板式家具自体装配锁扣结构研究及其加工成型铣刀设计

摘要

利用锁扣结构进行板式家具的自体装配在国际板式家具行业已有应用，而国内尚未出现，这种连接方式可以弥补五金件连接形式的不足，具有免打孔、不耗费五金件，拆装方便，多次拆装不影响结构及使用寿命等优点，已成为板式家具新型连接方式的主要发展方向之一。本文以板式家具自体装配锁扣结构为研究对象，通过对现有锁扣结构的功能分析和技术预测，研究现有锁扣的技术、结构特征和发展趋势;利用三维扫描技术解决现有锁扣结构细微，难以提取详细结构信息的问题，结合有限元分析与试验研究等手段，研究不同锁扣结构对构件承载能力的影响，提取现有锁扣的优势结构因素;综合现有锁扣结构的优势因素，研究自体装配锁扣的新型结构，设计其加工的成型铣刀。
　　针对现有锁扣结构，从锁扣实际结构特点出发，利用功能分析的方法，研究锁扣各功能构件之间的功能关系;采用专利统计分析的方法进行关于锁扣结构的技术预测。研究表明，嵌入锁定锁扣结构各功能构件间的相互作用较之本体锁定锁扣结构更为复杂;锁扣结构形式、锁扣榫槽层数与锁扣导入的安装方式是各种锁扣结构之间的主要差异。
　　研究现有锁扣结构承载能力的规律，提取锁扣结构的优势因素。通过试验与仿真结果的对比分析，验证了有限元方法在木制品锁扣结构力学性能分析中应用的可行性;研究结果表明，榫头凸出部位的厚度及长度大有利于其抗弯的提高，榫槽内凹的槽底与榫头接触面的长度越长其抗弯能力越好，锁扣的脱扣失效形式可以的保护榫槽和榫头的结构;嵌入式锁扣结构力学性能优于本体锁定结构锁扣。嵌入锁定锁扣结构中，锁定构件对嵌入锁定锁扣结构的力学性能影响较大，本体锁定锁扣力学性能主要受自身榫头与榫槽结构的影响，其榫头与榫槽以较大圆弧面接触的结构可以提高锁扣结构的力学性能。
　　采用功能分析的方法，借助锁扣结构的优势因素并综合考虑板式家具与实木家具接合的优点，研究并设计3种可行的自体装配锁扣结构方案。通过对3种结构进行力学性能仿真分析可知，3种自体装配锁扣结构的结合强度比五金件连接结构的结合强度大;且具有嵌入锁定特征的方案应力值最小，具有力学优势，该结构考虑锁定元件对锁扣结构的影响采用2个锁定元件，简化了榫头结构与榫槽结构。
　　自体装配锁扣结构的榫头和榫槽通过铣削加工获得，其成型加工铣刀的设计以锁扣廓形特征和配刀方案为依据，本研究以榫槽在开槽机的铣削中加工为例，对锁扣廓形特征进行分析，经过设计计算，确定铣刀基本参数，并进行铣刀结构设计。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及研究目的与意义

1．2 木制品锁扣连接结技术的国内外研究现状

1．2．1 木制品锁扣结构的国内外研究现状

1．2．2 木制品连接形式力学性能的国内外研究现状

1．3 木制品锁扣结构加工成型铣刀国内外研究现状

1．4 研究的主要内容及技术路线

1．4．1 研究主要内容

1．4．2 研究技术路线

2 锁扣结构的功能分析与技术预测

2．1 锁扣结构的功能分析

2．1．1 锁扣结构及其组件分析

2．1．2 锁扣结构的各组成部件间相互作用分析

2．2 锁扣结构的技术发展趋势

2．2．1 锁扣结构专利分析的技术依据

2．2．2 锁扣结构专利统计分析与技术发展趋势

2．3 本章小结

3 锁扣结构优势因素的提取与分析

3．1 锁扣结构信息提取

3．1．1 信息提取的方法和设备

3．1．2 信息提取对象描述

3．1．3 锁扣结构特征提取

3．2 锁扣结构力学性能的试验研究

3．2．1 锁扣结构抗弯试验

3．2．2 锁扣结构抗拉试验

3．3 锁扣结构力学性能有限元分析

3．3．1 材料及量纲设置

3．3．2 网格划分

3．3．3 载荷和约束设置

3．3．4 仿真结果及分析

3．4 试验与仿真结果对比分析

3．5 锁扣结构形式对力学性能影响的有限元分析

3．5．1 锁扣在弯曲载荷作用下的仿真分析

3．5．2 锁扣在拉伸载荷作用下的仿真分析

3．6 本章小结

4 板式家具自体装配锁扣结构研究

4．1 板式家具结构的连接结构分析

4．1．1 板式家具结构的受力分析

4．1．2 板式家具角部结合形式

4．2 自体装配锁扣结构功能分析与设计

4．2．1 自体装配锁扣结构功能分析流程

4．2．2 自体装配锁扣结构总功能分解

4．2．3 自体装配锁扣结构功能元求解

4．2．4 自体装配锁扣结构功能与结构综合分析

4．2．5 自体装配锁扣结构最终解决方案

4．3 自体装配锁扣结构力学性能分析

4．3．1 自体装配扣有限元分析

4．3．2 计算结果与分析

4．4 本章小结

5 自体装配锁扣加工成型铣刀设计

5．1 锁扣成型铣刀的设计依据

5．1．1 锁扣廓形成型铣刀配刀方案

5．1．2 锁扣廓形特征分析

5．1．3 锁扣组合成型铣刀布刀设计

5．2 锁扣成型铣刀基本参数的确定

5．2．1 铣刀齿背曲线类型的选择

5．2．2 铣刀刀具材料的选择

5．2．3 铣刀外径与内孔直径确定

5．2．4 铣刀刀齿数的确定

5．2．5 刀片厚度与刀齿角度的选择

5．3 成型铣刀结构设计

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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