SPC锁扣地板(如 图1 )从上到下可以分为UV层、耐磨层、彩膜层、基材层。其UV层是在耐磨层上表面通过固化剂使得UV油固化后形成的涂层，能够防止紫外线照射地板后，其中化学成分的挥发。耐磨层具有附着力强、耐磨耐刮、耐磨系数可达6000~8000转，其厚度为0.3 mm [2] 。

彩膜层是在基材层的上表面形成各种各样的花纹、石纹等装饰纹，用于满足不同场合和不同需求。基材层是通过挤压将石粉与热塑高分子材料制成复合地板，同时兼有木材与塑料的性能与特性，确保地板的强度与韧性。

根据不同的木地板尺寸，通过伺服电机安装不同数量的铣刀锯片，带动铣刀将未加工的木地板根据不同材质、不同槽深，不同槽型等需求，开出不同样式的琐式槽，如 图2 所示。

图2. SPC锁式槽

在开槽的过程中，铣刀锯片的转速非常高，并且在切削的过程中产生比较大的切削力，这样就会使得SPC地板在加工的过程中产生较大振动，会对开槽的质量产生影响。因此需要对SPC地板进行夹紧和定位，使之在加工的过程中不会产生相对的位移变化。由于生产的地板开的槽宽在(3~4 mm)，地板的厚度在(2~10 mm)，因此对其精度要求比较高，误差范围在0.1 mm左右。

夹紧方式的设计：

由于SPC地板开的槽窄并且长，开槽的过程中都有切削力的产生，因此要限制地板的6个自由度，但是在生产设计中夹紧力较大，与开槽方向(X方向)垂直的方向(Y方向)位移量较小，因此本次设计限制地板5个自由度。夹紧与定位装置如 图4 所示。

压板夹紧机构是由滑杆气缸与锁紧螺栓组成。滑杆气缸推紧之后，锁紧螺栓进行锁紧，当加工SPC地板的厚度发生变化的时候，调节气缸到适当位置再进行锁紧，所以本次设计的开槽机适合不同规格的地板。

切削与SPC地板的开槽质量有着直接关系，既要保证铣刀锯片能够高速运转，又要可调节，因此本次设计的切削加工装置与燕尾调节机构进行组合。

铣刀锯片可以分为装配式铣刀、组合式铣刀、整体式铣刀三大类，鉴于加工槽的形状为凹凸槽的特点，选择的加工方式为整体式铣刀。其最大的优点是价格廉价、安装拆换方便、可实现切入、斜面、槽加工的稳定。

切削加工装置安装在燕尾调节机构(如 图5 所示)上可以实现X方向上下、Y方向前后的调节。伺服电机可以通过扳手进行适当的旋转调节。

地板切削力的计算：

SPC地板切削力的计算规则主要涉及到经验公式与单位切削力两种，这两种公式是根据理论假设与实验数据推导出来的，但是SPC地板切削的过程是复杂的受力、变形并切离过程，他受着切削方法、切削用量、刀具状况以及SPC地板性质等众多因素的影响，想要把所有因素考虑进去不太可能，另外理论公式设计的比较多，所以在实际工程上应用最多的是经验公式 [3] - [5] 。

鉴于SPC地板的切削力与硬木类似，因此通过松木的相关参数进行理论计算。

经验公式： $F=p\cdot a\cdot b\cdot 9.81\left(\text{N}\right)$ (1)

式中 $F$——切削力；

$p$——单位切削力；

$a$——切削厚度(取1.5 mm)；

$b$——切削宽度(取2 mm木料长度)；

其中：当 $a\ge \text{0}\text{.1 mm}$时

$p=C_p{f}^{\prime }/a+\left(A_p\delta +B_{p}V-C_p\right)$ (2)

当 $a\le 0.\text{1 mm}$时

$p=\left(C_p-0.8\right)f^{\prime }/a+8f^{\prime }\left(A_p\delta +B_{p}V-C_p\right)$ (3)

$A_p$、 $B_p$、 $C_p$、 $f^{\prime }$---系数；

$\delta$——刀具切削角( ${\text{45}}^{\text{°}}$)；

$V$——切削速度，m/s。

当刀具或铣削速度小于40 m/s时，速度V用90-V带入式中，当速度大于40 m/s时，带入实际数值。

理论公式： $F=K_0{K}_S{K}_W{K}_{t}BH$

式中 $F$——切削力；

$K_0$——单位切削力(取4.2 N/mm²)

$K_S$——材种修正系数(取1.0)

$K_W$——木材含水率修正系数(取1.0)

$K_t$——木材水热处理温度系数(取1.0)

B——剖切宽度(取2 mm)

H——薄板厚度(取1.5 mm)

链条传动因为具有中心距可调、修理调试方便、持久耐用、传动效率高、功率及速度调节范围大的优点，在医药、矿场、印刷、包装、食品及电子元器件加工组装中得到大量使用 [6] 。本次设计的开槽机的传动方式模拟链传动开发了一款链板传动方式，如 图6 所示。

链板通过主动轮带动在导轨中滑行，从而带动链板上的SPC地板向前运动，链板如 图7 所示。

链系统相对于带传动而言有着平均传动比准确、无滑动、结构紧凑及传动效率高的特点，链系统多在高速、多冲以及交变的工况下运行，但是链传动具有多边形效应，从而产生动载荷，使得链轮产生一定的横向振动。

