毕业设计（论文）-新型板材自动裁边机整体设计及送料机构详细设计.doc

全套图纸加153893706 新型板材自动裁边机整体设计及送料机构详细设计 存档日期： 2016年6月 存档编号： 江 苏 师 范 大 学本科生毕业论文（设计）论 文 题 目： 新型板材自动裁边机整体设计及送料 机构详细设计 姓 名： 学 院：江苏师范大学连云港校区海洋港口学院专业、年级、班组： 机械设计制造及其自动化 12港口机械 指 导 教 师： 江苏师范大学教务处印制目录摘 要1第1章 绪 论31.1本次设计的目的31.2国内现状31.3国际现状4第2章 总体设计及技术要求52.1设计任务及相关要求52.2设计任务总体分析5第3章 液压缸的类型及安装方式选择73.1液压平台的运动与负载分析73.2液压缸的设计计算与选取7第4章 气缸的设计与计算134.1气缸的选型与校核134.2连接气缸平板的校核14第5章 送料机构详细设计155.1送料小车车体结构设计155.2链轮轴的设计计算及轴承的选择255.3棘轮的选择285.4车轮轴与车架连接紧U形固件设计计算29结 论30致 谢31参考文献32附录33新型板材自动裁边机整体设计及送料机构详细设计摘 要：随着科技的进步与发展，木质建筑模板得到了非常广泛的应用，这种标准模板在压合成型之后，都需要对其四边进行裁切，以使其边缘整齐规整。目前国内多数裁边机采用单张裁边，不仅效率低、设备体积大，而且尺寸和形状精度不能满足要求。本次设计主要研究了一种全自动裁边机，能够一次性自动裁多张板材，裁边高度达1.3米。本自动裁边机采用带锯机切削的方式，能够实现自动上下料，自动裁边，自动排料等功能。本设计分为横向、纵向两个工作台，分别切削板材的长边与短边，在链轮的驱动下，由两辆送料小车往返运动从而达到切削效果，再利用传送带将废料运走。关键词：裁边机、带锯机、链轮、传送带New plate automatic cutting edge machine overall design and conveying mechanism design in detailAbstractWith the progress and development of science and technology, the wooden building template got very extensive application, the standard template after pressing molding, all need to cutting of four side, to make it neat neat.At present domestic most cutting edge machine adopts single cutting edge, not only low efficiency, big equipment volume, and the size and shape accuracy can not meet the requirements. This design mainly studies a kind of automatic cutting edge machine, can automatically cut more than the plate, cutting edge height of 1.3 meter.This automatically with the method of band saw cutting, cutting edge machine can realize automatic up-down material, cutting edge automatically, automatic discharging, etc.This design is divided into horizontal and vertical two