木屋圆木梁加工中心转塔式主轴结构设计与研究

通过对圆木梁加工形式的分析,确定加工中心转塔式主轴结构的总体布局方案,利用SolidWorks软件对木屋圆木梁加工中心进行三维建模。完成了矩形转塔、车外圆和铣横向榫槽主轴总成、钻孔主轴总成、铣纵向榫槽主轴总成、铣端部榫槽主轴总成、转动总成的结构设计及单位切削力、切削功率等主参数的设计计算。该设计使加工中心能够一次性进行车削、铣削、钻孔等形式的加工,大大提高了木屋圆木梁的加工精度和加工效率。     

切削速度和切削厚度对纤维板切削力和表面粗糙度的影响

研究了纤维板铣削过程中切削速度和平均切削厚度对切削力和表面粗糙度的影响。结果表明:平行进给方向的切削分力Fx和垂直进给方向的切削分力Fy都会随着切削刃在工件中位置的变化而变化;切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值与负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均随着平均切削厚度的增加而增大;高速铣削时的切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值和负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均小于低速铣削时;当加工表面粗糙度要求相同时,高速铣削时的平均切削厚度可大于低速铣削时。因此,高速铣削不仅可以提高加工效率,还可以改善表面的加工质量。     

大果紫檀红木铣削加工特性研究

用3种不同的刀具分别对大果紫檀红木进行铣削加工,研究在不同的切削深度(a_p)、不同转速(n)和不同进给速度(v_w)下铣削力的特点,并观察这3种不同加工参数下、不同刀具铣削后大果紫檀红木切屑的形貌。实验结果表明:大果紫檀红木在3种刀具的铣削过程中,随着切削深度、进给速度的增加,刀具在X、Y、Z方向的力不断增加;随着转速的增加,X、Y、Z方向的力不断减小。因此为了提高大果紫檀红木的加工效率,应在增大切削深度与进给速度的情况下,同时提高转速来降低铣削过程的铣削力。研究铣削后大果紫檀红木的切屑形貌,发现切屑形貌主要受切削深度的影响,同时还与刀具的齿数有关,但受刀具材质的影响较小。     

论多刀轴成型铣削加工在木材加工中的地位和作用

以四面刨为主要代表的多刀轴成型铣削加工是木材加工中应用最为普遍的一种加工形式，主要用于木制品零部件的各种成型加工。经其加工的木制品零部件可获得精确的宽、厚尺寸，截面形状和表面光洁度。１　分类四面刨的分类通常以加工宽度值、刀轴数、进给速度以及切削功率的大小来划分，一般为轻、中、重型三种。衡量四面刨加工能力的主参数，是其加工工件的最大宽度尺寸，其次是进给速度、刀轴数目和切削功率值。１１　轻型四面刨轻型四面刨一般配有４根切削刀轴，其加工宽度为２０～１８０ｍｍ。刀轴的布置方式通常为两根水平刀轴，两根垂…     

螺旋铣削浸渍纸层压木质地板的表面粗糙度

采用正交试验研究螺旋角、进给速度和铣削深度对浸渍纸层压木质地板(强化木地板)表面粗糙度的影响。结果表明:地板表面粗糙度随着螺旋角的增大呈减小趋势,随着进给速度和铣削深度的增大呈增大趋势;各因素对地板表面粗糙度影响的顺序为:螺旋角铣削深度进给速度。综合考虑实际生产效率和切削质量,建议浸渍纸层压木质地板螺旋铣削的铣削参数为:螺旋角70°、进给速度60 m/min、铣削深度0.4 mm。     

陶瓷刀具铣削高密度纤维板的磨损分析研究

本试验采用TiC增韧Al_2O_3陶瓷木工刀具对高密度纤维板HDF进行逆铣加工,通过Kistler测力仪进行动态切削力测量,通过扫描电镜(SEM)观察陶瓷刀具的前、后刀面的微观结构,利用能谱仪(EDS)对刀具前、后刀面的磨损微区进行了成分及其含量的分析,揭示了陶瓷木工刀具的铣削磨损机理。研究结果表明:陶瓷木工刀具的切削力随着切削速度的增大而减小、随着加工长度的增大而增大;陶瓷木工刀具切削高密度纤维板主要的磨损形式是:崩刃、后刀面磨损,磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘结磨损。     

