木工專用四面刨床的結構設計,木工專用四面刨床的結構設計,木工,專用,四面,刨床,結構設計 木工專用四面刨床的結構設計 第1章 緒 論 1.1 四面刨的現(xiàn)狀及其發(fā)展 木工四面刨床市場的發(fā)展前景如何,主要取決于我國國民經(jīng)濟發(fā)展的情況，特別是隨基本建設的發(fā)展，相應地會給木工機械產(chǎn)品提供良好的市場。 （1）隨著廣東、山東、上海等沿海地區(qū)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，木工機械產(chǎn)品將在沿海開放地得到廣泛應用.上海浦東地區(qū)的民用與工業(yè)建設每年需500 - 600萬m2，而內地城市也不斷的改變城市面貌、擴大市政建設，擴大基礎設施建設，特別是長江三峽工程的上馬興起了巨大的工業(yè)與民用建筑大市場，據(jù)有關資料報道其建筑面積在2200萬耐左右。這些都客觀的說明了近幾年我國木工機械行業(yè)將會出現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。 （2）目前，我國的森林資源日趨緊張,有限的木材資源已不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。特別是我國林業(yè)系統(tǒng)近幾年出現(xiàn)“兩?！币詠?，人們日益認識到按原先的只賣大木頭的租放經(jīng)營已無法再繼續(xù)生存下去，只有走木材綜合利用，進行木材深加工、精加工的道路才能使我國林業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)轉機。為此，林業(yè)系統(tǒng)圍繞木材深加工和精加工將推廣一批項目，這也進一步為木工機械行業(yè)的發(fā)展客觀地提供了一個良好的市場。 （3）隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對室內裝飾愈來愈考究，賓館、飯店、舞廳、室內體育館、會議室的裝修周期愈來愈短，城市家庭住房的裝修和鋪地板條(塊)已逐漸普遍。為此，建筑業(yè)將需要大批量的地板條(塊)、木線條等產(chǎn)品，這無疑也將會對木工四面刨床的市場起到促銷作用。 （4）我國的汽車制造業(yè)、船舶制造業(yè)近幾年也將會出現(xiàn)好的發(fā)展勢頭，這也會促進木工四面刨床市場的發(fā)展。 （5）我國以前生產(chǎn)的木工四面刨床由于原始設計就存在著某些先天不足，再加上操作者使用不當、零部件供應不及時等原因，因此在線服役的時間都不長。近期全國各地考查基本上沒有看到1985年以前生產(chǎn)的木工四面刨床，也就是說其使用壽命相對較短，而且有相當一部分是由于使用單位維護修理技木水平差而造成機床過早退役。這些原因也潛在的擴大了木工四面刨的市場。 四面刨是一種木工機床類的刨床產(chǎn)品。主要用于加工木方、木板、裝飾木線條、木地板等木制品。優(yōu)秀的四面刨一般都是結構緊湊，工作臺面鍍硬絡，經(jīng)久耐用的。并且主軸特殊加工，精度要好好。送料系統(tǒng)，最好是采用無級調速機構，送料輥與減速機構之間用萬向節(jié)聯(lián)結傳動，才能傳動平穩(wěn)，送料才能強勁有力。一般采購四面刨可以去國內各大木工機械網(wǎng)站進行采購，例如家王、中外木工機械網(wǎng)等專業(yè)平臺。 本機床用于木料及木材替代品的四面刨平或根據(jù)需要進行四面成型加工。典型的加工操作是：側面線條、室內裝飾條、窗框部件、家具線條等。是家具、裝飾、建筑等行業(yè)之關鍵設備。本機床由活動平臺、固定平臺，升降機構、送料機構、切削機構組成。結構緊湊，工作臺面鍍硬鉻，經(jīng)久耐用。主軸特殊加工，精度好。 中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界四面刨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開創(chuàng)性地提出了“新型四面刨產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎上，從四個維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準確地界定了“新型四面刨產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內涵。根據(jù)“新型四面刨產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評價體系和量化指標體系，從全新的角度對中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了推演和精準預測，在此基礎上，對中國的行政區(qū)劃和四大都市圈的四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了全面的研究。 四面刨床為機械進料，進給速度較高，故生產(chǎn)效率較高，適用于大批量生產(chǎn)。在細木工、建筑材料、門窗、船舶及車輛的內裝飾、地板等生產(chǎn)中應用較廣泛。由于機床的刀軸較多，故調整費時，費力，所以不適用于單間、小批量生產(chǎn)。 1.2本課題研究的主要內容 木工四面刨是對木件的四個表面同時進行加工的機床，它可以加工出各種不同形狀的成型表面。