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CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
畢業(yè)設(shè)計所明書
設(shè)計題目： 木工三排鉆的設(shè)計開發(fā)
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學(xué) 歷：
年 4 月3 日
木工三排鉆的設(shè)計開發(fā)
摘 要
家具制造是一個歷史悠久且前景廣闊的行業(yè)，我國從古至今各式各樣的家具數(shù)不勝數(shù)，傳統(tǒng)的家具為手工制作，生產(chǎn)效率低下，近代家具行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了機械化的時代，興起了以可拆為主的板式家具。板式家具中各部件之間已無法采用古代的“榫卯連接”，這就要求我們?nèi)ふ倚碌倪B接方式，現(xiàn)有的家具多使用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接，通過在木板側(cè)面和兩面打孔進(jìn)行連接。在此過程“32mm系統(tǒng)”就此在實踐中誕生，并已成為世界板式家具通用的體系，現(xiàn)代板式家具結(jié)構(gòu)設(shè)計都被要求按“32mm系統(tǒng)”執(zhí)行。32系統(tǒng)是為了統(tǒng)一加工設(shè)備及各種零部件的通用選取而行業(yè)通用的一套系統(tǒng)?，F(xiàn)有的人工用手槍鉆打孔的方式，效率低下，要到達(dá)32mm系統(tǒng)定位困難，且耗費時間。因此發(fā)展產(chǎn)生了自動排鉆的設(shè)備。
本文選取排鉆設(shè)備中比較適用的三排鉆進(jìn)行研究，分析三排鉆的結(jié)構(gòu)及組成將機械機構(gòu)設(shè)計、電氣編程控制，加工工藝等有機融合研制與開發(fā)一款三排鉆，提高生產(chǎn)效率。
本課題設(shè)計，設(shè)計出一套可用于家具打孔的三排鉆，并對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械傳動設(shè)計以及零件強度計算，并建立一套模型。
關(guān)鍵詞：三排鉆；木工；家具；機械；仿真建模
Design and Development of Woodworking Drill
Abstract
Furniture manufacturing is a long history and promising industry, China has a wide variety of furniture from ancient times so far, the traditional furniture for handmade, low production efficiency, modern furniture industry has entered a mechanized era, the rise of the demolition Main board furniture. Plate furniture, between the various components can not be used in the ancient "mortise connected", which requires us to find a new way of connection, the existing furniture and more use of tenon mortar fixed furniture, or the use of various types of modern hardware The connection is made by connecting holes on both side and sides of the board. In this process "32mm system" was born in practice, and has become the world's common system of plate furniture, modern panel furniture design are required to "32mm system" implementation. 32 system is a unified system for unifying the general selection of processing equipment and various components. The existing artificial pistol drilling hole way, inefficient, to reach 32mm system positioning difficult and time-consuming. So the development of automatic drilling equipment produced.
