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地址：山東省費縣城東工業園一種新的旋切機結構設計
一種新的旋切機結構設計
摘要：旋切機是對木材進行剝皮加工，加工薄板木制品所應用的設備，數控旋切機則是近幾年出現的新產品。單純采用 數控及伺服系統對主要用于農業生產的單位來說成本較高，因此改進旋切機的傳動結構，簡化控制方法，降低生產成本 對當前數控旋切機械的發展有著重要的意義。文章主要介紹了采用變導程絲杠的進給結構設計及變導程絲杠的有限元分 析，對旋切機的改進提供一種新的思路。
關鍵詞：旋切機；變導程絲杠；進給結構設計
旋切機是生產膠合板的主要設備之一。旋切時，
木段經進料器卡在兩個進料輥筒和壓尺之間，木段由 轉動的輥筒帶動做旋轉主運動，同時輥筒的直線運動 推動木段相對刀具做進給運動。旋切機分有卡軸和無 卡軸兩種，目前主要發展的為無卡軸旋切機，其旋切 過程中刀具只做切削振動，不做進給運動％這種旋切 方式的特點是木段由進料輥筒和壓尺定位，無需卡 軸，裝夾不受旋切木段心材質量的影響，可降低旋切 木段直徑，從而提高木材利用率。該機還可旋切小徑 木材，并且機床結構簡單，制造成本低，有利推廣。
由于刀具無需進給運動，易實現振動切削，降低切削 功率，減少機床功率損耗。該設備可用于生產膠合板 (裝修、家具的一種原材料)、一次性筷子等產品，市 場巨大目前，該類設備的生產主要集中在河北任縣 的邢灣工業園區，設備生產企業二十余家，年銷售設 備三百余臺，產值將近四千萬。但產品主要由老式的 有卡旋切機為主，改進空間巨大。
針對以往相切及結構釆用凸輪進給結構或伺服進 給結構，通過研究，將進給系統采用變導程絲杠旋轉 沿直線進給形式，通過兩支撐軸推動頂板向前運動，
支撐驅動輥的滑塊被頂板推向上方運動；同時，受機 架限制兩個滑塊又相向運動，中心距隨旋切進行而不 斷減小以適應木段直徑的減小本設計采用兩個相同 進給模塊同時進給，兩臺電動機由一臺變頻器驅動。
1選擇電機
參考同類產品選取進給動力總功率為3kW，兩 個絲杠分別驅動，單個電動機選擇：P=1.5kW輸人轉 速1440r/min,溫度不超過40°,電機經常反轉制動。 所以選擇采用Y90L—4籠型電機[4]。
2絲杠、螺母的計算及校核
2.1絲杠、螺母的形式選擇
表2螺紋初始條件
名稱 單位 數值
軸向載荷F N 22000
螺桿材料 無 45號鋼
螺母材料 無 ZCuA110Fe3
軸向載荷與運動方向 無 反向
螺桿端部結構 無 兩端固定
螺桿最大工作長度 mm 410
兩支撐間的最大距離 mm 400
式中:
(8)
(9)
(10)
=164.65Nt
T
2+3
⑴
(16)
(Tb
為:
(6)
(18)
SSM=
(7)
將有關數據代人式1計算得4=55.5mm,與公稱 直徑同時選出螺距f*=9mm。
2)螺母高度H的計算公式為：
H=il/d2 (2)
將有關數據代人式2計算得//=99.9mm，取
100mm。
3)旋合圈數z的計算公式為：
z=H/P ⑶
將有關數據代入式3計算得2 = 100/9=11.11，在 10-12的范圍內[5!。
4)螺紋工作高度h的計算公式為：
^=0.5^ (4)
將有關數據代人式4計算得A=0.5x9=4.5mm。
5)工作壓強用P的計算公式為： o F
7rd2hz
將有關數據代入式5計算得^2.53MPa< b]。
6)螺紋升角A的計算公式為：
A=arctan 夕 7rd2
式中：S-導程，mm ；
將有關數據代入式6計算得A=2.95。
7)當量摩檫角p'的計算公式為：
p' =arctan
2.2計算及校核過程
根據螺桿和螺母的材料，初選中徑系數《A=1.80、 6=0.8，許用壓強[p] =21.50MPa；螺桿材料的許用應 力[5]=94.00MPa、許用彎曲應力[5]b=40MPa、許用剪切應 力[t] =30MPa;螺母材料的許用彎曲應力[S]b=50.00 MPa、許用剪切應力[t] =35MPa。
將上述數值代人公式計算相關元件尺寸：
1)螺桿中徑土的計算公式為：
了
a/2
[p]
(5)
,1 irdj1 I 〜 0.2d
式中：T__傳遞扭矩Nm;
[a]——螺桿材料的許用應力，MPa。
將有關數據代人式11計算得cr=39.2MPa專[^]。
10)螺紋牙底寬度b的計算公式為：
b=0.74p (12)
將有關數據代人式12計算得6=5.85mm。
11)螺桿剪切強度T'的計算公式為：
F
Trdbh
將有關數據代人式16計算得T=4.08MPa。
15)軸向載荷使導程產生的變形的計算公式
sc_ FS _ 4FS m
EA vEdi
將有關數據代人式17計算得&S^487.2mn。
16)轉矩使導程產生的變形8Sm的計算公式為：
S .TS = 16TS1 2tt GIP Tr2Gdi
式中：f_摩擦系數。
將有關數據代人式7計算得y=5.32° 8)驅動力矩T的計算公式為：
t=t'+t2+t3 T^F^tan (A+pO
7^0 ~dp
"6-K] b 將有關數據代入式14計算得盧4.98MPa。 13)螺母剪切強度t的計算公式為：
_ F
將有關數據代人式13計算得r=2.16MPa名M。 12)螺桿彎曲強度di可用下式計算：
3Fh
T,——螺紋力矩，Nm;
T2-軸承摩擦力矩，Nm;
T}-系統阻力損失值，Nmc
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