1、立式单轴木工铣床设计摘要木工机械是指在木材加工工艺中，将木材加工的半成品加工成为木制品的一类机床。家具机械是木工机械的重要组成部分。木工机床加工的对象是木材。木材是人类发现利用最早的一种原料，与人类的住、行、用有着密切的关系。人类在长期实践中积累了丰富的木材加工经验。木工机床正是通过人们长期生产实践、不断发现、不断探索、不断创造而发展起来的。木家具是指用木制材料制成的用具。根据其结构可分为框架式家具和板工家具两大类。典型框架式家具的结构为榫卯结构， ，材料为天然实木板、方材，如红木家具、明式家具、清式家具、实木餐桌椅等。典型的板式家具是指以人造板为材料，结构采用连接件、圆榫等方式连接的家具。目
2、前木加工制品在人们的生活当中应用越来越多，因此近些年来木加工行业得到了飞速发展，对木工机械的加工精度和加工效率越来越高，本次设计的立式单轴木工铣床主要是用来完成成形铣削、加工榫头和端面。立式单轴铣床的主要结构是有动力机构、传动机构、夹紧机构和进给机构四个部分组成，具体说，它将包括电动机、皮带传动装置、卡具、直线导轨等部件和组成。本设计的内容主要是掌握机床的技术要求极其工作特点，对该机床进行总体方案的设计、零部件的设计和标准件的选择。方案设计的主要任务有两点：一是结合产品的技术要求和需要的具体条件确认设备的机械机构；二是完成对设备的结构参数和力参数的计算。通过方案的实施初步完成机床的设计，通过对
3、各个部件的校核来确保该方案的可行性。关键字：木工机械； 铣床； 成型铣削目录第 1 章 绪论 .11.1 选题的目的及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 发展趋势 .31.4 立式单轴木工铣床的特点 .41.5 主要技术参数 .4第 2 章 总体设计方案 .52.1 传动装置的设计 .52.2 工件的夹紧装置的设计 .52.3 机身的设计 .52.4 本章小结 .5第 3 章 切削力计算 .63.1 速度计算 .63.2 功率计算 .63.3 选择电机 .93.4 计算装置的总传动比 .103.5 计算传动装置的运动和动力参数 .103.6 本章小结 .10第 4 章 皮带传动设计计
4、算及参数选择 .114.1 确定计算功率 （kW） .114.2 选定带型 .124.3 确定带轮直径 、 .121 24.4 确定中心距 a 和带长 .134.5 验算小带轮包角 .1314.6 确定 V 带根数 .134.7 计算单根 V 带初拉力 .1404.8 计算对轴的压力 .144.9 本章小结 .14第 5 章 主轴的设计 .155.1 轴径的初步估算 .155.2 轴的结构设计 .155.3 轴的强度校核 .165.3.1 轴的疲劳强度校核 .195.4 本章小结 .20第 6 章 轴承的选择和计算 .216.1 轴承的选用 .216.2 轴承的寿命计算 .216.3 本章小结
5、 .23第 7 章 机床的使用和保养 .247.1 润滑的作用 .247.2 机床的保养 .25结论 .26致谢 .27参考文献 .28附录 .291第 1 章 绪论1.1 选题的目的及意义我国木工机械行业今年来一直高速发展，在国际行业处于领先地位。生产的木工机械，不仅国内使用，还大量的出口国外，并成了世界贸易的主要组成部分。随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，板式家具在人民生活中的地位也越来越重要，应用越来越广泛。而立式单轴铣床正是随着板式家具的兴起而越来越兴旺。由于工厂规模的限制，小型的立式单轴铣需求量成为木工机械中的佼佼者。立式单轴木工铣床具有生产效率高，机床结构紧凑，占地面积小，操
6、作灵活方便等特点，它的出现大大的减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。立式单轴木工铣床只要用于完成成形铣削、加工榫头和端面等工序的作业，尤其是对断面成型的加工灵活方便，同事成型铣削质量好，生产效率高。板式部件的连接大量的采用圆榫，五金零件逐步取代了其它结合方式。以适应板式家具流水线的需要和连接方便的特点。1.2 国内外研究现状伦教木工机械起步于上世纪 80 年代初。当时伦教有一定的机械加工能力，随着顺德家具业兴起，原始型木工机械应运而生。进入 90 年代开始发展，不断吸收引进东北、华东、台湾的先进技术，实现产品更新换代。1997 年以后借助技术创新、机电一体化、会展经济等的内外延发展推动，迎来