This paper chooses the three rows of drills which are more applicable in the drilling equipment, and analyzes the structure and composition of the three rows of drill. The organic integration of the mechanical design, electrical programming control and processing technology is developed and developed to improve the production efficiency.
This topic design, design a set of three holes can be used for furniture drilling, and the mechanical structure design, mechanical transmission design and part strength calculation, and the establishment of a model.
Keywords: hree rows of drills，Carpentry，F(xiàn)urniture，Machinery，imulation modeling
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 3
1.1背景 3
1.2選題的意義和目的 3
1.2.1選題的意義 3
1.2.2選題的目的 4
1.3三排鉆的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.1現(xiàn)狀 4
1.3.2三排鉆的發(fā)展趨勢 5
1.4本章小結(jié) 5
第二章 三排鉆的組成 6
2.1三排鉆的工作原理 6
2.2三排鉆的組成 6
2.2.1排頭箱 6
2.2.2運動支架 7
2.2.3夾緊裝置 7
2.2.3控制系統(tǒng) 7
2.3本章小結(jié) 7
第三章 三排鉆方案的設(shè)計 8
3.1設(shè)計需求 9
3.2電機參數(shù)的選取 9
3.2.1排頭箱3電機選取 9
3.2.2排頭箱進(jìn)位電機的選取 9
3.2空氣缸的設(shè)計選取 11
3.4主軸設(shè)計 12
本章小結(jié) 12
第四章關(guān)鍵零部件設(shè)計及仿真建模 13
4.2排頭箱設(shè)計 13
4.2.1主軸設(shè)計 13
4.2.2軸承的選取 14
4.2.3導(dǎo)軌設(shè)計 15
4.2.4齒條的設(shè)計 15
4.2.5排頭箱座板設(shè)計 15
4.2.6電機固定板 16
4.2.7排頭箱蓋板 17
4.2.8電機托板 17
4.2.9排頭箱整體設(shè)計 18
4.3運動支架設(shè)計 19
4.3.1齒輪 19
4.3.2傳動軸 19
4.3.3導(dǎo)軌 19
4.3.2框架設(shè)計 21
4.4壓緊機構(gòu)設(shè)計 21
4.4.1空氣缸 21
4.4.2壓緊頭 21
4.4.2上部壓緊臂 22
4.4.5夾緊塊設(shè)計 22
4.4.6壓緊機構(gòu)總成 22
4.5支架底座設(shè)計 23
4.6三排鉆總體建模 23
第五章結(jié)論 25
結(jié)論 25
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
第一章 緒論
1.1背景
家具制造是一個歷史悠久且前景廣闊的行業(yè)，我國從古至今各式各樣的家具數(shù)不勝數(shù)，傳統(tǒng)的家具為手工制作，生產(chǎn)效率低下，近代家具行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了機械化的時代，興起了以可拆為主的板式家具。板式家具中各部件之間已無法采用古代的“榫卯連接”，這就要求我們?nèi)ふ倚碌倪B接方式，現(xiàn)有的家具多使用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接，通過在木板側(cè)面和兩面打孔進(jìn)行連接。
