摘要本文通過對多工位數(shù)控木工加工機的結(jié)構分析設計，讓我們對多工位數(shù)控木工加工機有所了解，為木工加工機的深入研究奠定了基礎。解析了多工位數(shù)控木工加工機的運動系統(tǒng)的組成和工作原理，并對運動系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構做出系統(tǒng)分析，以此進行控制分析。本文主要研究的是分析多工位數(shù)控木工加工機運動過程的整體性能。在對多工位數(shù)控木工加工機的分析中，對運動性能進行改進，為木工機械裝置的進步做出實質(zhì)性的進展。關鍵詞：多工位數(shù)控木工加工機；機械結(jié)構；運動系統(tǒng)

AbstractInthispaper,throughthestructureanalysisanddesignofmulti-stationCNCwoodworkingmachine,letushavesomeunderstandingofmulti-stationCNCwoodworkingmachine,whichlaysafoundationforthein-depthresearchofautomaticmovingtrolley.Thecompositionandworkingprincipleofthemotionsystemofmulti-stationCNCwoodworkingmachineareanalyzed.Thispapermainlystudiestheoverallperformanceofmulti-stationCNCwoodworkingmachine.Intheanalysisofmulti-stationCNCwoodworkingmachine,themotionperformanceisimproved,whichmakessubstantialprogressfortheprogressofwoodworkingmachinery..Keywords:Multi-stationCNCwoodworkingmachine;Mechanicalstructure;Motorsystem

目錄TOC\o"1-3"\h\u18348第1章緒論 精度。3）木工機械產(chǎn)品和設備種類很多。為了滿足市場上不同用戶的需求和要求，有很多產(chǎn)品。這些產(chǎn)品構成了公共的基本部分和可選的部分。產(chǎn)品設備在技術和質(zhì)量上已經(jīng)相當成熟，與同類產(chǎn)品相比具有相當大的綜合優(yōu)勢。4）不斷充實，發(fā)展和完善專門適應小品種，大規(guī)格木制品的大中小型企業(yè)。其木工機械先進，高速，高效且高度精確[4]。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，在市場經(jīng)濟條件下，經(jīng)過激烈的市場競爭和優(yōu)勝劣汰，中國的木工機械已朝著大規(guī)模，高速，自動化，節(jié)能環(huán)保的方向逐步發(fā)展。國內(nèi)木工機械行業(yè)已逐步建立起從研究，開發(fā)，生產(chǎn)到銷售的完整體系，形成了69個類別的1100多種木工機械產(chǎn)品，可提供木工設備，細木工設備，家具機械設備和成套設備。木工磨刀設備，木工機械等加工設備年產(chǎn)值達100億元。中國的木工機械行業(yè)已朝著集團化，規(guī)?；蛥^(qū)域化的方向逐步發(fā)展。在木工機械領域引進了先進的數(shù)控技術后，中國的木工機械行業(yè)將逐步縮小與發(fā)達國家的差距，并在國際木工機械市場上占據(jù)更加重要的地位[5]。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中國的木材數(shù)控加工技術研究始于1980年代。所使用的數(shù)控裝置是用于金屬切削的數(shù)控裝置。1998年，國家林業(yè)局北京林業(yè)機械研究所開發(fā)了MXK-I木工CNC加工中心。其數(shù)控裝置采用西門子系統(tǒng)。山東東威木工機械有限公司與韓國合作開發(fā)CNC-2606router刨機，軸數(shù)已達到6[7]，其數(shù)控裝置采用FANUC系統(tǒng)。南京林業(yè)大學于1992年開發(fā)了木工激光平面雕刻機的數(shù)控系統(tǒng)[8]，并于1999年和2005年開發(fā)了計算機控制的數(shù)控帶鋸機編程系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)[9]。東北林業(yè)大學林業(yè)與木工機械工程技術中心與北京明龍?zhí)焱萍加邢薰竞献鳎瑸檎憬揖咂髽I(yè)開發(fā)了CNC加工生產(chǎn)線，年生產(chǎn)沙發(fā)扶手12萬把，生產(chǎn)率提高了300％[10]。目前，我國木工數(shù)控裝置的控制精度已達到0.025mm，快速進給速度已達到10m/min，工作進給速度已達到1m/min。這些新產(chǎn)品的開發(fā)和應用在一定程度上解釋了中國木工機械技術。該水平正在逐步縮小與國際先進水平的差距[11]。但是，與國外先進國家相比，中國目前木工機械數(shù)控技術的研究和制造遠遠落后于發(fā)達國家。