木工专用四面刨床的结构毕业设计

河北机电职业技术学院毕业设计（论文）目 录摘要第 1 章 绪论11.1 四面刨的现状及其发展 11.2 研究的主要内容21.3 当前四面刨遇到的问题和解决法3第 2 章 四面刨机床的总体设计42.1 平台的设计42.2 压紧机构的设计52.3 进给机构的设计82.4 切削机构的设计 112.5 本章小结15第 3 章 主要零部件计算15 3.1 进给力的计算153.2 压紧力的计算163.3 本章小结 16第 4 章 四面刨机床的总体装配174.1 四面刨机床工作台的装配174.2 四面刨前后压紧机构的装配184.3 四面刨的无极变速机构的装配194.4 四面刨的总体装配194.5 刨刀主轴214.6 铣刀刀轴224.7 本章小结 24结论25致谢26参考文献 27 河北机电职业技术学院毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 四面刨的现状及其发展 木工四面刨床市场的发展前景如何,主要取决于我国国民经济发展的情况，特别是随基本建设的发展，相应地会给木工机械产品提供良好的市场。（1）随着广东、山东、上海等沿海地区持续稳定的发展，木工机械产品将在沿海开放地得到广泛应用.上海浦东地区的民用与工业建设每年需 500 - 600 万 m2，而内地城市也不断的改变城市面貌、扩大市政建设，扩大基础设施建设，特别是长江三峡工程的上马兴起了巨大的工业与民用建筑大市场，据有关资料报道其建筑面积在2200 万耐左右。这些都客观的说明了近几年我国木工机械行业将会出现持续稳定的发展。（2）目前，我国的森林资源日趋紧张,有限的木材资源已不能满足国民经济发展的需要。特别是我国林业系统近几年出现“两危”以来，人们日益认识到按原先的只卖大木头的租放经营已无法再继续生存下去，只有走木材综合利用，进行木材深加工、精加工的道路才能使我国林业系统出现转机。为此，林业系统围绕木材深加工和精加工将推广一批项目，这也进一步为木工机械行业的发展客观地提供了一个良好的市场。（3）随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，人们对室内装饰愈来愈考究，宾馆、饭店、舞厅、室内体育馆、会议室的装修周期愈来愈短，城市家庭住房的装修和铺地板条(块)已逐渐普遍。为此，建筑业将需要大批量的地板条 (块)、木线条等产品，这无疑也将会对木工四面刨床的市场起到促销作用。（4）我国的汽车制造业、船舶制造业近几年也将会出现好的发展势头，这也会促进木工四面刨床市场的发展。（5）我国以前生产的木工四面刨床由于原始设计就存在着某些先天不足，再加上操作者使用不当、零部件供应不及时等原因，因此在线服役的时间都不长。近期全国各地考查基本上没有看到 1985 年以前生产的木工四面刨床，也就是说其使用寿命相对较短，而且有相当一部分是由于使用单位维护修理技木水平差而造成机床过早退役。这些原因也潜在的扩大了木工四面刨的市场。四面刨是一种木工机床类的刨床产品。主要用于加工木方、木板、装饰木线条、木地板等木制品。优秀的四面刨一般都是结构紧凑，工作台面镀硬络，经久耐用的。河北机电职业技术学院毕业设计（论文）2并且主轴特殊加工，精度要好好。送料系统，最好是采用无级调速机构，送料辊与减速机构之间用万向节联结传动，才能传动平稳，送料才能强劲有力。一般采购四面刨可以去国内各大木工机械网站进行采购，例如家王、中外木工机械网等专业平台。本机床用于木料及木材替代品的四面刨平或根据需要进行四面成型加工。典型的加工操作是：侧面线条、室内装饰条、窗框部件、家具线条等。是家具、装饰、建筑等行业之关键设备。本机床由活动平台、固定平台，升降机构、送料机构、切削机构组成。结构紧凑，工作台面镀硬铬，经久耐用。主轴特殊加工，精度好。 中国四面刨产业发展研究报告阐述了世界四面刨产业的发展历程，分析了中国四面刨产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型四面刨产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本” 、 “科技创新” 、 “环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型四面刨产业” 及替代产品的内涵。