木工机械可行性论证报告.doc

目录 1 研究开发的目的意义.12 国内外发展的概况.13 市场需求分析.24 产品功能原理方案设计.2 4.1 功能原理设计.2 4.2 功能设计步骤.35评价与决策.36 主要参考文献.41 研究开发的目的意义 随着木工机械广泛应用于建筑、工厂木模具加工、家具行业、家庭装修业等领域，由于木工机械都具有高速运动的特征，木工机械自动化程度低，木工机械操作人员技能和安全意识不足等多方面原因，其伤害类型主要集中在刀具切割，在发生的木工机械伤害事故比例中占60%以上，刀具崩击木料、木材反弹等导致的物体打击伤害和挤压伤害等其他伤害类型合在一起占约40%。 天然木材的各向异性的力学特性，使其抗拉、压、弯、剪等机械性能在不同纹理方向有很大差异，加工时受力变化较复杂。木工机械多刀多刃，刀轴转速很高(圆锯片可达4000rmin)，木工机械自动化程度低，多为手工进料式敞开作业，当操作者手推压木料送进时，由于遇到节疤、弯曲或其他缺陷，不自觉地发生手与刃口接触，造成割伤，甚至断指。 事故发生时间。机械事故几乎都是突发花木工作业的正常操作期间。事故发生时，机器处于正常运行状态，极少发生在机器的故障状态或辅助作业（如更换刀具、检修、调整、清洁机器等）阶段。 事故波及范围。刀具的切割伤害一般是个体伤害，只涉及操作者或意外接触刀具的个人；木料的冲击或飞出物的打击伤害有时木仅关系到机器的操作者，还可能波及附近机器和其他人员。 事故加害物。绝大多数事故是由刀具引起的切割伤害；其次是由被加工物引起的，由机床本身问题而导致的事故较少。 事故高发机械种类。我国对木工机械事故缺乏精确统计，基本情况是：占第一位的是平刨床；第二位是锯机类（主要是圆锯机和带锯机）；第三位是铣床、开榫机类，但后两者比前两者事故率要低得多。事故场所特点：木加工场地内粉尘多、噪声大、振动大、工人劳动强度大、易烦躁、疲劳、容易造成操作者注意力不集中而容易引起工伤事故。 事故伤害部位：通常是手指，手掌，飞出物击中头部的发生率较低。伤害类型和发生原因 刀具切割伤害。由于木材的天然缺陷（如节疤、虫道、腐烂等）或加工缺陷（如倒丝纹）引起切削阻力突然改变；木料过于窄、短、薄，缺乏足够的支承面使夹持固定困难；手工送料的操作姿势不稳定等原因，木料在加工中受到冲击、振动，发生弹跳、侧倒、开裂，都可能使操作者失去对木料的控制，致使推压木料的手触碰刀具造成伤害。 零件、刀具及木料飞出物打击伤害刀具、锯条在高速运转过程中，切割遇到疖疤或木料残留铁钉等物质，导致刀具崩溅、乱扎、锯条“放炮”或断条、掉锯、木材崩屑飞出。如果安全防护装置设置不当，崩落物在惯性作用下飞出伤人。 机床上零件飞出会造成伤害。例如，木工铣床和木工刨床上未夹紧的刀片、磨锯机上砂轮破裂的碎片等。如果安全防护装置设置不当，刀片、砂轮碎片在惯性作用下飞出伤人。木料反弹及侧倒伤人 由于木材的含水性或疤疖引起夹锯又突然弹开；由于弯曲木料经加压处理校直后，在加工过程中弹性复原等多种原因，都有可能造成木材的反弹伤人；由于木料的不规则外形，在锯切割分后重心位置改变引起侧倒；木料发弹和侧倒时，人员站位不当，易导致物体打击事故。挤压伤害 木加工机械设计不当、安全防护装置缺乏、维护保养不当，转动机械部位外露，如主轴、齿轮、轮辐、皮带与皮带轮、链条与链轮、齿条与齿轮、进给辊与被送进的工件等回转部位、啮合部位未设置防护罩，操作人员着装、站位不当，容易被衣物、手、工件等牵连接触床的回转部件而造成挤压伤害。综上可以看出，木工机械伤害事故的直接原因是多方面的:其一是物的不安全状态：木工机械设备安全防护装置配置不合理或安全防护装置失灵；其二是人的不安全行为：操作者安全意识不足、违章冒险作业、站位不当等。