在此過程“32mm系統(tǒng)”就此在實踐中誕生，并已成為世界板式家具通用的體系，現(xiàn)代板式家具結(jié)構(gòu)設(shè)計都被要求按“32mm系統(tǒng)”執(zhí)行。32系統(tǒng)是為了統(tǒng)一加工設(shè)備及各種零部件的通用選取而行業(yè)通用的一套系統(tǒng)，“32mm系統(tǒng)”指的是以32mm為模數(shù)的，制有標(biāo)準(zhǔn)“接口”的家具結(jié)構(gòu)與制造體系“32mm系統(tǒng)”需要零部件上的孔間距為32mm的整數(shù)倍，即應(yīng)使其“接口”都為32mm的整數(shù)倍，接口處都在32mm方格網(wǎng)點上，打孔，切板，等都根據(jù)32的倍數(shù)或者約數(shù)來確定。這個制造體系的標(biāo)準(zhǔn)化部件為基本單元，可以組裝為采用圓榫膠接的固定式家具。
傳統(tǒng)的手工操作的方式，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化的批量化操作，人工用手槍鉆打孔的方式，效率低下，要到達(dá)32mm系統(tǒng)定位困難，且耗費時間。因此發(fā)展產(chǎn)生了自動排鉆的設(shè)備。自動排鉆的設(shè)備有主要以三排鉆為主。三排鉆被廣泛的應(yīng)用與家具的制造
1.2選題的意義和目的
1.2.1選題的意義
將機械機構(gòu)設(shè)計、電氣編程控制、加工、電機選型等多學(xué)科知識有機融合，研制與開發(fā)用于板材打孔三排鉆，將有效地提高生產(chǎn)的效率。
家具的制造開孔位置要求非常高，且開孔量非常劇大，不同家具的開孔位置及開孔規(guī)格等差異性均非常大，使用人工打孔的方式效率底下，且容易開孔位置不精準(zhǔn)，容易造成板材的浪費，因此設(shè)計一款能自動對板材打孔的設(shè)備，具有非常的的實際價值，本文將設(shè)計一款三排鉆。
1.2.2選題的目的
經(jīng)過本課題設(shè)計，可以使我在設(shè)備總體方案設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械傳動設(shè)計以及零件強度計算、編寫技術(shù)文件、查閱文獻(xiàn)和設(shè)計軟件應(yīng)用能力方面得到綜合的提升，鞏固和綜合運用所學(xué)知識，掌握正確設(shè)計思想與方法，培養(yǎng)我們的工程應(yīng)用、綜合分析、解決問題和獨立工作的能力，同時對我們的思想品德、工作態(tài)度以及作風(fēng)等方面會有很大的影響。對于增強事業(yè)心和責(zé)任感，提高畢業(yè)生全面素食具有重要意義。是我們在校期間的最后學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練階段，是學(xué)習(xí)、研究與實踐成果的全面總結(jié)。
通過本畢業(yè)設(shè)計將設(shè)計出一款能股對寬度90~1800mm， 厚度 70mm板材就進(jìn)行加工最大深度 70mm的三排鉆，并進(jìn)行理論的分析和模型的建立
1.3三排鉆的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1現(xiàn)狀
國際上木工機械的數(shù)控化和自動化已很普及，目前國外頂級木工機械制造企業(yè)開始追求的是整個加工工序無人化的生產(chǎn)線，家具工業(yè)的全自動化生產(chǎn)線已經(jīng)達(dá)到具體產(chǎn)品全套數(shù)控化設(shè)備連線的技術(shù)水平，新型木工機械的新技術(shù)出現(xiàn)自動化程度的新動向；木工機械的數(shù)控化是木工機械生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)和先決條件，沒有數(shù)控化就不可能實現(xiàn)自動化，目前我國木工機械的數(shù)控化空白點還很多，提升我國木工機械的數(shù)控化水平，開發(fā)出全系列木工用的的數(shù)控設(shè)備是十分有必要的。
目前國內(nèi)傳統(tǒng)排鉆，大多數(shù)是用數(shù)字模式和數(shù)顯顯示器輸出控制結(jié)果的組合控制，使用步進(jìn)電動機或者氣缸驅(qū)動的低檔數(shù)控木工機械，對每一款產(chǎn)品的定位，需要人工調(diào)試，根據(jù)前一版打樣的結(jié)果來判別誤差，同時還需要根據(jù)打版師傅的經(jīng)驗調(diào)準(zhǔn)下一版打孔的尺寸。