workbench, long and short while cutting plate respectively, under the drive of sprocket, consists of two feeding car movement back and forth so as to achieve cutting effect, recycle conveyor belt will waste away.KeywordsCutting edge machine;Band saw;sprocket、The conveyor belt3第1章 绪 论木材是一种优良的材料,具有天然的纹理，调湿功能，导热系数小等优点并且其强度相对较大，方便加工，所以是一种非常好的工程材料。但它也是一种非均匀物质的材料，由于各向异性和生长过程中的各种缺陷使其在使用中受到一定的限制。为了克服木材的不足，采用单板、刨花、纤维等加工组合和复合技术制成各种各样的木质复合材料来满足人们对木材的需求1。在板材最外面的木皮通常称乎为表板，表板的正面称乎为面板，反面的表板称乎为背板。板材的生产工序有：斩断原木、热水处理原木、原木剥皮、明确木段中点、切削单板、干燥单板、裁剪连接单板、加工处理单板、粘附单板、单板组坯、预压热压单板、单板裁边、单板刮光磨光、单板质检、单板均分与封装等等2。社会发展越来越快，对板材的需求越来越大，加工要求越来越高。自定裁边设备在板材加工域占有重要地位，国内外都有了迅猛的进步,新的板材自动裁边机在板材加工中扮演着重要的角色，板材自动裁板相关机械也越来越先进。在国内，建筑行业、交通行业、信息行业都离不开板材的加工。板材加工产业的发展对这些行业的发展壮大意义深远，当然这些行业对板材性能参数方面的要求也越来越高。家居产业、建筑产业、装饰装修产业都与木工机械产业息息相关。木工机械产业的技术革新直接决定木材加工产业的技术革新是木材加工产业发展的客观需求4，目前国内家居产业的产品数量已在世界上处于领先地位，产量位于世界榜首的是人造板的产品产量，而被视为家居产业与人造板产业支撑产业的木工机械产业，应当不断提高其水平，使其与其它国家相比，具有突出的优势5。1.1本次设计的目的(1) 通过对自动裁边机的设计，增强我国板材加工技术，提高板材裁边的速度和效率，以及成品板材的精度，与国内经济发展相匹配，进而推动国民经济更快更好的发展。(2)借助自动裁边机的设计工作让学生的基础知识和专业知识得到全面提升，培养学生运用掌握的知识剖析、解决问题的能力，培养学生动手实力和创新精神，为我国将来高端工程师的培养打下坚实的基础。1.2国内现状最近几年来，板材市场呈现出一派欣欣向荣之象，其得益于国内经济的迅猛发展；木材市场中越来越多的来自华东、华北和长江中下游地区的速生丰产林木材大批进入，附加上源源不断地来自世界各国的优等阔叶木材，为国内板材产业提供连绵不断的原材料，进而推动我国板材产业的持续健康发展；木材行业高端人才的层出不穷，亦是造成我国板材产业的成本估算工作比其他板材产出国做得更出色的关键因素6。这些年来，国内板材产业相关产品水准不断得以提高，在全球市场上的占有率不断提升，竞争优势也越来越突出。中国既是全球板材产量最高的国家，亦是板材产品的主要出口国。中国的主要产地分布在：山东临沂、江苏徐州、江苏沭阳等地。国内市场板材加工份额分配占比上，国外进口板材仍占据绝对优势。国内市场的板材加工设备销量的年增长率基本维持在50%左右，然而这依然是此类设备发展的最初阶段。随着中国经济的迅速发展及世界加工基地的格局形成，自动裁边设备将有巨大的市场需求。通过查阅资料，了解目前机电行业的现状及发展趋势，对就业环境有初步的认识和了解7。我国国内木工机械产业的整体规模与世界上其它国家相比，还是显得规模太小，国外全球性大型企业一家的产品销售量就与我国国内超过一千家厂家的产能持平。尽量我国的家具产品数量位居全球榜首，然而我国在家具机械相关设备方面的生产实力和发达国家的世界级大型木工机械企业比较，还是存在着较大的差距。