通过事故调查其间接原因往往是：安全管理不到位，设备检查维护保养不良，从业人员安全教育培训不足，现场巡查不到位等。因此我们需要一种能够保证工作人员安全的自动进料装置。 2 国内外发展的概况传统意义上的木工机械是指以木材为加工对象的机械或设备， 一般指制材机械、 细木工机械和木工机床。广义的木工机械还应包括人造板机械和家具机械。按木工机械所使用的刀具、加工方法以及工艺用途分类，共可分为两大领域， 即木工机床和人造板机械（1）木工机床 木工机床是指切削类型的木工机械， 包括： 木工锯机（B9D C）、 木工刨机（B9EC）、 木工车床（B9FC）、 木工铣床及开榫机 （B9GC）、 木工钻孔及榫槽机（B9HC）、 木工磨光机（B99C）、木工刃具修磨机（B9IC）及其他木工机床（B9JC）。（2）人造板机械 人造板机械是指以木质或非木质材料为原料生产家具用和建筑用板材的机械设备， 包括： 刨花板（普通刨花板、 轻质刨花板、 定向刨花板、 竹刨花板、 麻屑板、 麦秸刨花板、 水泥刨花板、 石膏刨花板等）设备； 纤维板（干法纤维板、 湿法纤维板、 9K4、7K4 等）设备； 胶合板（普通胶合板、 层积板、 复合地板）设备； 装饰板 （印刷贴面、 平压贴面、 异型真空贴面）设备。2.1国内木工机械现状与发展趋势（1）木工剧机 我国制材工业近年来发展较慢，主要木工机械为带锯机、 排锯机和圆锯机。由于近百年来对天然林的大量采伐， 可供制材的原木日趋下降。自1998年起，国家实施天然林保护工程以来， 可采资源更是逐步减少， 原木直径减小，可供应优质木料急剧减少。国有大、中型木材加工企业因缺乏原料而纷纷减产，停产，倒闭。而一些小型作坊式木料加工厂数量猛增，市场上锯材质量下降，原始的落后的锯机反而得到使用。而长期以来， 对制材的科研工作重视不够， 特别是原木资源发生了变化，对小径级材（人工林）为原料的高效制材锯机的研究和利用远远落后于原木结构的变化。（2）木工刨床 木工刨床一般分为平刨、 压刨、 边刨、 双面刨、三面刨、 四面刨及精光刨等。目前， 我国现行木工刨床有以下特点：小型化、技术水平低的产品充斥市场。而国外先进的刨床， 在木材加工企业中装备较少。进给方式还是以人工给料为主， 而发达国家， 多采用自动化进给。目前国外已经出现了以生产独立进给装置为主要产品的专业化企业。控制方式上，多数采用常规电气控制，采用数控方式的较少。因此，造成了加工效率低， 加工尺寸精度低的现状。刀具材料多数采用碳钢，高速钢或硬质合金应用较少，与发达国家有一定差距。（3）木工铣床 木工铣床是木料加工的通用设备，常用于对木材的曲线或直线轨迹进行铣削加工。而且也可用做锯切、 开榫、 仿形甚至镂铣加工。木工铣床，按进给方式可分为手工进给和机械进给铣床；按主轴数目可分为单轴和多轴铣床；按主轴位置可分为上轴、下轴、立式和卧式铣床。数控木工铣床是目前木工铣床发展的主要方向。与其他数控机床一样，数控镂铣机和数控加工中心的主要区别在于是否具有刀库，具有自动换刀功能的称之为数控加工中心， 否则为数控镂铣机。木工用数控镂铣采用计算机控制技术，根据不踩加工特点，实现高速、高精度加工木材，并可得到复杂形状。数控镂铣机和数控加工中心是数控技术在木工机械上应用的典型产品， 是目前木工机械产品的最高境界。在木工数控镂铣设备的研究方面，日本是最早开始研究并制造出木工数控铣床的国家。目前木工数控铣床研制方面主要有德国IMA公司的BIMA 210/310/410/610/810系列数控加工中心，意大利BIESSE公司的Rover 336/332/23/2015系列数控加工中心以及日本庄田公司的 NC516系列数控镂铣机。