現(xiàn)有的木工排孔行業(yè)通用使用的是32系統(tǒng)，而32位系統(tǒng)的實現(xiàn)必須通過排鉆來實現(xiàn)。于此對排鉆的研究分析也顯的十分有必要,很多板式家具企業(yè)，他們對排鉆設(shè)備的原理了解不夠透徹，不清楚設(shè)備的具體性能與調(diào)試方式，他們?nèi)狈σ环N合理的、經(jīng)濟的來指導(dǎo)排鉆作業(yè)，致使現(xiàn)在的板式家具企業(yè)在鉆孔步驟的生產(chǎn)效率低下，機器的產(chǎn)能達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了企業(yè)經(jīng)濟效益，和產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.3.2三排鉆的發(fā)展趨勢
全球木工機械正向提高木材利用率，提高木材加工精度，提高生產(chǎn)效率和自動化程度。家具工業(yè)隨著市場需求水平的提高，對于板材的打孔，使用三排鉆進(jìn)行處理有利于提高工作效率，減輕勞動強度，提高加工效率，目前全國各種三排鉆的生產(chǎn)廠家已經(jīng)逐漸增多，不同規(guī)格的各種產(chǎn)品不斷的出現(xiàn)，增加了家具廠商和木工的選擇，三排鉆的使用也越來月廣泛。
1.4本章小結(jié)
本章介紹了木工三排鉆應(yīng)用范圍及現(xiàn)階段傳統(tǒng)的木工鉆孔方法，對比了國內(nèi)外木工打孔的現(xiàn)狀，提出了本畢業(yè)設(shè)計的研究課題，設(shè)計出一款木工三排鉆。
第二章 三排鉆的組成
本章研究三排鉆的原理、概念、類型、以及市場上各種三排鉆結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)缺點，對三排鉆總體方案設(shè)計并且對于重要參數(shù)的選擇及各種零件的選型作出初步的規(guī)劃。
2.1三排鉆的工作原理
將木板放置在三排鉆平臺上，調(diào)節(jié)三排鉆豎直的排座架的位置（排架底部有標(biāo)尺）后，按空氣缸的按鈕，高壓空氣驅(qū)動空氣缸，將木板夾緊，排座架特定設(shè)置好的鉆頭，伸出，有電機帶動對木板進(jìn)切鉆孔，在此同時水平的排架也對板材的側(cè)面進(jìn)行打孔。
由于行業(yè)的需求三排鉆的設(shè)計滿足32mm系統(tǒng)?！?2mm系統(tǒng)”是以32mm為模數(shù)的，制有標(biāo)準(zhǔn)“接口”的家具結(jié)構(gòu)與制造體系。這個制造體系的標(biāo)準(zhǔn)化部件為基本單元，可以組裝為采用圓榫膠接的固定式家具，或使用各類現(xiàn)代五金件連接的拆裝式家具?！?2mm系統(tǒng)”需要零部件上的孔間距為32mm的整數(shù)倍，即應(yīng)使其“接口”都為32mm的整數(shù)倍，接口處都在32mm方格網(wǎng)點上，至少應(yīng)保持平面坐標(biāo)系中有一致方向滿足要求，從而保證實現(xiàn)模塊化并可用排鉆一次打出，這樣可提高效率并確保打眼的精度。
三排鉆上一個排頭箱有一系列的鉆夾頭，所有的鉆夾頭，之間的具體均為32mm，每個鉆夾頭均安裝在帶齒輪的軸上，相鄰的鉆夾頭轉(zhuǎn)向相反，其上安裝的鉆頭也分為左右，電機帶動最中間的一個齒輪轉(zhuǎn)動，由各個齒輪的傳動，將帶動所有鉆夾頭一起轉(zhuǎn)動。在鉆孔的時候，不同位置的鉆夾頭上安裝左旋或者右旋的轉(zhuǎn)頭，即可對木板一步加工多個孔，孔之間的距離為32mm的整數(shù)倍。排頭箱可沿著機器方向運動，即能實現(xiàn)對木板面上任何距離位置打孔，同時水平的排頭箱可對木板的側(cè)面打孔。
2.2三排鉆的組成
三排鉆由支架底座、控制面板、擋桿、排頭尺、排頭壓料梁、水平排頭、運動支架、主電箱、三聯(lián)件氣壓箱、垂直V1排頭箱、垂直V2排頭箱等構(gòu)成。
市場上成品的三排鉆有各種各樣的結(jié)構(gòu)，通過對比各鐘產(chǎn)品的優(yōu)缺點，決定參考市場上MZMZ7321F的成品設(shè)備的一些參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計。本論文僅考慮一種的重要的機械結(jié)構(gòu)、對于控制面板主電箱、壓氣箱等不進(jìn)行詳細(xì)的分析。
2.2.1排頭箱
一臺三排鉆有三個排頭箱，一種一個為水平方向，二個為豎直方向。
排頭箱為最核心組件，由電機，齒輪，排鉆夾頭、導(dǎo)軌、齒條、殼體等構(gòu)成。豎直的排頭箱安裝在可移動的支架上，由可移動支架上的一個小型伺服電機帶動移動支架上轉(zhuǎn)軸，移動支架上轉(zhuǎn)軸上齒輪，與排頭箱上齒條相互運動。帶動整個排頭箱沿著移動支架上的軌道，豎直上下運動，實現(xiàn)對板材表面的任何位置加工。寬度方向具體的孔距離可由排頭箱上的標(biāo)尺來判定。
水平方向的排頭箱僅僅需要水平移動，直接通過導(dǎo)軌與本體連接，本體上轉(zhuǎn)軸上齒輪，與排頭箱上齒條相互運動，實現(xiàn)對板材側(cè)面的任何位置加工。
2.2.2運動支架