高科技產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品較少。在中國，大多數(shù)國內(nèi)木工企業(yè)，家具制造企業(yè)和外國公司都使用昂貴的國外數(shù)控設備。在技術改造方面，許多公司現(xiàn)在已經(jīng)改變了傳統(tǒng)方法，該方法強調(diào)了對原始機床的改造。相反，他們購買了大量具有更全面功能和更高精度的新型CNC設備，他們甚至可能在將來考慮進行機加工。用于復雜處理對象的設備[12]。這種先進的方法不僅增加了投資，而且長時間造成許多功能的浪費。據(jù)國外統(tǒng)計，普通機床的最高開工率不超過15％，而數(shù)控機床的開工率可高達85％。根據(jù)對中國引進的數(shù)控機床使用情況的調(diào)查，開工率一般不超過50％，開工率也低于30％。可以看出，在數(shù)控機床的管理和使用中仍然存在許多問題[13]。為了減少這種長期閑置的浪費并提高CNC機床的利用率，僅通過增加木工CNC設備的通用性，我們不僅要借用CNC設備進行金屬切割，還必須將木工加工技術與CNC技術相結(jié)合。發(fā)展績效。優(yōu)質(zhì)，功能齊全，價格低廉的木工數(shù)控設備，這是市場所缺少的。1.2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀1966年，瑞典著名的Kockums公司建立了由電子計算機控制的自動化材料制造廠[12]。1968年，日本的Shonada將數(shù)控技術應用于木材加工機械產(chǎn)品，以制造出第一臺CNC。the刨機中使用的CNC設備是FANUC系統(tǒng)。1982年，英國Widkin公司開發(fā)了CNC銑床和CNC加工中心。同年，這家意大利SCM公司開發(fā)了用于木工機床的柔性制造系統(tǒng)SystemI，SystemII和SystemIII，該系統(tǒng)包括一個穿透性的直面四面刨床，一個直角轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)印輥，一個雙四面成型刨床系統(tǒng)可以在8小時內(nèi)更換25個工作，停機時間不超過5％，每個窗框的加工時間僅為2至5分鐘[13]。一系列研究計劃的啟動，例如美國的OMAC（開放式模塊化體系結(jié)構控制器）和歐洲共同體的OSACA（用于自動化系統(tǒng)內(nèi)控制的開放系統(tǒng)體系結(jié)構），使得數(shù)控技術在木材加工機械上的應用廣受歡迎。由于數(shù)控木工機械產(chǎn)品集自動控制，計算機技術，精密測量等技術于一體，具有適應多種品種，小批量，產(chǎn)品更換周期短，勞動生產(chǎn)率高，產(chǎn)品精度高，質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點。CNC銑刨機的出現(xiàn)迅速促進了木材加工的現(xiàn)代化，使國外木材加工機械的發(fā)展與機械制造業(yè)同步發(fā)展，有力地促進了家具，建材，室內(nèi)裝飾等領域的快速發(fā)展[14]。進入21世紀，隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)控技術進入了一個新的發(fā)展階段。目前，在家具和木制品行業(yè)中，數(shù)控木工中心已成為具有高技術含量和高附加值的尖端設備。日本，德國，意大利，美國等國家已開發(fā)出五軸數(shù)控木工中心。，例如HEIAN（日本平安有限公司）和SHODA（日本Shoda鐵廠有限公司），MAKA和德國HOMAG的BREVETTATO，意大利的PAOLINOBACCI，BALESTRINI），COSMEC，PADE（拜德）），BIESSE（Bias）集團的ROVERBUSELLATO和SCM集團的CMS和ROUTECH，美國的DMI，NORTHWOOD和THERMWOOD等[15]。其中，意大利PAOLINOBACCI公司的實木五軸計算機數(shù)控加工中心數(shù)控裝置的性能指標得到了很大的提高。加工精度可達到0.02mm，最大進給速度可達到60m/Min，X軸行程可達到11.7m，木工數(shù)控裝置的功能也在不斷提高，可以完成榫槽加工，輪廓銑削，平面刨削，曲線鋸切，雕刻，鉆孔，倒角，修邊，封邊，打磨等加工任務。新一代CNC木工機械產(chǎn)品分別在2015年，2016年和2017年在國際知名的木工機械展覽會上展出。傳動多軸（6-8軸）龍門式CNC木工銑床取代了更少的軸。（1?2軸）半臂懸臂結(jié)構，并安裝了刀庫，更換刀具時僅用0.5s即可將使用的切削刀具自動安裝在刀軸上[16]。1.3研究的內(nèi)容和方法這款多工位數(shù)控木工加工機研究內(nèi)容主要包括前期資料查詢、查找成功案例并且對案例進行分析，從而設計改造，并且對設計改造完的自動化機構進行分析，通過分析將多工位數(shù)控木工加工機分成機械設計控制系統(tǒng)和動力的選取，采用電氣自動化控制系統(tǒng)，動力采用伺服電機方式，設計完成后進行可靠性分析，驗證結(jié)束后進行產(chǎn)品說明和機械制圖等主要工作[15]。