7、了跨越式的进步，在国内木工机械行业中占有举足轻重的地位，目前以成为中国木工机械行业最大的制造基地。2004年，伦教的木工机械行业总产值为 10.04 亿元，拥有制造企业 78 家，配套企业 16家，从业人员近万人。产品主要有四面刨、多排刨、冷热压机、木地板生产线以及各种系列实木家具、纤维板家具的生产设备，产品主要销往全国各地、欧美和东南亚。2004 年木工机械销售贸易总额占全省的 60%，全国的 30%，年出口产品额为1200 万美元。伦教的木工机械行业已经出现了专业化生产的趋势，各企业之间有侧重的发展方2向，为整机生产配套刀具、锯片、进料机、刀头组合等。如“富豪” 、 “锐亚”成为了“中国木
8、工机械四面刨王国” ， “马氏”成为了木工机械高速轴生产基地， “银光”成为了木材粗加工机械的排头兵。 “威德力” 、 “同安”成为了木制品冷、热压机床系列专业厂，在深圳经营木工刀具长达 10 年之久、产品品质已达国际先进水平的“润祥”公司，到伦教投资后仍然专做刀具。此外，伦教木工机械制造行业出现了两种发展倾向，一方面规模企业产品向大型、重型机械发展，与此同时，另一方面涌现出十余家新办的木机厂，它们迅速填补通用、小型产品的空白，使木工制造业出现了分层次梯度发展的鲜明特点。不少企业已近意识到专业化分工协作是降低成本、减少恶性竞争，把产品做精做专做出品牌的必由之路。据2013-2017 年中国木工
9、机械行业产销需求与投资预测分析报告 部分数据显示八五到九五期间，伦教均保持着惊人的发展速度，工农业总产值年均递增30.4%。2004 年实现地区生产总值 40.15 亿元，同比增长 18.4%，其中三大产业比例为 8.74:70.98:20.28，工业总产值 205 亿元，同比增长 41.3%，出口产值 19.88 亿美元，同比增长 47%，比 2001 年翻了一番。伦教街道拥有工业企业 413 家，从业人员75000 人，其中三资企业 143 家，出口产值占工业生产总值的 50% 以上。2001 年伦教被省科技厅认定为广东省专业镇技术创新试点。（1）制造质量、技术性能和可靠性普遍提高。在结构
10、设计方面，讲求紧凑实用。采用计算机优化设计和组成技术设计，对机床的实用安全性、操作、维修、运输方面和舒适性、色调和环境的和谐性、醒目的安全和危险标志、制造的工艺性、外形的美观和人机工程原理方面都给予足够重视。很多厂家都采用了现代化的计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助质量保障系统（CAQ） 、计算机辅助规划（CAP） 、计算机辅助制造（CAM）和计算机控制（ CNC）等技术。（2）在进一步完善、发展适合少品种、少规格大批量生产木制品的各类专门化自动生产线、联合机的同时、适用于加工小批量、多变种的木工机械和木材加工机组有较快的发展。（3）木工刀具在品种规格、精度、耐用度、新材料和新技术的应用等
11、方面的发展很受重视。（4）对科研、教育和新技术、产品开发和投资非常重视。木工机械国际市场的3竞争在很大程度上是科学技术的竞争。1.3 发展趋势伴随着科学技术的不断地发展，新技术、新材料、新工艺不断涌现。伴随着我国加入 WTO 的脚步，我国木工机械装备水平与国外的差距会越来越小，国外的先进技术和设备会不断涌入，对国内木工机械而言，挑战与机会并存。电子技术、数字控制技术、激光技术、微波技术以及高压射流技术的发展，给家具机械的自动化、柔性化、智能化和集成化带来了新的活力，使机床的品种不断增加，技术水平不断地提高。高速铣削技术是目前木工机械发展的主要趋势，它是将计算机数控技术应用于木材加工机械产品中，
12、结合木材加工高速铣削的特性要求，实现加工刀具在各坐标轴之间内联动插补运动，以达到加工程序要求的精确位置和高速度，从而保证加工部件的质量和实现加工复杂的形状，提高加工产品的精确度。国内的发展趋势有以下几点： （1）提高机床的可靠性由于木工机床较复杂，成本也较高，因此它的可靠性是历来使用者所关心的问题。要使机床不仅好用，而且耐用，机床设计必须合理。（2）提高加工精度和表面加工质量由于木制品的精度和表面粗糙度要求的提高和木工机床本身的精度与机床寿命密切相关，因而，木工机床精度的确定，必须保证达到最大的经济效益。要提高机床的加工精度和表面加工质量，就要提高机床的传动精度和抗震性。提高机床的抗震性，不只
