products in smaller section size. The tool’s primary shaft works in higher rotational speed and withstands certain torque. We have carried out the force analysis in this article to make sure its security and have made checkouts to its accessorial parts, such as transmission belt and transmission shaft and so on. Through the analysis of the spring force, we uses the spring to compact in the lumber raw material jig system to make sure that the lumber raw materials could clamp smoothly in the situation which uses the minimum forces. Combined from infact of product, this topic is set up both for the design of the key equipments which are used for the machining of this small materials and to make approvements to the existing tenoners so as to reduce the costs of the connect production line and to make this technique popular. With regard to our middle and small carpentry enterprise's production modification and technical innovation, this design has quite a vital significance. Key words：Lumber; Connect; Tenon; Western-style wooden window; wood working machineny I 目 錄 摘要 I Abtract II 第1章 緒論 1 1.1指接技術綜述 1 1.2指接設備的研究意義 1 1.3木工機械的國內(nèi)外發(fā)展綜述 2 1.3.1木工機械產(chǎn)品的現(xiàn)狀 2 1.3.2木工機械發(fā)展趨勢 2 1.4指接概述 4 1.4.1指接工藝簡介 4 1.4.2指接的特點 5 1.4.3指接材的種類 5 1.4.4指榫的加工方法 5 1.4.5指接機床的使用及加工缺陷的調(diào)整 6 1.4.6影響指接材質(zhì)量的因素 8 1.4.7指接材質(zhì)量評定與檢驗 9 1.4.8指接刀簡介 10 第2章指接機切削部分的設計方案 13 2.1切削部分的設計任務 13 2.2切削部分的主要工作結構 13 2.3指接機的開榫原理及工作方式 13 2.4切削部分的設計方案 14 2.4.1機床的設計方案 14 2.4.2工作要求 14 2.4.3產(chǎn)品的用途 15 2.4.4工段的生產(chǎn)制度和主要經(jīng)濟指標 15 2.5本章小結 15 第3章 端銑系統(tǒng)的設計計算 16 3.1電動機的選擇 16 3.2軸的設計計算 17 3.2.1估算軸的基本直徑 17 3.2.2軸的結構設計 17 3.2.3軸的受力分析 18 3.2.4按當量彎矩校核軸的強度 19 3.3帶傳動的設計計算 23 3.4軸承的選擇與計算 25 3.5平鍵聯(lián)結的強度計算 27 3.6本章小結 27 第4章 指接系統(tǒng)的設計計算 28 4.1電動機的選擇 28 4.2主軸的設計計算 28 4.2.1估算軸的基本直徑 28 4.2.2軸的結構設計 28 4.2.3按當量彎矩校核軸的強度 30 4.3帶傳動的設計計算 34 4.4軸承的選擇與計算 38 4.5平鍵聯(lián)結的強度計算 38 4.6本章小結 38 第5章 壓緊機構的設計計算 39 5.1壓緊機構的結構設計 39 5.1彈簧部分的計算 39 5.2本章小結 42 結論 43 參考文獻 44 致謝 46 第1章 緒 論 1.1 指接技術綜述 自20世紀70年代由瑞典科學院的研究人員開發(fā)并研制出來歐式木窗，便先后在美國、英國、北歐、德國、加拿大等國推廣使用。其作為一種新型的利用指接集成材生產(chǎn)的中空式木窗，由于它的先進性，目前在北歐、德國、美國和加拿大己經(jīng)普及，在我國的高級賓館也已經(jīng)開始使用，并有可能迅速推向整個中國市場；更重要的是該技術的應用大幅度的提高了木材的利用率。 到目前為止，指接材生產(chǎn)線在國外已取得不少成就，但因其價格問題在我國一直得不到普及。全套引進生產(chǎn)設備，所生產(chǎn)出的產(chǎn)品價格非常高，大約是普通塑鋼窗的10倍，目前在我國普及難度相當大。黑龍江省牡丹江木工機械股份有限公司有生產(chǎn)普通木窗加工設備的經(jīng)驗，東北林業(yè)大學的木工機械和數(shù)控自動化可以提供工業(yè)化生產(chǎn)技術，這些可以解決我國歐式木窗加工機械數(shù)控化、降低產(chǎn)品成本和投資的問題，為東北地區(qū)率先普及歐式木窗提供條件。