然而我国的家居产业是在国内木工机械产业相对薄弱的情形下发展起来的，取得这样的成绩已足够让我们喜不自禁了。在长达20年的国内家居产业的发展历程中，始终保持高于20%的年增长率，从美国的情况来看，即便在反倾销过程中，家居产业依然保持高速发展态势8。从我国国内的情况来看，虽然国内的木工机械产业始终在发展，但是我国的木工机械设备生产厂家却从来未曾走出过国门。尽管我国在设备产出上的落伍和国内设备与国外设备的汇价及售价上的差异存在关联，然而我国木工机械产业的迅猛发展态势还是让国际大型木工机械企业越来越感到中国的实力不容小觑。就低端木工机械市场而言，中国的贴牌木工机械产品已经稳坐国际市场的头把交椅，这些国际大型木工机械企业心中有数，他们要真正占领中国市场唯有与中国本土企业精诚合作。他们心里清楚，缺少中国人的帮助，挖掘中国市场的潜力几乎就是天方夜潭9。1.3国际现状1.3.1数控镂铣机的技术进步 数控木工机械产品的问世是木工机械产业发展史上的一个里程碑。从汇总数据来看，采用悬臂单臂构造的展出样品占到全部展览样品数量的一半。木工机械产品的切削力度不足、生产出的产品太过粗陋，绝大部分产品采用的是连续性加工生产方式，而常常需要安装拆卸组件的木工机械产品若采用悬臂单臂的构造形式，使用起来相当方便，机床的构造纯粹、维保起来也相对轻松，而且绝对能够确保达到预先设定的加工精度10。1.3.2 刨削加工相关的技术进步通常在四面刨第二个轴的地方利用两个半径较大且齿轮较多的机夹不重磨刀块的非立体式铣刀加工明确的基准平面，代替先前由圆柱刨削完成的加工步骤，其可以从理论上克服由于四面刨缺乏原始标准造成的工艺不过关带来的角度形状畸变与形状偏差，确保了最后出现的成形产品的精确度，板方材总体不平整的难题已经完全克服，四面刨处理的四个面存在倾斜的难题也基本消除11。国外某些企业也应用铣刀来进行加工，该切削过程刀具加工平稳，将外界环境的干扰降到最低，便于保证平面度。但是同理由该模型生成的系统仍然不能进行多块板材的同时加工。第2章 总体设计及技术要求2.1设计任务及相关要求本毕业设计的任务是板材自动裁边机，主要包括裁边机的功能需求分析、总体结构布局以及控制系统构成等，并具体设计裁边机的送料结构。能够实现堆叠厚度达1.3m的板材裁边，保证各边的垂直度和平行度。可以实现在无需人为控制的情况下，主动上下料、主动计数、主动告警等功能。 设计参数如下： 板垛厚度，一次裁个边； 每张板厚； 毛坯板材面积：长，宽； 裁后边长：长，宽； 相邻边夹角：； 裁边速度：6分/次； 不得划伤板面。 裁后边不齐误差：。2.2设计任务总体分析图2-1 板材裁边机方案设计简图根据设计任务书的内容和要求所知，多合板、细木板等板材生产中需要通过按照尺寸要求进行裁边。过去单张裁边，不仅效率低、设备体积大，而且尺寸和形状精度不能满足要求。要求设计一台能够一次性自动裁多张板材四边的自动设备。由于现有的人造板材裁边机加工速度慢，编程不方便，不能满足大批量生产要求，因此，新设计的切边机要满足机械效率实现大幅度提高，操作方便，可靠性高，工作运行平稳，安全性好，根据以上所叙述，本设计以满足上述要求为目标，在实现基本的性能要求后，力求结构简单，减少制造成本，大限度的增加企业收益。本次方案采用合理的布局，采用连续启停控制，循环利用送料机构，充分利用生产空间。本次板材拆边机设计总体的来说包括两部分，主机切边部分和上、下料部分。具体方案如图2-1所示： 本设计方案利用有轨导向小车运送板材，带锯进行横向的移动来实现切边加工的。小车的驱动力输出靠的是电机的转动带动链条的运动。首先，叉车将成摞的板材运送至机架的四个液压缸上，再通过液压缸的下降，平稳的放到小车上。接下来可移动悬吊气缸对板材上部进行压紧；此时电机驱动链轮由链条带动小车往安装带锯方向运动，经过计算此运动速度适合生产节拍；小车两边分别安装带锯，带锯绕过两个带轮，下边的是主动轮，由电机驱动，带锯以一定的速度运动，锯切掉板材的多余部分，此时切掉的部分为板材长边，而且小车以一定的速度运动，直至把两边的多余部分全部切掉，切掉的部分落在两边传送带上，通过传送带，经过卷扬机把废料运至运输废料的车上，将废料运出车间。