根据“新型四面刨产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国四面刨产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的四面刨产业发展进行了全面的研究。四面刨床为机械进料，进给速度较高，故生产效率较高，适用于大批量生产。在细木工、建筑材料、门窗、船舶及车辆的内装饰、地板等生产中应用较广泛。由于机床的刀轴较多，故调整费时，费力，所以不适用于单间、小批量生产。1.2 研究的主要内容木工四面刨是对木件的四个表面同时进行加工的机床，它可以加工出各种不同形状的成型表面。木工四面刨为机械进料，进给速度较高，故生产率较高，适用于大批量生产。在细木工、建筑材料、门窗、船舶及车辆的内装饰、地板等生产中应用较广泛。四面刨床主要是由床身、工作台、切削机构、进给机构、压紧装置、导板及操纵机构等零件组成。四面刨床一般分为轻、中、重型三类。轻型四面刨床加工宽度为 150mm 以下，一般为 45 个刀头。中型四面刨床加工宽度为 150300mm。重型四面刨床的加工宽度为 300mm 以上，刀头多达 810 根，它具有两套进给机构，加工精度高，适用于大批量生产。本课题的设计内容是，设计一台用于木料及木材替代品的四面刨平或根据需要进行四面成型加工的设备。其设计的主要部分为活动平台、固定平台，升降机构、送料机构、切削机构。河北机电职业技术学院毕业设计（论文）3我主要设计的木工专用四面刨，主要是针对封边条、橱窗框等一些家具一次成型的加工，在设计过程中主要解决活动平台、固定平台，压紧机构、送料机构、切削机构几部分的问题。1.3 当前四面刨遇到的问题和解决法从什么角度分析中国四面刨产业的发展状况？以什么方式评价中国四面刨产业的发展程度？中国四面刨产业的发展定位和前景是什么？中国四面刨产业发展与当前经济热点问题关联度如何诸如此类，都是四面刨产业发展必须面对和解决的问题 中国四面刨产业发展已到了岔口；中国四面刨产业生产企业急需选择发展方向。目前中国四面刨产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。针对今后一个时期我国经济运行面临新的不确定因素，目前四面刨光材产业运行的环境，重点研究并预测了其下游行业发展以及对四面刨光材需求变化的长期和短期趋势。针对当前行业发展面临的机遇与威胁，提出了对四面刨光材产业发展的投资及战略建议。要以严谨的内容、翔实的数据、直观的图表、从宏观与微观等多个角度进行研究分析，在设计四面刨床要更加人性化、机械化、数控化、以及合理化。现在我国木工机床工业已经取得了很大成就，但与世界发达国家相比，还有较大差距。为此设计出更好的木工机床是现在我们首要的任务。第 2 章 四面刨机床的总体设计河北机电职业技术学院毕业设计（论文）4四面刨机床的主要由床身、工作台及导板、切削机构、进给机构、压紧机构及操纵机构等组成。可以加工出各种不同形状的成型表面。四面刨床的应用不仅使一些木制品构件的加工工艺大为简化，而且还提高了劳动生产率，同时还具有加工质量好、规格统一、占地面积小等一系列优点，故深受用户青睐。四面刨的床身:床身采用钢板焊接整体箱形结构，具有足够的强度和刚度，体积小，重量轻，结构紧凑，成本低，生产周期短。主轴电机，送料电机，电控系统都安装在床身内部，外型美观。2.1 平台的设计四面刨床的工作台是工件在加工过程中定位、安装基准，所以其结构、组成及尺寸直接影响到工件的加工质通及机床的使用性能。工作台:工作台采用铸铁整体铸成，经过消除内应力处理，工作台面省去了支承辊，具有较高的平面度，因而可简化机床结构，提高加工精度。工作台的升降机构:为了能加工不同厚度的工件，工作台通过导轨丝杆螺母机构，可采用手动或机动两种方式实现工作台垂直升降。工作台面在上下两极限位置时，对刀轴的平行度为 0.15mm。（1）工作台的组成 形成目前有两段式和三段式这两种。两段式工作台由一个可调整台面和不可调整台面组成的这种工作台。通常，第一下水平单刨刀轴处为分界点，前部分能升降以满足加工厚度调整之需要，.故谓活动工作台，或前工作台。又因它是工件进给时首先经过的工作台，所以也称之为进料工作台.后部分固定不动，故称之为固定工作台。三段式工作台由二个可调和一个不可调的台面组成.与两段式相比，它多了一个活动工作台，由该工作台在机床尾部，所以可以称为后工作台，也称出料工作台。由于后工台台面能升降.所以与中部工作台台面组成了一个好似平刨床的前、后工作台，因此加工件下表面的加工精度自然就高。