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摘 要
本次設(shè)計(jì)的指接機(jī)端面銑削部分是應(yīng)用于普及型歐式木窗加工的專用設(shè)備，通過指接技術(shù)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(shè)備的分析，在考慮生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了能夠滿足一般指接需求的設(shè)備，并根據(jù)較小尺寸對刀具系統(tǒng)進(jìn)行了完善，使本機(jī)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(zhuǎn)速較高，并承受一定的扭矩，文中對其進(jìn)行了受力分析，確保其在生產(chǎn)中的安全性，同時(shí)對其附屬部分，如帶傳動(dòng)和軸承等進(jìn)行了校核計(jì)算。木材原料夾緊機(jī)構(gòu)采用彈簧壓緊，對彈簧力進(jìn)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(shí)際出發(fā)，為小徑木材指榫加工設(shè)計(jì)關(guān)鍵設(shè)備，對現(xiàn)有的指接機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，降低指接生產(chǎn)線成本，使指接技術(shù)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(shù)革新有重要的意義。
關(guān)鍵詞:木材；指接；指榫；歐式木窗；木工機(jī)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(shù)綜述 1
1.2指接設(shè)備的研究意義 1
1.3木工機(jī)械的國內(nèi)外發(fā)展綜述 2
1.3.1木工機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)狀 2
1.3.2木工機(jī)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(diǎn) 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(jī)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(yàn) 9
1.4.8指接刀簡介 10
第2章指接機(jī)切削部分的設(shè)計(jì)方案 13
2.1切削部分的設(shè)計(jì)任務(wù) 13
2.2切削部分的主要工作結(jié)構(gòu) 13
2.3指接機(jī)的開榫原理及工作方式 13
2.4切削部分的設(shè)計(jì)方案 14
2.4.1機(jī)床的設(shè)計(jì)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(jì)指標(biāo) 15
2.5本章小結(jié) 15
第3章 端銑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 16
3.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.2.1估算軸的基本直徑 17
3.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3.2.3軸的受力分析 18
3.2.4按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 19
3.3帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
3.4軸承的選擇與計(jì)算 25
3.5平鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算 27
3.6本章小結(jié) 27
第4章 指接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
4.1電動(dòng)機(jī)的選擇 28
4.2主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
4.2.1估算軸的基本直徑 28
4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.2.3按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 30
4.3帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
4.4軸承的選擇與計(jì)算 38
4.5平鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算 38
4.6本章小結(jié) 38
第5章 壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 39
5.1壓緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39
5.1彈簧部分的計(jì)算 39
5.2本章小結(jié) 42
結(jié)論 43
參考文獻(xiàn) 44
致謝 46
第1章 緒 論
1.1 指接技術(shù)綜述
自20世紀(jì)70年代由瑞典科學(xué)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(jìn)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(gè)中國市場；更重要的是該技術(shù)的應(yīng)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(jià)格問題在我國一直得不到普及。全套引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，所生產(chǎn)出的產(chǎn)品價(jià)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(dāng)大。黑龍江省牡丹江木工機(jī)械股份有限公司有生產(chǎn)普通木窗加工設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，東北林業(yè)大學(xué)的木工機(jī)械和數(shù)控自動(dòng)化可以提供工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，這些可以解決我國歐式木窗加工機(jī)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(shù)比較成熟，他們的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)控化，我們也可以借鑒他們的經(jīng)驗(yàn)[1] 。