北歐和德國的歐式木窗工業(yè)化生產(chǎn)技術比較成熟，他們的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)完全實現(xiàn)自動化和數(shù)控化，我們也可以借鑒他們的經(jīng)驗[1] 。 1.2指接設備的研究意義 由于全球性森林資源的減少、生態(tài)環(huán)境逐漸惡化和我國“封山育林”政策的實施，原始林區(qū)大徑優(yōu)質(zhì)木材的供應矛盾突顯，各種木材加工業(yè)所需的原材料也逐漸向人工速生林轉移，其材質(zhì)下降，小徑材多。與此同時，大量硬雜木和小徑材、撫育間伐林、可利用的梢頭枝杈、加工余料等被丟棄，使林木的最終利用率僅為25%左右。提高木材利用率成為人們迫切需要解決的問題。木材指接是提高木材利用率，改善材質(zhì)的有效措施。大力發(fā)展指接技術既可以緩和木材供需矛盾,也有利于林區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。 我們現(xiàn)在研制開發(fā)的普及型指接材生產(chǎn)線是適合中國國情的新技術生產(chǎn)線，生產(chǎn)線尤其適合以小型木制品生產(chǎn)為主的企業(yè)和私營企業(yè)，也可以作為大型建筑單位的附屬企業(yè)，以解決自己使用木窗和舊房木窗改造。此外，該生產(chǎn)線還特別適用于鋸材每年1萬立方米以上工廠的成品車間，也可以作為集成材廠的后續(xù)產(chǎn)品加工廠。 普及型歐式木窗生產(chǎn)線(包括四面刨床、指接機和開榫機等整套生產(chǎn)設備)的設計，可以滿足普通消費者的需求，指接材木窗作為高檔木窗和塑鋼窗的替代品，要求成本低、設備適應性強、利潤高，普及型歐式木窗生產(chǎn)線的設備投資少，資金周轉時間短，流動資金投入少，該生產(chǎn)線尤其在東北地區(qū)普及有很好的前景，也將取得巨大的社會和經(jīng)濟效益。因此，產(chǎn)品會產(chǎn)生很高的經(jīng)濟效益。 1.3 直接設備的國內(nèi)外發(fā)展綜述 1.3.1 直接設備產(chǎn)品的現(xiàn)狀 建國以來，我國木工機械有了很大發(fā)展，目前已形成有科研、教育、設計和生產(chǎn)配套齊全的行業(yè)體系。自改革開放以來，產(chǎn)量質(zhì)量品種利潤技術水平都有了大幅度增長和提高。據(jù)統(tǒng)計,1991年我國生產(chǎn)各類木工機械1100多種,除基本滿足了國內(nèi)各主要木材加工行業(yè)需要外，出口量也逐年增加。1992年出口木工機械10萬多臺，銷售到俄、美、西歐、東南亞等地，創(chuàng)匯1600余萬美元。 通過對具有國際水平的木工機械的引進、合作生產(chǎn)和消化吸收，提高和加快了我國木工機械的技術水平和發(fā)展速度，增強了我國木工機械的發(fā)展和創(chuàng)新能力?？s短了我國木工機械技術水平與國際先進技術水平之間的差距。例如：信陽木工機械廠從意大利引進的伺服液壓雙卡軸旋切機技術、從日本引進的帶鋸機制造技術等。此外，我國木工機械廠家還自行研制了一批具有較高技術水平的木工機械。如上海木工機械廠的程序控制硬質(zhì)合金圓鋸片磨鋸機；東北林業(yè)大學與威海木工機械廠研制的制材削方機等。這些新產(chǎn)品有些是填補了我國木工機械的空白，有些則是在同類產(chǎn)品的技術基礎上有了較大提高，帶動了我國木工機械的技術進步和發(fā)展。 我國木工機械雖然有了較大的發(fā)展，但尚存在不少問題。首先，我國木工機械的設計制造尚未完全脫離仿制，還沒有了解國外先進設備的精髓所在，對引進的高技術產(chǎn)品往往是知其然不知其所以然。這是我國木工機械行業(yè)缺乏競爭力的的主要原因。其次，體制混亂，多頭管理，只重視短期效益，不重視木材加工機械的特性和基礎技術研究，缺少全面和長遠研究發(fā)展戰(zhàn)略，這是影響我國木工機械水平和發(fā)展的另一個重要原因。再次，我國木工機械質(zhì)量低的另一個原因是很多單位只注重開發(fā)新產(chǎn)品，卻忽視了對老產(chǎn)品的改進研究，致使不少企業(yè)沒有品牌產(chǎn)品。雖然新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但質(zhì)量一般，競爭力弱。相比之下，國外一些廠家雖然產(chǎn)品品種少，但他們注重改進提高，保持產(chǎn)品領先于同類產(chǎn)品，因此競爭力極強。 隨著社會的發(fā)展和技術的進步，木工機械的外觀質(zhì)量、配套性、高科技含量、操作性、維護修理等多項指標也將越來越被重視。也就是說，我們必須有全面的質(zhì)量意識，這點較國外差距較大[2]。 1.3.2 木工機械發(fā)展趨勢 隨著科學技術的進步、新材料的開發(fā)、木材加工工藝的深化，世界木工機械在產(chǎn)品品種規(guī)格、數(shù)量、動態(tài)和靜態(tài)性能、精度、機械化、自動化、安全性及新技術應用等方面都有了飛速發(fā)展,木工機械在自動化、現(xiàn)代化、機電一體化和連續(xù)化方面進入了一個新階段。世界主要國家的木工機械有下列發(fā)展趨勢： （1）現(xiàn)代化手段加速產(chǎn)品更新?lián)Q代 發(fā)展計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助測試，以提高技術水平，縮短設計制造周期，提高制造水平并降低制造成本，最終加速木工機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 （2）采用新技術、新結構、新材料、新工藝，進一步完善木工機床，并全面提高質(zhì)量，以保證產(chǎn)品的競爭能力。 