一种新的旋切机结构设计

摘要：旋切机是对木材进行剥皮加工，加工薄板木制品所应用的设备，数控旋切机则是近几年出现的新产品。单纯采用 数控及伺服系统对主要用于农业生产的单位来说成本较高，因此改进旋切机的传动结构，简化控制方法，降低生产成本 对当前数控旋切机械的发展有着重要的意义。文章主要介绍了采用变导程丝杠的进给结构设计及变导程丝杠的有限元分 析，对旋切机的改进提供一种新的思路。

关键词：旋切机；变导程丝杠；进给结构设计

旋切机是生产胶合板的主要设备之一。旋切时，

木段经进料器卡在两个进料辊筒和压尺之间，木段由 转动的辊筒带动做旋转主运动，同时辊筒的直线运动 推动木段相对刀具做进给运动。旋切机分有卡轴和无 卡轴两种，目前主要发展的为无卡轴旋切机，其旋切 过程中刀具只做切削振动，不做进给运动％这种旋切 方式的特点是木段由进料辊筒和压尺定位，无需卡 轴，装夹不受旋切木段心材质量的影响，可降低旋切 木段直径，从而提高木材利用率。该机还可旋切小径 木材，并且机床结构简单，制造成本低，有利推广。

由于刀具无需进给运动，易实现振动切削，降低切削 功率，减少机床功率损耗。该设备可用于生产胶合板 (装修、家具的一种原材料)、一次性筷子等产品，市 场巨大目前，该类设备的生产主要集中在河北任县 的邢湾工业园区，设备生产企业二十余家，年销售设 备三百余台，产值将近四千万。但产品主要由老式的 有卡旋切机为主，改进空间巨大。

针对以往相切及结构釆用凸轮进给结构或伺服进 给结构，通过研究，将进给系统采用变导程丝杠旋转 沿直线进给形式，通过两支撑轴推动顶板向前运动，
支撑驱动辊的滑块被顶板推向上方运动；同时，受机 架限制两个滑块又相向运动，中心距随旋切进行而不 断减小以适应木段直径的减小本设计采用两个相同 进给模块同时进给，两台电动机由一台变频器驱动。

1选择电机

参考同类产品选取进给动力总功率为3kW，两 个丝杠分别驱动，单个电动机选择：P=1.5kW输人转 速1440r/min,温度不超过40°,电机经常反转制动。 所以选择采用Y90L—4笼型电机[4]。

2丝杠、螺母的计算及校核

2.1丝杠、螺母的形式选择

表2螺纹初始条件
名称 单位 数值
轴向载荷F N 22000
螺杆材料 无 45号钢
螺母材料 无 ZCuA110Fe3
轴向载荷与运动方向 无 反向
螺杆端部结构 无 两端固定
螺杆最大工作长度 mm 410
两支撑间的最大距离 mm 400

式中:
(8)

(9)

(10)
=164.65Nt
T
2+3
⑴
(16)
(Tb
为:
(6)
(18)
SSM=
(7)
将有关数据代人式1计算得4=55.5mm,与公称 直径同时选出螺距f*=9mm。

2)螺母高度H的计算公式为：

H=il/d2 (2)

将有关数据代人式2计算得//=99.9mm，取

100mm。

3)旋合圈数z的计算公式为：

z=H/P ⑶

将有关数据代入式3计算得2 = 100/9=11.11，在 10-12的范围内[5!。

4)螺纹工作高度h的计算公式为：

^=0.5^ (4)

将有关数据代人式4计算得A=0.5x9=4.5mm。

5)工作压强用P的计算公式为： o F
7rd2hz

将有关数据代入式5计算得^2.53MPa< b]。

6)螺纹升角A的计算公式为：

A=arctan 夕 7rd2

式中：S-导程，mm ；

将有关数据代入式6计算得A=2.95。

7)当量摩檫角p'的计算公式为：

p' =arctan
2.2计算及校核过程

根据螺杆和螺母的材料，初选中径系数《A=1.80、 6=0.8，许用压强[p] =21.50MPa；螺杆材料的许用应 力[5]=94.00MPa、许用弯曲应力[5]b=40MPa、许用剪切应 力[t] =30MPa;螺母材料的许用弯曲应力[S]b=50.00 MPa、许用剪切应力[t] =35MPa。

将上述数值代人公式计算相关元件尺寸：

1)螺杆中径土的计算公式为：
了
a/2
[p]
(5)
,1 irdj1 I 〜 0.2d

式中：T__传递扭矩Nm;

[a]——螺杆材料的许用应力，MPa。

将有关数据代人式11计算得cr=39.2MPa专[^]。

10)螺纹牙底宽度b的计算公式为：

b=0.74p (12)

将有关数据代人式12计算得6=5.85mm。

11)螺杆剪切强度T'的计算公式为：

F
Trdbh

将有关数据代人式16计算得T=4.08MPa。

15)轴向载荷使导程产生的变形的计算公式

sc_ FS _ 4FS m

EA vEdi

将有关数据代人式17计算得&S^487.2mn。

16)转矩使导程产生的变形8Sm的计算公式为：

S .TS = 16TS1 2tt GIP Tr2Gdi
式中：f_摩擦系数。

将有关数据代人式7计算得y=5.32° 8)驱动力矩T的计算公式为：

t=t'+t2+t3 T^F^tan (A+pO

7^0 ~dp
"6-K] b 将有关数据代入式14计算得卢4.98MPa。 13)螺母剪切强度t的计算公式为：

_ F
将有关数据代人式13计算得r=2.16MPa名M。 12)螺杆弯曲强度di可用下式计算：

3Fh
T,——螺纹力矩，Nm;

T2-轴承摩擦力矩，Nm;

T}-系统阻力损失值，Nmc