1.2指接設(shè)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(shí)施，原始林區(qū)大徑優(yōu)質(zhì)木材的供應(yīng)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(zhuǎn)移，其材質(zhì)下降，小徑材多。與此同時(shí)，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(shù)既可以緩和木材供需矛盾,也有利于林區(qū)經(jīng)濟(jì)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(shù)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(jī)和開榫機(jī)等整套生產(chǎn)設(shè)備)的設(shè)計(jì)，可以滿足普通消費(fèi)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(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)、利潤高，普及型歐式木窗生產(chǎn)線的設(shè)備投資少，資金周轉(zhuǎn)時(shí)間短，流動(dòng)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(jì)效益。因此，產(chǎn)品會產(chǎn)生很高的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 直接設(shè)備的國內(nèi)外發(fā)展綜述
1.3.1 直接設(shè)備產(chǎn)品的現(xiàn)狀
建國以來，我國木工機(jī)械有了很大發(fā)展，目前已形成有科研、教育、設(shè)計(jì)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(shù)水平都有了大幅度增長和提高。據(jù)統(tǒng)計(jì),1991年我國生產(chǎn)各類木工機(jī)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(jī)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(jī)械的引進(jìn)、合作生產(chǎn)和消化吸收，提高和加快了我國木工機(jī)械的技術(shù)水平和發(fā)展速度，增強(qiáng)了我國木工機(jī)械的發(fā)展和創(chuàng)新能力?？s短了我國木工機(jī)械技術(shù)水平與國際先進(jìn)技術(shù)水平之間的差距。例如：信陽木工機(jī)械廠從意大利引進(jìn)的伺服液壓雙卡軸旋切機(jī)技術(shù)、從日本引進(jìn)的帶鋸機(jī)制造技術(shù)等。此外，我國木工機(jī)械廠家還自行研制了一批具有較高技術(shù)水平的木工機(jī)械。如上海木工機(jī)械廠的程序控制硬質(zhì)合金圓鋸片磨鋸機(jī)；東北林業(yè)大學(xué)與威海木工機(jī)械廠研制的制材削方機(jī)等。這些新產(chǎn)品有些是填補(bǔ)了我國木工機(jī)械的空白，有些則是在同類產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上有了較大提高，帶動(dòng)了我國木工機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。
我國木工機(jī)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(jī)械的設(shè)計(jì)制造尚未完全脫離仿制，還沒有了解國外先進(jìn)設(shè)備的精髓所在，對引進(jìn)的高技術(shù)產(chǎn)品往往是知其然不知其所以然。這是我國木工機(jī)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(jī)械的特性和基礎(chǔ)技術(shù)研究，缺少全面和長遠(yuǎn)研究發(fā)展戰(zhàn)略，這是影響我國木工機(jī)械水平和發(fā)展的另一個(gè)重要原因。再次，我國木工機(jī)械質(zhì)量低的另一個(gè)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(jìn)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(jìn)提高，保持產(chǎn)品領(lǐng)先于同類產(chǎn)品，因此競爭力極強(qiáng)。
隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，木工機(jī)械的外觀質(zhì)量、配套性、高科技含量、操作性、維護(hù)修理等多項(xiàng)指標(biāo)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(diǎn)較國外差距較大[2]。
1.3.2 木工機(jī)械發(fā)展趨勢
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新材料的開發(fā)、木材加工工藝的深化，世界木工機(jī)械在產(chǎn)品品種規(guī)格、數(shù)量、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能、精度、機(jī)械化、自動(dòng)化、安全性及新技術(shù)應(yīng)用等方面都有了飛速發(fā)展,木工機(jī)械在自動(dòng)化、現(xiàn)代化、機(jī)電一體化和連續(xù)化方面進(jìn)入了一個(gè)新階段。世界主要國家的木工機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助測試，以提高技術(shù)水平，縮短設(shè)計(jì)制造周期，提高制造水平并降低制造成本，最終加速木工機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
（2）采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，進(jìn)一步完善木工機(jī)床，并全面提高質(zhì)量，以保證產(chǎn)品的競爭能力。
發(fā)達(dá)國家在提高木工機(jī)床動(dòng)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(shí)，并對機(jī)床的外觀質(zhì)量、安全性、操作舒適性、結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)在木工機(jī)床上的應(yīng)用將日益廣泛，機(jī)電液一體化的木工機(jī)械比重將越來越大。