三排鉆上有三個運動支架，其中一個簡單，僅僅為放置木板用，另外的兩個運動支架內(nèi)部安裝了豎直排頭箱。下面是復(fù)雜的運動支架的組成
運動支架用來實現(xiàn)豎直排頭箱的在水平方向的移動，以保證對木板長度方向任意位置的打孔，豎直排頭箱安裝在其內(nèi)部，可沿著運動支架上導(dǎo)軌豎直上下運動，運動支架底部有導(dǎo)軌可沿著支架底座水平方向滑動，其上部有個指針，對應(yīng)支架底座上的標(biāo)尺，即可定位長度方向孔的位置。
運動支架由伺服電機、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌、本體支架、齒輪、軸承、木板支撐平臺等構(gòu)成
2.2.3夾緊裝置
夾緊裝置用來夾緊木板，并且本身可沿著排頭壓料梁運動，使用時候調(diào)整位置對準(zhǔn)移動支架，將木板壓在移動支架上面。
2.2.3控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制上述所有裝置的電機的運動、壓氣箱氣體的供應(yīng)，電器上的內(nèi)容設(shè)計到程序及單片機等等，不在本文的考慮范圍內(nèi)，在此僅僅提出，不做深入的分析。
2.3本章小結(jié)
本章介紹了三排鉆的組成，并對各個部分的原理做了詳細(xì)的講述，對整個畢設(shè)論文從理論上提供了支撐。
第三章 三排鉆方案的設(shè)計
本章將根據(jù)上章的原理，對三排鉆參數(shù)進(jìn)行理論分析，結(jié)合電機的選型、齒輪的傳動及液壓缸的選型。并在大體根據(jù)需求的三排鉆的總體方案設(shè)計，同時將在下章，對所有零部件進(jìn)行具體的設(shè)計和建模，下面根據(jù)上上訴的方案建立草圖
初步?jīng)Q定產(chǎn)品的尺寸規(guī)格為2600×2835×1640mm ，選取排鉆主軸數(shù)量為3X21個
三排鉆草圖
3.1設(shè)計需求
本波紋管切割機在設(shè)計之初就根據(jù)市場上的需求，進(jìn)行了需要實現(xiàn)的目標(biāo)功能：
三排鉆的主要參數(shù)：
板料最大寬度 1800mm
板料最小寬度 90mm
板料最大厚度 70mm
主軸中心距 32mm
垂直主軸鉆孔最大深度 70mm
一個循環(huán)最大耗氣量 4.31L
總功率 4.1kw
凈重 1000kg
機器尺寸 2600×2835×1640mm
圍繞這些目標(biāo)，決定本裝置上所有的電機均使用伺服電機，根據(jù)上述的設(shè)計需求進(jìn)行產(chǎn)生的選取
3.2電機參數(shù)的選取
電機的選型決定到其余所有零部件的設(shè)計，在此節(jié)先根據(jù)需求和實際經(jīng)驗選取市場上的電機，在本章暫不考慮功率是否滿足需求，帶所有參數(shù)選定后在下章進(jìn)行具體的驗證。
3.2.1排頭箱3電機選取
三排鉆上有三個電機，考慮到結(jié)構(gòu)的簡潔性，將直接使用電機來帶動排鉆中間的轉(zhuǎn)軸，參考市場上的木工鉆的轉(zhuǎn)速為2600~3000RPM，選取三個電機的轉(zhuǎn)速參考市場上的成品選取為2800RPM ，決定選取220V，50HZ的交流電機。下面對電機的功率進(jìn)行估算
P=F*V /1000 (P=計算功率 KW， F=所需拉力 N，工作機線速度 M/S) 對于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，可按下式計算所需電動機的功率： P1(kw)：P=P/n1n2。
（η1為電機效率取0.85，η2聯(lián)軸器0.95，η3為齒輪效率0.97，η4為軸承效率取0.98）
一般情況下，同時打孔的數(shù)量為3~5根據(jù)市場上的單個木工電鉆的功率估算，一個排鉆頭打孔需要的功率為900W左右。帶入公式計算。P電機=1172W，為了保證留有一定的余量，電機的額定功率選取為1500。
根據(jù)上述內(nèi)容，電機功率為1500W，電壓為220V，根據(jù)上述要求，選取市場上成品的電機 韓奧單相電動機YL90S 該電機的轉(zhuǎn)速為2800RPM。
3.2.2排頭箱進(jìn)位電機的選取
電機通過帶動齒輪帶動轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上帶動齒條，帶動排頭箱的進(jìn)刀運動，實現(xiàn)對鉆頭的進(jìn)給運動。其電機需要的轉(zhuǎn)速不快，需要精確的能夠控制進(jìn)位量和正反轉(zhuǎn)選取伺服電機。下圖為結(jié)構(gòu)傳動示意。
對比市場上成品的排鉆，發(fā)現(xiàn)進(jìn)鉆刀進(jìn)刀大概需要5s，根據(jù)本文主軸鉆孔深度為70mm，設(shè)計進(jìn)刀行程為100mm。