提出設計思路和問題與老師和同學們進行設計分析，認真學習多工位數(shù)控木工加工機領域的相關資料，明確需要分析的成功案例，了解多工位數(shù)控木工加工機的機構和控制系統(tǒng)的相關知識，爭取在畢業(yè)設計每個時間段內(nèi)提前完成相應的任務，與此同時多了解一些多工位數(shù)控木工加工機結(jié)構及設計的相關參數(shù)和最新的技術發(fā)展。通過實際生產(chǎn)調(diào)查和相關行業(yè)查閱書籍資料，不斷分析和優(yōu)化成功案例的優(yōu)點與不足，利用匯集的技術資料設計一款滿足要求的多工位數(shù)控木工加工機[5]。1.4本章小結(jié)本章主要是對多工位數(shù)控木工加工機的研究背景、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和需求分析進行了初步的研究[6]，對多工位數(shù)控木工加工機目前的狀況有了比較清晰的認識和了解，明確了設計的內(nèi)容和研究的方法，確定了接下來需要做的事情和研究計劃，通過上述分析讓自己對后期的資料研究、問題發(fā)現(xiàn)和設計分析更加的有信心。第2章多工位數(shù)控木工加工機結(jié)構設計2.1方案設計2.1.1加工機機械框架方案多工位數(shù)控木工機床主要使用大型木工板作為加工原料，以完成機加工，中空，復雜輪廓工件和型腔工件的加工?；谏鲜鼋鉀Q方案的優(yōu)缺點和國內(nèi)木工加工機床的主流研究技術，多工位數(shù)控木工機床選擇了懸臂固定梁和固定柱，以及工作臺的移動框架結(jié)構，并與之配合使用。雙回轉(zhuǎn)電主軸和高速精密進給單元技術可實現(xiàn)高效，低成本地完成復雜的木材曲面加工。優(yōu)點：高強度和剛度；相對緊湊的結(jié)構，帶有雙擺動電主軸，主軸可以非常靈活地進行任意角度的加工和五面加工；工作臺可以設計得非常大，可以完成大型木材和復雜的木工任務。2.1.2進給系統(tǒng)系統(tǒng)方案高速加工進給系統(tǒng)是精密數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，對提高生產(chǎn)率具有重要意義。多位置CNC木工機床的X，Y和Z軸行程為1200×800×600mm。綜合考慮，為保證木工機床工件加工要求并實現(xiàn)高精度切削，X，Y，Z軸預進給系統(tǒng)方案如下：X和Y軸由齒條和小齒輪驅(qū)動，以實現(xiàn)撞錘在懸臂梁上的水平進給運動和工作臺的Y軸進給運動。當水平傳動跨度大時，有必要考慮自重下垂變形的問題。Z軸在垂直方向上驅(qū)動，并使用滾珠絲杠驅(qū)動。滾珠絲杠進給系統(tǒng)傳動效率高，精度高，噪音低。這種類型的傳輸可以滿足復雜的要求。進料要求，使木工機床在東南亞加工機市場競爭中具有絕對優(yōu)勢。2.1.3加工機主軸方案木材加工是高速輕負荷切割。加工精度越高，木材加工產(chǎn)品的附加值越高。在多工位數(shù)控木工機床的設計中，切割主軸的選擇非常重要。常見的主軸傳動方法包括齒輪傳動，皮帶傳動，蝸輪傳動和電主軸。下面比較加工機床主軸的常見傳動方式。解決方案1：使用傳統(tǒng)的機械傳動結(jié)構，例如，使用普通電動機通過傳動帶，齒輪或蝸輪來完成傳動系統(tǒng)設計。傳輸精度低，形狀重。解決方案二：采用電主軸傳動方案，廣泛應用于國內(nèi)外高精度加工中心，特別是在木材深切割領域。電動主軸的主要特點包括：純扭矩傳遞，可以減少主軸的彎曲和變形；主軸可直接配備刀具，體積小，結(jié)構緊湊，加工精度高。綜上所述，高速電主軸技術是多工位數(shù)控木工機床實現(xiàn)高速木材加工的主要手段，是提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量的最有效途徑。2.2進給系統(tǒng)設計2.2.1傳動方案設計常見的進給傳動方案有：齒輪傳動，皮帶傳動，鏈條傳動，螺桿傳動等。其中，齒輪傳動是現(xiàn)代機械結(jié)構中最常見的傳動方式，是工業(yè)化的象征，是機械產(chǎn)品的重要基礎。根據(jù)齒輪的類型，齒輪傳動裝置可分為蝸輪傳動裝置，圓柱齒輪傳動裝置，齒條齒輪傳動裝置等，但是當使用齒條齒輪作為進給傳動結(jié)構時，存在諸如精度差的缺點。齒輪傳動的特點是：（1）恒定瞬時傳動比；（2）傳動比范圍大，適用于增，減速機構。（3）速度范圍大，速度可以從小于1r/min到大于20000r/min；（4）傳動效率高，結(jié)構緊湊，維修方便螺桿傳動也是數(shù)控加工中心常用的進給傳動方式之一。根據(jù)傳動裝置的工作原理，可分為滑動螺旋，滾動螺旋和靜壓螺旋。滾動絲杠廣泛用于FMS柔性制造系統(tǒng)的各種高精度CNC機床，加工中心和往復傳動機構中。主要特點是：（1）結(jié)構緊湊，傳動效率高，可達0.9?0.98；（2）傳動無間隙，精度高，運動平穩(wěn)，無爬行；（3）具有良好的高速性能，可實現(xiàn)線速為120m/min的高速行駛（4）具有傳動可逆性，即可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，并且可以將線性運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，反向傳動效率與正傳動效率相似；（5）使用壽命長，平均可達滑動螺旋的10倍。多工位數(shù)控木工機床采用懸臂固定梁和固定柱，工作臺采用活動架結(jié)構。