运料小车继续行驶，到达第二辆小车处小车继续运动，运动到板材中心线与第二辆小车中心线重合的位置，第一辆小车停止运动气缸抬起，这时第一辆小车开始在电机反转带动下回走。第二辆小车在第一辆小车走出第二辆小车的同时，开始运送板材纵向运动，锯切两短边，完成之后即所需的产品即加工完成。之后小车行驶到液压缸位置，由四个液压缸将成品顶起一定高度，在6分钟时间内再由叉车将成品叉走。小车在电机的反转驱动下回程。在带锯机的傍边装有传输废料的传送带，经卷扬机将废料运送至运废料车中，这样一批板材锯切完毕。第3章 液压缸的类型及安装方式选择 液体流量和液体压力都可作为液压缸的输入，直线速率与力相应的可作为液压缸的输出，现在在工业生产相关部门应用面广的都是构造纯粹且工作稳定性高的液压缸。为了适应多种类型机械千差万别的个性化需求，液压缸的类型多种多样，但归纳起来无非是个性化结构与普遍性结构两大类。而普遍性结构的液压缸中具有代表性的构造形态分为以下三种12：（1）拉杆型液压缸通过四个正方形的端盖或者六个圆形的端盖将一前一后两个端盖和缸筒相联起来，一前一后两个端盖的形状可以是矩形的，也可以是方形的，还可以是圆形的，缸筒则可采用钢管厂生产的精细化的冷拔管，依据运行全程长短匹配的尺寸进行切割操作，正常情况下，缸筒的内表面不进行加工（或者仅仅进行精细化加工）就能符合使用需求。一前一后两个端盖及活塞等核心零部件都不是市场上难见的元件。所以，拉杆式的液压缸构造单一、安装拆卸便捷、所使用的零部件适用范围广、生产成本不高，较适宜大批量生产的情况。然而，受制于运行全程长短、缸筒直径大小、限定压力高低等因素。倘若运行全程太长，拉杆的长度相对应地也要拉长，在进行组装时极易产生误差或出现歪斜，造成缸筒顶部气体的泄漏；如果缸筒直径偏大或限定的压力过高时，由于要确保拉杆材料达到一定的强度，必须选用直径相对来说较大的拉杆但是径向尺寸方面的要求又不容许拉杆的半径太长13。（2） 焊接型液压缸后端盖和缸筒间通过焊接材料相联，前端盖和缸筒间可以通过内嵌螺纹、外嵌螺纹、内嵌卡环、外嵌卡环、钢丝挡圈、法兰等各种零部件联接起来。 焊接型液压缸的特性是外形的尺寸不大，能抵抗一定程度的冲击负重与恶劣的外部环境。然而因为受制于缸筒和前端盖使用螺纹、钢丝质挡圈、法兰等联接强度的限制，因此缸筒的内部半径不可以过大且限额压力亦不可能定得过高14。焊接型液压缸正常情况下的限额压力为、缸筒的内直径为，在缸筒与活塞杆的加工环境允许下，最长的运行全程可以达到。（3） 法兰型液压缸 缸筒与前端盖、缸筒与后端盖间都通过法兰相联，然而缸筒和法兰间相连的形式为总体式、焊接式和螺纹式等。法兰型液压缸的特征是限定压力比较高，缸筒的内直径比较长且外观上来看，尺寸偏大。适宜用于比较严苛的冲击负重与恶劣的外部环境之下，也可称之为重载式液压缸15。法兰型液压缸在正常情况下的限额压力、缸筒内部直径，在缸筒与活塞杆的加工环境允许下，最长的运行全程可以达到。显而易见，我们研发的液压升降平台车的液压缸应当选定（2）焊接型液压缸，这是相对准确的。当然在实际情况中，对缸筒的连接还需要依据客观现实来剖析并最终明确。3.1液压平台的运动与负载分析 液压平台的行动模式主要表现为每个液压缸的向上运动与向下运动，然而在向上运动与向下运动开始阶段都会有一定时间的加速热身，直到速度提升到符合需要的速率时，平台就停止加速运动，随即开始匀速运动，接着减慢速度直到终止运动。在运动的全程，由平台本身的重量和汽车的重量共同构成液压升降平台的外来负重。因此外来负重在正常情况下是不会发生波动的15。3.2液压缸的设计计算与选取板材质量；四个液压柱的液压缸单缸起升的最大质量升降平台的最大起升高度:；上升速度等于下降速度:液压平台上升工况的最大负载 （3-1）液压缸的机械效率:。液压缸的工作压力由表3-1可知。