一种全自动纵横切电脑裁板锯的总体设计与研究
收稿日期：2018-06-21基金项目：广东省数控一代机械产品创新应用示范工程专项资金项目（2013B011302002）作者简介：李俊清（1984 -），男，中级机械工程师，硕士研究生，研究方向为木工机床-锯类设备的设计与制造。
Ғ՚一种全自动纵横切电脑裁板锯的总体设计与研究The general design and research of an automatic computer panel saw李俊清LI Jun-qing（南兴装备股份有限公司，东莞 523993）摘 要：阐述了一种全自动纵横切电脑裁板锯总体设计的详细过程，从原理方案的选择入手，由功能要求确立机器的各个功能模块，然后做出各个模块的结构方案，对主要参数进行计算，提取各个模块的设计对接参数，然后协同设计，设计了全自动纵横切电脑裁板锯，其优点是产量高（为普通裁板锯3倍左右），全自动，工作可靠，且已推向市场，客户反映良好。
关键词：电脑裁板锯；人造板；排板优化；总体设计中图分类号：TH6 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2019)05-0075-050 引言电脑裁板锯是一种采用PC 机控制的具有自动排板优化、自动送料、自动定位裁切，人机一体化操作的人造板开料设备，在木工机械分类中归属锯类产品。
随着“中国制造2025”的提出及落实为木工机械的发展指明了方向，中国木工机械制造2025将为家具行业开启新时代[1,2]。
为顺应自动化，智能化的发展趋势以及满足房地产行业精装房家具制造企业工程订单及宜家代工厂批量订单需求，本文研究开发了一种全自动纵横切电脑裁 板锯。
1 全自动纵横切电脑裁板锯原理方案及总体结构的拟定1.1 全自动纵横切电脑裁板锯的功能要求众所周知，人造板的下料可以用数控推台锯，数控往复锯，也可以用木材加工中心。
但是前二者一次只能完成一个方向的裁切，如要裁出所需要规格尺寸的板材，还需要人工掉头裁切；木材加工中心虽然无需掉头裁切，但是不能多块板材堆叠裁切，效率较低。
鉴于以上不足之处及结合家具厂工程单对设备的要求确定本设计的电脑裁板锯的功能要求为：1）可优化排板；2）可自动上料；3）可自动纵切；4）可自动横切；5）可以自动处理修边余料；6）单次锯板可堆叠厚度120mm ；7）48尺板（1220mm ×2440mm ×12mm ）平均每天锯1400张（8小时计算）；8）运转平稳，可靠性高。
1.2 全自动纵横切电脑裁板锯的原理方案选择1）锯切运动原理方式的选择图1 板运动，锯座固定图2 板固定，锯座运动原理方式是否合理决定了设计能否达到要求及成本的高低。
板材的锯切方式，从原理上讲，无非有两种，一种是锯座固定不动，板朝锯片运动（如图1所示），典型的例子如推台锯，采用这种原理方式的锯机结构可以做的很简单，但只适合单块板开料，多块板堆叠开料质量难以保证；另一种是锯切时，板固定不动，锯座部分来回做往复运动锯切（如图2所示），这种方式锯切质量更易保证且更适合多块板堆叠锯切。
根据设计要求结合实际经验采用后者原理方式。
2）锯切运动组合方式的选择图3纵切横切平行组合图4 纵切横切垂直组合板材的锯切有两个方向，即纵向和横向，也就有了两个方向锯切的组合。
确定了基本锯切运动原理方式后，还要确定板材纵切及横切的组合方式。
组合方式也有两种，一种是纵切和横切平行布置组合，即板材经过纵切后，再将板材旋转90度进行横切（如图3所示）；另一种是纵切和横切垂直布置组合，即板材经过纵切后，不需旋转就进入垂直摆放的横切单元中进行横切（如图4所示）。
前者，需要增加板材转向机构，复杂的如机械手，简单的如转向滚筒组，机械手可靠性高但成本也高，采用转向滚筒组则速度不宜快且板容易走位，可靠性低。
纵切横切垂直布置组合，板材无需转向，省略了转向机构，更具优势[3～5]。
故采用板固定锯座动且纵切横切垂直布置的锯切原理方式。
1.3 确定全自动纵横切电脑裁板锯锯切流程根据选择的纵向和横向锯切运动的组合方式即可确定整个锯切流程，分别为上料、纵切、横切、下料；但结合实际情况，堆叠板材不可能是百分之百整齐的，为了保证裁切的精准，所以在纵向和横向锯切前增加齐板流程；另外，纵向锯切完后的板要出来，所以还得加个取板送板流程，最终确定的流程如图5所示。