數(shù)控機(jī)床綜合了自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)床和機(jī)床結(jié)構(gòu)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(jī)床高3到4倍，加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定?？蓮V泛應(yīng)用于制材生產(chǎn)線，細(xì)木工和家具生產(chǎn)上。再者，數(shù)控機(jī)床可有效的解放勞動(dòng)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(yīng)家具工業(yè)多品種、小批量生產(chǎn)的需要，木工機(jī)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(jī)、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(dǎo)板和工件長度,可保證整個(gè)加工系統(tǒng)的正確運(yùn)轉(zhuǎn)。特點(diǎn)是加工靈活性好，可重新組裝和快速自動(dòng)調(diào)整。這是一種效率很高的設(shè)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(dāng)部分設(shè)備設(shè)計(jì)成由通用基礎(chǔ)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(shè)計(jì)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(jì)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(jī)床可由11種模塊組成不同軸數(shù)和排列的結(jié)構(gòu)，機(jī)床寬度有6種以上規(guī)格。這樣可組成上百種不同結(jié)構(gòu)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(yīng)性極強(qiáng)的加工設(shè)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(shè)備以及劣材優(yōu)化的加工設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(jī)，每分鐘行程達(dá)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(jī)，其工作速度和木材利用率都較普通旋切機(jī)高。此外，短材接長設(shè)備、劣材優(yōu)化加工設(shè)備和地板加工成套設(shè)備等都有很大發(fā)展。
（7）加強(qiáng)木工刀具材料制造工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和品種規(guī)格系列的研究和開發(fā)。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jié)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(dòng)，可加工在一般機(jī)床上難以加工的復(fù)雜形狀，該技術(shù)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(shí)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(shí)施，原始林區(qū)大徑優(yōu)質(zhì)木材的供應(yīng)矛盾突顯，用材林逐漸向人工速生林轉(zhuǎn)移，其材質(zhì)下降，小徑材多。與此同時(shí)，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(jì)發(fā)展 ,即有經(jīng)濟(jì)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(shí)又是集成材加工的主要工序。其特點(diǎn)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(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行刨削加工。將刨削后的坯料再指接機(jī)上開榫，再將銑齒后的坯料均勻涂膠，翻轉(zhuǎn)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(shí)木板、方材不僅擴(kuò)大了應(yīng)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(jì)效益。
1.4.2 指接的特點(diǎn)
指接具有如下特點(diǎn)：
（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(zhǔn)確長度的成材提供給消費(fèi)者,以減少加工中的浪費(fèi)。
（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(qiáng)度高、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。
（7）一根指接材由多個(gè)指榫接頭而成,指接材上的一個(gè)指榫接頭破壞就意味著整根指接材的破壞,因此要求加強(qiáng)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(jié)構(gòu)指接材和非結(jié)構(gòu)指接材。結(jié)構(gòu)指接材主要用于建筑、車輛等承載構(gòu)件,它要求指接材具有足夠的強(qiáng)度和剛度。非結(jié)構(gòu)指接材主要用于室內(nèi)非承載構(gòu)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(jié)構(gòu)貼面指接材和非結(jié)構(gòu)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(diǎn)：①指榫加工時(shí)，工件的側(cè)后面作為基準(zhǔn)，刀具厚度大，使用片銑刀的數(shù)量多，銑削指榫所需要的動(dòng)力大。②指榫加工時(shí)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(diǎn)：①指榫加工以工件寬面作為基準(zhǔn)，刀具厚度小，使用片銑刀數(shù)量少，銑削指榫所需要的動(dòng)力小。②針葉材膠合加壓時(shí)指榫根部易產(chǎn)生裂紋。③指接加工時(shí),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(shí)，指榫的加工精度低。