同样道理，由于台面还能左、右移动，且有挡边.所以工件的右侧面的加工精度也高。（2）前工作台尺寸 前工作台长度有短型、标准型、加长型三种.短型的长度在 lm 以下。常见的有 650, 800, 1000mm 三种规格。标准型各厂家不尽一致，在15002100mm 之间，2000mm 较为普遍。由于前工作台是四面刨床加工件的第一基准，由平刨床的工作原理我们知道，当加工件长度大于前工作台长度时其加工情度就无法保证。所以，要保证加工精度，加工件的长度一定小于前工作台的长度。换言之，四面刨的前工作台的长度要与加工件河北机电职业技术学院毕业设计（论文）5的长度匹配，尤其是加工较长而且精度要求高的工件一定要选择前工作台较长的四刨床。由此可得知，工作台的长度是四面刨性能一个重要标志。（3）工作台台面性能 工作台面寿命及其精度也直接影响到面刨床的性能，所以为了增加台面的耐磨性，许多厂家想了不少办法。一般要经过淬火和精磨，有的镀铬;精磨抛光的耐磨垫板还可以随时更换垫板。此外，还有的在台面设置支撑辊或气控滚轮以减少摩擦。还有在台面开设喷气孔的气浮工作台台面，在单面进给而且床面上无托辊的情况下使用，高压空气从中部工作台台面喷出以实现无摩擦进料。2.2 压紧机构四面刨床的压紧机构主要包括位于工件上方防止工件跳动的各种压辊和压板装置，以及位于工件侧面的侧向压紧装置，四面刨床的上刀轴与单面压刨床的刀轴一样，设有前后压紧器并常做成压板形式。后压紧器压板工作时的升降量很小，可以使用弹簧片或压板，后者通过弹簧施加一定的压力。前压紧器压板在升降不大的场合可采用的普通型压板上升时略靠近刀轴;但在遇到工件厚度变化较大、前压板升起量较大时，则普通型压板就有可能碰触旋转刀具的危险，有些机床采用了“后倾式”前压紧器。四面刨床前压紧机构的作用主要为:a.防止工件撕裂:在工件切削部位前端施加一定的压力，防止在刀具逆铣的作用力下工件产生顺纤维方向撕裂。因此要求压紧力的作用点必须紧靠在工件切削部位。b.防止切削过程工件振动 :在工件切削部位前端施加一定压力，防止因刀具间歇逆铣产生的跳动分力导致工件振动。因此也同样要求压紧力作用点应尽量靠近切削部位。c.良好的工件导入性能 :由于四面刨床工件进给是由进料辊带动工件来实现(柔性进给)，前压紧机构在实现防撕裂、防振动的前题下，还应尽量减少对工件进给机构产生过大阻力。除此之外前压紧机构还应具备良好的导屑性能以及调整方便适应性强等特点。目前国内外四面刨生产厂家采用的前压紧机构从结构划分为二种类型：a.摆杆机构;b.平行四边形四连杆机构。这二种类型有着自己的特点，在采用上也是以不同时期的加工主流以及设备所针对的不同加工形式而确定。以下针对工作过程所产生的工件导入阻力 f 与工件所需的压紧力 F 的关系，以及压紧力作用点与切削出口处的距离Z 与切削深度之间的关系进行分析。摆杆式压紧机构是从木工压刨床前压紧机构(图 2-1)演变而成，由于四面刨床结构空间的限制，它采用了短摆臂结构(图 2-2)，前压紧器对工件进给产生的导入阻力f，本文中的导人阻力 f 只计算机构上升对工件产生的除摩擦力外的进给阻力，即压紧机构对工件作用力的水平分力，如下式:f= A=Ssin+(T -t )河北机电职业技术学院毕业设计（论文）6图 2.1 压刨压紧由于机构在施加 F 及作用点后不能随时改变，因此:BF=FScos刀 轴 护 罩 调 压 螺 杆 压 紧 座限 位 块压 紧 器图 2.2 四面刨摆杆压紧机构当压紧角 a 增大时，工件导人性能提高，然而压紧位 Z 却增大;b.当要求最大切削深度 T 较大时，压紧位 Z 的变化幅度增加，由于该结构的限制， a 角无法设计过小。直至在切削量 t 较小因 Z 值过大无法起到防止工件撕裂及振动的作用。随着四面刨床成型面加工的增加，对最大切削深度 T 的要求也不断提高，而且薄工件(易振动)切削要求的提高，为防止工件撕裂及振动，Z 值一般要求小于 25mm，因刀 轴 压 簧 调 压 螺 杆 压 紧 器 刀 轴 压 簧 调 压 螺 杆压 紧 器河北机电职业技术学院毕业设计（论文）7此摆杆式压紧机构逐步不能适应设备的要求。四连杆压紧机构，四连杆压紧机构是在摆杆机构的基础上发展起来的，见图 2-3其的是减少压紧间距 Z 起到更好的防撕裂及振动的较果。由于采用了连杆机构，使得压块升降几乎可达到垂直升降的效果，同时采用了分体可调式压紧块，当刀具直径及切削深度变化较大时，可采用调整压紧块的方式来达到较佳的压紧位置。