电动线锯机设计

电动线锯机设计摘要：线锯机又叫直锯机，是木工常用的电动工具。其原理是曲柄滑块将电机的回转 运动转化为锯条的直线进给运动，以此来实现锯条锯切的目的。线锯机适用于家具、 玩具、装潢、广告等部门，是据切各种人造板，有机玻璃、塑料板的一种木工工具。 它效率高、精度高、操纵容易、维修方便、重量轻，使用于各种工作场合要求。近年 来人们对家具的要求逐渐高档化、艺术化、多元化；为了适应家具发展新潮流，为板 式家具提供加工设备，于是电动线锯机应运而生，它是一种很有前途的新型木工机 械。关键词：电动线锯，曲柄，齿轮传动，木工Design of electric wire sawThe common thread is carpentry insulate electric tools. Its principle is the motor slider-crank turn into the linear motion deflection of feeding movement, so as to achieve the purpose of constant cutting. Line saw applies to furniture, toys, packaging, advertising, and other departments, is according to cut various man-mad board, organic glass, plastic board of a carpenter tosols. Its high efficiency, high precision, manipulating easy, convenient maintence, light weight, used in various workplace erequirements. In recent years, people gradually costliness to the requirement of furniture, artistry, diversity: In order to adapt to the new development trend, for furniture of board type, furniture provide processing equipment, and electric wire saw this demand, is a promising new woodworking machinery.Keywords: electric wire saw, gear transmission, transmission organizations, woodworking tools, saw blade第 1 章 前言1.1 电动线锯机的研究意义近年来随着我国改革开放的深入发展， 人们的生活水平有了普遍的提高， 人们对 家具、玩具等生活用品的造型要求逐渐向高档化， 艺术化方面发展。 商品经济的发展 促进了广告业的发展。 用各种颜色的玻璃各种不同材料来装饰和美化广告匾越来越广 泛。所有这些都离不开平面的加工工艺， 因此作为平面加工工具的加工设备电动 线锯机就应运而生了。 电动线锯机就是顺应这种趋势， 运用科学原理， 精心设计的一 种平面加工设备。 它适应木材、 有机玻璃、 泡沫塑料和铝铜有色金属等材料的内外锯 切锯花、不规则弯曲加工、雕刻、拼图和刀模字样制作等。人造板。它可以用于生活 中的方方面面，比如汽车、船舶、家具、皮革等行业，在木模、工艺品、布景、 、修 理业中也有较多应用。电动线锯机的发展对整个木材加工业，广告业 ，家居装饰业 等有很大的积极意义。它大大的提高了工匠的工作效率，更安全，更便携，减少了很 多不必要的劳动力。1.2 国内外研究现转及发展前景在改革开放以前，在我国很多地方的经营广告牌匾以及生产家具的厂家，他们所 使用的工具设备都是用扁铲将细钢丝剁成小锯齿后， 将其缠绕在竹皮子上形成弓箭手 工具来进行锯削加工， 极不适应当前生产的发展需要， 其主要原因是由于被人们认为 是无足轻重的锯削工序而长期遭到忽视， 国内各木工机械厂家及研究单位都无人过问 而形成空白， 然而在国外对薄板内的线锯锯削加工用的线锯机型式多种多样， 如日本 旭共株式会社的各种高级万能线锯床 ; 西德、瑞典等国家的多功能线锯机等，在数量 和型号上都相当可观。