鉆刀進(jìn)刀速度V=s/t=0.1/5=0.02m/s
初步選取傳動齒輪齒數(shù)為30，模數(shù)為2mm，整個傳動系統(tǒng)為了設(shè)計的簡化和零件的互換性質(zhì)，傳動比為1：1（這樣每個齒輪一致），得出齒輪的分度圓直徑為60mm
故電機轉(zhuǎn)速N=30ω/π=30V/（rπ）=6rpm
根據(jù)實際情況留有一定的余量選取電機的轉(zhuǎn)速為20rpm
初步選取臺灣電機功率為200W，CXIA，PA40-P2-S2，減速比為200的伺服電機（輸出轉(zhuǎn)速為20rpm。。
此電機需產(chǎn)生的扭矩需要輸出轉(zhuǎn)化之后能夠提供克服排頭箱的自身重量及鉆頭進(jìn)給的阻力。
電機的扭矩N電機=30P/（nπ）=30*100/（20*π）=94Nm
考慮到齒輪傳動效率，和軸承效率
，得到傳送到齒條上的扭矩N=N電機*（軸承效率取0.98，），帶入計算得到
N=74N/m。
由機械設(shè)計手冊有N=F*L，F(xiàn)=N/L（對應(yīng)此過程為齒輪分度圓半徑）帶入數(shù)據(jù)
F=2466N。能夠承受246kg的重物，根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)該滿足要求，具體的排頭箱的重量將在后續(xù)章具體計算時候給出。在后續(xù)將對比需要排頭箱重量低于該設(shè)計值，為留有余量最多重量為200kg
電機實物圖
3.2空氣缸的設(shè)計選取
木板的固定及鉆頭的進(jìn)位需要使用空氣缸，下面對空氣缸的參數(shù)盡心計算。考慮安全行及空氣的制取參考市場上同類產(chǎn)品，空氣的壓力選取為0.6~0.8mpa，計算時按照0.6mpa計算。
根據(jù)經(jīng)驗單個壓緊木板空氣杠單個需要的壓力設(shè)定為200N
空氣缸壓力F=S*P=π*R2*P
代入以上數(shù)據(jù)計算得到，空氣缸半徑為10mm，根據(jù)木板厚度及放置木板的便捷性，選取空氣缸行程為100mm
3.4主軸設(shè)計
由于三排鉆符合32mm系統(tǒng)，各主軸間距離為32mm，因此各傳動齒輪的分度圓直徑為32mm，選定齒輪齒數(shù)為16，模數(shù)為2mm
本章小結(jié)
本章對三排鉆進(jìn)行了總體方案的設(shè)計，確定了電機的選型、空氣缸選型、傳動齒輪的齒數(shù)模數(shù)等，大致對整個機構(gòu)進(jìn)行方案性質(zhì)的定型，將在下章具體對每個關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計和三維仿真。
第四章關(guān)鍵零部件設(shè)計及仿真建模
根據(jù)上章的一些選型及參數(shù)的確定，我們對三排鉆有了大致的方案及外觀的設(shè)計，在本章將根據(jù)上章內(nèi)容對各個零部件進(jìn)行建模。下述的所有結(jié)構(gòu)在建模的時候均暫時不考慮公差，所有的公差配合按照軸孔配合關(guān)系選取合適個間隙或者過贏量。
4.1電機模型建立
主軸電機為成品參考上章選型，根據(jù)市場上產(chǎn)品外形進(jìn)行建模不管內(nèi)部的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)
1、 主軸電機的輸出軸直徑為14mm，軸的長度為30mm上面帶寬5mm長25mm的鍵。
主軸電機
2進(jìn)位電機模型，主軸直徑為14mm，軸的長度為30mm上面帶寬5mm長25mm的鍵
4.2排頭箱設(shè)計
單個排頭箱有支架，導(dǎo)軌，電機、主軸軸承、排鉆蓋、軌道等構(gòu)成，下面分別對各部分進(jìn)行設(shè)計和建模，下述的結(jié)構(gòu)中水平排頭箱與豎直排頭箱結(jié)構(gòu)有所不同，將在一起進(jìn)行分析，但主軸、鉆夾頭等結(jié)構(gòu)一致
4.2.1主軸設(shè)計
1、主軸齒輪的設(shè)計
主軸齒輪根據(jù)上章參數(shù)計算的有齒數(shù)為16模數(shù)為2mm，壓力角度為20°，寬度為16mm，其軸孔直徑為14mm有寬5mm的鍵槽
主軸齒輪
2、 軸的設(shè)計
最中間的排鉆軸將固定齒輪，并上部安裝鉆頭夾（見后圖），中部固定主軸齒輪，同時上下部安裝軸承用以固定軸，最底下用以安裝聯(lián)軸器，與電機的軸相連。
其余的軸下部僅僅安裝齒輪，不連接聯(lián)軸器。具體設(shè)計見后續(xù)附圖，和設(shè)計圖紙
鉆頭夾 中間主軸 其余主軸
4.2.2軸承的選取
根據(jù)上節(jié)軸的設(shè)計選取GB-T292_AC-1994,71900，該軸承內(nèi)經(jīng)為10，外徑為22，寬6mm。
軸承模型
4.2.3導(dǎo)軌設(shè)計