木工四面刨為機械進料，進給速度較高，故生產(chǎn)率較高，適用于大批量生產(chǎn)。在細木工、建筑材料、門窗、船舶及車輛的內裝飾、地板等生產(chǎn)中應用較廣泛。 四面刨床主要是由床身、工作臺、切削機構、進給機構、壓緊裝置、導板及操縱機構等零件組成。 四面刨床一般分為輕、中、重型三類。 輕型四面刨床加工寬度為150mm以下，一般為4—5個刀頭。 中型四面刨床加工寬度為150—300mm。 重型四面刨床的加工寬度為300mm以上，刀頭多達8—10根，它具有兩套進給機構，加工精度高，適用于大批量生產(chǎn)。 本課題的設計內容是，設計一臺用于木料及木材替代品的四面刨平或根據(jù)需要進行四面成型加工的設備。其設計的主要部分為活動平臺、固定平臺，升降機構、送料機構、切削機構。 我主要設計的木工專用四面刨，主要是針對封邊條、櫥窗框等一些家具一次成型的加工，在設計過程中主要解決活動平臺、固定平臺，壓緊機構、送料機構、切削機構幾部分的問題。 1.3當前四面刨遇到的問題和解決法 從什么角度分析中國四面刨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況？以什么方式評價中國四面刨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？中國四面刨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定位和前景是什么？中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當前經(jīng)濟熱點問題關聯(lián)度如何……諸如此類，都是四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須面對和解決的問題——中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展已到了岔口；中國四面刨產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展方向。 目前中國四面刨產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結構不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 針對今后一個時期我國經(jīng)濟運行面臨新的不確定因素，目前四面刨光材產(chǎn)業(yè)運行的環(huán)境，重點研究并預測了其下游行業(yè)發(fā)展以及對四面刨光材需求變化的長期和短期趨勢。針對當前行業(yè)發(fā)展面臨的機遇與威脅，提出了對四面刨光材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資及戰(zhàn)略建議。要以嚴謹?shù)膬热?、翔實的?shù)據(jù)、直觀的圖表、從宏觀與微觀等多個角度進行研究分析，在設計四面刨床要更加人性化、機械化、數(shù)控化、以及合理化。 現(xiàn)在我國木工機床工業(yè)已經(jīng)取得了很大成就，但與世界發(fā)達國家相比，還有較大差距。為此設計出更好的木工機床是現(xiàn)在我們首要的任務。 第2章 四面刨機床的總體設計 四面刨機床的主要由床身、工作臺及導板、切削機構、進給機構、壓緊機構及操縱機構等組成。可以加工出各種不同形狀的成型表面。四面刨床的應用不僅使一些木制品構件的加工工藝大為簡化，而且還提高了勞動生產(chǎn)率，同時還具有加工質量好、規(guī)格統(tǒng)一、占地面積小等一系列優(yōu)點，故深受用戶青睞。 四面刨的床身:床身采用鋼板焊接整體箱形結構，具有足夠的強度和剛度，體積小，重量輕，結構緊湊，成本低，生產(chǎn)周期短。主軸電機，送料電機，電控系統(tǒng)都安裝在床身內部，外型美觀。 2.1平臺的設計 四面刨床的工作臺是工件在加工過程中定位、安裝基準，所以其結構、組成及尺寸直接影響到工件的加工質通及機床的使用性能。 工作臺:工作臺采用鑄鐵整體鑄成，經(jīng)過消除內應力處理，工作臺面省去了支承輥，具有較高的平面度，因而可簡化機床結構，提高加工精度。 工作臺的升降機構:為了能加工不同厚度的工件，工作臺通過導軌絲桿螺母機構，可采用手動或機動兩種方式實現(xiàn)工作臺垂直升降。工作臺面在上下兩極限位置時，對刀軸的平行度為0.15mm。 （1）工作臺的組成 形成目前有兩段式和三段式這兩種。兩段式工作臺由一個可調整臺面和不可調整臺面組成的這種工作臺。通常，第一下水平單刨刀軸處為分界點，前部分能升降以滿足加工厚度調整之需要，.故謂活動工作臺，或前工作臺。又因它是工件進給時首先經(jīng)過的工作臺，所以也稱之為進料工作臺.后部分固定不動，故稱之為固定工作臺。 三段式工作臺由二個可調和一個不可調的臺面組成.與兩段式相比，它多了一個活動工作臺，由該工作臺在機床尾部，所以可以稱為后工作臺，也稱出料工作臺。由于后工臺臺面能升降.所以與中部工作臺臺面組成了一個好似平刨床的前、后工作臺，因此加工件下表面的加工精度自然就高。同樣道理，由于臺面還能左、右移動，且有擋邊.所以工件的右側面的加工精度也高。 （2）前工作臺尺寸 前工作臺長度有短型、標準型、加長型三種.短型的長度在lm以下。常見的有650, 800, 1000mm三種規(guī)格。標準型各廠家不盡一致，在1500—2100mm之間，2000mm較為普遍。 