發(fā)達國家在提高木工機床動態(tài)性能和靜態(tài)性能，提高制造精度、工作精度和可靠性的同時，并對機床的外觀質(zhì)量、安全性、操作舒適性、結構布局合理性以及色調(diào)協(xié)調(diào)性等方面都給予足夠的重視。 （3）計算機數(shù)控技術在木工機床上的應用將日益廣泛，機電液一體化的木工機械比重將越來越大。 數(shù)控機床綜合了自動控制、計算機技術、精密機床和機床結構方面的成果。對于家具和木制品生產(chǎn)的“小批量、多品種”較為有效。效率比一般木工機床高3到4倍，加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定?？蓮V泛應用于制材生產(chǎn)線，細木工和家具生產(chǎn)上。再者，數(shù)控機床可有效的解放勞動力，合乎人類發(fā)展需要。 （4）發(fā)展柔性加工系統(tǒng) 為了適應家具工業(yè)多品種、小批量生產(chǎn)的需要，木工機床也開始發(fā)展“柔性制造系統(tǒng)”。意大利SCM公司，1983至1985年接連生產(chǎn)出System1和System3,它以一臺貫式穿直邊四面刨床、一臺雙頭開榫機、兩臺直角變換傳送輥和數(shù)空系統(tǒng)組成,由電腦控制刀具定位、停車及導板和工件長度,可保證整個加工系統(tǒng)的正確運轉。特點是加工靈活性好，可重新組裝和快速自動調(diào)整。這是一種效率很高的設備,前途非常廣闊。 （5）產(chǎn)品系列化、組合化、規(guī)格化 為滿足用戶的一般使用要求和特殊使用要求，相當部分設備設計成由通用基礎部分和任選部分組成，使產(chǎn)品系列化、組合化、規(guī)格化，以縮短設計制造周期，盡快將新產(chǎn)品推向市場。例如，德國威力公司生產(chǎn)的成型四面刨床，它分為普通型、經(jīng)濟型、萬能型和液壓型四種，前兩種適用于中小型木工企業(yè)的小批量生產(chǎn)，后兩種則適用于大中型企業(yè)使用。機床可由11種模塊組成不同軸數(shù)和排列的結構，機床寬度有6種以上規(guī)格。這樣可組成上百種不同結構的成型四面刨床，以滿足不同木材工件規(guī)格、不同產(chǎn)品精度要求和不同型面、不同表面粗糙度要求以及不同規(guī)格、不同控制方式和不同加工規(guī)模的木材加工要求，而成為適應性極強的加工設備。 （6）重視研制和開發(fā)小材小料小徑木和速生林材加工利用設備以及劣材優(yōu)化的加工設備。 目前許多國家研制成功小型圓鋸、小徑木制材生產(chǎn)線，設備結構簡單，效率高，加工精度高，投資小見效快。還有研制成功的微型排鋸機，每分鐘行程達400次，鋸割表面和加工精度都良好。日本等國研制成功的小徑木旋切機，其工作速度和木材利用率都較普通旋切機高。此外，短材接長設備、劣材優(yōu)化加工設備和地板加工成套設備等都有很大發(fā)展。 （7）加強木工刀具材料制造工藝結構設計和品種規(guī)格系列的研究和開發(fā)。 隨著科學技術的進步和對木材切削理論及刀具的深入研究，新材料、新刀具不斷出現(xiàn)，制造精度和標準有逐漸增高的趨勢。近些年，鑒于刨花板、中密度纖維板、硬質(zhì)纖維板及木質(zhì)復合板材料的加工特性，原有刀具在硬度、韌性、耐磨性等方面已不能滿足要求，相繼研制成功超耐熱硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具以及燒結金剛石刀具等。此外，激光加工木材也得到較好的發(fā)展，由于是不切削接觸加工，所以不產(chǎn)生噪音、粉塵和振動，可加工在一般機床上難以加工的復雜形狀，該技術前途無量[3]。 1.4 指接概述 1.4.1 指接工藝簡介 目前，隨著高檔家具實木業(yè)、高級木地板室內(nèi)裝飾業(yè)的迅速發(fā)展，以及全球性森林資源的減少、生態(tài)環(huán)境逐漸惡化和我國“封山育林”政策的實施，原始林區(qū)大徑優(yōu)質(zhì)木材的供應矛盾突顯，用材林逐漸向人工速生林轉移，其材質(zhì)下降，小徑材多。與此同時，大量硬雜木和小徑材、撫育間伐林、可利用的梢頭枝杈、加工余料等被丟棄，使林木的最終利用率僅為25%左右。提高木材利用率成為人們迫切需要解決的問題。木材指接是提高木材利用率，改善材質(zhì)的有效措施。發(fā)展指接材、集成材可增加木材產(chǎn)量 ,緩和木材供需矛盾 ,有利于林區(qū)經(jīng)濟發(fā)展 ,即有經(jīng)濟效益又有社會效益。 指接是木材縱向接長的一種有效方法，同時又是集成材加工的主要工序。其特點是短料長用、劣材優(yōu)用，可提高木材利用率。主要用于成材的指接，指接地板、集成材、家具及門窗料等方面。 指接材的常用工藝流程為：木料準備?枋板鋸割?毛板干燥?剖割坯料?刨削加工?木方兩端銑齒?配坯?涂膠?縱向接長壓緊?四面刨刨光四面?指接材加工。 短料、小徑料進車間后，分材種經(jīng)帶鋸或剖料鋸加工成所需板材或枋料，經(jīng)過干燥和定性處理后，由剖料鋸將毛板材鋸割成指接規(guī)格的條料或板料，再經(jīng)平壓刨床或四面刨床進行刨削加工。將刨削后的坯料再指接機上開榫，再將銑齒后的坯料均勻涂膠，翻轉換頭擠壓接長。最后，經(jīng)刨削、截邊、砂光處理后即可用于生產(chǎn)木制品。