国内木工数控铣床起步较晚，但近20年发展较快，已取得长足进步，目前国内生产数控加工中心的有：国家林业局北京林业机械研究所、常州佳纳机电有限公司和牡丹江木工机械股份有限公司；生产数控镂铣机的有： 上海家具机械厂、 牡丹江木工机械股份有限公司、昆明四联人造板机械有限公司、苏福马股份有限公司和国家林业局北京林业机械研究所。其中MXK-I 型木工数控加工中心、MXK5026型四轴数控镂铣机和 MXK-II 经济型数控镂铣机是我国研发的较成功的产品。（4）人造板机械工业 人造板机械在木工机械中有着重要地位，也是近三十年来发展最迅速的。人造板机械是指以木质或非木质材料为原料，生产家具用和建筑用板材的机械设备，包括：刨花板设备；纤维板设备；胶合板设备；装饰板设备。国家林业局发布的2009年全国林业统计年度报告称，2009年我国人造板产量首次突破1亿立方米，达到1154665万立方米，比2008年增长2271。江苏、河南、山东和河北四省人造板产量均突破1000万立方米，广西、福建、安徽、广东四省区产量均超过500万立方米。以上八省区人造板产量占全国的7530。2009年我国木地板产量达到378亿立方米，与2008年基本持平，木地板产量最大的省份是浙江省，产量达到7224万立方米。2010年1-4月，我国林产品进出口已取明显的效果,如木材、人造板进口和人造板及木制家具出口都有明显增长。前四个月，我国原木进口量1056.39万立方米,比09年同期增长23.89 %。纤维板进口量继续实现增长6.53 %；胶合板和刨花板进口量比09年同期分别增长17.3 %和37.31%。全国的胶合板、中纤板和刨花板出口量都有明显增长。刨花板生产设备 与国外相比， 我国刨花板水平仍存在单线产量小、 技术落后、 质量不稳定等状况。特种刨花板和非木质刨花板（人造板）亦有所成就， 竹刨花板、 麦秸刨花板、 水泥刨花板、 石膏刨花板等特种人造板设备的研究和开发已经取得突破，并已有小批量投入生产。纤维板生产设备 我国纤维板生产起步较早，解放初期引进瑞典成套设备， 生产硬质纤维板。70年代末MDF生产开始起步，并取得了巨大进步，但在关键工序如热磨机、 连续热压机及生产规模、 自动化程度等方面， 与国外先进技术差距还是显而易见的。胶合板生产设备 我国胶合板生产历史较早，解放前即有数家 “ 合板厂” ， 目前仍为人造板主导产品，产量接近人造板总量的一半。目前胶合板生产厂家中，绝大多数企业生产规模小、技术装备落后，年产量低。目前国内胶合板生产设备主要有单卡旋切机、双卡旋切机、无卡旋切机、单板干燥机、热压机等并已经达到了世界水平。但我国多数生产企业还采用手工作坊式的生产方式，不仅劳动生产率低、浪费原料、劣质胶合板充斥市场，而且直接影响了胶合板设备水平的发展。随着我国加入WTO，我国木工机械装备水平与国外的差距越来越小，国外的先进技术和设备不断涌入，我国木工机械未来发展趋势有以下特点：高新技术介入木工机械， 促进自动化、 智能化。更多的效仿金属加工手段，如剪切，压型等。以规模带效益，以人为本， 实现绿色环保。 3 市场需求分析自动送料器行业环境分析：行业环境是对企业影响最直接、作用最大的外部环境。木工立铣自动进料装置结构简单，可组装，生产时可将整体分成几个部分分别生产，通过各个流水线将零件加工成型，然后进行组装，生产效率高，可大量生产，组成成品时间不会高于流水线上零件生产时间太多。生产所用材料，是通用材料，在市场能大量购买。零件工艺要求不高，对工人技术要求不高。自动送料器市场:木工机械上的零件或刀具飞出的危险木制品加工中,机床上的零件、刀具发生意外情况造成断裂而飞出,会酿成伤害事故。