门窗材双端刨铣自动换刀加工中心的结构设计

　　随着我国经济水平的持续增长以及居民消费水平的提高和城镇化步伐的加快，对高档木门窗的需求强烈，为现代木门窗行业提供了极大的发展空间［1］。随着国内木门窗行业的发展壮大和需求的增多，企业对木门窗加工设备产生了巨大的需求，并且窗型加工设备也朝着高精度、高效率的方向发展［2－3］。刨铣是门窗材加工中不可缺少的加工方式，随着木材加工技术的不断发展，刨铣设备也在不断更新和进步。但目前市场上木门窗窗型加工设备大都用在木门窗生产线上，如使用加工中心，加工成本较大，中小型企业难以承担高昂费用，而使用通用机床，则自动化程度低，加工效率不高［4－6］。因此，本研究目的是设计一台集锯切和铣削加工于一体的加工中心，适用于木门窗加工生产线的窗型加工，专门用来加工木门窗材。研究开发门窗材成型刨铣加工机床主要为了减轻工人的劳动轻度，提高木门窗的加工质量和加工效率。因此门窗材双端刨铣自动换刀加工中心主机结构设计就显得尤为重要。
1 门窗材双端刨铣自动换刀加工中心结构总体布局
　　门窗材双端刨铣自动换刀加工中心主机结构，在门窗材端头开榫加工过程中主要对门窗材进行齐头、粗铣、精铣加工，加工过程的稳定性会直接对门窗材的加工质量和生产效率产生影响［7］，因此因此端头铣主机结构的设计是整个机床的设计关键。门窗材端头铣削主机结构如图1所示，端头铣过程中，由靠尺、竖直定位夹紧机构、侧向夹紧机构、齿轮齿条移动机构等组成的榫头铣座送料机构将集材送至齐头锯工位，齐头锯开始锯切，锯切工序完成后，进入粗铣端头工序。进入粗铣工序前，首先按照预定的端头榫型指令，控制粗铣主轴轴向移动伺服电机，将粗铣主轴系移动至对应榫型的榫头加工位，实现换刀，完成上述步骤，进行端头粗铣工序，然后精铣主轴系按照指令也移动至对应榫型的榫头加工位，完成上述指令，进行精铣加工，完成精铣加工后，端头送料台按照指令移动，快速回到锯切加工位，控制系统发出预设指令，步进电机按照指令运行，依靠啮合的锥齿轮使集材旋转180°，并依靠靠尺到相应旋转位，然后重新回到工作位，端头夹紧气缸夹紧，重复上述齐头锯切、粗铣、精铣工位，然后回到人工操作位，取下加工好的门窗材，送至纵向铣型工位。本设计主机结构的优势在于人工干预少，自动化程度高，能够一次完成齐头、两端端头榫槽加工。

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6 结语
　　笔者根据门窗材双端刨铣自动换刀加工中心主机结构的工艺以及工作原理分析，并依据刀具学对齐头锯主轴组件和粗铣主轴组件的切削力和切削功率进行近似计算，最终确定总体设计方案，完成了齐头锯组件、粗铣主轴组件、精铣主轴组件、榫头铣座送料结构、机架、铣削主轴轴向移动组件等结构设计，并主要对齐头锯组件、粗铣主轴组件进行分析，最后对铣削主轴进行了静力学有限元分析，验证了主轴设计的合理性。综上可知，整体结构简单，自动化程度高，能够大大提高门窗材的加工质量和加工效率，并且能够一次完成齐头、两端端头榫槽的加工。

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