垂直型與水平型相比較，指接強(qiáng)度幾乎相同，但實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，垂直型較水平型強(qiáng)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(qiáng)度、指接材的切削余量、指榫加工精度、生產(chǎn)性和安全性進(jìn)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(yīng)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(jìn)給過程中加工出指榫，實(shí)現(xiàn)指榫加工自動(dòng)化生產(chǎn)，效率高，但指榫的加工精度波動(dòng)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(cè)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(gè)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(shí)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(shí)間5秒。
⑶刀具、模具組合加工方法
刀具、模具組合加工是預(yù)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(diǎn)是指榫的的齒頂寬極小，使指榫長度減小，經(jīng)濟(jì)效果好，解決了機(jī)械加工難以加工尖指榫的問題[10]。
1.4.5 指接機(jī)床的使用及加工缺陷的調(diào)整
指接機(jī)是生產(chǎn)木制品的精密加工設(shè)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(shí)木指接機(jī)床融機(jī)械、電子、液壓、氣動(dòng)技術(shù)。同時(shí)，應(yīng)簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)、操作程序，以方便中小型企業(yè)和個(gè)體加工業(yè)的需要。還要重視售后技術(shù)服務(wù)，為用戶排憂解難。機(jī)床使用廠家也應(yīng)注重加強(qiáng)職工上崗前的培訓(xùn)考核，機(jī)床操作人員應(yīng)通過培訓(xùn)，熟悉機(jī)床技術(shù)性能，操作程序，懂得故障排除和機(jī)床維護(hù)，方可上機(jī)操作，并嚴(yán)格按照機(jī)床使用要求進(jìn)行操作，定期維護(hù)、檢查、于一體，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。實(shí)木指接技術(shù)是木材工業(yè)發(fā)展的新型生產(chǎn)工藝。應(yīng)用指接機(jī)械生產(chǎn)高質(zhì)量的實(shí)木集成材，需要機(jī)械制造企業(yè)不斷改進(jìn)完善機(jī)床結(jié)構(gòu)，尤其是強(qiáng)化適應(yīng)生產(chǎn)工藝的機(jī)械化連續(xù)流水作業(yè)配套設(shè)備的提供，以適應(yīng)規(guī)模化工業(yè)大生產(chǎn)的需要保養(yǎng)機(jī)床，保證機(jī)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(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，絕大多數(shù)屬于操作和使用不當(dāng)，對機(jī)床技術(shù)性能和使用不熟悉，而上機(jī)隨意操作造成，甚至導(dǎo)致人身傷亡事故的發(fā)生，這些都值得用戶重視，以確保達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)目的。
從生產(chǎn)實(shí)踐中我們體會到，加工產(chǎn)品的質(zhì)量好壞與設(shè)備調(diào)整程度有直接關(guān)系。因此，要加工出質(zhì)量好的指接產(chǎn)品，開機(jī)前的設(shè)備調(diào)整是必不可少的。如指接機(jī)在開機(jī)前，應(yīng)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(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整或更換。更換時(shí)，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(dòng)機(jī)構(gòu)及行程觸動(dòng)開關(guān)也需要檢查，像傳動(dòng)皮帶和傳動(dòng)輥是否靈活，運(yùn)料橫桿是否偏斜，行程開關(guān)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(shí)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(cè)有縫,
有以下幾種情況:
a 基準(zhǔn)線劃錯(cuò)
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(cuò)誤：
調(diào)整橫帶
按時(shí)換刀,防止產(chǎn)生毛刺
檢查風(fēng)力大小
封閉風(fēng)管漏洞
8
錯(cuò)位、短頭
寬、窄料區(qū)別不細(xì)
區(qū)分寬窄料并注意觀察及時(shí)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(qiáng)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(shè)備精度普遍較低；另一方面是在相同設(shè)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(qiáng)度（如抗彎曲強(qiáng)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(jī)、壓緊機(jī)特別是銑齒機(jī)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(jī)的各項(xiàng)精度誤差都為零，壓緊機(jī)的各項(xiàng)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(shí)際上銑齒機(jī)的各項(xiàng)精度誤差并不為零。
②設(shè)備精度在一定范圍內(nèi)時(shí)，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(qiáng)度的因素：
①指榫配置與強(qiáng)度性能的關(guān)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(qiáng)度增加，但提高的幅度不大。
②指榫數(shù)量與強(qiáng)度性能的關(guān)系隨著指榫數(shù)量的增加，指接材的抗彎強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度性能的關(guān)系木材厚度與指榫間距的比值大小對指接材強(qiáng)度影響不大，但它卻是影響指接材強(qiáng)度的主要因素，應(yīng)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(qiáng)度性能關(guān)系
