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一、自动木工机设计任务说明 设计一台自动木工机，要求将未加工的木料坯件加工为指定形状的成品。加工的木料坯件和加工好的成品见图1、图2。 图1　未加工的木料坯件 图2　加工好的成品 二、自动木工机的要求明细表 大连交通大学 要求明细表 自动木工机 第1页 共1页 修改 要求/愿望 要求 负责者 要求 要求 要求 要求 要求 要求 愿望 要求 愿望 愿望 要求 要求 要求 要求 要求 来料要求 如图1所示木料,杂乱无章堆放 成品要求 将来料加工到如图2所示的尺寸要求 对中性 各尺寸的对中误差≤ 0.3且自动对中 加工速度 加工速度≥ 3个/s 自动化 加工过程全自动 可靠性 振动小,加工过程稳定可靠 安装调试 安装调试方便 操作维护 操作维护简单省力 使用寿命 主要零部件的寿命为10年 占用空间 占用空间≤ 1500× 1500× 1500 制造成本 批量生产成本≤ 16000元 运行成本 只需较低的保养费用和更换易损件费用 安全性 合理操作的情况下保证人身的绝对安全 噪声 噪声低,该噪声环境对人无伤害 环境污染 除轻微的噪声和粉尘外无环境污染 表1　自动木工机的要求明细表 三、自动木工机的功能分析 3.1确定总功能 在木工机中,需要将未加工的木料坯件送入加工系统,将加工过的成品运走,同时,要完成木料的加工。因此,在木工机中要有一个具备“加工木料”功能的物料流,有一个给木料输送和加工提供能量的能量流,还有与此相关的控制信号。通过对要求的抽象化,确定所要求的总功能如图3所示。 图3　木工机的总功能 3.2拟定分功能 寻求并且建立最优功能结构是方案设计阶段最主要的分步骤之一。功能结构应建立得尽可能简单,因为这样易于得到简单而成本低的系统。我们将总功能分解到较简单的程度,得到如图4所示的总功能的功能结构。在图4所示的功能结构中,物料(木料)流是主流。考虑到能量输入方式的可能不同,将输入能量分成了三部分。加工木料时的变形能随着木料和木屑的输出而输出,因其中损失的能量较少,空冷即可,故未作处理。 图4　木工机总功能的功能结构 四、方案求解 对于各个分功能,必须找到它们的原理解,然后将这些原理解组合成总功能的原理解,由此再具体化,即可知道产品的原理解。下面是部分分功能的原理解及其组合成的产品原理解。 4.1排序分离功能的原理解 排序分离功能主要考虑的是木料送入速度及其连续性,其主要设计要求如表2所示。 设计要求项 设计要求 1来料要求 如图1所示的木料成批装入容器中 2出料要求 能将杂乱堆放的工件定向排序,并以一定的生产节拍连续送出 3速度 排序分离速度≥ 3个/s 表2　排序分离功能的主要设计要求 排序分离功能又可分为排序分功能和分离分功能。通过分功能原理解的组合,最后得到的排序分离功能的原理解很多。在表3中仅以排序分功能为例选列了4种可行的原理解并以设计要求为依据加以分析比较。 方案图示 方案说明 技术特性 方 案 a 图示是一种利用叶轮排放工件的排序机构。叶轮2主动面的上侧面根据工件的几何形状设计。叶轮转动时,其主动面随机性接触料斗1中位置正确的工件3,然后通过转动将工件带到释放滑轨。 工件表面损伤程度中等, 最大供料率为80～ 150 件/min,抓取或然率系数 为0.2～ 0.5 方 案 b 图示是一种旋转管式排序机构。定向管3作连续回转运动。在管3的上端固定着销形搅动器2。当管3回转时,销2连续地搅动料斗中的工件,使之沿管口逐个落进管3中,然后通过软管4将之送出 工件表面损伤程度中等, 最大供料率为80～ 100 件/min,抓取或然率系数 为0.4～ 0.6 方 案 c 振动式排序机构是圆盘型的,工件堆放在圆盘底部,在微小振动的作用下,沿圆盘内壁上的螺旋形料道向上运动,定向正确的工件从圆盘上部的出料口进入输料槽中。滑道2用板弹簧3支撑在底座6上,电磁振动器的铁芯和线圈4固定在底座6上,衔铁5固定在滑道2的底部。当交流电周期性变化时,线圈吸力也跟着周期性变化,板弹簧于是产生往复振动,在滑道2上的工件l便从左向右,由低处向高处移动。 工件表面损伤程度小,最 大供料率为100～ 200件 /min,抓取或然率系数为 0.6～ 0.9 方 案 d 图示是一种双圆盘式排序机构。上圆盘2与上料斗1固接在一起,座落在下料斗4上,固定不动,用来贮料。下圆盘3与转轴5固连在一起转动,用来对工件进行定向整理。通过调整两圆盘间的距离及下圆盘转速可使工件沿下料斗内壁定向排列。 工件表面损伤程度小,最 大供料率为100～ 1000 件/min,抓取或然