铣刀前角和切削参数对中密度纤维板 表面粗糙度的影响

通过分析金刚石刀具前角和切削参数对中密度纤维板表面粗糙度的影响，结果表明：随着刀具前角的增大， 切削质量改善；而随着每齿进给量或铣削深度的增大，切削质量均变差；对加工表面粗糙度影响最大的是每齿进给 量，其次为铣削深度和刀具前角。在刀具前角12°，每齿进给量0.5 mm，铣削深度1 mm 的最优参数组合时，MDF 的平均表面粗糙度较低，为3.82 μm。     

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

切削参数对木材切削力的影响

为了提供圆锯片合理设计与使用的依据,对水曲柳、杉木和樟子松3种木材进行闭式切削试验,研究锯齿前角、切削厚度、切削速度等参数对切削力的影响规律。结果表明:主切削力和法向切削力均随锯齿前角的增大而减小,随切削厚度的增加而增大,而受切削速度的影响较小。根据试验结果,提出不同密度木材切削参数设置的建议。     

木材切削参数的初步研究

不同国家的自然条件和技术条件不同,所得木材切削参数各异.因此,必须逐步建立起我国自己的一整套木材切削参数. 我所与东北林学院木机系协作,于一九七三年开始对木材切削参数进行研究,经过在有关工厂与工人一起进行实验,在锯切方面取得了初步成果. 木材切削参数的研究内容包括测定锯切、铣削、钻削、车削、刨削、旋切等不同木材切削方式的切削功率或切削力,以及它们与主运动速度、进给速度、刀具的角度参数和尺度参数、锯路高度、切削深度、木材     

木工圆锯片锯齿侧刃参数对锯切表面粗糙度的影响

【目的】分析锯齿侧刃参数对锯切表面粗糙度的影响,通过优化锯齿侧刃参数,解决圆锯锯切时进给速度提高与表面粗糙度增大之间的矛盾,为新型木工圆锯片设计提供参考和指导。【方法】提出微量零径向侧后角锯齿的概念,使用9种不同锯齿侧刃参数的圆锯片,以水曲柳和高密度纤维板为对象进行锯切试验,研究不同进给速度下径向侧后角和零径向侧后角段对锯切表面粗糙度的影响。【结果】随着进给速度增加,锯切表面粗糙度增大,径向侧后角减小,锯切表面粗糙度降低,无零径向侧后角段锯齿锯切形成的表面粗糙度均高于具有零径向侧后角段锯齿,特别是当零径向侧后角段由0 mm增加到0.5 mm时,锯切表面粗糙度下降最为明显。当零径向侧后角段大于0.5 mm时,侧刃的零径向侧后角段具有"以锯代刨"的作用,与零径向侧后角锯齿相比同样可起到改善锯切表面质量的作用。【结论】锯切表面粗糙度一定程度上取决于锯痕深度。在实际锯切过程中,仅有长度近似等于每齿进给量的锯齿侧刃部分参与切削,占侧刃总长度的很小一部分,微量零径向侧后角锯齿中零径向侧后角段长度比每齿进给量略大且越接近每齿进给量越理想。具有微量零径向侧后角段锯齿的圆锯片与零径向侧后角锯齿相比,同样可起到改善锯切表面质量的作用;在保持其他切削参数不变的情况下,微量零径向侧后角段锯齿还可以减小锯齿侧刃与锯路壁之间的摩擦。     