根據(jù)木工機械的設計要求，技術參數(shù)，適用范圍，精度要求，市場定位等因素；常用傳動系統(tǒng)的綜合分析與比較特點，木工機Z軸進給機構采用大尺寸滾珠絲杠傳動系統(tǒng)。2.2.2電機選型電動機為木工機械的傳動系統(tǒng)提供基本動力，并且是進給驅(qū)動系統(tǒng)的主要組件。根據(jù)木工機械的技術要求和傳動系統(tǒng)的設計，選用交流伺服電機。適用于高速高扭矩條件下的木工機械的X，Y和Z軸移動方案；小慣性可以提高進料系統(tǒng)的速度。主要優(yōu)點：控制精度高，加速性能好，轉(zhuǎn)矩頻率特性好。根據(jù)X軸，Y軸和Z軸滾珠絲杠驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機，最終完成多位置CNC木工機床的進給運動。特別選擇ESTUN公司的EMG系列，該系列主要用于高速驅(qū)動各種加工中心的進給軸。有各種類型（1.0Kw-5.0Kw，帶制動器等）。目前，它廣泛應用于精密機床，裝卸機械，紡織機械等領域。通過專業(yè)的計算機軟件：（1）參數(shù)管理-所有參數(shù)均可編輯，傳輸，比較和初始化，方便快捷；（2）監(jiān)視-可以實時監(jiān)視所有輸入/輸出信號，當前警報和歷史記錄，系統(tǒng)狀態(tài)等；（3）實時采樣-可以采集速度和轉(zhuǎn)矩的波形，方便調(diào)試和分析；（4）調(diào)試-可以快速調(diào)整伺服驅(qū)動器的增益，并且在沒有位置或速度命令輸入的情況下可以進行簡單的測試。可選的減速比i=10行星減速機，采用全封閉設計，特別適合在惡劣環(huán)境下工作，例如木工加工粉塵，木屑。可以起到良好的伺服剛性效果，以實現(xiàn)精確的定位控制。具有效率高，輸入速度快，輸入扭矩大，運行平穩(wěn)，操作平臺噪音低的特點；外觀和結(jié)構設計輕巧。根據(jù)木工機械X，Y和Z軸的滾珠絲杠進給系統(tǒng)所需的驅(qū)動扭矩，選擇ESTUNEMG-10APA22和EMG-15APA22交流伺服電機。2.2.3導軌選擇（1）滑道概述導軌是僅將移動部件限制為一個自由度的裝置，被廣泛用于切削，加工等加工中心。導軌的精度，承載能力和使用壽命直接影響加工中心的工作質(zhì)量。尤其是在CNC加工中心中，加工中心的配置將影響加工中心的進給系統(tǒng)是否能夠按照正確的軌跡運動，還會影響進給系統(tǒng)的運動特性和加工中心的使用壽命[44]。根據(jù)導軌的工作原理，可分為滑動導軌和滾動導軌?；瑒踊腊o壓滑道，動壓滑道和普通滑道。根據(jù)導軌的截面形狀，可以將它們分為V形導軌，矩形導軌等。主要特點是制造簡單，承載能力大，導向性好，尺寸緊湊，調(diào)整方便。滾動引導件是放置在兩個匹配的引導表面之間的滾動體或滾動軸承，因此引導表面之間的摩擦變?yōu)闈L動摩擦。目前，它廣泛用于各種精密機床，數(shù)控機床，紡織機械等。其主要特點包括：（1）運動靈敏度高，低速時穩(wěn)定性好；（2）運動精度和定位精度高，導軌磨損少，可長時間保持精度；（3）具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命長；（4）潤滑簡單，可用油脂潤滑。與滑動導軌相比，滾動導軌高速運動時不會因動壓效應而使導軌浮起，滾動導軌三維圖如圖2-1所示。圖2-1直線導軌（2）導軌選擇當需要引導系統(tǒng)的幾何精度，運動精度和定位精度時，選擇導軌時應注意以下原則：（1）導軌之間必須有足夠的預緊力；（2）精度互不干擾；（3）導軌之間必須有中間的彈性連桿；（4）可以補償熱和熱的變形。多工位數(shù)控木工機床采用雙邊直線滾動直線導軌副，并采用滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，以確保木工機床的X，Y，Z軸進給精度。滾動直線導軌對的優(yōu)點：摩擦系數(shù)小，運動輕巧，運動所需的動力小，可實現(xiàn)高速直線運動；導向?qū)哂小罢`差均衡作用”，提高了運行精度，可以滿足精密銑削或精刨的要求。使用滾動直線導軌對可以簡化木工加工機的設計，制造和安裝，縮短加工機的制造周期并降低生產(chǎn)成本。但是它對灰塵更敏感，必須得到很好的保護。

第3章重要零部件設計校核3.1Z軸升降絲杠的設計3.1.1計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力滾珠絲杠螺母副軸向負載力是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動抓手滾珠絲杠所受的軸向力，也稱為進給牽引力。軸向負載力Fa=kFN=300N3.1.2滾珠絲杠的導程與直徑估算（1）．確定滾珠絲桿的導程=mm式中：——移動部件的最高移動速度（mm/min）；i——傳動比，當滾珠絲桿與電動機直接連接時i=1；——電動機的最高轉(zhuǎn)速r/min初步選用為5mm。（2）.按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑1)根據(jù)定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形量必須滿足下式：=（~）重復定位精度m從定位精度的角度考慮，規(guī)定滾珠絲杠允許的最大軸向變形量必須滿足下式：=（~）定位精度m已知定位精度為20m，重復定位精度為10m，則=（~）×10m=（3.33～5）m=（~）×20m=（4～5）m取上述計算結(jié)果較小的值，=3.33m，即允許滾珠絲杠的最大軸向變形越小越好。