通过以链传动运动学原理和多刚体动力学为理论基础，运用多体动力学软件 ANSYS对链传动系统进行运动学和动力学仿真模拟分析。为了解决这一问题，在从动轮上加一个碟形弹簧进行减振，同时采用奇偶调节法，链板的数量用奇数，传动轮的齿数用偶数，通过不同的分析进行数据比较。

如 图8 所示链传动具有多边形效应，其多边形长度等于链轮的节距P。

左右两链轮的齿数分别为 $Z_1$， $Z_2$，转速分别为 $n_1$， $n_2$。

其传动比为

$i=\frac{n_1}{n_2}=\frac{Z_2}{Z_1}$

速度 $V=\frac{Z_{1}P{n}_1}{60\times 1000}=\frac{Z_{2}P{n}_2}{60\times 1000}$

假设主动轮的转速为 ${\omega }_1$，从动轮的转速为 ${\omega }_2$，将主动轮上的速度 $V_1$进行分解得：

$V=V_1\cos \beta ={\omega }_1{R}_1\cos \beta ,\beta \in \left[-\frac{\phi }{2},\frac{\phi }{2}\right]$

${V^{\prime }}_1=V_{1}sin\beta ={\omega }_1{R}_{1}sin\beta ,\beta \in \left[-\frac{\phi }{2}，\frac{\phi }{2}\right]$

(1) 当 $\beta =0$时，

$V=V_{\max }={\omega }_1{R}_1$

${V^{\prime }}_1={V^{\prime }}_{1\max }=0$

(2) 当 $\beta =\pm \frac{\phi }{2}$时

$V=V_{\min }={\omega }_1{R}_1\cos \frac{\phi }{2}={\omega }_1{R}_1\cos \frac{180˚}{Z_1}$

${V^{\prime }}_1={V^{\prime }}_{1\max }={\omega }_1{R}_1\sin \frac{\phi }{2}={\omega }_1{R}_1\sin \frac{180˚}{Z_1}$

在链传动系统的过程中 $\beta \in \left[-\frac{\phi }{2},\frac{\phi }{2}\right]$，水平速度V将经历从小到大再到小的变化，垂直速度 ${V^{\prime }}_1$经历从大到小再到大的变化，两者都呈周期性变化。

链轮在水平方向上的速度是相等的，所以从动轮的角速度可以表示为：

$\begin{array}{c}{\omega }_2=\frac{V}{R_{2}cos\alpha }\\ =\frac{{\omega }_1{R}_{1}cos\beta }{R_{2}cos\alpha }，\alpha \in \left[-\frac{180˚}{Z_2}，\frac{180˚}{Z_2}\right]\end{array}$

从上述可以看出α和β的大小决定了速度的变化范围，也可以通过减小其角度变化的范围降低链轮的多边形效应。

多边形效应引起的激励表示为：

$R_1{\stackrel{\dot{}}{\theta }}_1{}^2\cos {\theta }_1=\frac{{\theta }_1{}^{3}p{Z}_1}{\pi }\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \sum }}}\frac{1}{\omega }\sin {\omega }_{n}t$

$R_2{\stackrel{\dot{}}{\theta }}_2{}^2\cos {\theta }_2=\frac{{\theta }_2{}^{3}p{Z}_2}{\pi }\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \sum }}}\frac{1}{\omega }\sin \left({\omega }_{n}t-2mn\pi \right)$

式中P为节距， $Z_1$和 $Z_2$为主动轮和从动轮的齿数，m为链轮节数， ${\omega }_n$为齿频率的整倍数。

根据文献 [6] ，当链轮中有n个链节，链节的质量为m，节距为p，取其各自微小的偏离平衡位置的横向位移 $y_1,y_2,\cdots ,y_n$为广义坐标，则滚子链横向振动方程的动能为：

$T=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{n}{{\displaystyle \sum }}}m{y}_i{}^2=\frac{1}{2}{\left[T\right]}^2\left[M\right]\left[y\right]$

则系统的刚度矩阵为：

$\left[K\right]=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{11}& \cdots & K_{1n}\\ ⋮& \ddots & ⋮\\ K_{n1}& \cdots & K_{nn}\end{array}\right]$

通过使用ANSYS系统中自带的链轮系统模块建立系统。

链轮模型建立过程的主要步骤包括以下几点：

(1) 建立主动链轮和从动链轮，同时建立碟形弹簧；

(2) 建立链条；

(3) 对链轮和链条进行装配，再装配的过程中，ANSYS系统会对链轮与链节，链节与链节自动约束；施加约束与激励力；

(4) 通过上述步骤建立ANSYS模型仿真，如 图9 所示。

将三维模型导入Ansys软件中进行有限元模型的建立，首先需要进行材料属性设置。研究的链传动传动系统中的链轮和链条采用相同材料加工制作，即45钢。此材料的剪切模量和泊松比分别为7.6923e+10 Pa和0.3，将以上材料准确录入有限元模型中以得到精确的结果。接着需要对模型进行网格划分，Ansys软件中提供了多种类型的网格单元，选择不同的网格类型会得到不同结果，也会影响计算过程。综合考虑实际情况，选用四面体网格类型，网格单元大小设定为3 mm，单元数量和节点数量分别为118890个和54937个，如 图10 所示为链传动的有限元模型网格划分。

根据上述的电机选型与计算，设定主动轮的转速为120 r/min，主动轮与链轮柱之间的摩擦系数设定为0.15，从动轮与链轮柱之间的摩擦系数设定为0.15，进行仿真得到如 图11 和 图12 所示图形。

根据上述图形可以发现主动轮所受的扭转振动较大，在一定时间内会出现一定的峰值，相反的是从动轮受到的振动较小。