由于前工作臺是四面刨床加工件的第一基準，由平刨床的工作原理我們知道，當加工件長度大于前工作臺長度時其加工情度就無法保證。所以，要保證加工精度，加工件的長度一定小于前工作臺的長度。換言之，四面刨的前工作臺的長度要與加工件的長度匹配，尤其是加工較長而且精度要求高的工件一定要選擇前工作臺較長的四刨床。由此可得知，工作臺的長度是四面刨性能一個重要標志。 （3）工作臺臺面性能 工作臺面壽命及其精度也直接影響到面刨床的性能，所以為了增加臺面的耐磨性，許多廠家想了不少辦法。一般要經(jīng)過淬火和精磨，有的鍍鉻;精磨拋光的耐磨墊板還可以隨時更換墊板。此外，還有的在臺面設置支撐輥或氣控滾輪以減少摩擦。還有在臺面開設噴氣孔的氣浮工作臺臺面，在單面進給而且床面上無托輥的情況下使用，高壓空氣從中部工作臺臺面噴出以實現(xiàn)無摩擦進料。 2.2 壓緊機構 四面刨床的壓緊機構主要包括位于工件上方防止工件跳動的各種壓輥和壓板裝置，以及位于工件側面的側向壓緊裝置，四面刨床的上刀軸與單面壓刨床的刀軸一樣，設有前后壓緊器并常做成壓板形式。后壓緊器壓板工作時的升降量很小，可以使用彈簧片或壓板，后者通過彈簧施加一定的壓力。前壓緊器壓板在升降不大的場合可采用的普通型壓板上升時略靠近刀軸;但在遇到工件厚度變化較大、前壓板升起量較大時，則普通型壓板就有可能碰觸旋轉刀具的危險，有些機床采用了“后傾式”前壓緊器。 四面刨床前壓緊機構的作用主要為:a.防止工件撕裂:在工件切削部位前端施加一定的壓力，防止在刀具逆銑的作用力下工件產(chǎn)生順纖維方向撕裂。因此要求壓緊力的作用點必須緊靠在工件切削部位。b.防止切削過程工件振動:在工件切削部位前端施加一定壓力，防止因刀具間歇逆銑產(chǎn)生的跳動分力導致工件振動。因此也同樣要求壓緊力作用點應盡量靠近切削部位。c.良好的工件導入性能:由于四面刨床工件進給是由進料輥帶動工件來實現(xiàn)(柔性進給)，前壓緊機構在實現(xiàn)防撕裂、防振動的前題下，還應盡量減少對工件進給機構產(chǎn)生過大阻力。除此之外前壓緊機構還應具備良好的導屑性能以及調整方便適應性強等特點。 目前國內外四面刨生產(chǎn)廠家采用的前壓緊機構從結構劃分為二種類型：a.擺桿機構;b.平行四邊形四連桿機構。這二種類型有著自己的特點，在采用上也是以不同時期的加工主流以及設備所針對的不同加工形式而確定。以下針對工作過程所產(chǎn)生的工件導入阻力f與工件所需的壓緊力F的關系，以及壓緊力作用點與切削出口處的距離Z與切削深度之間的關系進行分析。 擺桿式壓緊機構是從木工壓刨床前壓緊機構(圖2-1)演變而成，由于四面刨床結構空間的限制，它采用了短擺臂結構(圖2-2)，前壓緊器對工件進給產(chǎn)生的導入阻力f，本文中的導人阻力f只計算機構上升對工件產(chǎn)生的除摩擦力外的進給阻力，即壓緊機構對工件 作用力的水平分力，如下式: f= A=Ssin+(T -t ) 圖2.1壓刨壓緊 由于機構在施加F及作用點后不能隨時改變，因此: BF=FScos 即: f= （2.1） 從式中要以看出，隨著a減少，工件導人阻力了不斷增大，導人性能隨之降低。 刀具切削末端與夾緊距離Z 因此: （2.2） 圖2.2 四面刨擺桿壓緊機構 以上公式可看出:a.當壓緊角a增大時，工件導人性能提高，然而壓緊位Z卻增大;b.當要求最大切削深度T較大時，壓緊位Z的變化幅度增加，由于該結構的限制，a角無法設計過小。直至在切削量t較小因Z值過大無法起到防止工件撕裂及振動的作用。 隨著四面刨床成型面加工的增加，對最大切削深度T的要求也不斷提高，而且薄工件(易振動)切削要求的提高，為防止工件撕裂及振動，Z值一般要求小于25mm，因此擺桿式壓緊機構逐步不能適應設備的要求。 四連桿壓緊機構，四連桿壓緊機構是在擺桿機構的基礎上發(fā)展起來的，見圖2-3其的是減少壓緊間距Z起到更好的防撕裂及振動的較果。由于采用了連桿機構，使得壓塊升降幾乎可達到垂直升降的效果，同時采用了分體可調式壓緊塊，當?shù)毒咧睆郊扒邢魃疃茸兓^大時，可采用調整壓緊塊的方式來達到較佳的壓緊位置。工件的導人位置(B值)應盡量后移(B值增大)。因此工件的導入靠壓緊塊預加工的切角β來實現(xiàn)。在保證工件最大切削深度的前提下,β角應盡量小有利于工件的導入，因此當工件切削深度變化較大時，應及時調整壓緊機構的高度。 壓緊機構Z，從圖中可以看出，由于連桿可以設置成在進給初始位置時(或平均切削深度時)與進給方向平行，因此壓緊塊基本不產(chǎn)生(或產(chǎn)生少量)向刀軸靠近方向的位移。因此Z值一般為: Z=, 當?shù)毒咧睆紻=120mm、t =2mm, △=5mm時，設計T=l0mm，則Z=22.8 mm;設計T=20mm，則Z = 38.8mm。 圖2.3 連桿壓緊機構 從以上兩種結溝的數(shù)據(jù)可以看出，四連桿壓緊機構無論導入性以及壓緊位置均比擺桿壓緊機構優(yōu)越，因此目前四面刨床生產(chǎn)廠家大多采用了該機構作為壓緊機構;但從以上兩方面分析可以看出，四連桿壓緊機構并非完美無缺，其壓緊位置z還存在著較大的變化范圍，用戶必須經(jīng)常調整壓緊塊的位置才能保持較好的工件狀態(tài)。 2.3進給機構的設計 綜觀國內外通用型四面木工刨床進給機構的型式，可將其分為三種類型:集中式進給機構、分散式進給機構和組合進給機構。對此三種進給機構的特點予以分析。 （1）集中式進給機構 集中式進給機構，由安裝在機床工作臺的上、下幾對齒形金屬進給輥筒構成。