1.4.7 指接材質(zhì)量評定與檢驗(yàn)
（1）質(zhì)量評定：國家標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB11954-89《指接材》第8章對指接材的檢驗(yàn)規(guī)則作了詳細(xì)規(guī)定,必須遵照執(zhí)行。
質(zhì)量管理的兩個(gè)主要目標(biāo)是預(yù)測低于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和防止這些低于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品投入使用中,以及確認(rèn)造成問題的原因,加以改正或解決它。質(zhì)量控制程序應(yīng)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(jìn)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(qiáng)度與國家標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(xué)技術(shù)的進(jìn)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(yīng)力檢測器等。美國華盛頓州立大學(xué)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(yàn)載荷法是另一種測試或評價(jià)指接質(zhì)量方法,現(xiàn)已引起重視。檢驗(yàn)載荷測試中,指接木經(jīng)受一個(gè)足夠大的應(yīng)力以表明它們經(jīng)受設(shè)計(jì)載荷的能力。在結(jié)構(gòu)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(jìn)行檢測,達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低強(qiáng)度值的產(chǎn)品被剔除,從而使工程結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)用的是單片指接刀，它具有組合方便、修磨簡單和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，深受用戶歡迎。整體指接刀制造工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴，國內(nèi)僅有少數(shù)用戶進(jìn)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(yīng)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(shí)對接木材的兩端都按同一種方法加工。加工時(shí)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(shí)將木方一頭翻個(gè)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(shí)刨的削余量小，當(dāng)指接精度不高時(shí)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(yīng)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(jī)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(shí)應(yīng)采用錯(cuò)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(jié)果。
（2）指接刀的修磨方法：硬質(zhì)合金指接刀在用鈍后應(yīng)及時(shí)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(shí)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(fù)雜化。單片修磨工藝復(fù)雜，需要修磨兩側(cè)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(shù)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(jī)切削部分的設(shè)計(jì)方案
2.1指接機(jī)切削部分的設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)國外的指接機(jī)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(jī)，以便適應(yīng)飛速發(fā)展的指接工業(yè)對指接材的質(zhì)量要求。本次設(shè)計(jì)的指接機(jī)為手動(dòng)指接機(jī)，原料夾緊后采用工人手工進(jìn)給的方式進(jìn)行銑削加工，一次夾緊即可完成整道工序。機(jī)械的基本參數(shù)如下：
端銑刀刀刃半徑：140 mm
刀盤轉(zhuǎn)速：5680 r/min
端銑刀軸轉(zhuǎn)速:5680r/min
進(jìn)給速度0.05m/min
機(jī)床外型尺寸:900×1300×1200mm
機(jī)床凈重:135～150kg
2.2指接機(jī)切削部分的主要工作結(jié)構(gòu)
指接機(jī)主要由工件的夾緊機(jī)構(gòu)、端銑刀部件、指接刀部件等部分組成。
工件的夾緊機(jī)構(gòu)由兩個(gè)上壓頭和兩個(gè)側(cè)壓頭組成，可以在壓緊的同時(shí)保證工件不能翹頭和側(cè)翻。端銑刀部件主要由帶輪、軸以及端銑刀片組成。傳動(dòng)軸采用固游式的固定方式對刀具起一定的保護(hù)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(shí)加工較寬的原材料，提高生產(chǎn)效率。為了達(dá)到減少傳動(dòng)損耗、簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)約生產(chǎn)成本以及故障排查等作用，在刀具和帶傳動(dòng)之間直接由傳動(dòng)軸傳動(dòng)，其中不再添加齒輪、蝸輪蝸桿等變速機(jī)構(gòu)。
2.3指接機(jī)的開榫原理及工作方式
總體來說，指接機(jī)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(dòng)推動(dòng)移動(dòng)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(gè)側(cè)壓頭和兩個(gè)上壓頭的配合下逐漸將工件夾緊。在機(jī)器開始工作以后，由工作人員手動(dòng)推動(dòng)移動(dòng)工作臺，使工作臺前后移動(dòng)，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(shè)計(jì)方案
