东北林业大学硕士学位论文
4.6.2 龙门机架受力分析
龙门梁加工板材机构对于龙门机架在Z向上有一定的压力，使其在Z向有一定形变，分析其受力情况带来的形变量。见图4-8：
图4-8 龙门机架受力图
由龙门机架受力分析可知作用在梁上的力F总为龙门梁加工板材整体机构G和刀具与板材间的轴向切削进给力F,即：
F总?G+F
（4-5） （4-6）
F??0.25?0.07D?F切削力
式中：F切削力——钻削时的切削力（N）
由第五章计算公式和切削力F切削力与切削功率P钻可知：
F切削力?102P钻v平P钻??F切削力?v平102
（4-7） （4-8）
102v平pDu?pDu????v平??2?2?102?式中：F切削力——钻削时的切削力（N）； u—每转进给量，（mm/r）； D—钻头直径，（mm）； p—单位切削功，（J/cm3）
由式（4-6）、（4-7）、（4-8）可计算轴向切削最大进给力F=2.4kN，龙门梁加工板材整体机构G=1.4kN。其受力分析图4-9如下[34]：
图4-9 龙门机架受力分析
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由上式可知：Ra?Rb?1.9kN。
Ra?Rb?G?F?3.8kN(G?F)?L2?Rb?L （4-9） （4-10）
所以龙门机架受的弯矩图为4-10：
图4-10 龙门机架受的弯矩图
由龙门机架弯矩图可知中间点为危险截面，龙门机架采用矩形冷弯空心型钢，其壁厚t=6mm，截面为宽b=100mm，长为h=200mm。根据机械设计手册可知其抗弯截面系数
W?170.332cm3。
龙门机架强度校核：
??MW?2261170.332MPa??b(375~500MPa)(Q235A钢材的抗拉强度)（4-11）
?13.27MPa所以强度合格。
根据《工程力学》可知其龙门机架可看作是单载荷作用梁，其最大挠度是y：
y?(G?F)L48EI33?3800?119048?210?1703.224?0.373mm?0.005L?5.95mm （4-12）
所以最大挠度远小于要求挠度，对抽屉板材加工影响可忽略不计。
由于两侧加工板材机构对整体的受力对称，不必考虑其影响。
4.7 抽屉专用数控加工设备的控制面板设计
4.7.1 抽屉专用数控加工设备控制面板的特点
控制面板在板式家具抽屉专用数控加工设备加工中起着重要的作用，同时也是数控加工机床多功能、自动化的集中体现，通过它可实现机床的自动化操作。其控制面板应具有的特点是:
（1）当操作不慎出现错误，通过机械结构互锁关系来避免发生； （2）允许多个状态同时输入并可靠地做出相应的反应；
（3）时刻展现抽屉专用数控加工设备当前的运行状态，并且进行必要的提示。如：使用信号灯、发光二级管或液晶显示屏等。
该抽屉专用数控加工设备要求控制面板及控制柜做成一体结构，但必须外形美观，大小适宜，拆分方便；各电机设有过载保护，以便应急和维修停启；整台设备设有一个
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总开关停止和启动；推进待加工板材的气缸以及控制各刀具直线进给的电磁换向阀必须保证自动控制。板式家具抽屉专用数控加工设备数控系统的组成特点是：
（1）板式家具抽屉专用数控加工设备的数控系统主要由三大部分组成，即控制系统、伺服系统和位置测量系统。
1控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统。本设备控制○
系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板显示屏、位控单元、可编程序控制器、逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。有的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC（数控系统）、PLC（可编程控制系统）的内部数据通讯和外部网络的连接[35
～36]
。
2伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械结构按板材加工的路线运动。伺○
服驱动系统主要由这几部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机。
3测量系统检测机械零部件运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修控制系统发出的○
控制指令。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
通过这三部分的有机结合，组成完整的板式家具抽屉专用数控加工设备闭环控制数控系统[37～38]。
（2）板式家具抽屉专用数控加工设备数控系统的主要特点：
1可靠性要求比较高。因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失。 ○
2有较高的环境适应能力。因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，○
要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下具备正常的工作的能力。
3接口电路复杂。数控系统要抽屉专用数控加工设备以及外部设备相配套，要随时处理○
生产过程中的各种紧急情况，适应设备的各种生产工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁[39 ～40]。
数控加工机床的类型和数控系统的种类很多，以及各生产厂家设计的操作面板也多种多样，但控制面板中各种旋钮、按钮和键盘上键的基本功能与使用方法基本相同。
4.7.2 抽屉专用数控加工设备控制面板组成
控制面板设计：包含面板编辑模块、显示模块、面板运行模块。操作者可通过控制面板来完成抽屉各块板材所有工序的数控加工。图4-11是数控抽屉加工机床操作面板示意图，上半部分是弱电操作面板，直接与数控系统连接，称其为CRT/MDI面板(CRT∕MDI面板由CRT显示器和MDI键盘组成)；下半部分是强电操作面板，通过面板上的按扭与开关直接控制机床工作，又称其为机械操作面板。
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图4-11 数控抽屉加工机床操作面板示意图
其控制系统的仿真模型如图4-12[41]：
图4-12 抽屉专用数控加工设备操作面板
在机械操作面板上设有：面板指示灯、操作方式选择开关、主轴转速倍率开关选择和工作模式选择开关等实现抽屉板材的加工工艺。
4.8 抽屉专用数控加工设备气动系统设计
板式家具抽屉专用数控加工设备气动系统设计包括气动元件元件的选择、气动元件位置的标注、气动顺序表的编制、气动原理图的设计等，气动元件的选择主要包括一些气缸选择、行程开关、光电开关和电磁换向阀等。其步骤主要包括：
（1）明确抽屉加工的工作要求：设计前一定要明确主机对气动系统控制的要求。 （2）设计气动控制回路图：设计控制回路，根据实际情况合理选用全气控、电－气控制、逻辑控制，或者PLC控制等控制方案。
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（3）确定执行元件的规格。 （4）确定气动控制控制阀。
（5）确定辅助元件和保护元件：储气罐，油水分离器。 （6）确定管道直径，计算压力损失。
4.8.1 抽屉专用数控加工设备气动系统中的气动元件
该抽屉专用数控加工设备中有木工高速电主轴7台，分别为龙门横梁上的电主轴dz1功率为1.5KW和两个电主轴dz2与dz3功率均为0.4KW，龙门侧梁左右两边分别有两个电主轴dz4与dz5、dz6与dz7，功率均为1.5KW与0.4KW。电主轴直接带动主刀轴进行转动。另外有步进电机4台，分别为龙门驱动机构步进电机1台，刀具架驱动机构步进电机4台，其通过齿轮齿条实现水平或竖直方向运动，在每个齿条的终端分别有两个行程开关进行终端控制。共有气缸13个，1个将待加工板材对中定位气缸，2个推料气缸，1个移动定位机构气缸，2个推挡料板气缸，7个推动刀具进给加工气缸，共由13个电磁换向阀分别控制。并且在每个电主轴的加工过程中分别有两个限位开关保证电主轴在安全区。分别作为各个动作要求的反馈信号、行程控制和终端保护。每个气动元件的具体型号选择由计算公式或经验公式算得。具体电器气动元件见下图4-13、图4-14：
图4-13 电器气动元件在总体机器主视图分布情况
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