導(dǎo)軌用于整個排頭箱的進(jìn)給運動導(dǎo)向，設(shè)計成燕尾槽，設(shè)計螺紋孔用以安裝在排頭箱座板上，導(dǎo)軌的長度為400，開有螺紋孔為M16
4.2.4齒條的設(shè)計
根據(jù)上章參數(shù)設(shè)計齒條，齒條的模數(shù)為2mm長度為120mm厚度為20mm寬度為40mm（不算齒部分）
齒條模型
4.2.5排頭箱座板設(shè)計
根據(jù)上面各部分的設(shè)計，以及電機的規(guī)格，分別對水平和豎直的排頭箱座板進(jìn)行設(shè)計，以滿足保證所有零部件的布置，兩座板僅僅寬度不同以及孤單難過齒條位置不一樣，其具體尺寸可見附帶圖紙。
豎直排頭箱座板
水平排頭箱座板
4.2.6電機固定板
電機固定板下部用以固定電機，并且其高度方向給聯(lián)軸器留出高度，上部連接排頭箱座板，下面是電機固定板
電機固定板
4.2.7排頭箱蓋板
排頭箱蓋板安裝在排頭箱座板上，上面用孔，可以通過鉆頭夾，下部有帶孔凸臺用以固定軸承，四周孔用以連接蓋板，下圖為豎直和水平排頭箱蓋板蓋板
豎直排頭箱蓋板
水平排頭箱蓋板
4.2.8電機托板
電機托板用以固定電機底部，水平的電機托班上總成有用以安裝導(dǎo)軌的連接板，模型如下
豎直電機托板
水平直電機托板
4.2.9排頭箱整體設(shè)計
根據(jù)上訴小結(jié)的內(nèi)容建立總成的裝配模型，并且用若干螺栓螺母等將上述設(shè)計的零部件組成整體模型。具體的結(jié)構(gòu)可參見附帶的圖紙。
經(jīng)過UG仿真計算排頭箱的重量為180KG，可知上章關(guān)于伺服電機選取是合理的，能夠提供足夠的力矩和合適的速度保證排頭箱的上下運動。
豎直排頭箱整體模型
水平排頭箱整體模型
4.3運動支架設(shè)計
三排鉆上有三個運動支架，其中一個簡單，僅僅為放置木板用，另外的兩個運動支架內(nèi)部安裝了豎直排頭箱，由伺服電機、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)軌、本體支架、齒輪、軸承、木板支撐平臺等構(gòu)成，下面分別描述。
4.3.1齒輪
伺服電機上齒輪已經(jīng)與齒條配合的兩齒輪設(shè)計一致。齒數(shù)30模數(shù)為2mm，厚度為20mm，中間孔直徑為15mm鍵槽寬度為5mm。
齒輪模型
4.3.2傳動軸
傳動軸為細(xì)長敢兩端直徑分別為15mm的精加工面，與齒輪和軸承配合，精加工面與齒輪配合段有寬5mm長25mm的鍵槽，中間為10的毛加工面總長為2560，次設(shè)計有利于安裝
傳動軸模型
4.3.3導(dǎo)軌
運動平臺有兩處導(dǎo)軌，一處與排頭箱上的導(dǎo)軌為公母配合關(guān)系，對排頭箱運動其導(dǎo)向，為燕尾槽長度為400mm。一處與本體支架配合，保證運動支架可以水平左右運動。該燕尾槽長度為200mm
導(dǎo)軌模型
4.3.4轉(zhuǎn)軸固定板
轉(zhuǎn)軸前部和后部均用固定板固定，前部的固定板同事可以安裝伺服電機，后端的固定板僅僅固定轉(zhuǎn)軸，固定板上臺階孔用以安裝軸承，固定板均焊接在本體上。
安裝伺服電機
安裝軸承
前端固定板
后端固定板
4.3.2框架設(shè)計
框架由槽鋼，扁鋼焊接而成底部焊接有導(dǎo)軌內(nèi)部安裝有導(dǎo)軌，模型如下，具體結(jié)構(gòu)可見圖紙。
4.4壓緊機構(gòu)設(shè)計
壓緊機構(gòu)有上部壓緊臂，空氣缸，壓緊頭夾緊塊等構(gòu)成，可以在頂部橫梁上滑動，實現(xiàn)對木板的壓緊。
4.4.1空氣缸
根據(jù)上章內(nèi)容選取參數(shù)對空氣缸建模。如下
空氣缸模型
4.4.2壓緊頭
壓緊頭安裝在空氣缸下部，直接壓緊木板，下圖為模型
壓緊頭模型
4.4.2上部壓緊臂
上部壓緊臂為鋼板拼焊而成上部法蘭上安裝兩夾緊塊用以固定上部壓緊臂在頂部橫梁上滑動，下部可以安裝兩個空氣缸。模型如下長1200寬100高100mm。
4.4.5夾緊塊設(shè)計
夾緊塊用螺栓安裝在上部壓緊臂上，保證整個壓緊機構(gòu)在頂部橫梁上滑動。模型如下
夾緊塊模型
4.4.6壓緊機構(gòu)總成
將上述設(shè)計的零部件，進(jìn)行裝配用螺栓連接。得到如下模型，具體詳細(xì)結(jié)構(gòu)可見圖紙。
壓緊機構(gòu)總成模型
4.5支架底座設(shè)計
根據(jù)前述的所有零部件機構(gòu)的尺寸，及布置關(guān)系設(shè)計出整個支架底座系統(tǒng)，該系統(tǒng)有頂部橫梁、導(dǎo)軌、標(biāo)尺等等構(gòu)成。并且滿足最開始的要求尺寸規(guī)格2600×2835×1640mm。設(shè)計出來的支架強度非常大，同時可以保證所有機構(gòu)的合理布置。整體框架由200X75和100X45的各種角鋼焊接而成，其余的零部件通過螺栓連接或焊接在上上面