這幾對進給輥筒位于機床上第1個刀頭(軸)之前。第1個刀頭因四面木工刨床具體型號不同，分為上水平刀軸或下水平刀軸，亦可能是左或右立刀頭。這種型式的進給機構比較多見，優(yōu)點是結構簡單。但是，它對于相繼進給的2個工件的端頭之間常常產(chǎn)生端壓力;即所謂工件“啃頭”現(xiàn)象;當相繼進給的工件相脫離時，又常常出現(xiàn)工件停止不前的現(xiàn)象。這些弊端均會影響加工工件的質量，嚴重時會產(chǎn)生廢品。故此種進給機構是不理想的。 （2）分散式進給機構 由沿工作臺縱向分布的5個上彈性齒形金屬進給輥筒和上水平刀軸后的1個上彈性金屬光輥筒構成。常規(guī)的定型設計為六個進給輥筒 (1個光輥筒，5個齒形輥筒) 這種型式的進給機構可以克服集中進給機構的缺陷。工件沿光滑的工作臺面送進，可以提高工件加工質童和精度。但是，這種進給機構也不是完全可靠的。若工件含樹脂量或含水率高時，進給速度不夠穩(wěn)定，影響機床生產(chǎn)率或加劇進給棍簡的磨損。這可由其進給力計算式來說明。此型式進給機構的進給力簡化計算式為: （2.3） 式中 N——進給輥筒的壓緊力(正壓力)， f1——進給輥筒與工件間的咬合系數(shù)， P1——每個進給輥筒的牽引力，P1=Nf1； f2——工件與工作臺間的摩擦系數(shù)， P2——工件與工作臺間的摩擦阻力:P2=Nf2； n——進給輥筒的數(shù)目。 由式(1)可見，若工作與工作臺間摩擦系數(shù)增大了(有樹脂時)或輥筒與工件間咬合系數(shù)降低了(輥筒齒形磨損了或工件含水率高時)，此時差值(f1-f2)減小了，在其它條件的情況下，進給力降低了，可能會因進給力減小而克服不了進給阻力，導致工件停止不前果采用增大輥筒壓緊力來增加輥筒與工件間的咬合系數(shù)，從而增大進給力的方法不盡合理，因為這樣會引起進給輥筒表面的快速磨損，因而更大大降低咬合系數(shù)f1。所以，研制更為合理的具有更大進給力的新型進給機構是一新課題。 （3）組合式進給機構 組合式進給機構，該機床具有8個上進給輥筒(6個齒形輥筒，2個光輥筒)和三個下進給輥筒(1個齒形輥筒，2個光輥筒)。 組合式進給機構的特點是增多了上和下進給輥筒的數(shù)目。在工件經(jīng)過切削刀軸之后為光輥筒進給，在工件切削之前由齒形進給輥筒進給。 此型式進給機構的進給力由以下幾部分構成: 第一對上下輥筒的進給力2Nf1 第二對上下輥筒的進給力N(f1-f2) 第三至7對上下輥筒進給力5N(f1-f2) 第8對上下輥筒進給力N(f1+f2) f2——下光輥與工件、工作臺間的摩擦系數(shù) f1——上齒形輥筒與工件間咬合系數(shù)其總的進給力為: (2.4) 取f1=0.7和f2=0.3，將其代入式(i)和式(2)中，則分散式進給機構的進給力為： （2.5） 組合式進給機構的進給力為: （2.6） 可見，在其它條件均相同的條件下、5.4N/2.4N=2.25，即本文所述的組合式進給機構的進給力是分散式進給機構進給力的2.25倍(若本例的分散式進給機構再增加二個上進給輥筒，或組合式進給機構減少二個上進給輥筒，則組合式進給機構的進給力分別是分散式進給機構進給力的1.68和1.41倍。)從木材切削原理來分析，在這二種進給機構中，切削阻力是相同的。因此，組合式進給機構的進給作用更可靠。工件的進給幾乎沒有中止或打滑現(xiàn)象;亦無工件“啃頭”缺陷或廢品產(chǎn)生。組合式進給機構的輥筒與工件間相對滑移率不超過2％;分散式給進機構的輥筒與工件間的相對滑移率高達29%。 組合式進給機構的調節(jié)是關鍵，下進給輥筒突出工作臺面量過大，會影響工件加工量;過小則達不到增大進給力的目的。蘇聯(lián)新型組合式進給機構設有微調裝置，可精細地微調下進給輥筒相對于工作臺面的突出量?？纱_保既增大了進給力，又提高工件加工質量的目的。 此外，組合式進給機構的輥筒傳動軸須有足夠的強度和剛度，從而確保進給機構具有良好的運動精度。以達到工件的進給安全可靠、質量高的目的。 組合式進給機構的結構復雜，調節(jié)困難，同時還需考慮降噪音措施。四面刨床的進給方式有推進式和貫穿式兩類。推進式主要用于輕型或短工作臺四面刨床，機床只在進料處設有進給機構。當工件脫離進給元件后，依靠后來的工件往前推頂而續(xù)繼進給。按其所用進給元件可分為輥筒式和輥筒——履帶式。輥筒式通常上、下輥都帶動力，但也有少數(shù)下輥無動力僅起托輥作用;輥筒履帶式一般輥筒在上，履帶在下。 貫穿式又稱全程進給式，在機床整個送料行程上都設有進給元件。工件進給無需后面工件推頂就可自動走完加工全程，直至送出機床。目前大多刀軸數(shù)較多的中、重型四面刨都采用這種進結方式。其進給元件都采用各種型式的進給輥筒。動力可以用機戒傳動方式也可以用液壓傳動方式。 四面刨床的進給速度一般在6——30m/min，選用較大功率電機時可達60m/min;當采用液壓驅動時，進給速度一般為6——60m/min，高的可達100——200m/min。 進給輥按表面形式分，主要有各種槽輪和橡膠輪，均具有較高的咬合系數(shù)。 四面刨床的橫梁可以上下調節(jié)。動力由固定于橫梁上的電機，經(jīng)蝸輪蝸桿副減速、驅動絲桿，與絲桿相配的螺母固定于導套的下部，絲桿隨蝸輪轉動時使立柱帶著橫梁沿導套上下移動，以適應加工件厚度變化的需要。 有些四面刨床，如意SCM公司的P170SUPER和P230 SUPER，它們的橫梁還可以作傾斜調整，從而使整個進給機構連同上水平刀軸一起可傾斜一定的角度，以適應各種非方形工件的進給需要。