为了适应家具、广告以及各种加工业的发展，为平面加工，板 式加工提供加工设备，于是 我们发展了小、简、廉木工加工设备电动线锯机。 在分析与探讨的基础上， 我们得出以下的一些结论； 我们对现有我国的某些型号的线 锯机对100件板式家具进行锯削，发现加工精度相对国外的而言还是有一些差距这篇 文章的一些设计对以前线锯机设计的一些不合理之处进行了改进， 提高了加工精度 。 我们要一边学习，一边引进国外的先进设备，但是必须掌握其性能进行合理的使用, 充分发挥其潜力。第2章电动线锯机的总体结构电动线锯机的主要组成部分为 电机、传动系统、调速装置、刀具装置。其机构示意图如图1所示图1电动线锯机的示意图2.1电机电机是设计成双重绝缘，用单相串励电动机做动力，电动机至于塑料壳内，塑料 壳即使电动机的结构件，又是定子铁芯的附加绝缘。转子附加绝缘采用轴绝缘。因此, 带电零件对外壳能承受2500V勺电压，而不产生闪络。电机上带一风扇，在电机工作 时对其进行降温。2.2传动系统传动系统采用的是曲柄滑块机构， 位于机头，曲柄滑块机构将电机的回转运动转 换成直线往复运动。 曲柄滑块机构运动一个周期， 线锯机的锯条就做一次来回的往复 运动。为了较小线锯机工作是曲柄的冲击， 在线锯锯内设有平衡块， 平衡块由联接在 减速器的大齿轮上的偏心圆柱体即曲柄带动。 曲柄滑块与平衡块的运动方向相反， 去 除不平衡的质量，是曲线锯平稳的工作。2.3 调速装置本线锯机的调速系统由电子调速和齿轮减速两部分组成， 若是只在一次电子调速 之后，电机轴上直接接作业工具，将会使电机工作不平稳，没有缓冲，造成机器工作 时振动大， 冲击大， 而且在电子变速之后再机械降一次转速可增大线锯机的转矩， 使 锯削更有力量。 电子调速运用的目前在单向电机上已经很成熟的变频调速。 通过改变 频率来改变电机的转速。 调速减速采用的是斜齿轮单级调速， 斜齿轮调速系统具有结 构紧凑、体积小、重量轻，占用空间少，适应环境广的优点，启动平稳、传动比分级 精细、传递转矩等众多优点。2.4 刀具装置刀具装置是线锯机工作的作业工具，在电机高速运转的情况下 ，经过传动系统 将电机的回转式机械能转变成刀具装置的直线进给式机械能。 电机不断转动， 在曲柄 滑块的带动下， 锯条上下来回做高速的锯削运动。 本机的锯条用高速钢制造， 耐磨耐 高温，不易折断。目前市面上的锯条种类繁多，在本机上都可以使用，它们的一般宽 度都不大于10mm,不小于6mm。2.5 电动线锯机的总体设计目前市面上的电动线锯机都是由电动机，调速系统，传动系统，刀具组成。其作 原理都一样。电动机在高速旋转经齿轮减速后，驱动曲上，做往复运动。锯条锯齿向 上做切割，向下做空行程。第3张电动线锯机的设计本电动线锯机在做一般切削的时候，锯条上下往复速度为1500次/min,并且在 5001500次/min间可调。锯条上下往复运动的行程为 30mm。最大锯切厚度为50mm, 锯条锯切木板时平均切削力为700N，非切削时锯条与木板间的平均摩擦力为 100N， 锯条规格长宽=100mm 8mm.3.1电动机选择对于电动线锯机的电机我们选用转速高，调速范围良好，有较小的启动电流，较大的启动转矩，并且可用普通市电做电源的单相串励电机。锯条往复运动的行程为30mm，最大锯切厚度为50mm,锯切木板时平均切削力 为700N，非切削时锯条与木板间的平均摩擦力为 100N，可以求出工作机所需的功率 选择电动机容量，工作机所需的功率 pw为F1SF2S700 30 0.001 100 30 0.0011500-60-0.96=625W=0.625KW其中：Pw 工作机所需的功率w 工作机的效率F1 锯条切削木板时的平均切削力F2 非切削时锯条与木板间的平均摩擦力电动机所需功p0为P0 = Pw /= 齿轮 滚承曲柄滑块从机械设计手册中查到齿轮0.980.99取0.99滚承0.960.99取0.99曲柄滑块.98=齿轮*滚承*曲柄滑块=0.99 0.99 0.98 = 0.96p0 = pw / =0.55/0.96 ： 0.651KW选取电动机额定功率 Pm ,Pm=（ 1 1.3） Po=0.70KW确定电机的转速，由于此电动线锯机要求在5001500r/min之间可调速，一般的1500r/min的电机在负荷的状态下，其转速都小于1500r，所以在此选择2800r/min的电机。