經(jīng)過一系列工藝過程拼接的小徑材、短料實木板、方材不僅擴大了應用范圍，而且克服了木材易翹曲、扭曲、開裂、變形等自然缺陷，有利于提高木材制品質(zhì)量，大大提高了經(jīng)濟效益。 1.4.2 指接的特點 指接具有如下特點： （1）通過指接加工將短木料接長,可優(yōu)質(zhì)長材做到小材大用,提高木材的利用率。 （2）指接可以得到準確長度的成材提供給消費者,以減少加工中的浪費。 （3）通過指接加工可以矯正木材的彎曲、扭曲變形,獲得平直的材料,作到劣材優(yōu)用。 （4）剔除節(jié)子、裂紋、腐朽等木材的天然缺陷然后指接成長材，一定程度上提高了材等級。 （5）指接可以制造較長的成材 ,滿足建筑施工的特殊需要。 （6）與木材接長的其它方法相比指接木材損失少、有效膠接面積大、膠合強度高、便于實現(xiàn)機械化生產(chǎn)。 （7）一根指接材由多個指榫接頭而成,指接材上的一個指榫接頭破壞就意味著整根指接材的破壞,因此要求加強指接材生產(chǎn)中的質(zhì)量管理[4]。 1.4.3 指接材的種類 指接材的種類有： （1）按指接材承載情況,可分為結構指接材和非結構指接材。結構指接材主要用于建筑、車輛等承載構件,它要求指接材具有足夠的強度和剛度。非結構指接材主要用于室內(nèi)非承載構件,例如門、窗、扶手、地板、樓梯板等。 （2） 按指接長度 ,可分為長指榫和短指榫指接材。指榫長4～15mm,齒頂寬度 0.2～0.4mm的指接為短指榫指接。指榫長度15～60mm,齒頂寬度0.4～2.7mm的指接為長指榫指接。 （3）按材料的含水率 ,可分為干材指接和濕材指接。含水率在6～18%范圍內(nèi)為干材指接;含水率在18%以上為濕材指接。 （4）按表面裝飾性,可分為普通指接材和貼面指接材。貼面指接材是在指接材的表面貼上薄木等裝飾材料,增加外表美觀程度。貼面指接材又分為結構貼面指接材和非結構貼面指接材。 1.4.4 指榫的加工方法 （1）指榫的加工分類 按指接加工方向分類，可分為垂直型（V型）型和水平（I型）兩種，垂直型是工件寬度方向間指榫，而水平型是工件厚度方向間指榫。 垂直型的特點：①指榫加工時，工件的側后面作為基準，刀具厚度大，使用片銑刀的數(shù)量多，銑削指榫所需要的動力大。②指榫加工時沿垂直木文理方向切削，指榫形狀變化小，精度高。③指接后加工的切削余量小，損失少。 水平型的特點：①指榫加工以工件寬面作為基準，刀具厚度小，使用片銑刀數(shù)量少，銑削指榫所需要的動力小。②針葉材膠合加壓時指榫根部易產(chǎn)生裂紋。③指接加工時,要求工件厚度的偏差小,否則指接后加工的切削余量大,增加木材的損失。④針葉材指接加工時，指榫的加工精度低。 垂直型與水平型相比較，指接強度幾乎相同，但實際生產(chǎn)試驗的數(shù)據(jù)表明，垂直型較水平型強度高5%左右。 垂直型和水平型的選擇原則是更據(jù)指接材使用部位及要求指榫強度、指接材的切削余量、指榫加工精度、生產(chǎn)性和安全性進行綜合判斷來決定。 （2）指榫的加工方法 指榫的加工有刀具加工、模具加工和刀具、模具組合加工三種方法現(xiàn)具體介紹如下： ⑴刀具加工方法 刀具加工是由指榫銑刀在工件端部銑削出指榫的加工方法，指榫在專門的指接銑床上加工，這是指榫加工中最普遍應用的一種加工方法。刀具加工方法又分為垂直指榫加工方法和水平指榫加工方法兩種。水平指榫加工方式就是工件在連續(xù)進給過程中加工出指榫，實現(xiàn)指榫加工自動化生產(chǎn)，效率高，但指榫的加工精度波動大。 ⑵模具加工方法 模具加工是將工件端部壓入模具一次加工成指榫的方法。具體說就是模具兩側加工成指榫形狀，中間放置電阻絲用于加熱模具。這種方法只適用于模壓指榫長度10毫米以下的短指榫。模壓加工過程如下：夾具夾緊兩個工件的端部，并將其壓入加熱的模具，放松脫模、涂膠加壓拼接成一體。加熱模具的作用是利用其熱量可從指榫表面脫出一部分水份，同時儲存在指榫中的熱量可加速膠液固化。加壓壓力7～8MP，針葉材加熱溫度為190～250攝氏度，加壓時間5秒。 ⑶刀具、模具組合加工方法 刀具、模具組合加工是預先用刀具加工成指榫，然后壓入模具，使指榫頂部幾乎成尖形的加工方法。這種加工方法的特點是指榫的的齒頂寬極小，使指榫長度減小，經(jīng)濟效果好，解決了機械加工難以加工尖指榫的問題[10]。 1.4.5 指接機床的使用及加工缺陷的調(diào)整 指接機是生產(chǎn)木制品的精密加工設備，它為木材的合理利用及產(chǎn)品規(guī)格的多樣化開辟了一條新途徑。實木指接機床融機械、電子、液壓、氣動技術。同時，應簡化機床結構、操作程序，以方便中小型企業(yè)和個體加工業(yè)的需要。還要重視售后技術服務，為用戶排憂解難。機床使用廠家也應注重加強職工上崗前的培訓考核，機床操作人員應通過培訓，熟悉機床技術性能，操作程序，懂得故障排除和機床維護，方可上機操作，并嚴格按照機床使用要求進行操作，定期維護、檢查、于一體，技術先進，結構復雜。實木指接技術是木材工業(yè)發(fā)展的新型生產(chǎn)工藝。應用指接機械生產(chǎn)高質(zhì)量的實木集成材，需要機械制造企業(yè)不斷改進完善機床結構，尤其是強化適應生產(chǎn)工藝的機械化連續(xù)流水作業(yè)配套設備的提供，以適應規(guī)?；I(yè)大生產(chǎn)的需要保養(yǎng)機床，保證機床處于良好工作狀態(tài)，以保證指接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。從信息反饋中看出，機床運行中出現(xiàn)的問題，絕大多數(shù)屬于操作和使用不當，對機床技術性能和使用不熟悉，而上機隨意操作造成，甚至導致人身傷亡事故的發(fā)生，這些都值得用戶重視，以確保達到預期生產(chǎn)目的。 