它不僅調整方便而且有利于節(jié)省原材料。圖2-4表明了橫梁傾斜機構的作用。圖中A面是所需線型材之表面形狀。當橫梁無傾斜機構時毛料只能按圖a)準備;而有傾斜機構時，毛料可按圖b)中的B面剖開備料，同樣準備兩根毛料，后者可節(jié)省不少原材料。 a）橫梁無傾斜機構 b）橫梁設有傾斜機構 圖2.4 有無傾斜裝置所需原材料的對比圖 橫梁可傾角度一般為30°有些公司還設計了專門用于平刨刀軸或專門用于加工短工件的側向進給裝置。 2.4 切削機構的設計 機床的切削機構主要是刀具的選擇、刀軸的形式及其布局。為四面刨床常用刀軸的基本形式及其布局的一些典型例子。四面刨床除4軸式(圖a)所采用的最基本的平刨(下)刀軸1、壓刨(上)刀軸4以及左右立刀軸3, 2之外，常用的還有以下一些形式的刀軸. (1)萬能刀軸圖3b）所示為5軸四面刨床的典型布局形式，實際上是在圖a) 4軸式的基礎上增設了萬能刀軸5。該刀軸常設置在四面刨床的最后，安裝成型刀片，加工各種成型表面。為滿足工藝需要，它不僅可作上下、左右的移動調整，而且可作90。或180。范圍內的回轉調整，故稱為萬能刀軸。在軸數(shù)更多的四面刨床上，該刀軸還常裝上鋸片用于最后的鋸分，使一次加工可獲得兩根或多根成型木條。 （2)可傾立刀軸如圖3c)所示，這是在圖b）基礎上又增加了可傾立刀軸6，該刀軸常作為右側第二立刀軸，用于解決某些復雜型面的加工。在某些場合下，使用可傾立刀軸對于減小刀具切削圓直徑能起很大的作用。 (3)平壓刨兩用刀軸圖3d)又在圖c)方案中增加了上下位置可調、既可作上刀軸又可作下刀軸的平壓刨兩用刀軸7。根據(jù)工藝需要，可以將該刀軸調整在工作臺上方，加工工件的上成型面:也可以調節(jié)到工作臺之下加工工件的下成型面 ,甚為機動。如意大利SPANEVE LLO生產(chǎn)的S7系列中147、187、 227等型號中就設有這種刀軸。 a ）4軸式 b）5軸式 c）6軸式 d）7軸式 e）8軸式 1.平刨（下水平）刀軸 2.右立刀軸 3 左立刀軸 4。壓刨（上水平）刀軸 5.萬能刀軸 6可傾立刀軸 7.平壓刨兩用刀軸 8.預平刨槽刀軸 圖2.5四面刨床刀軸的基本形式及典型布局 (4)預平刨槽刀軸圖e)中設置了預平刨槽刀軸8。在毛料的基準面彎曲較大時，經(jīng)過 一道平刨往往不能獲得理想的基準平面，而采用預平刨槽刀軸在工件底部開出導槽，可以獲得較好的加工基準，減少毛料彎曲的影響。 （5）可沉式立刀軸這種刀軸大多設置在左立刀軸位置上，能使整個左立刀軸下降到工作臺面以下，這，就擴大了機床工作臺寬度方向的空間，以適應有些窗框需在裝配后進行某些加工的要求。如德國威力公司生產(chǎn)的一些加工窗框用的四面刨床上就設有這種刀軸。隨著機床控制手段的發(fā)展又促使各刀軸在結構上有進一步發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型刀軸。 (6)可編程多刀盤迭合型長主軸立刀軸，某些現(xiàn)代化四面刨床上設有可編程的多刀盤迭合型長主軸的立刀軸。 (7)“躍動式”上水平刀軸，德國威力公司設計了“躍動式”上水平刀軸，由微機控制，能自動作斷續(xù)的刨削加工。該刀軸只在需要時才下降到工作位置，參與規(guī)定的切削。之后又立即升起，離開加工面，這在加工某些倒角或不貫通的槽時，特別方便。 （8）自動進出左立刀軸 ，德國Weinig公司在Unimat 23E型四面刨床上，可根據(jù)用戶需要設置自動進出左立刀軸。它利用電子測量裝置，可先度量出工件的寬度，所得數(shù)據(jù)會顯示在熒光屏上。 該立刀軸則根據(jù)所測數(shù)據(jù)以及預先輸人的刀具直徑和切削量，能自動地調整到適當位置對工件進行切削，該裝置內置記憶系統(tǒng)，最多可儲存40個不同的規(guī)格?？蛇_到更有效和更合理地使用木材的目的。除圖3所列的典型布局外，利用上述各種基本刀軸和新型刀軸還可以根據(jù)工藝要求進行更多樣的組合，國外一些生產(chǎn)四面刨床為主的公司通常都有自己的標準刀軸，以及由其組成的系列產(chǎn)品，可供用戶選擇。 （9）組合式進給機構的結構復雜，調節(jié)困難，同時還需考慮降噪音措施。四面刨床的進給方式有推進式和貫穿式兩類。推進式主要用于輕型或短工作臺四面刨床，機床只在進料處設有進給機構。當工件脫離進給元件后，依靠后來的工件往前推頂而續(xù)繼進給。按其所用進給元件可分為輥筒式和輥筒——履帶式。輥筒式通常上、下輥都帶動力，但也有少數(shù)下輥無動力僅起托輥作用;輥筒履帶式一般輥筒在上，履帶在下。 貫穿式又稱全程進給式，在機床整個送料行程上都設有進給元件。工件進給無需后面工件推頂就可自動走完加工全程，直至送出機床。目前大多刀軸數(shù)較多的中、重型四面刨都采用這種進結方式。其進給元件都采用各種型式的進給輥筒。動力可以用機戒傳動方式也可以用液壓傳動方式。 a) 水平刀軸（下） b）立刀軸（左） 1.刀體 2.主軸 3.主軸套筒 4.軸座 5.絲桿 螺母機構 6.電機支架 7.帶傳動 8.電機 9.溜板 10.床身導軌 圖2.6 刀軸的結構原理圖 刀軸的結構原理及其調整，圖2-6所示為目前常用的刀軸部件的傳動和調整結構原理圖。主軸2用滾動軸承支承于套筒3內，由電機8經(jīng)帶傳動7驅動，轉速約在4000—6000r/min，隨刀軸切削圓直徑不同而異，一般不變速。主軸通?？呻S套筒3在水平和垂直方向進行調整。 