䭥喆 喆䘷㓫 䭥喆р 图5 锯切流程1.4 由功能要求及锯切流程确立各个功能单元锯切流程确定后便可根据功能要求确定各个功能单元，详细如下：控制单元、上料单元、纵向锯切前齐板单元、纵向锯切单元、取板送板单元、侧齐板单元、横向锯切前齐板单元、横向锯切单元、出料单元，考虑到板材锯切时还会产生修边余料，所以再加上修边余料处理单元。
1.5 确立各个功能单元的结构方案1）控制单元控制单元一般的控制方案都是包含操作软件（附带优化功能及标签生产功能）的工业PC 为上位机，西门子PLC 带扩展模块为下位机，两者通过通讯线缆连接，这里不过多介绍。
2）上料单元客户常规使用板材为1220m m ×2440m m ×（8/10/12/14/18mm ）三聚氰胺贴面中纤板及刨花板；偶尔使用的板材规格为1830mm ×3050mm 。
人造板原材料码垛高度1000mm ～1200mm 左右。
上板总重量按密度较大的中纤板计算，中纤密度750～780kg/m 2，M=ρV=780×1830×3050×1200×10-9=5224kg 。
上料单元可采用的结构方案有很多种，如类似卷扬机的链传动升降机构，大功率减速电机丝杠机构等，通过上述计算可知上板重量达5吨，液压传动输出力大且平稳，考虑到经济性及结构可靠性，故采用带动力滚筒液压双剪升降台结构，堆垛的板材则通过滚筒线送入。
如图6所示。
1.进料滚筒；2.带动力滚筒液压双剪升降台图6 上料单元3）纵向锯切齐板单元原板材的码垛不可能很整齐，加上搬运也会使板走位，故需要前靠齐，纵切是板材锯切第一道锯切工序，所要靠齐的板最大重量为1830×3050×120×780× 10-9=522.4kg 。
考虑到板材冲击力很大，故齐板机构结构刚性要好，并且要有缓冲功能，板材靠齐后还要通过齐板机构上方，故齐板机构还要能空间避让。
经过思考及结合实践经验，设计了一种气缸翻转挡杆机构，气缸不仅可以驱动挡杆翻转升起挡板及回收避让，还可以起到缓冲板材冲击的作用。
如图7所示。
图7 纵切齐板单元4）侧齐板单元及横向锯切前齐板单元侧齐板单元只需对板材侧面靠齐，故可布置在板材侧面，不在板材运动轨迹正面，故无需避让，可以采用固定结构。
横切前齐板单元所针对要靠齐的板材是经过锯小的板材，板材靠齐时冲击要小一些，故可采用气缸升降式挡板机构。
5）纵向锯切单元及横向锯切单元板材的锯切，在板材底部出锯口的地方都会发生材料在切削力的作用下挤压撕裂，业内称叫爆边。
故锯机都带有槽锯，其功能就是将底层材料先去除，俗称开槽。
对于堆叠板材的裁切，槽锯只能消除最底层板爆边影响，底层板材以上的板材都需要其下层板材的上表面支撑力抵消锯齿挤压力。
自然堆叠状态板材之间是有间隙的，所以不可能起到完全支撑作用。
故纵向锯切单元及横向锯切单元首先需要的结构是压力横梁将板材压实，其下的支撑结构就是工作台，板材由压力横梁压实在工作台上消除上下板间间隙；考虑锯车要在工作台下来回跑动锯切，故采用龙门结构悬挂式工作台（如图8所示）。
另外，板材的进给机构则采用带气动夹手的伺服驱动送料横梁（如图9所示）。
考虑到板材在经过锯切后会产生多叠不同尺寸的小板，根据锯切排板，多叠板材一起进给锯切的情况很多，故进给部分对板材支撑的平台则采用多根导向流利条组成的送料滚轮台（如图10所示），导向作用是保证多叠板材在进给时不容易分散。
两个锯切单元结构组成一样，都有龙门结构悬挂工作台、锯车、压力横梁、带气动抓手的伺服驱动送料横梁及导向送料滚轮台，不同的是纵切单元的锯切宽度为3200mm ；横切单元锯切宽度为1900mm。
1.左龙门架；2.悬挂式工作台；3.右龙门架图8龙门结构悬挂式工作台主机结构1.气动抓手；2.伺服驱动器；3.送料横梁图9伺服驱动的带气动抓手送料横梁1.滚轮；2.流利条图10 送料滚轮台6）取板送板单元纵切完成的板材需要从纵切单元送到横切单元，考虑到两个锯切单元一个锯切宽度大，另一个锯切宽度小，锯切速度不匹配。
故在纵切单元与横切单元之间布置缓冲区，即待料区，待料区布置在取板送板单元中，待料区采用上述导向滚轮台结构。