木工螺旋齿圆柱铣刀运动力学特性分析

螺旋齿圆柱铣刀在高速切削木材时会出现崩刃和折断等现象,且小直径长铣刀此类问题尤为明显,为此对螺旋齿圆柱铣刀铣削加工时的运动力学特性进行分析研究。建立螺旋齿圆柱铣刀的矩阵方程,获得铣刀铣削运动轨迹,并明确了铣削加工方式;利用ADAMS分析不同铣削参数对螺旋齿圆柱铣刀切入过程的影响,得到不同铣削参数下螺旋齿圆柱铣刀所受冲击载荷随时间的变化曲线;运用ANSYS Workbench瞬态动力学分析,明确了铣削切入工件时螺旋齿圆柱铣刀的瞬时应力大小和分布情况,为螺旋圆柱铣削加工确定最佳铣削参数提供理论依据。     

超高温热处理实木地板的工艺及应用

对白蜡木、柞木、香樟、荷木等实木地板坯料进行了超高温热处理的研究.结果表明:与普通实木地板相比,热处理实木地板后吸湿性降低51.87%,尺寸稳定性提高42.36%,弦向弹性模量和顺纹抗压强度分别提高了1.15%和2.19%,(但弦向抗弯强度明显降低),导热效能超过实木复合地板.该技术已在工业上推广应用.     

松材线虫疫木树蔸铣削过程仿真及优化

针对松材线虫疫木所处环境复杂、难以携带普通林业设备到达疫木位置的问题,需对实地铣削松材线虫疫木树蔸粉碎机的切削刀具进行减阻特性研究,最终达到设备轻量化的目的。阐述了树蔸粉碎机的结构、工作原理及操作方法;以切削刀具单刀片为研究对象,基于Ansys的Ls-Dyna有限元显式求解程序进行松材线虫疫木树蔸铣削过程的仿真计算,构建出平均切削阻力与切削刃后角、楔角、线速度间的关系模型并进行解析;然后进行铣削过程的刀具参数优化。结果表明:影响平均切削阻力的单因素顺序依次为楔角、后角和线速度;双因素交互作用效应中后角和楔角对平均切削阻力的影响较为明显。由优化结果可得,当后角为12.94°、楔角为38.33°、线速度为9.91m/s时,平均切削阻力达到最小值22.29 N。松树疫木树蔸实木切削验证试验结果表明:平均切削阻力实测值与预测值的误差均值为10.09%,基本一致,说明该松材线虫疫木树蔸铣削过程仿真可用于树蔸粉碎机切削刀具参数优化。通过切削刀具减阻优化,树蔸粉碎机总质量最终减轻了34.4%,达到设计目标质量要求。     

Orthogonal cutting mechanics of maple: modeling a solid wood-cutting process

The experimental results of orthogonal cutting of maple and the modeling of the cutting mechanics are presented. The tool cutting forces were measured for different feed rates. A set of equations relating the tangential and feed forces to the tool edge width and feed rate (chip thickness) to calculate the chip and edge cutting force coefficients was developed. Then the chip force and edge force coefficients were calculated from experimentally obtained cutting forces and were plotted in a polar-coordinate system with respect to the fiber orientation of the maple disk. The polar-coordinate presentation of the cutting force results and the calculated cutting force coefficients provides an excellent visual appreciation of the relation between the cutting forces and the wood fiber orientation. Chips were also collected from various sectors of the wood disk. This analysis further identified the effects of fiber orientation and cutting forces on the types of chip formed and hence the cutting mechanics involved. By applying the calculated cutting coefficients for each tool orientation (in respect to the grain) it is possible to predict the feed and tangential forces for any feed rates. There is good agreement between the predicted and measured cutting forces.     