2).估計允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，則10=㎜式中：L—滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離。L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度（1.2~1.4）行程+（25~30）=（1.4×180＋30×5）㎜=400㎜=2.55㎜3).初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的、、和結(jié)構的需要，按滾珠絲杠副的額定動載荷大于，≥2.55mm的原則，以及老師和前輩的經(jīng)驗，初步選擇HIWIN精密研磨級內(nèi)循環(huán)雙螺母FDI40-5T4型滾珠絲杠，其公稱直徑為、基本導程、額定動負荷其具體參數(shù)如下表2-6:表2-6:型號公稱直徑mm導程mm珠徑mm珠圈數(shù)動負載kgf靜負載kgfFDI40-5T44053.175415995280其中導程P：5mm、螺紋長度為400mm、負載1599kgf=1599×9.8=15670.2N，=15670.2N>=4529.6N=37.324㎜>=2.25㎜故滿足要求。3.1.3滾珠絲杠螺母副的承載能力校荷（1）．壓桿穩(wěn)定性的計算。由于滾珠絲杠屬于細長桿，其螺紋長度（有效長度）L=5200mm，其長徑比λ=4μL/d2。表2-7螺桿支撐方式和系數(shù)螺桿支承方式螺桿支承簡圖長度系數(shù)μ系數(shù)兩端固定0.54.730一端固定，一端不完全固定0.64.730一端固定，一端鉸子0.73.927兩端鉸子1.03.112一端固定，一端自由2.02.875本絲杠采用2端固定方式取μ=0.5得，長徑比λ=4μL/d2=4×0.5×550/37.324=29.5當λ≥40的時候需要進行壓桿穩(wěn)定性計算，由于絲杠采用淬火處理，可以按公式計算：Fc=Fc/Famax≥4，故滿足要求。（2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗。滾珠絲杠螺母在旋轉(zhuǎn)時不會共振的最大轉(zhuǎn)速是臨界速度nc。對于數(shù)控機床，滾珠螺母對的最大速度是指它快速移動的速度。因此，只要速度不超過此時的臨界速度。出于安全原因，最大速度為滾珠絲杠螺母對應低于臨界速度。臨界轉(zhuǎn)速可以按公式計算：=r/min式中：L2—臨界轉(zhuǎn)速的計算長度；E—滾珠絲杠彈性模量（Mpa），一般取E=2.1×105Mpa；ρ—滾珠絲杠密度（g/mm3），一般取ρ=×7.8×10-5N/mm3；g——重力加速度（g/），g=9.8×g/I—滾珠絲杠的最小慣性矩（mm4），一般取I=；A—滾珠絲杠的最小截面積（mm2），一般取A=；K1—安全系數(shù)，取K1=0.8λ—與支承方式有關的系數(shù)，查表表2-8螺桿支撐方式有關的系數(shù)支撐方式K2λf一端固定,一端自由0.251.8753.4一端固定,一端游動23.92715.1兩端固定44.7321.9本絲杠采用兩端固定方式，滾珠絲杠距離固定端最遠距離L2=400mm。滾珠絲杠的最小慣性矩為：I=滾珠絲杠的最小截面積為：A==則——安全系數(shù)，取=0.8；——與支撐有關的系數(shù)，由表3-16得=4.73=本絲杠的最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。（3）滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗。滾珠絲杠螺母副的壽命主要是疲勞點蝕。它是一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠在相同的條件下回轉(zhuǎn)時，其中90%不發(fā)生疲勞脫落的情況下的總時間。勞壽命L和壽命時間的計算：L=r=h式中：——額定動負荷（N），查滾珠絲杠樣本得=15670.2N——軸向載荷（N），取==300N——滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)速（r/min），取n==3000r/min——運轉(zhuǎn)條件系數(shù)；一般運轉(zhuǎn)時取=1.2；L=r=9.86×1010r=h=547777.8h一般來講，本設計壽命為3年24小時，應保證滾珠絲杠螺母副的總時間壽命20000h，故滿足要。3.2電機的選型與計算1.計算折算到電動機軸上負載慣量（1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。===式中：——材料密度（g/c），對于鋼，=7.8×kg/c；D——滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的直徑（㎝）；L——滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的長度（㎝）；J——滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的序號，j=1，2，…，n。