13、是要增加刚度，重要的是减少引起震动的因素，如减少高速传动件数量并提高其平衡水平。（3）改善操作的方便性和舒适性现代机床应尽量减轻操作者的体力和脑力劳动强度，使操作者操作机床感到轻松，舒适。为此设计者要特别注意掌握人机工程学和机床艺术造型的理论。（4）提高机械化和自动化水平为了减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和保证加工精度及精度的稳定性，机4床应尽量提高机械化、自动化水平。当前主要是实现辅助工序（供料，卸料，检验，中间输送）的机械化和自动化。（5）工序集中工序集中即在机床上对木件进行一次装夹和定位中就可以完成多工序的加工。由于避免了多次定位带来的定位误差，提高了加工精度，也节省了辅助时间。多工
14、序同时加工，切削时间重合，将大大提高劳动生产率，如具有立式多片圆锯机构的跑车带锯机，具有卧式多片圆锯机构的卧式带锯机，都是经过一次装夹完成规格板，方才加工的。1.4 立式单轴木工铣床的特点 此机床是木材加工机械产品中，结合木材加工高速铣削的特性要求，实现刀具固定，通过手工送料实现加工过程，通过更换不同的刀具，达到加工不同形状，提高加工产品技术附加值。立式单轴木工铣床为通用的木材加工设备，在木材生产中占有相当大的比例。机床包括机身、工作台、带刃切削刀头。根据用途木工铣床的传动方式主要为主轴电机直接驱动和主轴转动并与进给传动相结合，其中主轴直接驱动和手工进给最为常见。主轴固定不动，通过更换不同的刀
15、具，通过手动来实现进给，它能保证加工面的粗糙度及加工面的深度。木工铣床多采用连续加工，刀具和主轴采用皮带和电机连接，刀具转速在 4500r/min。工件的进给采用人工手动进给。可以说，家具加工行业的发展促进了该机床的进一步完善，而立式单轴木工铣床的出发和发展又促进了木材加工行业的发展。立式单轴铣床成为各个家具厂需求设备。特别是随着今年来乡镇木工企业如雨后春笋般的出现和蓬勃发展，立式单轴木工铣床将会有更为广阔的市场和发展空间。所以设计并改进立式单轴木工铣床是十分必要的。1.5 主要技术参数（1）铣刀直径：125mm（2）主轴转速：4500r/min（3）工作台尺寸：1200*600mm（4）电机
16、功率：3.0KW5（5）操作高度：850mm第 2 章 总体设计方案2.1 传动装置的设计本次设计的立式单轴木工铣床主运动为刀具的旋转运动，进给运动由人工手动控制。为了确保工件运动的准确性，本机床采用了靠板，本机床为木工机床，体积和功率较小，考虑到机床工作时的特点和对工作环境的考虑，并且机床占地面积不大，所以刀具与电机之间采用皮带传动以节省空间，再者刀具在工作时转速在 4500r/min以上，考虑用齿轮传动难以适应如此高速的转速，所以综合考虑采用皮带传动。2.2 工件的夹紧装置的设计为了确保夹紧可靠，动作迅速，操作简便，维护简便，较小成本。该铣床的夹紧采用四轮八速送料机夹紧，同时，用辅以人工固
17、定。2.3 机身的设计机身由支座、横梁等组成，为了保证机床的刚度与稳定不变形，底座由钢板冲压成矩形并焊接使其具有足够的刚度，机身其它部分都采用焊接而成。整体采用槽钢，从而大大节省了材料，简化了机身，减轻了机身自重，详细的机构见装配图。2.4 本章小结本章介绍了机床的总体设计方案，对机床的功能进行了讲解，并对各个部件的选取进行了说明，其中包括我对我任务总的要求做出了自己的设计方案和理念。6第 3 章 切削力计算3.1 速度计算速度计算主要包括刀具的切削速度和加工时的进给速度，通过对机床的工作技术参数要求，进行分析计算确定各个速度，进一步选取部件。（1） 切削速度 vV = （3-61041）式中
18、： D = 铣刀直径 mmn = 铣刀转速 r/min刀具的最大切削速度：=29.437m/s（2）进给速度 UU = （3-10002）该机床 一般取（0.1-0.5）mm/r 。=45000.1/1000 = 0.45 m/min=45000.5/1000 = 2.25 m/min3.2 功率计算（1）切削功率 = （KW） （3-3）10007式中： K 切削比功（ ） ；3q 每分钟切下的切削体积（ ） ；3q = ( （3-4）24+0.13)D 刀具直径（ cm） ；U 进给速度（ ） 。（2）切削比功 K切削比功可根据下式确定K =0式中 系数。表 3.1 列出了每刀进给量 对切削比功 K 影响的修正系数 ,0 同时也列出了白桦及云杉 值，对其他树种的木材必须在乘以树种修正系数。0 铣削深度修正系数 （见表 3-2） ； 刀具侧刃数修正系数（见表 3-3） ； 刀具前角的修正系数（见表 3-4） ； 切削直径的修正系数（见表 3-5） 。根据上各表确定 K 值，并求出每秒切削体积 q，按公式可求得切削功率。