2.4.1機(jī)床的設(shè)計(jì)方案
指接機(jī)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(shè)計(jì)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(dāng)舊窗改造過程進(jìn)行完以后，此設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)格將按照用戶的要求設(shè)計(jì)，進(jìn)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(jìn)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(jī)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(dá)到600mm加上電動(dòng)機(jī)和刀具所需尺寸，機(jī)床的總長度應(yīng)該達(dá)到1300mm左右；由于機(jī)床寬度方面需要上料、卸料、刀具所需要的寬度，機(jī)床的總寬度應(yīng)該達(dá)到900mm左右；由于機(jī)床為小型機(jī)床，故起高度以工作人員便于操作為準(zhǔn)，初步機(jī)床的總高度應(yīng)該達(dá)到900mm左右，計(jì)劃工作臺的高度為900mm左右，機(jī)床總高度約為1200 mm。故機(jī)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(biāo)準(zhǔn)三個(gè)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(jìn)行一設(shè)計(jì)、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(biāo)準(zhǔn)：
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(biāo)準(zhǔn)JG/T3026—1995或中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)指標(biāo)
（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(jìn)行:
1. 年工作日: 252天。
2. 日工作班次: 一班。
3. 班工作時(shí)間: 7小時(shí)(有效工作時(shí)間 6小時(shí))。
（2）歐式木窗生產(chǎn)線共分為五個(gè)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(jī)床為開榫工段，其主要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2.1
表2.1指接機(jī)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
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(shè)備裝機(jī)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(jié)
本章從生產(chǎn)實(shí)際任務(wù)出發(fā)，規(guī)劃了機(jī)床的工作結(jié)構(gòu)和工作方式。并結(jié)合總生產(chǎn)線的工作需求初步選定了機(jī)床的大小規(guī)模，由機(jī)床的大小規(guī)模和工作方式制訂了機(jī)床使用的工作制度以及機(jī)床的主要的年經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
第3章 端銑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速：5680r/min
最小銑削深度：1mm
進(jìn)給速度：0.05m/min
機(jī)床凈重：135kg
切削速度：
mm
滾筒每齒進(jìn)給量：
mm
其中：u——進(jìn)給速度;
z——刀片數(shù);
n——刀軸轉(zhuǎn)速。
切削力P:
N
其中:B——加工寬度55mm
H——切削厚度10mm
u——進(jìn)給速度0.05m/min
K——切削摩擦總系數(shù)，在此取K=27
電動(dòng)機(jī)的額定功率: KW
其中：η——進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，取0.8。
選取三相異步電動(dòng)機(jī)，端銑刀軸動(dòng)力源電機(jī)的選擇：
型號Y90S—2，轉(zhuǎn)速r/min,P=1.5KW,50Hz,380V
3.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)軸徑小于200，由參考資料[10]查得強(qiáng)度極限MP，查表取C=112，則有：
≥ (3.1)
mm
所求應(yīng)為受扭部分最細(xì)處，即安裝帶輪處的軸徑。又因該處有一鍵槽，故軸徑應(yīng)增大7%，即mm,考慮加工、轉(zhuǎn)速、安全等諸多因素，故在此選取取mm。
3.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（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(dòng)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(dòng)部分）
2)端銑刀銑削作用力的計(jì)算
a. 每齒進(jìn)給量為最大切削厚度時(shí)，
即== （3.3）
式中：——進(jìn)給速度(m/min)，取=5m/min
——刀軸轉(zhuǎn)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(gè)刀片上所受的力
式中:——切削比功(J/cm3)，為保險(xiǎn)起見，查表??；
——銑削寬度(mm),取mm；
d．每轉(zhuǎn)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(diǎn)到右軸承的間距為：mm
帶輪力作用點(diǎn)到左軸承支反力作用點(diǎn)間距為；mm
3.2.4按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)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(diǎn)取矩有： ，
即 (3.4)
=N
圖3.3 水平受力及彎矩MH圖