如圖a)水平刀軸可隨套筒3、軸座4、刀架溜板9連同電機8等一起在床身導軌10內作上下調節(jié);通過絲桿螺母機構5，主軸和套筒可作適量的水平移動。圖b）所示立刀軸通過溜板9可在工作臺導軌11內作左右調整;利用機構5可作上下移動。刀軸的調整運動，目前大多仍為手工，但在一些先進的現(xiàn)代化四面刨床上已采用機械式或電子式數(shù)字顯示裝置。能快速準確地表明各刀軸的位置以及加工工件的寬度和厚度，更進一步，機床所有調整已均由微機控制，采用步進電機驅動，快速簡便而準確，大 大節(jié)省了機床調整所需的輔助時間，為高生產(chǎn)率四面刨床在小批量多品種加工方面的應用鋪平了道路。德國威力公司的快速調校裝置主要有兩種:一種是用ATS系統(tǒng)提供變程功能。它可預先輸人最多達98個不同的規(guī)格。只要使用按鈕選擇所需的規(guī)格，并鍵人左立刀軸和上水平刀軸的刀具半徑，刀軸便會自動調整到所需位置。 機床上刀軸和左立刀軸設有相應的刀具半徑和工件最終厚度或寬度的數(shù)碼顯示。另一種CAS LogoPac是一個由電腦支持的設定輔助裝置。它可儲存多達9999個產(chǎn)品資料，他能管理產(chǎn)品及刀具的規(guī)格，計算出刀軸調校所需之數(shù)據(jù)，并顯示每個刀軸所需刀具之編號、刀軸調校設定數(shù)據(jù)和工件成型后的規(guī)格。操作人員只需裝上適當?shù)牡毒撸⒌遁S按顯示調校至所設定的位置，即可投人生產(chǎn)。 四面刨床各刀軸的刀體大多做成圓柱形可拆式，以便從主軸上取下，作修磨處理。較先進的四面刨床各刀軸還設有刀具修磨器，對刀軸上各刀片進行同心研磨，并可遙控進行。 2.5本章小結 本章的主要內容是四面刨床的總體結構設計。主要是刨床的使用用途，主要用于木材的加工成型，還有四面刨床的設計要求和主要技術參數(shù)，通過本章學習可以了解各個部分的裝配關系，以及各個部分的結構的設計，了解切削機構和進給機構的設計和工作原理以及刀軸的結構原理。 第3章 主要零部件計算 3.1 刨削力的計算 送料速度為24m/s 主運動速度： v= （3.1） 式中n—刀具轉速 d—刀具直徑，刨削的刀具直徑規(guī)定為100mm。 由進料速度與主運動速度相等，所以可知刀具轉速即: v=24m/s= 所以n=4586r/min 進給速度為： vf= （3.2） vf=m/s 所以可知每轉的進給量為f=5.2m/r 切削厚度為a=0.4mm。 切削寬度為b=10mm =60 單位切削力： k= （3.3） 式中 F—切削力 S—切削面積，s=ab 查表可得單位切削力為k=44.1mpa 由此可得切削力： F=ks （3.4） F=ks=44.1KN 切削功為： P= （3.5） 電動機功率為： Pce= （3.6） Pce==6.099kw 式中η—電動機的效率，0.75—0.85 所以由電動機的功率可以決定電動機的型號為100L2，由于帶有無極變速機構，所以選此電機可以運行。 3.2 銑削力的計算 送料速度為24m/s 主運動速度： v= （3.7） 式中 n—刀具轉速 d—刀具直徑，刨削的刀具直徑規(guī)定為125mm。 由進料速度與主運動速度相等，所以可知刀具轉速即: V=24m/s= 所以n=3668.8r/min 進給速度u=24m/min=0.4m/s 銑削厚度e=0.4mm 銑削功為： P= （3.8） 式中P—單位切削力（J/CM3） k—單位切削力（mpa）查表可得k=44.1mpa v—單位時間切下的切削體積 ，v=bhu h—銑削深度（mm）定銑削是的切削深度為1.5mm b—銑削寬度（mm）定銑削是的銑削寬度為100mm P=kw 銑削力為： F= （3.9） F= 電動機的功率為： Pce= （3.10） Pce= 所以根據(jù)電動機的功率選擇電動機的型號為100L2 3.3 進給力的計算 如果不考慮其他因素，只從銑削所產(chǎn)生的各種力來考慮，則進給力是兩種力的合力。一為Fx和Fy力在進給方向的分力之和，即 Fu1=Fxcos+Fysin （3.11） 一為Fx和Fy力垂直于進給方向的分力所造成的木材對工作臺表面的摩擦阻力，即 壓刨： Fu2=（Fxsin- Fycos） （3.12） 平刨： Fu2=（Fycos- Fxsin） （3.13） 于是總的進給力的： 壓刨：Fu= Fu1+ Fu2= Fxcos+Fysin+（Fxsin- Fycos）（N） （3.14） 平刨：Fu= Fu1+ Fu2= Fxcos+Fysin+（Fycos- Fxsin）（N） (3.15） 在上式中Fy為推力和拉力的合力，即 Fy=f2 – F2 式中f2是一個刀齒在單位切削寬度上的寬度的推力和拉力。若同時銑削木材的刀具齒數(shù)為Z’，切削寬度為b，則推力為： f2 =9.087 （N） （3.16） 查表可得=1 ah=1 ap=1 x=0.8—0.9 =0.2—0.3 由于D=125mm是公差等級為7級粗糙度相對的波紋長lb=7.3mm，經(jīng)過整平的刀軸每齒進給量等于波紋長度，即uz=lb=7.3mm。 