所以电机的规格是220V, 0.70kw,2800r/min 的单相串励电机。查表得电机的相关参数 如下：电机冲片规格：门54、电机冲片叠高：17、电压220V,l=P/U=650/220=2.955A.2.955/电刷面积=电流密度，电流密度 =2.1A。3.2传动系统的设计电动线锯机的传动系统是将电机的回转运动转换成锯条的直线往复运动，使锯条上下往复切削材料。在设计传动系统的时候，提出了三种运动方案，进行了方案的分 析评比，选出了一种运动方案进行机构综合。三种方案以及他们的优缺点如下：3.2.1曲柄滑块机构图2曲柄滑块机构曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆构，如图2所示。其结构简单、制造方便、行程距离较大，能承受较大载荷 设计时，近似满足所需的运动规律。3.2.2凸轮机构凸轮机构足所需之任意规律，适用于各种自动机械，但一般行程较短，凸轮制作较复杂，凸轮和从动杆接触面容易磨损，高速运转时冲击较大。其一般结构如图3所示；图3机构3.2.3齿轮齿条机构齿轮齿条机构机构简单，制造方便，适用于行程较大的地方，但运动精度及平稳性不好，其简图如图4所示3.2.4方案的选择根据以上三种方案的各个特点，选择第一种方案作为电动线锯机的传动系统方案。这样电动线锯机的主要驱动部件就是由曲柄滑块组成。这种机构是使回转运动和往复运动互相转换的一种机构。电机的回转运动通过驱动曲柄滑块机构准换成上下往 复运动，曲柄滑块的（见图5）特性是用r和L的比值（皇=r/L ）1来说明的，一般 41/30 （弧度 /秒）式中：n曲柄轴转速，已知转速为2800转/分线锯机的曲柄轴角速度为w = n 2800/30一般情况下 圆整后取m n = 13.4.2几何尺寸计算4) 计算中心距d1 cosSz1 -=20.58,取 z仁21mnz2=40Zi Z2 mn a 二2cos0=31.12mma圆整后取32mm5）按圆整后的中心距修正螺旋角卩=arcosZZP=1155 506）计算大、小齿轮的分度圆直径di 二弓=21.42口口 cosBd2= Z2mn =40.81mm cosp7）计算齿轮宽度b= Odd1b=21.42mmB1=26.mm, B2 =22mm9）结构设计因为大小齿轮直径v 160mm所以可以将其做成实心结构。3.5电动线锯机曲柄滑块的设计电动线锯机曲柄滑块的设计在线锯机的设计中至关重要，曲柄滑块是将减速系统中的回转运动转换成锯条的直线进给运动。其原理如图8所示图8曲柄滑块原理该曲柄滑块的设计是将曲柄滑块的圆与传动系统的大齿轮作为一体。再在传动系统中的圆上打一小孔，在小孔中固定一圆柱销。圆柱销的长度大于曲柄滑块的圆的宽 度B,导杆通过圆柱销与大齿轮相连，销孔的圆心 02到大齿轮圆心01的距离0勺02为30mm,具体计算在324中已经说明。现在将打了孔的大齿轮与插在孔中的圆柱销看成是一个整体，可见大齿轮的质量分布不均匀，其质心不在回转轴线上，当其转动时，偏心质量就会产生离心惯性力， 这种平衡现象在转子静平衡时就已经表现出来，我们可以在转子中出去一部分质量， 是使质心与回转轴重合，即可获得平衡。假设在齿轮上多出来的质量为 m,则其产生 的离心惯性力F为F = mrw2 ，其中r偏心质量的矢径w转子的角速度为了平衡这一离心力，可在转自上出去一部分质量。要使转子静平衡，则使它们的矢径积为零即可，即mr mbrb = 0其中mb 需要挖出去的质量rb 需要挖出去的质量的所在半径将 mr和mbrb在X轴和Y轴上进型分解(mr)y = -血人所一我们只要以丫轴为对称轴，将销对称过去的地方 ，挖去一部分质量就可以平衡 质心。要计算应该挖去的质量 mb，我们首先要确定插在孔中的圆柱销的规格，插在孔中的销规格为6 21,铸造材料为轴承钢，其密度 =7.85g/cm3,其质量m为mVV =sh2s 二 n r =3.14 3 3=28.26V=28.26 21=593.46mm3=0.59346cm3m =7.85 0.59346 =4.658g圆柱销插入大齿轮的直径为10mm所以插入的质量m1为1m =7.85 n 3 3 10 0.00 仁2.22g所以在大齿轮上应该挖去的质量mb1mb = m- m =4.658-2.22=2.438g挖去质量mb之后其齿轮结构如图9所示图9曲柄滑块设计完成后最终图3.7电动线锯机导杆的设计电动线锯机的导杆是用来连接锯条和曲柄的连接附件，可能因为线锯机的不同， 导杆的形状不同，不过只要其设计的要求能够满足将曲柄滑块的运动连接到锯条上即 可，其大体形状可以自由发挥，本线锯机的导杆结构形状如图9所示图io的结构图其中L为导杆上两个半圆的圆心的距离，因为锯条的来回一次为30mm所以L=60/2=30mm3.8电动线锯机铝支架的计算和设计铝支架在整个电动线锯机在中起到一个固定电机，固定减速系统的大齿轮的作 用，其具体结构零件图中的铝支架总装图上已详细画出。