胶合木-钢夹板螺栓连接滞回性能试验

【目的】为探明胶合木-钢夹板螺栓连接的动力性能和抗震性能,确保连接件在车辆、机械振动等动力荷载下的可靠性。【方法】针对胶合木-钢夹板螺栓连接的构造特点,考虑胶合木厚度和螺栓直径之比(厚径比)、螺栓顺纹间距、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了4类13组共39个胶合木-钢夹板螺栓连接件,在低周反复荷载作用下进行滞回性能试验。【结果】试验结果表明:在单螺栓连接中,连接部位的破坏模式逐渐由"螺栓刚直"向"双铰"转化,胶合木销槽破坏模式逐渐由销槽整体承压破坏向两端部挤压破坏转变,试件滞回曲线基本都呈现饱满的弓形和棱形,具有良好的耗能能力和抗震性能,但其承载能力较低。在多螺栓连接中,螺栓和胶合木的破坏模式分别以"双铰"破坏和销槽端部挤压破坏为主,试件滞回曲线均呈现饱满棱形,该类试件在承载能力、抗震性能和耗能能力上均有大幅提升;随着螺栓顺纹间距的增大,试件的承载能力不断增大,但螺栓顺纹间距在200 mm时,极限荷载增幅趋于平缓,初始刚度增涨大幅放缓,且整体刚度退化与螺栓顺纹间距为250 mm时基本相同;螺栓并列布置滞回曲线饱满程度好于错列布置;螺栓双排布置承载能力比单排布置的承载能力更高,刚度退化更小。【结论】胶合木-钢夹板螺栓连接具有较好的耗能能力、抗震性能及延性性能;螺栓顺纹间距在200 mm时,抗震性能最佳;螺栓错列布置的抗震性能比并列要好,螺栓双排布置的抗震性能更优越。     

自制测力仪用于木材三向切削力的测定

评定木材切削刀具的切削性能及切削表面的加工质量时，均需测定木材切削时的三向切削力：主切削力、进给力及侧向力，因此设计一台合适的三向测力仪成为关键。本文以单一八角环为基础，引申出单向延伸式八角环、组合式八角环及双向延伸式八角环测力仪，并逐一分析其结构特点及应用于木材三向切削力测定的可行性。最终确定双向延伸式四耳环八角环性能最优，并对其进行设计、制选、标定及切削试验。试验结果表明该型完全符合木材三向切削力测定的要求。     

Optimizing CNC wood milling operations with the use of genetic algorithms on CAM software

Main focus of this paper is to introduce an appropriate methodology and create a Genetic Algorithm that optimizes wood milling operations, since wood is one of the primary materials used in both structures and musical instruments building. Mechanical properties of wood were considered in the cutting process modeling on CAM software as far as machining parameter values are concerned. Key machining parameters are explained along with their effect on the final product. The proposed Genetic Algorithm was specifically built for wood milling applications and its operators are examined in detail. The undertaken quality characteristics were minimum machining time and optimal surface quality, thus covering both productivity and quality goals at the same time. As a case study, a novel custom 3D CAD model of an electric guitar body was introduced, on which the proposed optimization methodology was implemented, so as to reveal its efficiency and effectiveness.     

基于三维表面形貌测定法的水切割木竹材工艺参数优化

为优化木竹材超高压水射流切割加工工艺参数,以红橡木和竹地板为对象,采用正交试验法,研究磨料流速、切割压力、进给速度、靶距对水射流加工试件表面粗糙度的影响,探索优化工艺参数。利用扫描探针式三维表面形貌测定法测量试件切割面的表面粗糙度值,分析三维表面形貌图。结果表明:红橡木磨料射流的试验影响因素排序为CADB;竹地板磨料射流的试验影响因素排序为BCAD。红橡木和竹地板优化工艺参数为:进给速度为250 mm/s,磨料流速为35 kg/h,靶距3 mm,切割压力为310 MPa。在此加工工艺条件下切割材料表面粗糙度相对较小,加工所得材料品质较好。     

树种和含水率对纵截圆锯锯切指标影响的试验研究

为研究树种和含水率对纵截圆锯切削力、锯切功率和锯切比功等锯切指标的影响关系,笔者选择我国东北小兴安岭地区常见的9种树种,在恒定切削速度和进给速度的条件下进行了对比试验。一、试材试材选择小兴安岭产鱼鳞松