從生產(chǎn)實踐中我們體會到，加工產(chǎn)品的質(zhì)量好壞與設備調(diào)整程度有直接關系。因此，要加工出質(zhì)量好的指接產(chǎn)品，開機前的設備調(diào)整是必不可少的。如指接機在開機前，應檢查指接刀的刀刃是否有損壞，是否鋒利，是否需要更換；切肩鋸的鋸片是否有掉齒，鋸片有無偏斜等。如果發(fā)現(xiàn)問題，應根據(jù)具體情況調(diào)整或更換。更換時，可依據(jù)產(chǎn)品尺寸規(guī)格來確定指接刀的數(shù)目，然后用刻度尺調(diào)整肩切鋸及指接刀到合適吃刀量。還有傳動機構及行程觸動開關也需要檢查，像傳動皮帶和傳動輥是否靈活，運料橫桿是否偏斜，行程開關工作是否正常等[6]。 指接常見問題的原因及調(diào)整方法見表1.1。 表1.1 指接常見問題的原因及調(diào)整[6] 序號 問題 原 因 解決辦法 1 彎曲 肩高不合適 調(diào)整肩高 2 脹裂 1.齒形過短 2.切削刃偏歪或夾木屑 適量加長齒形 清除夾刀木屑后 仍有問題可換刀 3 擠裂 1.壓力過大 2.肩過高 3.材質(zhì)變化 按規(guī)定調(diào)整壓力 調(diào)整肩高 4 齒形 異常 1.指接刀刃偏歪 2.指接刀刃間夾木屑 換刀 清楚木屑 5 指接頂隙 過大 1.凹齒過長 2.凸齒過短 調(diào)整齒長 6 齒形破壞 指接刀不鋒利使木料齒形損壞 按時換指接刀 續(xù)表1.1 7 表 面 縫 陷 1.整條有縫 a長度不足 b凹齒短于凸齒 2.正面或背面一側有縫, 有以下幾種情況: a 基準線劃錯 b 傳送橫帶傾斜 c 夾有木屑 d 切屑鋸刀刃偏歪 調(diào)整輸入長度值 調(diào)整齒長使凹齒略 長于凸齒0.1mm 糾正劃線錯誤： 調(diào)整橫帶 按時換刀,防止產(chǎn)生毛刺 檢查風力大小 封閉風管漏洞 8 錯位、短頭 寬、窄料區(qū)別不細 區(qū)分寬窄料并注意觀察及時調(diào)整 9 接口不平 指接刀偏上或偏下 調(diào)整指接刀高度 1.4.6 影響指接材質(zhì)量的因素 經(jīng)過多年特別是近幾年的發(fā)展，我國的指接材的質(zhì)量已有很大的提高，但與國外產(chǎn)品相比，我國指接材的指接強度和直線度還有一定差距。其原因一方面是國內(nèi)指接材廠使用的設備精度普遍較低；另一方面是在相同設備精度條件下采用的工藝不合理造成的。指接材制品的質(zhì)量主要以接縫強度（如抗彎曲強度）、接縫縫隙好壞和指接材制品的直線度精度來考核。 （1）影響指接材直線度精度的因素： ①提高銑齒機、壓緊機特別是銑齒機床的精度是減小指接材直線度誤差的根本方法。假如銑齒機的各項精度誤差都為零，壓緊機的各項精度誤差也較小，采用上述任何形式的工藝都能生產(chǎn)出高直線度精度的指接材。但實際上銑齒機的各項精度誤差并不為零。 ②設備精度在一定范圍內(nèi)時，影響指接材制品直線度精度的主要因素是銑齒工藝和銑齒[7] （2）影響指接材強度的因素： ①指榫配置與強度性能的關系從圖1.1和1.2可知隨著指榫間距的增加，指接材抗彎強度增加，但提高的幅度不大。 ②指榫數(shù)量與強度性能的關系隨著指榫數(shù)量的增加，指接材的抗彎強度降低，但降低的幅度不大。另外，隨著指榫數(shù)量的增加，抗彎強度的離散性增加，即指接材的可靠性降低。 ③木材厚度與指榫間距的比值和強度性能的關系木材厚度與指榫間距的比值大小對指接材強度影響不大，但它卻是影響指接材強度的主要因素，應將指榫盡量分散[8]。 圖1.1 試材試樣示意圖 圖1.2 指榫配置與強度性能關系 1.4.7 指接材質(zhì)量評定與檢驗 （1）質(zhì)量評定：國家標準GB11954-89《指接材》中規(guī)定指接材的質(zhì)量評定分為優(yōu)等品、一等品、合格品3種。 （2）檢驗：國家標準GB11954-89《指接材》第8章對指接材的檢驗規(guī)則作了詳細規(guī)定,必須遵照執(zhí)行。 質(zhì)量管理的兩個主要目標是預測低于標準的產(chǎn)品和防止這些低于標準的產(chǎn)品投入使用中,以及確認造成問題的原因,加以改正或解決它。質(zhì)量控制程序應包括目測檢查、直接量測某些選擇的變量以及選擇一些樣品進行物理測試。目測檢查和在加工過程中選擇一些變量測量以防止或使不合格的產(chǎn)品保持在最低限度。產(chǎn)品制成后的物理測試是對目測檢查、測量和控制過程的再次審核。指接材的測試可以分為破損的和非破損的兩類： ①破損檢測，既從生產(chǎn)過程中間歇地選擇取樣然后加載至破壞 (變曲、順紋抗壓、順紋抗拉、沖擊韌性等)。將破壞的強度與國家標準規(guī)定的最低值比較。測試后用目測斷裂的指接木的破壞狀態(tài)、位置和木材破壞率等進行分析比較。靜曲測試通常是檢測指接質(zhì)量的一種快而簡便的方法。 ②近年來隨著科學技術的進步與發(fā)展非破損測試越來越受到人們的重視。主要有超聲波檢測器和應力檢測器等。美國華盛頓州立大學對木材非破損檢測 (無損檢測)作了一系列研究。我國中國林科院木工所研究人員也作了研究。檢驗載荷法是另一種測試或評價指接質(zhì)量方法,現(xiàn)已引起重視。檢驗載荷測試中,指接木經(jīng)受一個足夠大的應力以表明它們經(jīng)受設計載荷的能力。在結構用指接材的生產(chǎn)中可以用該測試裝置對每根指接木產(chǎn)品逐根進行檢測,達不到標準規(guī)定最低強度值的產(chǎn)品被剔除,從而使工程結構中使用的指接木的安全可靠有了保障。