===0.78××[×（9.1+13.1）+×9.1+×13.2+×7.1+×5.8]=28.68kg·c（2）計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量。=0.78×（-）16.3=0.78×（）×16.3=15.48kg·c（3）計算折算到電動機軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量J。J=kg·c式中：m——機床執(zhí)行部件的總質(zhì)量（kg），取m=150kg；L—電動機每轉(zhuǎn)一圈，抓手在軸向移動的距離（㎝），取L=0.5㎝。J==kg·c㎡=0.95kg·c（4）加在電動機軸上總的負載轉(zhuǎn)動慣量的計算。=++J=15.48+28.68+0.95=45.11kg·c2.計算折算到電動機軸上的負載力矩（1）切削負載力矩的計算。=N·m式中：——在切削狀態(tài)下坐標軸的軸向負載力（N），取==282.65NL——電動機每轉(zhuǎn)一圈助手在軸向移動的距離（m），取L=5㎜=0.005m；——進給傳動系統(tǒng)的總效率，取=0.90。==N·m=0.2N·m（2）摩擦負載力矩的計算。=N·m式中：——在不切削狀態(tài)下坐標軸的軸向負載力（即為空載時的導軌的摩擦力，）=15.45N。==N·m=0.014N·m（3）由滾珠絲杠的預緊而產(chǎn)生的附加負載力矩的計算。=（1-）N·m式中:——滾珠絲杠螺母副的預緊力（N），取=94.2N——滾珠絲杠螺母副的基本導程，取=0.005m；——滾珠絲杠螺母副的效率，取=0.94。=（1-）=N·m=0.0093N·m（4）計算轉(zhuǎn)換為電機軸的負載力矩T。①空載時有：=+=0.014+0.0093=0.0233N·m②切削時有：=+=0.2+0.0093=0.2093N·m3.計算電機軸上所需的各種扭矩（1）線形加速力矩=（+）（1-）kgf·㎝式中：=2000r/min；——電動機的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2），取=62kg·c——坐標軸的負載慣量（kg·c㎡），取=45.11kg·c——進給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益（Hz），取=20Hz；——加速時間（s），取===0.15s=（+）（1-）=（62+45.11）（1-）=39.53kgf·㎝=3.87N·m（2）階躍加速力矩計算。=（+）kgf·㎝式中：——加速時間（s），取===0.05s=（+）=（62+45.11）=152.53kgf·㎝=14.95N·m（3）計算將坐標軸轉(zhuǎn)換為電機軸所需的各種扭矩。①線形加速時，空載啟動力矩的計算有：=+（+）=（3.87+0.014+0.0093）=3.89N·m②階躍加速時，空載啟動力矩的計算有：T=Tap+（Tμ+Tf）T=Tap+（Tμ+Tf）=（14.95+0.014+0.0093）N=14.97N·m③快進力矩的計算：=（+）=（0.014+0.0093）=0.0233N·m④工進力矩的計算：=+=（0.2+0.0093）=0.2093N·m4.選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算，選擇廣州數(shù)控設備有限公司的175SJT-MZ150D交流伺服電機作為驅(qū)動電機。功能參數(shù)3.3聯(lián)軸器和鍵的設計（1）連接伺服電機和聯(lián)軸器的上部鍵，選擇C型普通平鍵。查表GB/T1095-2003選鍵：b=4mm,h=4mm,L=20mm，鍵的強度校合。驗算其擠壓強度，查表得其許用壓應力。鍵的工作長度（2）連接聯(lián)軸器和滾珠絲桿鍵校核：連桿聯(lián)軸器和滾珠絲杠上的鍵以及將電機輸出軸連接到聯(lián)軸器的鍵使用相同長度的A型鍵，這也可以滿足相同負載扭矩的設計要求。初選YL1式凸緣聯(lián)軸器，其轉(zhuǎn)動慣量兩孔徑：d1=14mm,d2=14mm軸孔長度:L1=32mm,L2=52mm外徑:D=71mm選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器YL1符合強度要求3.4軸承的設計計算（1）軸承的支反力計算（2）滾動軸承的壽命校核根據(jù)軸承壽命計算公式為(1)查機械零件手冊6203軸承所具有的徑向基本額定動載荷C=7500N(2)由結(jié)構設計上保證P=F，P=F，取P=P=609.25N(3)對于球軸承ε=3(4)轉(zhuǎn)速n=457.69r/minLh>30000h故軸承合適。