而取板送板机构则采用伺服驱动带气缸勾手横梁机构（如图11所示），其将板材从纵切单元勾出后放在待料区，待横切任务完成后再将板材推入横切单元。
由于待料区及横切单元滚轮台具有导向作用，而纵切单元和横切单元锯切线路是垂直布置的，板材不可能同时具有两个方向运动的自由度，所以取板送板单元还需布置分时单向导向滚轮台；为力求结构简单，运行可靠，设计出一种纵气缸驱动升降式纵横双向输送滚轮平台（如图12所示），其包含纵向滚轮台和横向滚轮台，其中纵向滚轮台由纵向流利条组成，横向滚轮台由横向流利条组成；正常状态纵向滚轮台低于横向滚轮台，板材只能横向运动，当有板材要从待料区进入横切单元时，纵向滚轮台由气缸驱动升起，板材纵向运动进入横切单元。
1.伺服电机；2.横梁；3.气缸勾手机构图11取板送板机构1.气缸；2.纵向滚轮台；3.横向滚轮台；4.纵向流利条；5.横向流利条图12 升降式纵横双向输送滚轮平台7）修边余料处理单元修边余料的处理从功能要求入手分析，首先要让修边余料落下去，再输送出去切碎。
故该单元设计的结构要包括落料部分，余料输送部分及余料处理部分。
落料部分采用气缸翻转落料机构（如图13所示），送料方式工业常用的有输送带机构，带附板链输送机构等；由于板材余料有时也较大，且批量锯板余料量大，故碎料力要大，首先考虑用液压油缸驱动碎料刀剪切，从而设计出液压碎料机（如图14所示）；整个余料处理单元结构最好要紧凑，所以余料输出口即接碎料入口，考虑到余料在剪切时前进运动要停止，如果输送机构不停止的话，静止的板材会跟运动的输送机构皮带或者底板摩擦，而输送机构频繁启动停止对电机伤害大，为解决这个问题，引入其他行业使用的振动原理输送方式，从而设计了一种振动输送槽（如图15所示）。
1.废料槽；2.导板；3.固定滚轮组；4.翻转滚轮组；5.气缸图13气缸翻转落料机构1.刀垫；2.切刀；3.液压缸；4.导向座；5.机座图14液压碎料机1.振动槽；2.振动发生机构；3.液压碎料机图15 修边余料处理单元2 全自动纵横切电脑裁板锯的总体布局各个部分结构方案确定后，便可结合工作流程对机器整体进行布局。
智能裁剪机的设计与实现
智能裁剪机的设计与实现近年来，裁剪工作已经成为了服装生产过程中不可或缺的一部分，同时，传统手工裁剪伴随着人力成本的提高，已经逐渐被智能化、自动化设备所替代。
智能裁剪机在服装制造中扮演着越来越重要的角色，它可以快速、精确地裁剪各种材料，大幅提高了生产效率。
因此，如何设计并实现一台性能优良、使用方便的智能裁剪机成为了制造企业的研究热点。
一、智能裁剪机的工作原理智能裁剪机的工作原理与普通数控切割机类似，基于计算机控制和机械传动。
一般来说，智能裁剪机由切割主机、计算机控制系统、切割平台和切割软件四个部分组成。
1.切割主机：智能裁剪机主要由带刀导轨、控制装置、马达及刀轮等部分组成。
该设备采用高精度刀轮，能够快速而准确的进行裁剪。
切割主机的刀轮可以根据不同的材料进行调整，确保在不影响裁剪效果的前提下，最大限度的提高切割精度。
2.计算机控制系统：计算机控制系统是智能裁剪机的核心部分，控制着整个设备的运行。
该系统不仅负责控制刀轮的移动，还可以对料片进行图像处理，实现二维或三维的裁剪，并控制刀轮深度，从而确保材料的裁剪质量。
3.切割平台：切割平台是智能裁剪机上材料的承载设备。
该设备通常由平板、切割垫、吸气孔、纸板等组成。
深度依赖于不同的裁剪需求，可以使用特定材质的切割垫和纸板来提高切割效果和寿命。
4.切割软件：切割软件是通过计算机控制和刀轮操作，实现裁剪图形切割的辅助工具。
该软件可以将设计师提供的图形转换成机器可以识别的代码，以便准确地实现材料裁剪。
二、智能裁剪机的设计要点设计和选择智能裁剪机时，需要从下面几个方面考虑：1.裁剪的材料类型和厚度：不同的材料类型可能需要不同的切割机器，比如布料、皮革、绒布等，需要不同形式的切割刀和控制系统来实现不同宏微的裁剪。
厚度方面也是需要注意，在智能裁剪机的选型过程中需要选择适合自己业务需求的规格。
2.裁剪的准确度和速度：智能裁剪机的核心在于自动化，有助于快速裁剪更多的材料和提高工作效率，但同时也需要保证裁剪的精度，避免浪费和成品效果不好造成的不必要损失。
多功能纵横切割床[实用新型专利]