在大規(guī)格的指接木生產(chǎn)中,如膠合大梁等應用非破損檢測既保證了產(chǎn)品質(zhì)量又避免了產(chǎn)品受檢破損帶來的損失,是非常有前途的一種檢測方法。 1.4.8 指接刀簡介 指接刀主要有兩種形式：單片指接刀和整體指接刀。我國木材加工行業(yè)大量應用的是單片指接刀，它具有組合方便、修磨簡單和價格便宜的優(yōu)點，深受用戶歡迎。整體指接刀制造工藝復雜、價格昂貴，國內(nèi)僅有少數(shù)用戶進口這種刀具。下面主要介紹單片指接刀。 （1）指接刀的組合方式，指接刀在應用上是由片邊刀和中片刀組合在一起工作，一般的組合方式有兩種： 圖1.3 邊片刀和中片刀的組合 ①邊片刀和中片刀的組合方式（如圖1.3所示）——這種方法加工時對接木材的兩端都按同一種方法加工。加工時木板或木方先用硬質(zhì)合金圓鋸齊頭，然后用指接刀加工成形。在指接時將木方一頭翻個刷膠、接榫、加壓指接成形。該法工藝簡單方便為國內(nèi)多數(shù)廠家采用。 ②用中片刀組合方式（如圖1.4所示）——該種組合方式由于指接后木材的邊緣很薄，精加工時刨的削余量小，當指接精度不高時容易出現(xiàn)毛茬、倒刺等，因此很少采用。 圖1.4 中片刀組合 除上述兩種組合方式外，還有雙邊片刀加中片刀組合方式，這種加工方法在指接材加工中應用很少。 指接刀的安裝方式及修磨方法： （1）指接刀的安裝方式：指接刀在機床上裝刀后，為了減少切削阻力和提高制品的表面粗糙度，刀具安裝時應采用錯齒傘狀裝刀方式。切不可采用刃口對齊的裝刀方法，那樣會產(chǎn)生相反的切削結果。 （2）指接刀的修磨方法：硬質(zhì)合金指接刀在用鈍后應及時修磨。修磨方法主要有兩種：一種是成組修磨；另一種是單片修磨。成組修磨方法簡單，而且修磨后尺寸不變，目前廣泛采用此法修磨。修磨時只要將指接刀前刀面用支板對齊，用碗形金剛石砂輪將前刀面修磨鋒銳即可。后刀面不要修磨，修磨后刀面會改變齒形的幾何尺寸，使修磨的工藝復雜化。單片修磨工藝復雜，需要修磨兩側刃及頂刃，而且需要保證成組外形尺寸一致，要求修磨工人技術水平高，這里不做介紹[9]。 以下是幾種常見的指接刀（如圖1.5）： a 兩刃圓弧后刀面指接刀 b 四刃圓弧后刀面指接刀 c 兩刃方形圓弧后刀面指接刀 d 八刃圓弧后刀面指接刀 圖1.5 幾種常見的指接刀 第2章 指接機切削部分的設計方案 2.1指接機切削部分的設計任務 根據(jù)國外的指接機發(fā)展方向，要求制造出效率高，消耗功率少，產(chǎn)品質(zhì)量好的指接機，以便適應飛速發(fā)展的指接工業(yè)對指接材的質(zhì)量要求。本次設計的指接機為手動指接機，原料夾緊后采用工人手工進給的方式進行銑削加工，一次夾緊即可完成整道工序。機械的基本參數(shù)如下： 端銑刀刀刃半徑：140 mm 刀盤轉速：5680 r/min 端銑刀軸轉速:5680r/min 進給速度0.05m/min 機床外型尺寸:900×1300×1200mm 機床凈重:135～150kg 2.2指接機切削部分的主要工作結構 指接機主要由工件的夾緊機構、端銑刀部件、指接刀部件等部分組成。 工件的夾緊機構由兩個上壓頭和兩個側壓頭組成，可以在壓緊的同時保證工件不能翹頭和側翻。端銑刀部件主要由帶輪、軸以及端銑刀片組成。傳動軸采用固游式的固定方式對刀具起一定的保護作用。指接到部分與端銑刀相似，但指接刀是由一組刀具組成，可以同時加工較寬的原材料，提高生產(chǎn)效率。為了達到減少傳動損耗、簡化結構、節(jié)約生產(chǎn)成本以及故障排查等作用，在刀具和帶傳動之間直接由傳動軸傳動，其中不再添加齒輪、蝸輪蝸桿等變速機構。 2.3指接機的開榫原理及工作方式 總體來說，指接機的工作原理較為簡單，主要是在刀具固定的情況下，由工作人員手動推動移動工作臺，一次行程完成端銑和指榫兩道工序。 開榫前，工作人員一定要先將工作臺清理干凈，然后將板料放到工作臺的上壓頭下方，在兩個側壓頭和兩個上壓頭的配合下逐漸將工件夾緊。在機器開始工作以后，由工作人員手動推動移動工作臺，使工作臺前后移動，在端銑刀銑平端面后將工件移至指接刀位置，由指接刀銑出齒形。最后，將工作臺移出工作范圍，歇料后再將工作臺移至起始位置，上料夾緊后循環(huán)工作。 2.4切削部分的設計方案 2.4.1機床的設計方案 指接機作為指接材生產(chǎn)線的一部分，其生產(chǎn)能力取決于全套生產(chǎn)線的生產(chǎn)要求。 普及型歐式木窗生產(chǎn)線的設計規(guī)模將是年產(chǎn)成品窗15000m2，只有這樣才能滿足目前居民在舊窗改造和舊房全樓改造上所需的全部木窗以及部分在新樓上使用的木窗。當舊窗改造過程進行完以后，此設計規(guī)模仍然能夠滿足新建樓使用的全部木窗，因此，年產(chǎn)15000m2的設計規(guī)模可以滿足市場的需要。 由于目前普及型歐式木窗主要用于居民的舊窗改造，因此，產(chǎn)品設計規(guī)格將按照用戶的要求設計，進行小批量生產(chǎn)。在完成工程以后，將按照房地產(chǎn)開發(fā)商的要求進行大批量生產(chǎn)。產(chǎn)品所需的原材料為集成材，對于木材擁有量巨大的黑龍江省，原材料將不成問題，該生產(chǎn)線所需的集成材的規(guī)格為: 長度：2400mm 寬度：63 mm 厚度：57 mm 經(jīng)過鋸刨工序后，指接機所加工的材料會在厚度和寬度上存在少許的縮小，其長度依產(chǎn)品的需要而定，一般木窗所需的木料長度大約為600mm左右。這決定工作臺的長度將達到600mm加上電動機和刀具所需尺寸，機床的總長度應該達到1300mm左右；由于機床寬度方面需要上料、卸料、刀具所需要的寬度，機床的總寬度應該達到900mm左右；由于機床為小型機床，故起高度以工作人員便于操作為準，初步機床的總高度應該達到900mm左右，計劃工作臺的高度為900mm左右，機床總高度約為1200 mm。