第4章控制系統(tǒng)設計4.1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構設計控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構如圖4-1所示，系統(tǒng)硬件由PC機、運動控制卡、I/O接口電路、PLC裝置、機床操作面板、驅(qū)動器、進給電動機、主軸伺服單元、主軸電動機、換刀伺服單元、輔助動作電動機等部分組成動控制卡控制運動軸，實現(xiàn)連續(xù)軌跡運動的多軸聯(lián)動控制，PC機負責人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等)；控制卡完成運動控制的所有細節(jié)(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。圖4-1控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構方案4.2控制系統(tǒng)PLC設計4.2.1PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則任何類型的電氣控制系統(tǒng)都旨在滿足受控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在實際設計過程中，設計原則通常涉及很多方面。最基本的設計原則可歸納為四點。1.設計原則（1）完整性原則。最大限度地提高工業(yè)過程或機械的控制要求。（2）可靠性原則。確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。（3）經(jīng)濟原則?？刂葡到y(tǒng)簡單，實用（4）開發(fā)原則.I/O接口和通信功能有生產(chǎn)開發(fā)和流程改進的空間。2.評估控制任務根據(jù)系統(tǒng)要求的控制任務，詳細分析了受控對象的生產(chǎn)過程和特點，特別是從以下幾個方面進行了分析。控制比例控制系統(tǒng)的控制比可以通過系統(tǒng)中的I/O設備總數(shù)來衡量。當控制量很大時，特別是當有許多帶切換量控制的I/O設備時，PLC控制是最合適的。當工藝要求更復雜時，工藝復雜度PLC控制具有更大的優(yōu)勢。可靠性要求目前，當I/O點數(shù)為20或更少時，往往選擇PLC控制。數(shù)據(jù)處理速度如果數(shù)據(jù)處理水平低，但主要基于工業(yè)過程控制，PLC控制將非常適合[9]。圖4-2PLC控制系統(tǒng)設計步驟。4.2.2PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟1.分析被控對象并提出控制要求認真分析受控對象的工作要求和控制要求，了解受控對象的內(nèi)部協(xié)調(diào)，提出受控對象對控制系統(tǒng)的控制要求，制定設計方案，制定設計任務計劃。2.確定輸入與輸出設備根據(jù)要實現(xiàn)的系統(tǒng)的控制要求，建立系統(tǒng)所需的輸入設備和輸出設備，然后開發(fā)連接到PLC的輸入輸出設備，以及PLC的I/O接口分布圖。3.選擇PLC根據(jù)系統(tǒng)提出的要求，選擇PLC型號，容量，I/O模塊，電源等的具體要求。4.分配I/O接口并設計PLC外部硬件線路圖（1）分配I/O接口建立PLC和輸入/輸出設備的I/O接口或相應的分布圖的連接圖。該步驟也可以在步驟2中執(zhí)行。（2）設計PLC外部硬件線路設計系統(tǒng)其余部分的電路圖，包括PLC外圍設備的主電路圖和控制電路圖。到目前為止，控制系統(tǒng)的硬件電氣設計已基本完成。5.程序設計（1）程序設計根據(jù)系統(tǒng)提出的控制要求，采用適當?shù)脑O計方法設計PLC的梯形圖設計程序。設計的程序必須滿足系統(tǒng)的控制要求。在此前提下，設計人員逐一編寫系統(tǒng)的各種控制功能，然后逐步完善系統(tǒng)所需的功能。（2）程序模擬調(diào)試程序仿真調(diào)試是用各種組件或仿真和組態(tài)軟件模擬站點的實際情況，為程序的運行創(chuàng)建一定的實現(xiàn)環(huán)境。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的不同實現(xiàn)方法，仿真調(diào)試分為兩種模式：硬件仿真調(diào)試方法和軟件仿真調(diào)試方法。4.2.3PLC選型根據(jù)控制要求，該設計需要11個輸入點和11個輸出點。因此，本設計選用西門子S7-200系列的CPU-226型PLC。這種型號的PLC有24個輸入，16個數(shù)字I/O接口輸出，256個定時器，足以滿足本設計的硬件配置要求。選擇組件時，需要注意CPU-226PLC的輸出是繼電器類型，因此可以連接到交流負載和直流負載。4.3電氣原理圖的設計根據(jù)設計要求，得出如下圖4-3電氣原理圖。圖4-3電氣原理圖

第5章多工位數(shù)控木工加工機總結(jié)和展望5.1設計總結(jié)對本次設計做認真的總結(jié)，本論文基于機械設計、機械原理、機械制造工藝學等基礎，以設計多工位數(shù)控木工加工機為目標，為質(zhì)量要求高，生產(chǎn)效率需要提高，降低勞動成本，還克服了當前因為國外多工位數(shù)控木工加工機價格高昂普通公司無法承擔的煩惱，同時還滿足了那些進行基礎教育操作的技工學校進行講解的案例要求，讓他們找到合理適合自己的生要操作要求的機會，讓工人操作更安全，強度也更低。通過本次設計研究，為多工位數(shù)控木工加工機的研究提供了一定的思路，希望可以讓車間操作工人在以后的生產(chǎn)中能夠更輕松、更安全的工作，擁有一個更適合工作的環(huán)境。