，其上装备有滑动轴承，滚 动轴承。滑动轴承负责电动机输出轴的转动，滚动轴承负责减速系统中大齿轮的作用。 铝支架采用的是ZL102铝合金，合金的铸造性能优良，没有热裂及疏松倾向，气密性 比较高。其密度小，耐蚀性好，可在受大气.海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气 氛的环境中浓硝酸过氧化氢等的腐蚀作用；焊接性能良好好。滚动轴承和滑动轴承 才用电焊工艺固定在铝支架上。铝支架用圆柱销与线锯机固定。其中铝支架上滚动轴承与滑动轴承的距离S=d1 d2/2=21.42+40.81/2=31.11mm.他们的距离等于减速系统的大齿轮与小齿轮的分度圆半径之和。关于铝支架的 长、高、宽结合线锯机的总体尺寸来确定。其尺寸在零件图上已详细标注。3.7锯条的设计本线锯机可以兼容市面上大多数规格的锯条，买来就可以装上去使用。接下来对电动线锯机的锯条设计进行一些说明。锯条是电动线锯机的执行机构，其规格好坏直接关系到电动线锯机锯削效率。锯条规格有粗齿，中齿，细齿之分。粗齿的制造材料是T10碳素工具钢，其具有很高的强度及耐磨性，T10晶粒细，在淬火加热时不易过热，仍能保持细晶粒组织；淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以耐磨性很高，它主要用于制造具有锋利刀口和具有韧性的工具。T10应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一 定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、 铳刀手锯锯条等。中齿和细齿制作的材料是高速钢W18Cr4V。这种钢具有高的硬度、红硬性及高温硬度。其热处理范围较宽淬火不易过热，热处理过程不易氧化脱碳，磨削加工性能较好。该钢在500C及600C时硬度分别保持在 HRC5758及HRC5253,对于大量的、一般的被加 工材料具有良好的切削性能。关于锯条的规格如表1所示规格齿距每英尺制造表面适用锯割材质（mm）寸齿数材料处理粗齿1.810T10发黑木材中齿1.414W18Cr4V有色金属层压板细齿1.118W18Cr4V普通钢板3.8夹头的设计夹头是用来连接锯条和导杆的设备，其外形如图7所示各个线锯机之间夹头可能不一样，但是必须以能够稳定的夹持市面上的大多数锯 条为准则，其体积不能太大 ，否则会占用太多空间，能够稳定且牢固的夹持锯条 就好。锯条的制作材料为锌合金，因为锌合金铸造性能好，可以压铸形状复杂、 薄壁的精密件，铸件表面光滑，具有很好的常温机械性能，所以选择它作为夹头的制作材料。制作夹头时要保证其表面光滑，无夹杂开裂，破损等不良缺陷，要去尽披锋。3.9电动线锯机吸尘管的设计电动线锯机在锯削的时候会产生很多碎屑，这些碎屑会随着锯条的上下移动而 移动。轻者碎屑进入线锯机，影响加工，重者造成事故。所以在设计线锯机的时候 设计一个吸尘管，吸尘管可以吸收掉那些随着锯条移动到锯条上端的碎屑，碎屑通过吸尘管一端吸进去，再在另一端的开口处排出去。吸尘管用工程塑料制造，制造 时要保证表面光洁，无毛刺，无气孔，裂纹等缺陷。4.0动线锯机底板冲件的设计电动线锯机的底板冲件安装在线锯机的底部，是在锯条和夹头之间。底板冲件起 到保护线锯机，让电机与工件隔离的作用，也可以防止碎屑从夹头的地方进入机身内 部， 底板冲件的设计没有什么共同的标准，设计的线锯机不同，其大体格式也不太 相同，但是都是以制作简单、 能够保护电机为准则。 底板冲件的长和宽大致等于线锯 机的长和宽。底板冲件与线锯机通过螺纹连接。4.1 电线锯机抬刀片的设计一般情况下，电动线锯机的锯条与水平面的角度为 90 度，但是随着电动线锯机 工作时间一长，角度就会就发生偏移， 所以此时我们要用到抬刀片来改变锯条的方向。 