表31不同负载条件下的工作压力负载50工作压力，为使运料小车能安全平稳的运输板材，同时也为便于安装梁，所选方钢为。根据梁的剪切方程，进行校核计算：查45钢的由得： （5-5）真实情况下，许用剪切应力远远大于剪切力，因此符合使用需求。根据梁的挤压强度进行校核：查的45刚得：由得； （5-6）实际挤压强度远远小于许用挤压强度，所以所选方形钢管符合使用要求。综上所述，对运料小车车架梁进行计算，选材，校核，完全能满足使用要求，即选择方形钢管钢。两短边方钢也同样选择同样的方钢进行连接，用焊接的方法将长边梁和纵向梁焊接到一起，这样小车架的设计选材也就完成了。5.1.2运料小车车轮轴的设计运料小车在运送板材的过程中，全部的载荷都作用在车轮轴图5-2中车轮轴12，和与之相对应的另一根车轮轴上。所以两根轴各承担一部分载荷，假设把板材看做是标准的形状，运输时板材的中心线与小车中心线重合，这种是理想的工作状态下。下面进行车轴的设计计算19。 小车轮胎的轴结构图如图5-5所示： 已知：为了便于切削，易于加工热处理，车轮轴选材是45号钢棒料，车轮轴的总长为，两端轴颈分别为、，承受载荷为，且轴是靠U形紧固件与车架连在一起，所以车轮轴收到的是集中载荷，两端轴颈用轴承支撑，画出车轮轴的受力简图。如图5-6所示：图5-5 运料小车车轮轴5-6 运料小车车轮轴的受力简图5-7 运料小车车轮轴水平剪力图5-8 运料小车车轮轴水平弯矩图 图5-9 垂直水平面剪力图图5-10 垂直水平面弯矩图图5-11 轴弯矩图（1）做出轴的计算简图 轴所受的载荷是车架给的，也就是板材的重力，即，且是一对等大等大的力，所以，同理，。在空间方向上受到力。其实就是小车的驱动力。就是促使小车运动的力也就是克摩擦力的大小，导轨和轮胎间的摩擦系数,则,是等大的力所以，。（2） 做出弯矩图 依据如上简易的图示，单独从水平方向和竖直方向计算各自产生的弯矩长度，且按得出的结果各自作出水平面之上的弯矩图如图5-8所示,和竖直面上的弯矩图如图5-10所示,之后按以下公式计算出总弯矩值且绘出弯矩图如图5-11所示。 （5-7） 则经计算，可查的（45钢的许用应力值）。（3） 应用强度条件，进行强度设计计算。 由,得 ： （5-8）可查的（45钢的许用应力值），可计算。 （5-9）由公式得： 所以轴的直径取值必须大于，为了便于后期的安装选择较大的轴选择直径为。 应用剪切条件，进行校核计算；查45钢的，剪切面积为直径为轴的横截面积，则。由得： （5-10）真实情况下，许用剪切应力远远大于剪切力，因此符合使用需求。根据梁的挤压强度进行校核。查的45刚得：由得； （5-11） 实际挤压强度远远小于许用挤压强度，所以所选方形钢管符合使用要求。 综上所述，对运料小车车轮轴设计校核，所选材料，可以进行调制处理，设计尺寸都满足使用要求。5.1.3运料小车车轮和轴承的选择本次设计运料小车要求车轮强度必须要满足使用要求，在满足生产要求的前提下，尽可能地降低成本，运料小车车轮选择可以直接按照国家标准选用火车轮。下面对目前火车轮制造工艺进行简单的介绍，以便选择最优的车轮。当前全球各个国家在生产火车的轮胎时，只有少部分国家使用的是铸钢原料，占比大多数的国家选用的是钢锭制坏原料，再经过锻压与轧制步骤加工处理形成。近几年来，火车轮胎生产线的工艺步骤有了创新，钢坯分别放在三台水压机之上，而后经过钢坯镦粗、钢坯环中镦粗、钢坯压痕、钢坯模锻四个工序，使得钢坯转变成锻件，再通过轧机扩大锻件的直径，最后的流程便是将锻件再放在水压机上进行冲孔、压弯与修正操作。高时达每小时120个。以德、美、英、日为代表的国家使用的车轮成形工艺步骤。将钢锭经过加工产生的坯料全部放在一台水压机上，再经过预锻与模锻两个工序使坯料转变成锻件，而后通过轧机扩大锻件的直径，最后的流程便是将锻件再放在不同的水压机上进行冲孔、压弯操作。生产率每小时80个。两种火车轮胎制造工艺步骤后半段流程几乎一致，存在差异的是前半段流程的锻压步骤。