故機床的外型尺寸約為: 900×1300×1200mm。 2.4.2產(chǎn)品要求 普及型歐式木窗生產(chǎn)線對生產(chǎn)產(chǎn)品要求主要包括生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品質(zhì)量標準三個方面： 1. 生產(chǎn)規(guī)模： 普及型歐式木窗生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模是年產(chǎn)普及型歐式木窗15000m2 2. 產(chǎn)品規(guī)格： 普及型歐式木窗的規(guī)格將按照用戶要求進行一設計、加工，生產(chǎn)所用集成材的尺寸為寬度60mm，厚度55mm。 3. 產(chǎn)品質(zhì)量標準： 普及型歐式木窗的生產(chǎn)將參照執(zhí)行中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準JG/T3026—1995或中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T1574—2000。 2.4.3產(chǎn)品的用途 普及型歐式木窗的主要用途是在新型經(jīng)濟適用型居民住宅、各家各戶舊窗改造和舊房翻新改造上，兩種約占現(xiàn)階段產(chǎn)品總量的80～90%其次是房地產(chǎn)開發(fā)大量地使用。此外，普及型歐式木窗還可作為高檔歐式木窗和塑鋼窗、鋁合金窗的替代品。 2.4.4工段的生產(chǎn)制度和主要經(jīng)濟指標 （1）歐式木窗生產(chǎn)線的工業(yè)化生產(chǎn)工作制度可按如下制度進行: 1. 年工作日: 252天。 2. 日工作班次: 一班。 3. 班工作時間: 7小時(有效工作時間 6小時)。 （2）歐式木窗生產(chǎn)線共分為五個工段，即備料工段、鋸刨工段、開榫工段、組坯工段和完成工段。本機床為開榫工段，其主要的經(jīng)濟指標如表2.1 表2.1指接機的主要經(jīng)濟指標 序號 名稱 單位 數(shù)量 備注 1 生產(chǎn)規(guī)模 m 2 15000 2 消耗木材 m 3 455 3 車間設備裝機容量 kW 4.5 4 車間建筑面積 m 2 15 5 年工作日 日工作班次 天 班 252 1 6 工人 人 1 2.5本章小結 本章從生產(chǎn)實際任務出發(fā)，規(guī)劃了機床的工作結構和工作方式。并結合總生產(chǎn)線的工作需求初步選定了機床的大小規(guī)模，由機床的大小規(guī)模和工作方式制訂了機床使用的工作制度以及機床的主要的年經(jīng)濟指標。 第3章 端銑系統(tǒng)的設計計算 3.1電動機的選擇 最大銑削寬度：55mm 最大壓料厚度：120mm。 最大銑削深度：10mm 端銑刀軸轉速：5680r/min 最小銑削深度：1mm 進給速度：0.05m/min 機床凈重：135kg 切削速度： mm 滾筒每齒進給量： mm 其中：u——進給速度; z——刀片數(shù); n——刀軸轉速。 切削力P: N 其中:B——加工寬度55mm H——切削厚度10mm u——進給速度0.05m/min K——切削摩擦總系數(shù)，在此取K=27 電動機的額定功率: KW 其中：η——進給機構機械效率，取0.8。 選取三相異步電動機，端銑刀軸動力源電機的選擇： 型號Y90S—2，轉速r/min,P=1.5KW,50Hz,380V 3.2軸的設計計算 3.2.1估算軸的基本直徑 材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理，估計軸徑小于200，由參考資料[10]查得強度極限MP，查表取C=112，則有： ≥ (3.1) mm 所求應為受扭部分最細處，即安裝帶輪處的軸徑。又因該處有一鍵槽，故軸徑應增大7%，即mm,考慮加工、轉速、安全等諸多因素，故在此選取取mm。 3.2.2軸的結構設計 （1）初定各段軸徑如圖3.1所示。 表3.1各軸徑尺寸表 位置 軸徑（mm） 帶輪處 Ф25 軸肩處 Ф33 退刀槽 Ф31 下軸承處 Ф35 上軸承處 Ф40 軸肩處 Ф46 刀徑處 Ф40 雙螺母處 Ф36 （2）確定各段長度，如圖3.1所示。 （3）傳動零件的周向固定 帶輪及銑刀處均采用A型普通平鍵，其中帶輪處采用:鍵8×25GB1096—79，銑刀處采用：鍵12×20GB1096—79。 （4）其它尺寸 為加工方便，并參照軸承的安裝尺寸，軸上過渡圓角半徑全部取r=1mm，軸端倒角取 1× 45°。 圖3.1 軸 3.2.3軸的受力分析 (1)求軸所傳遞的扭矩 (3.2) N·mm (2)求軸上作用力 1)帶輪在軸上壓力N（見帶傳動部分） 2)端銑刀銑削作用力的計算 a. 每齒進給量為最大切削厚度時， 即== （3.3） 式中：——進給速度(m/min)，取=5m/min ——刀軸轉速(r/min)，=5680r/min z——刀片數(shù)，取z=2 則mm b．平均切削厚度 mm c．每個刀片上所受的力 式中:——切削比功(J/cm3)，為保險起見，查表?。? ——銑削寬度(mm),取mm； d．每轉平均圓周力。 