例如:带锯机上断裂的锯条,砂光机上断裂的砂带,木工刨床上未夹紧飞出的刀片等。 工作时与工件接触的危险在加工时,与加工的工件接触会造成伤害。木工机械多采用手工送料,这是容易伤手的原因之一。当手推压木料送进时,遇到节疤、弯曲或其他异常情况,手会不自觉地与刃口接触,给手造成割伤甚至断指。操作人员违反操作规程带来的危险许多伤害都是人为造成的。操作者不熟悉木工机械性能和安全操作规程,或不按安全操作规程作业,加之木工机械设备没有安装安全防护装置或安全防护装置失灵,都极易造成伤害事故。 接触高速转动的刀具的危险木工机械设备的工作刀轴转速很高,一般都到2 500 6 000 r/min,最高到20 000 r /min,转动惯性大。操作者为了使其在电机停止后尽快停转,往往习惯于用手或木棒制动,常因不慎与锋利的刀具相接触造成伤害。 木屑飞出的危险木制品加工中,产生大量的木屑,如圆锯机没有装设防护罩,锯下的木屑或碎块可能会以较大的速度(超过100 km /h)飞向操作者脸部,给操作者造成严重伤害。 木材或木粉发生燃烧及爆炸的危险木材是易燃物,加工时产生的木粉在空气中达到一定浓度时,会形成爆炸混合物。当木粉在车间堆积过多时,尤其是接触到暖气片或蒸气管时易引起阴燃。 由于制造原因产生的危险与其他机械相比,大多数木工机械制造精度低,又缺乏必要的安全防护装置,或装置失灵,而且手工操作多,易发生事故。 触电的危险木工机床所用电机多为三相380 V电源,一旦绝缘体损坏,很容易造成触电事故。 工件伤人的危险在没有设置止逆器的多锯片木工圆锯机、木工压刨床上,易发生工件的回弹伤人的危险。自动送料器不仅能避免以上危险，而且也不会过多的影响加工效率，将手工铣料方式变为机械铣料方式，工人只需上料，调节需要铣料的尺寸即可。4 产品功能原理方案设计1 功能原理设计：是针对产品所具有的功能进行原理性设计构思，提出设计发难的过程。他是机械产品整个设计过程中的一个重要环节，也是机械设计的最初阶段。首先需要明确任务，求总功能，求分功能，求分功能解，系统原理解最后到最佳原理方案。2 功能设计步骤： 功能和功能单位：输入系统 1能量 ( E ) 电力 人工 2 物料 ( M ) 待木料 3 信息 ( S ) 技工调节 输出系统 1能量 ( E ) 工作机构的能量 2 物料 ( M ) 已加工木料 3 信息 ( S ) 取料观察，测量待加工木料已加工木料木工立铣自动送料装置电力、人工工作机构的能量技工调节取料观察，测量功能分类： 1. 基本功能：夹紧木料、铣平面、铣圆弧、2. 辅助功能：可调节铣削圆弧大小使用功能：1. 操作性：操作方便 易于上手2. 安全性：工人只需上料和调节机构，安全性大大提高。5评价与决策这个阶段的最主要的任务是对方进行比较分析和评定，从而作出决策，最后根据目标选定较优秀方案。要求是：1由设计任务的技术，经济，社会特点确定评价目标。利用评价目标表达各个评价目标。 2 最后利用模糊综合评判方法比较最优方案。技术评价：其中包括了性能指标，可靠性，安全性，操作性，维修性经济评价：主要包括了成本，利润，过程费用社会评价：主要包括了环境影响6 主要参考文献【1】李震.新型多功能牵引床创新设计.D.山东大学，2006.5【2】郭慧.多功能牵引按摩机的数字化制造.D山西科技大学，2006.05【3】孙其斌，张崇岳.传统悬吊式颈椎牵引椅的弊端与改进【J】卫生职业教育，2010【4】郭东波.健康按摩系统及其产品造型.【D】.厦门海洋职业技术学院.2010.5【5】李科.移动牵引式动态按摩床【P】庄华行医疗器械有限公司.2012.6