4.6三排鉆總體建模
前述各節(jié)對三排鉆上處控制系統(tǒng)外所有的重要機械部分均進(jìn)行了方針設(shè)計和建模，在本節(jié)完成，所有機構(gòu)的裝配建模。
三排鉆總體模型
4.7鉆頭受力分析與電機功率核算
木工轉(zhuǎn)頭為麻花鉆，麻花鉆又夾持部分和工作部分組成，工作部分又分為切削部分和導(dǎo)向部分。切削部分負(fù)責(zé)材料的切削導(dǎo)向部分在鉆孔時起引導(dǎo)鉆頭方向和修光孔壁的作用，同時還是切削部分的備磨部分。
設(shè)鉆頭直徑為d，設(shè)麻花鉆的鉆心直徑為d0一般取為(0.125~0.15)d，設(shè)螺旋角ω，根據(jù)之前設(shè)計的要求鉆頭轉(zhuǎn)速為2800rpm，進(jìn)給速度為0.02m/s，考慮加工的最大孔為20mm，木與鐵的摩擦系數(shù)為?0.30-0.50?，本文選取0.5進(jìn)行計算
有，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頂角116°～118°，本文選取118°進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的y=120°～130°，準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角=18°～30°。
鉆削背吃刀量（mm） ，將d=20mm帶入有ap=10mm
每刃進(jìn)給量（mm／z），進(jìn)給量f為進(jìn)給速度除轉(zhuǎn)速有f=0.4mm
鉆削速度（m／min）將選取的轉(zhuǎn)速2800RPM/min帶入有2.9m/s
切削層參數(shù)
鉆削厚度（mm） 帶入計算有=0.34mm
鉆削寬度（mm） 帶入計算有bD=11.5mm
公稱橫截面積／ 齒（mm2） ，有AD=2mm2
材料切除率(mm3 ／min) ，帶入有Q=2900mm3
鉆頭每一切削刃都產(chǎn)生切削力，包括切向力（主切削力）、背向力（徑向力）和進(jìn)給力（軸向力）。當(dāng)左右切削刃對稱時，背向力抵消，最終構(gòu)成對鉆頭影響的是進(jìn)給力Ff 與切削轉(zhuǎn)矩Mc。（D單位為mm）
Ff=309*D*f0.8*(Kp)
M=0.21*D2*f0.8*(Kp)
Kp為修正系數(shù)查表有Kp=0.1
計算得到Ff=296.9N M=1N*m
功率P=T*n/9550=0.29KW
對比上述選擇的電機1.5KW,發(fā)現(xiàn)主軸上驅(qū)動電機符合要求
進(jìn)給電機，進(jìn)給速度為0.02m/s，進(jìn)給時候三個鉆頭總共的向下力為296*3=888，排頭箱自重180KG，向下的力
F總=3* Ff+Mg=2652
P=F總*v=53W
根據(jù)上章的效率計算得到進(jìn)給用的伺服電機功率選取200W完全符合需求。
第五章結(jié)論
結(jié)論
論文是以板式家具板件上的孔以及三排鉆為研究對象，分析了三排鉆的結(jié)構(gòu)組成和原理，設(shè)計出了一款實用的三排鉆，并對各個零部件進(jìn)行了三圍仿真和建模。對關(guān)鍵設(shè)備的選型及參數(shù)的設(shè)計進(jìn)行了驗證。
在本畢業(yè)設(shè)計的過程中，我對電機的選型、機械結(jié)構(gòu)的原理、空氣動力等方面，及二維制圖能力和三維方針能力得到了很大的提升，了解到了產(chǎn)品的原理及設(shè)計的思路及過程。初步確定方案、畫簡圖、定參數(shù)、選設(shè)備、理論計算、優(yōu)化并修改最初方案、具體建模、最后裝配并不斷優(yōu)化、重新進(jìn)行理論計算和強度分析
三排鉆能有效的提高現(xiàn)代家具行業(yè)木工開孔的效率，節(jié)約成本和時間，同時三排鉆的設(shè)計符合32mm系統(tǒng)，能夠使家具的開孔符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，對開孔位置有特定的要求，保證了開孔位置的精度。
致謝
在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，指導(dǎo)老師給出了相當(dāng)多的意見，并對整個方案的設(shè)計提出了很多關(guān)鍵性的指導(dǎo)，在此過程中，本人學(xué)會了使用三維軟件，并了解到產(chǎn)品設(shè)計的流程，對種子丸化的現(xiàn)狀、意義、及設(shè)備的結(jié)構(gòu)等有了深刻的理解，本人能力得到了較大的提升，在此致謝，同時對其余在此過程中給予幫幫的人員致以誠摯的謝意
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