一般情况下， 不用开启抬刀片的功能， 但是在每次加工之前我们都要开启抬刀片来调 整锯条角度，使其与水平面的角度垂直。否则，会严重影响加工的质量。4.2 电动线锯机机壳的设计电动线锯机的机壳设计包括外表的设计， 和内部机身的设计， 内部机身主要是要 安装各种零件、附件。如减速器，刀杆，导线等等。其设计的原则是实用、牢固、 。 外壳的设计除实用， 还要注意美观。 在线锯机的机身上要设置一些塑料的纹路， 防止 在手提线锯机的时候机身打滑。 其外壳材料采用绝缘的工程塑料。 在线锯机机身设计 的时候，要在电机风扇的附近设置通风口， 给电机降温，防止电机因温度过高而损坏。 在滚动轴承处要留润滑油口。4.3 电动线锯机电源开关的设计电动线锯机的开关设计在手柄上，当我们手握手柄的工作的时候，可以很方面 开启和关闭电源， 目前市面上所有的电源开关都设计在此处， 电源开关在机身上是属 于红色的塑料，很好识别。4.4 电动线锯机对于标准件的选择第 5 线锯机的使用说明5.1 用说明（1）保持工作场所清洁，杂乱无章容易导致安全事故的发生。（2）注意工作场所的环境， 电动工具不可以在阴暗潮湿， 或放有易燃易爆物品的地 方使用。（3）谨防触电，在使用电动线锯机时身体不要接触接地物品， 如（ 导管、冰箱、空调）（4）外人/ 小孩勿近，不能让孩子进入工作场所，提醒与作业无关的人员保持安全距离。（5）妥善保存该电动工具，放在干燥及小孩够不到的地方，方便是予以加锁（6）切勿强迫实用工具，必须按工具上规定的速度、负载工作（7）不要穿宽大的衣服工作，以免卷入工具旋转部位，室外作业时。最好戴橡胶手 套和穿防滑胶鞋，长发者工作时应带上安全帽（8）佩戴护目镜和防尘口罩，（9）保护电缆，不可用电缆提拉工具或扯拉电缆将插头拔出，电缆避免触及油液、 热源以及尖锐物品。（10）使用电动工具是应站稳，保持身体平衡。（11）固定工件：使用电动线锯机前用虎钳夹紧工件，这样比手拿更安全，同时双手 可以同时进行工作（12）妥善保养工具：使工具保持清洁、锐利，才能发挥工具的优良性能，应按使用 说明书及时对线锯机进行锐化和更换附件， 定期检查电缆， 若损坏，立即更换。（13）在休息和更换附件的时候要切断电源（14）开机前必须将调整钥匙和扳手取下（15）室外工作时应使用室外延伸电缆（16）在工作时要保持头脑清醒保持警戒，在疲惫和酒后禁止使用工具（17）要定期检查零件、附件。发现损毁的要立即更换（18）电源电压： 在使用工具的时候要注意电源电压是否与铭牌电压相符， 电源电压 过高时容易损坏工具，发生安全事故。电压过低时会损坏电机。（19）将闲置电动工具贮存在儿童所及范围之外并且不要让不熟悉电动工具或对这些 说明不了解的人操作电动工具电动工具在未经训练的用户手中是危险的（20）保养电动工具检查运动件的安装偏差或卡住零件破损情况和影响电动工具运行 的其他条件如有损坏电动工具必须在使用前修理好5.2 线锯机的专用安全守则（1）一定保证在加工之前，机器开关是关着的，并且电源插头也是为插入的（2）开关未合上之前，要确定锯条为解除要加工的工件禁止切割含有石棉的材料，切割纤维材料时要带上口罩，（3）按照使用说明书以及打算使用的电动工具的特殊类型要求的方式考虑作业条件 和进行的作业来使用电动工具附件和工具的刀头等（4）在锯削的时候最好带上护目镜，防止碎屑进入眼睛。（5）注意不要切割到铁钉在操作前请检查工件上是否有铁钉如有须将其清除（6）切割作业前请检查确认已在工件周围留出合适的间隙切割时锯片不会接触到地 板或工作台等物体（7）手应远离移动的部件（8）运行中的工具不可离手放置只能在手握工具的情况下运行工具（9）如无必要请勿在空载状态下操作工具某些材料含有有毒化学物质小心不要吸入 粉尘并避免皮肤接触遵循材料供应商的安全提示5.3 电动线锯机的维护（1）保持切削刀具的锋利和清洁（2）定期更换配件（3）定期润滑（4）定期清理进入线锯机的碎屑（5）线锯机每天工作不要超过 8 小时，要有足够时间的休息参考文献：2006.051 纪名刚，陈国定，吴立言。机械设计 M 。高等教育出版社，2 孙恒，陈作模，葛文杰。高等教育出版社， 2006.053 张展. 机械设计通用手册 M. 机械工业出版社， 2008.054 闻邦椿 . 机械设计手册 M. 机械工业出版社， 2010