在前面一种生产工艺流程中，钢坯经过四个工序再单独在三台水压机上成形，而后面的生产工艺流程中，钢坏只经过二个工序就放在同一台水压机上成形。将前面一种生产工艺与后面一种生产工艺作比较，前者的优点在于生产效能较高，前者的缺点在于需要另外附加两台水压机且要把模锻水压机的吨位提升，需要较多的资金投入且体积庞大。后者的优点是使用到的水压机数量少且锻压工序少，后者的缺点是生产效能较低，且之后的工序设施也没有能够施展的舞台20。国内现在使用的火车轮胎生产线使用的是前苏联的技术，此技术在上世纪60年代才引入中国。钢锭弄断再剔除余料形成钢坯，再将钢坯加热，而后放在一台30MN水压机上对加热后的钢坯进行自由镦粗、环中镦粗、压痕三个工序，接着放在另一台80MN水压机上进行模锻操作形成固定的形状，再然后通过轧机将其直径扩大，最后放在不同的30MN水压机上进行冲孔与压弯操作，生产率每小时80个。本次设计小车轮有以下作用：支撑车体载荷重量，把制动力与驱动力传送到铁轨，在长时间运行时，轮胎还可以保持突出的散热性与耐热性。通过实际的使用明这种材料的效果优于其他材料。车轮直径分度圆直径为，内径为的轮子与之配套的导轨同时选择导轨与车轮之间的摩擦系数。运料小车的载荷为30KN，每根轴承受的载荷为，轴的两端用轴承支撑，对轴承无特殊要求，所选轴承能能支撑起载荷就行，所以选择深沟球轴承6212，采用脂润滑方式。下面进行简单的轴承寿命计算；由轴承寿命计算公式；式中，的单位是。为指数。对于球轴承，则计算轴承寿命为： （5-12）综上所述，轴承的寿命为101.63106r。依据小时数计算相对科学，下面转换成小时数，在公式式中n轴承的转速单位为，轴承的转速也就是车轮的转速。工作台长度为,切长边用3分钟切完，那么运料小车的速度为。车轮直径为,经计算小车的取整后。 （5-13）经计算轴承的寿命为，保持轴的的润滑状态，由于工作环境粉尘较多故采用密封脂润滑，定期加润滑脂，尽量减少冲击载荷的影响，注意保养，定期检查轴承的使用状态。发现轴承有损伤及时更换以免发生安全事故。5.1.4运动小车驱动链条的选择链传动是一种挠性传动。链传动顾名思义就是将拥有特定齿形的核心链轮的动能和运能借助链条传达到同样拥有特定齿形的附属链轮的一种传动形式其特点突出，优势明显。将其与带传动比较，不会出现弹性的滑动与打滑的现象，平均传动比率精确，工作稳定性高，效能高;传送功效大，过载实力突出，同样情况下的传动尺寸不大;对张紧力的要求不高，作用在轴上的压力也不太高;且可以放在温度高、湿度大、尘土飞扬、污染严重等较恶劣的外部环境中工作。链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是借助链和链轮轮齿的咬合来实现动能和运能的有效传送。基于以上链的优点依据工况环境运料小车驱动采用链条传动。选用最常用的滚子链。本次设计是把链条的两头固定在运料小车，靠链轮的转动带动链条拽动运料小车实现往复运动。滚子链传动的计算与选择； （1）已知条件；设计链传动时已知条件应该有：链传动工作条件本次所选链传动工作在木工加工车间，工作环境比较恶劣，有粉尘，总体尺寸较大，所需传动功率的计算。由物理学知识，把一垛板材假设高度,输送过去链条需要做的功由物理学知识:拖动一垛板材所需要的驱动力。可计算链轮的速度 那么运料小车运动的功率为： （2）选择链轮的齿数初选链轮齿数为25，本次设计只是利用链条的拖动力。故两个链轮选择同样的齿数，传动比。（3）计算当量的单排链的功率 依据链传动的工作情形与工作状态，链传送的排数和链轮的齿轮数量，工作链的具体工作情况，以及所产生的振动，冲击和其他的不稳定因素，将链轮当量为单排链时的计算功效： （5-14）式中-工况系数，查找相关资料，本次设计定义为中等冲击； 主动链轮轮齿系数，查阅相关资料； 多排链轮系数，单排 ，双排，三排； 传递功率 （5-15） （4）确定链条型号和节距选择链号，节距，滚子直径,内链节内宽,销轴，内链板高。计算链轮：；分度圆直径： （5-16）齿顶圆直径： ；