對B點(diǎn)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(diǎn)取矩有：,
即
N
對B點(diǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩圖
(6)作當(dāng)量彎矩圖，如圖3.7
圖3.7 當(dāng)量彎矩圖
(3.6)
式中：——考慮到彎矩，轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而設(shè)的校正系數(shù)，取=0.6合適。
N·mm
N·mm
(7)按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度
由18頁圖3.1和本頁圖3.7可知，截面I處當(dāng)量彎矩最大，且軸較細(xì)，是危險(xiǎn)截面，故對此處進(jìn)行校核。由（6）知N·mm，查表得，對于45鋼，MP時(shí)許用彎曲應(yīng)力MP，得：
(3.7)
MP
故軸的強(qiáng)度足夠。
3.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）確定計(jì)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(zhǔn)直徑和
1）查表，選取Z型V帶輪基準(zhǔn)直徑=56mm。
2）驗(yàn)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(zhǔn)直徑
，
其中：為傳動(dòng)滑動(dòng)率，此處傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格，可忽略
mm，
（4）確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度
1）初選中心距
，取
2）確定V帶基準(zhǔn)長度
所需帶長 (3.9)
mm
再查表取標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度mm
3）計(jì)算實(shí)際中心距
(3.10)
mm
（5）驗(yàn)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(jì)算V帶根數(shù)
(3.11)
取根
（7）計(jì)算處拉力
由表有，Kg/m
由公式有 (3.12)
N
（8）計(jì)算軸上壓力
由公式得： (3.13)
NN
3.4 軸承的選擇與計(jì)算
（1）軸承的選擇
設(shè)計(jì)要求軸承主要承受徑向載荷，同時(shí)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(zhuǎn)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(dòng)體愈小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)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(zhuǎn)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(cè)軸徑為40mm處選軸承6008。詳見GB296-94。
（2）軸承壽命的計(jì)算
滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞點(diǎn)蝕和塑性變形兩種。當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)時(shí)，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(dāng)軸承工作過程中，滾動(dòng)體與滾道接觸表面受脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力的作用時(shí)，易產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕；此外，由于密封潤滑不良或維護(hù)使用不當(dāng)?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(jìn)行必要的計(jì)算，其計(jì)算準(zhǔn)則是：對于一般工作條件的回轉(zhuǎn)滾動(dòng)軸承，點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生，主要進(jìn)行壽命計(jì)算并作靜強(qiáng)度校核；對于不轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)或轉(zhuǎn)速低的軸承，要求控制塑性變形，主要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)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?yàn)?，所以只?jì)算左端軸承的壽命就可以了。因?yàn)闆]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(dòng)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(zhuǎn)速(r/min),r/min。
代入數(shù)據(jù)有：
h
若每天工作16小時(shí)，則壽命約為5年，考慮到轉(zhuǎn)速較高，且加工時(shí)軸承不可能一點(diǎn)軸向力沒有，工作環(huán)境也較差等因素，認(rèn)為該軸承合適。
（3）軸承靜強(qiáng)度的校核
當(dāng)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?yàn)闆]有軸向力，所以
N，
故取N
靜強(qiáng)度計(jì)算公式為： （3.17）
式中：——額定靜載荷，查手冊KN；
——當(dāng)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(yuǎn)大于，故合適[4]。
3.5 平鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算
鍵主要用來實(shí)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(jié)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(dòng)聯(lián)結(jié)）。如果嚴(yán)重過載，還可能發(fā)生鍵的剪斷。
平鍵聯(lián)結(jié)擠壓強(qiáng)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(yīng)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(jié)
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