Sinp= （3.17） Sinp==0.012 t （3.18） t196.25 H1=0.0038 H2=0.70 H=H1+( H2 - H1 )sin1.25 （3.19） H=H1+( H2 - H1 )sin1.25=0.228+（0.70 – 0.228）0.84=0.62 將以上數(shù)據(jù)代入到公式中得f2=193.7（N） 拉力F2的計算公式為 F2=9.807（aqq+） （3.20） q1=A1+B1 v– C1 （3.21）q1=A1+B1v–C1=0.054×60+00.10×3668.8-0.9=39.028 q2=A2+B2v– C2 （3.22） q2=A2+B2v– C2=0.105×60+0.03668.8-2.7=113.664 q=q1+( q2 - q1 )sin1.25 （3.23） q=q1+( q2 - q1 )sin1.25=101.72 將已知數(shù)據(jù)代入到公式中可得F2=-1595.1（N） 將求得的數(shù)值代到Fy=f2 – F2公式中去可得Fy=-1401.4（N）所以 壓刨 Fu= Fu1+ Fu2= Fxcos+Fysin+（Fxsin- Fycos）（N） =110.4×0.5+(-1401.4)×0.87+0.2×(110.4×0.87-1401.4)×0.5 =1604.67(N) 平刨：Fu= Fu1+ Fu2= Fxcos+Fysin+（Fycos- Fxsin）（N） =110.4×0.5+(-1401.4)×0.87+0.2×(-1401.4×0.5-110.4×0.87) =1323.4(N) 3.4 壓緊力的計算 壓緊力的大小必須上適宜，若過大將造成木件的多余變形并增加木件的進給阻力；過小則起不到阻止木料離開工藝基準的作用。壓緊力的大小則根據(jù)推出來力來合理確定。 對于不同類型木工刨床壓緊力的計算。木工刨床的計算公式課根據(jù)： Q=(1.5~2) P1 （3.24） Q—壓緊力 P1—刀軸的推出力 平刨、壓刨的切削力為：176.4KN，所以壓刨、平刨的壓緊力為：264.6KN。銑刀的切削力為110.4KN，所以銑刀的壓緊力為：165.6KN。 3.5本章小結 本章的主要內容是部件結構應力的設計，主要是刨削力，銑削力，進給力，壓緊力的計算，皮帶的選擇，其中著重的介紹了刨削力和銑削力的計算，通過計算進一步確定零件的尺寸，以便參閱書籍選擇零件的種類規(guī)格，本章內容為以后的整體裝配奠定理論基礎。 第4章 四面刨機床的總體裝配 4.1 四面刨機床工作臺的裝配 四面刨床的工作臺是工件在加工過程中定位、安裝基準，所以其結構、組成及尺寸直接影響到工件的加工質通及機床的使用性能。 圖4.1 工作臺 工作臺:工作臺采用鑄鐵整體鑄成，經(jīng)過消除內應力處理，工作臺面省去了支承輥，具有較高的平面度，因而可簡化機床結構，提高加工精度。工作臺的升機構:為了能加工不同厚度的工件，工作臺通過導軌絲桿螺母機構，可采用手動或機動兩種方式實現(xiàn)工作臺垂直升降。 它的工作原理是：工作臺由兩個下個輥筒、輥筒凸出工作臺面高度的調整機構和工作臺的鎖緊機構。輥筒1由無縫鋼管制成，它的兩端焊接在軸承座2上，并借滾珠軸承裝于輥筒3上，輥筒3的兩端是偏心的，偏心的部分則是裝在固定工作臺上的軸套4上，在兩個輥筒軸的一段借銷釘5固定著連桿6，并用連桿7將兩輥筒上的連桿鉸接地連接在一起。轉動手柄10，通過絲杠7、連桿7、接頭8和連桿6，是輥筒3轉動，由于國通軸的兩端的是偏心的，因此，凸出工作臺面得高度則得到調整，在工 作時，輥筒軸不動，輥筒相對輥筒軸轉動。軸承的潤滑通過油孔11來進行。 工作臺鎖緊機構是由偏心套12、接頭13和軸14、15組成。軸14和15的一端借銷釘16裝有偏心套12.軸14和15緊固在接頭13上，接頭13裝有手柄17，轉動手柄17，軸14和15帶動偏心套12轉動，而偏心套則壓向導板墊板18，即可實現(xiàn)工作臺緊鎖，工作臺還有限位墊塊19. 4.2 四面刨前后壓緊機構的裝配 四面刨床的壓緊機構主要包括位于工件上方防止工件跳動的各種壓輥和壓板裝置，以及位于工件側面的側向壓緊裝置，四面刨床的上刀軸與單面壓刨床的刀軸一樣，設有前后壓緊器并常做成壓板形式。本次四面刨的前壓緊機構設計如圖所示： 圖4.2 前后壓緊機構 它的工作原理是：前壓緊裝置主要由斷屑器1，蓋板2，調節(jié)螺栓3和4，彈簧5和6組成。14個斷屑器單元1套在軸7上，軸7的兩部分分別固定在左支架8和右支架9的孔中，蓋板2的兩端通過螺栓10緊固在左右支架上，蓋板2上具有調整螺栓3和4相應于每個斷屑器安裝，即每個斷屑器1都有調整螺栓3和4，螺栓3的一端旋在每個斷屑器的螺孔中，轉動另一端的螺母可調整斷屑器到工作臺表面的距離。螺栓4的一端裝有壓緊器的彈簧5，轉動螺栓4則可調整彈簧5對斷屑器的壓力。在左右支架8和9上還裝有拉力彈簧6，支撐螺栓11，左右支架8和9裝在左右螺栓12、13上，并可轉動，因此需要時可將整個斷屑器抬起。 后壓緊機構的主要零件有：壓緊器14，左右軸瓦15，左右彈簧16.壓緊器14借螺栓17與軸瓦15相結合，螺釘18將支撐叉19固定在軸瓦上（B-B剖面），支撐叉19借助銷釘20裝有調整螺栓21和彈簧16，轉動螺母22即可調整壓緊器的位置和壓力。螺栓23固定著壓緊器的鑲條24.在壓緊器上還裝有刮屑板25，銅制的刮板26用螺釘27固定在刮屑板架上，左右軸瓦15裝在刀軸軸承蓋的槽中，而整個壓緊器可繞刀軸轉動。 4.3 四面刨的總體裝配 機床布局的合理性應該表現(xiàn)在以下幾個方面： 符合木件工藝要求，保證加工質量。進給運動及各種輔助運動都是根據(jù)工藝要求，因此布局應該符合工藝要求。 符合生產(chǎn)要求。設計機床，不僅對機床有加工質量的要求，也有數(shù)量的要求，應用單件小批量生產(chǎn)的機床，要求有較高的生產(chǎn)率。 符合人機工程學的要求，維修方便，使用安全。機床外形美觀。機床的外形與布局有關。強調外形美要與其實際應用相一致，不能拋開適用性，而片面追求機床的外形美。 