則N N (3)確定軸的跨距 據(jù)軸承型號，兩軸承中心距為：mm 端銑刀處力的作用點到右軸承的間距為：mm 帶輪力作用點到左軸承支反力作用點間距為；mm 3.2.4按當量彎矩校核軸的強度 (1)作軸的空間受力簡圖（如圖3.2） 圖3.2 軸的空間受力圖 (2)作水平面受力圖及彎矩圖,如圖3.3 由圖可知 N N 對A點取矩有： ， 即 (3.4) =N 圖3.3 水平受力及彎矩MH圖 對B點取矩有： , 即 N N·mm (3)作垂直面受力圖及彎矩圖，如圖3.4 圖3.4 垂直受力及彎矩Mv圖 對A點取矩有：, 即 N 對B點取矩有： 即 N（向下） N·mm N·mm (4)作合成彎矩M圖，如圖3.5 N·mm (3.5) N·mm 圖3.5 合成彎矩圖 (5)作轉矩T圖，如圖3.6 由式3.2可知，軸所傳遞的扭矩為： N·mm 圖3.6 轉矩圖 (6)作當量彎矩圖，如圖3.7 圖3.7 當量彎矩圖 (3.6) 式中：——考慮到彎矩，轉矩性質(zhì)不同而設的校正系數(shù)，取=0.6合適。 N·mm N·mm (7)按當量彎矩校核軸的強度 由18頁圖3.1和本頁圖3.7可知，截面I處當量彎矩最大，且軸較細，是危險截面，故對此處進行校核。由（6）知N·mm，查表得，對于45鋼，MP時許用彎曲應力MP，得： (3.7) MP 故軸的強度足夠。 3.3 帶傳動的設計計算 （1）確定計算功率 由手冊[10]查得工作情況系數(shù)，則 KW （2）選擇V帶型號 根據(jù)KWr/min查圖可知，選用Z型普通V帶較合適。 （3）確定帶輪基準直徑和 1）查表，選取Z型V帶輪基準直徑=56mm。 2）驗算帶速 (3.8) m/s 在5~25m/s范圍內(nèi)，故合適。 3）確定大帶輪的基準直徑 ， 其中：為傳動滑動率，此處傳動比要求不嚴格，可忽略 mm， （4）確定中心距及帶的基準長度 1）初選中心距 ，取 2）確定V帶基準長度 所需帶長 (3.9) mm 再查表取標準基準長度mm 3）計算實際中心距 (3.10) mm （5）驗算小帶輪包角 故合適。 （6）確定V帶根數(shù) 1）單根V帶傳遞的額定功率 查表得，單根V帶傳遞的額定功率KW 2）單根V帶傳遞的額定功率增量 查表得， N·m 由公式有， KW 3）查表得，包角系數(shù) 4）查表得，長度系數(shù) 5）計算V帶根數(shù) (3.11) 取根 （7）計算處拉力 由表有，Kg/m 由公式有 (3.12) N （8）計算軸上壓力 由公式得： (3.13) NN 3.4 軸承的選擇與計算 （1）軸承的選擇 設計要求軸承主要承受徑向載荷，同時要求承受不太大的軸向載荷，故選用深溝球軸承或接觸角不太大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。又因載荷不太大，故不選用圓錐滾子軸承。 由于端銑刀軸轉速很高，所以選用球軸承合適。另外，在內(nèi)徑相同的情況下，外徑愈小，滾動體愈小，運轉時滾動體作用在外圈滾道上的離心慣性力愈小，因而更適宜在較高轉速下工作，故選用特輕系列合適。 綜合以上，選擇深溝球軸承，初定型號為：左端軸徑為35mm處選軸承6007，右側軸徑為40mm處選軸承6008。詳見GB296-94。 （2）軸承壽命的計算 滾動軸承的失效形式主要有疲勞點蝕和塑性變形兩種。當軸承轉速很低或間歇擺動時，且在較大的靜載荷和沖擊載荷作用下，常產(chǎn)生塑性變形；當軸承工作過程中，滾動體與滾道接觸表面受脈動循環(huán)變應力的作用時，易產(chǎn)生疲勞點蝕；此外，由于密封潤滑不良或維護使用不當?shù)仍?，還可能引起軸承的過度磨損、膠合、內(nèi)外圈和保持架破損等失效。 針對主要失效形式進行必要的計算，其計算準則是：對于一般工作條件的回轉滾動軸承，點蝕經(jīng)常發(fā)生，主要進行壽命計算并作靜強度校核；對于不轉動、擺動或轉速低的軸承，要求控制塑性變形，主要進行靜強度計算并作壽命校核。 由軸的校核部分可知，軸承基本不受軸向載荷，只受徑向載荷。且支反力為： N,N,N,N 則： （3.14） N 因為，所以只計算左端軸承的壽命就可以了。因為沒有軸向力，所以軸承所受載荷N。 軸承壽命： ， (3.15) 式中：——徑向基本額定動載荷(N),查表有N； ——軸承所受載荷(N),N； ——壽命指數(shù)，球軸承； ——軸承轉速(r/min),r/min。 代入數(shù)據(jù)有： h 若每天工作16小時，則壽命約為5年，考慮到轉速較高，且加工時軸承不可能一點軸向力沒有，工作環(huán)境也較差等因素，認為該軸承合適。 （3）軸承靜強度的校核 當量靜載荷： (3.16)式中：——靜載荷徑向系數(shù)，深溝球軸承； ——靜載荷軸向系數(shù)，深溝球軸承。 因為沒有軸向力，所以 N， 故取N 靜強度計算公式為： （3.17） 式中：——額定靜載荷，查手冊KN； ——當量靜載荷； ——靜載荷安全系數(shù)，一般取。 代入數(shù)值： 由于安全系數(shù)遠大于，故合適[4]。 3.5 平鍵聯(lián)結的強度計算 鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞扭矩。平鍵聯(lián)結的主要失效形式是軸，輪轂，和鍵之間最弱的工作面（通常為輪轂）被壓潰和磨損（對動聯(lián)結）。如果嚴重過載，還可能發(fā)生鍵的剪斷。 平鍵聯(lián)結擠壓強度條件為： (3.18) 式中：——鍵所傳遞的扭矩； ——軸的直徑； ——鍵的高度； ——鍵的工作長度； ——許用擠壓應力，查表取MP。 （1）對于端銑刀軸上固定帶輪的鍵8X25GB1096—79來說 N·mmmmmmmm 代入數(shù)值有： MP 故合適。 （2）對于端銑刀軸上固定端銑刀的鍵12X20GB1096—79來說 N·mm ,mmmmmm 代入數(shù)值有： MP 故合適。 3.6本章小結 本章