通過這一階段的畢業(yè)設計，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的設計和邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學精神和嚴謹作風。回顧此次畢業(yè)設計，是大學四年所學知識很好的總結(jié)。此次多工位數(shù)控木工加工機的設計不僅重溫了過去所學知識，而且學到了很多新的內(nèi)容。相信這次畢業(yè)設計對我今后的工作會有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設計中體味艱辛，在艱辛中體味快樂。通過本次設計我可以更加系統(tǒng)的了解多工位數(shù)控木工加工機的知識；能夠了解多工位數(shù)控木工加工機的設計理念以及應該達到的目標；能夠檢驗自己能否將大學里學習的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應用；能夠培養(yǎng)自己自學和獨立思考的能力。這次設計不但鍛煉我的思維能力，還鍛煉我的查閱資料獲取有用信息的能力，通過繪制設計圖紙，使我熟練的掌握了UG和CAD繪圖軟件的使用，我把自己的理論用到實際當中去，在設計過程當中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學和老師獲得了許多解決問題的方法和方式。畢業(yè)設計的過程是艱辛的，解決問題的過程是快樂的，成長過程是痛苦的，我相信只要我們保持嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，我一定能夠成長起來。5.2未來展望本論文完成了對多工位數(shù)控木工加工機的結(jié)構設計，基本上滿足了多工位數(shù)控木工加工機的需求，設計結(jié)果能否完全的實現(xiàn)這一目標，還需要大量的計算、分析等工作才能知曉。要想實現(xiàn)這款多工位數(shù)控木工加工機達到完全實用的目的，讓多工位數(shù)控木工加工機完全與實驗環(huán)境匹配，還需要對多工位數(shù)控木工加工機進行適當?shù)男薷?。如產(chǎn)品的尺寸比例、整個結(jié)構設計等都需要進行一定的調(diào)整，才能達到完全適應生產(chǎn)需求的目的。因此，還需要展開更多的研究工作，針對這些工作存在以下想法:根據(jù)多工位數(shù)控木工加工機設計研究過程，對多工位數(shù)控木工加工機的人機關系和機械結(jié)構部分進行調(diào)整，實現(xiàn)多工位數(shù)控木工加工機通用化設計。對多工位數(shù)控木工加工機的運動仿真要求進行更見詳細的計算、分析和研究，保證此多工位數(shù)控木工加工機運行安全可靠。對零部件之間的精密配合要進行詳細的研究，實現(xiàn)各零部件之間完美的配合。對多工位數(shù)控木工加工機的功能和美觀的兼容性問題還有待于以后的繼續(xù)研究[25]。一款多功能、安全的多工位數(shù)控木工加工機在未來的社會發(fā)展中必然會受到廣大物流公司的青睞，但要想達到設計要求，還需要做大量的工作，由于本次設計時間緊迫，所以對于計算部分沒有做詳細的研究，在以后的學習中繼續(xù)進行這一部分的研究，爭取設計出一款經(jīng)濟效益比較高的多工位數(shù)控木工加工機。致謝本設計是在老師的悉心指導下完成的，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，一絲不茍的工作作風，平易近人的性格都是我學習的楷模，感謝老師的指導讓我很好的完成了我的設計作品以及論文。雖然畢業(yè)設計內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲確實非常豐富。通過老師的悉心指導和其他老師的指導及其與同學們在制作作品時的交流，我了解到了許多關于多工位數(shù)控木工加工機的知識，以及相關部件的設計標準，還有設計中各種容易忽略的細節(jié)，我的能力得到了提高。這次提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了大量的實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更強的設計能力，更強的理解能力，更強的溝通能力和更快的應變能力。指導教師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風、忘我的工作精神和謙和的為人使我受益匪淺，老師的教誨和啟發(fā)使我終生難忘。最終按質(zhì)按量完成本次設計，我的收獲是很難用語言來描述的，非常感謝老師的指導與幫助，老師您辛苦了。參考文獻[1]傅萬四.我國木工機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].木材加工機械，2002,(5):2-6.[2]李志仁，花軍.木工機床結(jié)構[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，1990.12：1-12[3]南京林業(yè)大學.木工機械[M].北京：中國林業(yè)出版設.1987：211-215[4]王國才.木制品加工機床.哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社.1995.11