四面刨的主要運動機構是刀軸的運動，在到切削過程中是逆銑，所以工件的進給主要是靠壓緊輥輪來進給的，壓緊輥輪的進給速度約為：5-8m/min，所以要給電動機降速才能與帶輪連接，傳遞給壓緊輥輪，降速機構采用的是一齒差減速器，它可以快速降低傳出速度，而且要求壓緊輥輪同步運動，所以它們的主軸都是以帶輪傳動。 圖4.3 總裝圖 4.4 四面刨的無級變速機構的裝配 四面刨的無級變速主要應用于電機上，是由于電機的轉速達不到我們所要求得轉速所以就應用無級變速機構來調整電機的轉速使之達到我們所需求的轉速。設計如圖4-4 圖4.4 無級變速機構 無級變速機構的工作原理為：電動機1是雙伸出端。無級變速機構是直接裝在電動機1的右伸出軸上。在輪架2上裝有兩個錐形盤3和4 ，其中左錐形盤用螺釘固定在輪架2上，右錐形盤4可沿輪架2軸向移動，撥叉5安裝在軸6上，在叉形部分上有小軸7裝入滾珠軸承8的圓孔中。當操縱撥叉圍繞軸6擺動時，位于左右錐形盤上的三角皮帶的接觸半徑就得到改變，形成無極變速。左伸出端軸上裝有帶動主軸旋轉地三角皮帶輪9。 4.5刨刀主軸 主軸是機床很重要的零件，通過皮帶將主軸與電動機連接起來，在工作時高速旋轉。刨刀的刀具是鑲嵌在主軸內部，所以對刨刀的主軸的技術要求會很高。 主軸為整體結構，其兩端分別裝有角接觸軸承，并且由兩端的軸承端蓋固定在機架上，刀軸為圓形，其上均勻分布著四片刀片，刀片的緊固由楔塊和螺母來實現(xiàn)。為了裝卸刀片方便，在到旁邊有提刀螺母并在刀片底端裝有彈簧。 4.6 銑刀刀軸 銑刀主軸與刨刀有一定得區(qū)別，主要在刀具的安裝上，銑刀不是將刀片嵌入刀軸里而是直接在刀軸上裝不同的成型銑刀。 圖4.5壓刨刀刀軸 圖4.6 銑刀刀軸 主軸是通過一角接觸軸承端蓋固定在機架上的，為了防止松動，在軸承端蓋一側 還裝有兩個螺母，在兩個螺母之間還裝有止推墊圈。夾頭可以夾住各種不同直徑的刀具。 4.7本章小結 本章的主要內容是四面刨床的總體裝配的設計。主要是機床工作臺的裝配，設計尺寸以及配合要求，前后壓緊機構的裝配，壓緊機構的工作原理，以及生產(chǎn)要求。無極變速機構的裝配，及其工作原理的介紹，在現(xiàn)實中的應用范圍場合，還有刨刀主軸銑刀刀軸的裝配。 結 論 本設計在調研了四面刨的目前研究與生產(chǎn)市場后，綜合了國內外大量的研究資料，設計了木工專用四面刨。專用四面刨的研究適用加工封邊條，櫥柜門的薄而且小的木制材料。由于專用四面刨具有機械化、數(shù)控化等特點，因此在加工過程中會節(jié)約大量時間，提高了生產(chǎn)率。本課題主要完成了以下幾方面的工作： （1）系統(tǒng)總體方案的確定：總體設計主要針對工作臺，壓緊機構，進給機構，升降機構的設計，通過各種資料進行比較選取了比較適合的裝置。 （2）計算的確定：在設計過程中計算是比較重要的工作，它主要是確定了是否用該件，而且在選擇完成之后有校核，確定了選擇件是否安全。 （3）裝配：在完成各個部分的設計，就是將各個部分裝配在一起，完成整個機器的設計。 總之，本文從專用四面刨系統(tǒng)的總體設計到各部分的具體設計做了詳細闡述，可以得出如下結論： 通過研究，從理論上看，專用四面刨的性能在進行各項試驗上是可行和可靠的，可以適用于專用四面刨的研究部門和生產(chǎn)廠家進行試驗。 通過研究還發(fā)現(xiàn)本設計尚存在一些不足，建議以后的課題研究中注意以下問題，并作適當改進： （1）在進料過程中可以采用數(shù)控技術進行自動進料的設計； （2）. 如有時間，可以進一步完成專用四面刨的加工精度； 參考文獻 [1] 吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京:高等教育出版社.1992 [2] 郭愛蓮.新編機械工程技術手冊[M].北京:經(jīng)濟日報出版社.1991 [3] 孫玉芹,孟兆新.機械精度設計基礎[M].北京:科學出版社.2003 [4] 朱理.機械原理[M].北京:高等教育出版社.2004 [5] 左鍵民.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社.1999 [6] 劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社.1992 [7] 劉灝.機械設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社.1998 [8] 朱龍根.簡明機械零件設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社.1997 [9] 吳宗澤.機械結構設計[M].北京:機械工業(yè)出版社.1998 [10] 華中理工大學等院校編.畫法幾何及機械制圖[M].北京:高等教育出版社.1998 [11] 同濟大學數(shù)學教研室編.高等數(shù)學[M].北京:高等教育出版社.1997 [12] 劉品,劉麗華.互換性與測量技術基礎[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社.2001 [13] 黃純穎.機械創(chuàng)新設計[M].北京:高等教育出版社.2000 [14] 侯書林,朱海.機械制造基礎[M].北京:中國林業(yè)出版社,北京大學出版社,2006. 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