工件的导人位置(B 值)应尽量后移(B 值增大)。因此工件的导入靠压紧块预加工的切角 来实现。在保证工件最大切削深度的前提下, 角应尽量小有利于工件的导入，因此当工件切削深度变化较大时，应及时调整压紧机构的高度。压紧机构 Z，从图中可以看出，由于连杆可以设置成在进给初始位置时(或平均切削深度时)与进给方向平行，因此压紧块基本不产生(或产生少量)向刀轴靠近方向的位移。因此 Z 值一般为: Z=, 当刀具直径 D=120mm、 t =2mm,=5mm 时，设计 T=l0mm，则 Z=22.8 mm;设计 T=20mm，则 Z = 38.8mm。图 2.3 连杆压紧机构从以上两种结沟的数据可以看出，四连杆压紧机构无论导入性以及压紧位置均比摆杆压紧机构优越，因此目前四面刨床生产厂家大多采用了该机构作为压紧机构;但从以上两方面分析可以看出，四连杆压紧机构并非完美无缺，其压紧位置 z 还存在着较大的变化范围，用户必须经常调整压紧块的位置才能保持较好的工件状态。2.3 进给机构的设计综观国内外通用型四面木工刨床进给机构的型式，可将其分为三种类型:集中式进给机构、分散式进给机构和组合进给机构。对此三种进给机构的特点予以分析。 刀 头限 位 块 摆 杆连 杆压 簧压 紧 器 座调 压 螺 杆护 罩河北机电职业技术学院毕业设计（论文）8（1）分散式进给机构由沿工作台纵向分布的 5 个上弹性齿形金属进给辊筒和上水平刀轴后的 1 个上弹性金属光辊筒构综观国内外通用型四面木工刨床进给机构的型式，可将其分为三种类型:集中式进给机构、分散式进给机构和组合进给机构。对此三种进给机构的特点予以分析。（2）集中式进给机构集中式进给机构，由安装在机床工作台的上、下几对齿形金属进给辊筒构成。这几对进给辊筒位于机床上第 1 个刀头(轴)之前。第 1 个刀头因四面木工刨床具体型号不同，分为上水平刀轴或下水平刀轴，亦可能是左或右立刀头。这种型式的进给机构比较多见，优点是结构简单。但是，它对于相继进给的 2 个工件的端头之间常常产生端压力;即所谓工件“啃头”现象;当相继进给的工件相脱离时，又常常出现工件停止不前的现象。这些弊端均会影响加工工件的质量，严重时会产生废品。故此种进给机构成。常规的定型设计为六个进给辊筒 (1 个光辊筒， 5 个齿形辊筒)这种型式的进给机构可以克服集中进给机构的缺陷。工件沿光滑的工作台面送进，可以提高工件加工质童和精度。但是，这种进给机构也不是完全可靠的。若工件含树脂量或含水率高时，进给速度不够稳定，影响机床生产率或加剧进给棍简的磨损。这可由其进给力计算式来说明。此型式进给机构的进给力简化计算式为:(2.3）式中 N进给辊筒的压紧力(正压力)，f1进给辊筒与工件间的咬合系数，P1每个进给辊筒的牵引力，P1=Nf1；f2工件与工作台间的摩擦系数，P2工件与工作台间的摩擦阻力:P2=Nf2；n进给辊筒的数目。由式(1)可见，若工作与工作台间摩擦系数增大了(有树脂时)或辊筒与工件间咬合系数降低了(辊筒齿形磨损了或工件含水率高时)，此时差值(f1-f2)减小了，在其它条件的情况下，进给力降低了，可能会因进给力减小而克服不了进给阻力，导致工件停止不前果采用增大辊筒压紧力来增加辊筒与工件间的咬合系数，从而增大进给力的方法不尽合理，因为这样会引起进给辊筒表面的快速磨损，因而更大大降低咬合系数 f1。所以，研制更为合理的具有更大进给力的新型进给机构是一新课题。（3）组合式进给机构组合式进给机构，该机床具有 8 个上进给辊筒(6 个齿形辊筒，2 个光辊筒)和三个下进给辊筒(1 个齿形辊筒，2 个光辊筒)。组合式进给机构的特点是增多了上和下进给辊筒的数目。在工件经过切削刀轴之后为光辊筒进给，在工件切削之前由齿形进给辊筒进给。河北机电职业技术学院毕业设计（论文）9此型式进给机构的进给力由以下几部分构成:第一对上下辊筒的进给力 2Nf1第二对上下辊筒的进给力 N(f1-f2)第三至 7 对上下辊筒进给力 5N(f1-f2)第 8 对上下辊筒进给力 N(f1+f2) 在其它条件均相同的条件下、5.4N/2.4N=2.25，即本文所述的组合式进给机构的进给力是分散式进给机构进给力的 2.25 倍(若本例的分散式进给机构再增加二个上进给辊筒，或组合式进给机构减少二个上进给辊筒，则组合式进给机构的进给力分别是分散式进给机构进给力的 1.68 和 1.41 倍。)从木材切削原理来分析，在这二种进给机