![多功能纵横切割床[实用新型专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/4e0fcbe6ba1aa8114531d9c0.webp)
专利名称：多功能纵横切割床
专利类型：实用新型专利
发明人：亓久平,王文新,由伟平,刘丰巧,于大伟,宋萍申请号：CN201220673373.1
申请日：20121124
公开号：CN202964789U
公开日：
20130605
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种多功能纵横切割床，包括纵向切割锯、纵向驱动电机和横向切割锯、横向驱动电机，纵向切割锯在自动完成纵向切割返回过程中，通过横向启动限位开关自动启动横向切割锯对板材进行横向切割，从而实现了对固定板材的横纵向同时自动切割，所述纵向切割锯为4台，横向切割锯为2台。
本实用新型的有益效果：本实用新型实现了切割锯的自动、手动切割功能，通过设置多台横、纵向切割锯，使横、纵向切割锯同时自动对板材进行横、纵向切割，这样切割的板材精确度高，从而也大大提高了切割工作效率。
另外本实用新型还可实现对不同厚度板材的切割和自动吹尘功能。
申请人：青岛小川环保设备有限公司
地址：266107 山东省青岛市城阳区夏庄街道王沙路362号
国籍：CN
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一种人造板纵横裁边机[实用新型专利]
![一种人造板纵横裁边机[实用新型专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/abad4240d1f34693dbef3e2b.webp)
专利名称：一种人造板纵横裁边机专利类型：实用新型专利
发明人：龚贵宾
申请号：CN201520875786.1申请日：20151105
公开号：CN205219308U
公开日：
20160511
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种人造板纵横裁边机，包括连接在一起的纵锯架与横锯架，以及设置在纵锯架上的运行导轨，运行导轨上设置有玻璃导板，在纵锯架的前部设置有鼓风吹尘装置。
本实用新型的有益效果：在纵锯架的前部设置的鼓风吹尘装置可以将切边时产生并落在人造板上的木屑、杂质吹干净，可以有效避免人造板落入成品箱内叠放时，相邻板之间由于挤压，在板面上产生压痕。
同时，申请人在生产实践中证明，人造板在运行导轨上设置的玻璃导板上滑动时，不会在板面是产生磨痕。
从而保证人造板质量。
申请人：慈利县绿为装饰材料有限责任公司
地址：427000 湖南省张家界市慈利县金岩乡金鸡村14组
国籍：CN
代理机构：张家界市慧诚商标专利事务所
代理人：高红旺
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一种数控纵横锯边机的设计
一种数控纵横锯边机的设计
本文对国内外数控木工机械的发展状况进行了分析，提出了我国今后数控木工机械的发展方向。
针对木工锯切设备的发展现状，总结了锯切设备主要存在的问题。
根据市场的需求，现在产品存在的问题，结合集团生产的综合实力，开发设计了一种型号为MJK6224的数控纵横锯边机产品。
结合影响数控纵横锯边机总体布局的基本因素，制定出本机床设计的总体方案；对关键部件方案的选择进行了简要描述，并且初步确定了总体方案参数；通过对现在市面上流行的纵横锯边机的总体结构进行的分析，确定了本次设计总体结构采用悬臂式，并概述了本文设计的纵横锯边机的动作特性。
本文对数控纵横锯边机的重要零部件的选择进行了详细的分析计算，其中包括对滚珠丝杠副的选型计算，对变频高速电机的选型，对伺服电机及减速机的选型计算，同时对悬臂立柱连接处的螺栓组进行了受力分析与校核计算，以确保机床的工作可靠性。
最后，通过在Pro/E软件对数控纵横锯边机进行实体建模、装配和运动仿真。
通过运动仿真分析发现设计中存在的缺陷与不足，提前进行改进和完善，获得最佳的设计方案，缩短了设计周期，减少了设计成本。
本文设计的MJK6224数控纵横锯边机，具有结构合理、价位适中、效率高、加工精度高等特点，具有广阔的市场前景。