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哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
銑槽機床設(shè)計
摘要
木工機械是指在木材加工工藝中，將木材加工的半成品加工成為木制品的一類機床。家具機械是木工機械的重要組成部分。
木工機床加工的對象是木材。木材是人類發(fā)現(xiàn)利用最早的一種原料，與人類的住、行、用有著密切的關(guān)系。人類在長期實踐中積累了豐富的木材加工經(jīng)驗。木工機床正是通過人們長期生產(chǎn)實踐，不斷發(fā)現(xiàn)、不斷探索、不斷創(chuàng)造而發(fā)展起來的。
木家具是指用木制材料制成的用具。根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為框架式家具和板工家具兩大類。典型框架式家具的結(jié)構(gòu)為榫卯結(jié)構(gòu)，材料為天然實木板、方材，如紅木家具、明式家具、清式家具、實木餐桌椅等。典型的板式家具是指以人造板為材料，結(jié)構(gòu)采用連接件、圓榫等方式連接的家具。
目前木加工制品在人們的生活當(dāng)中應(yīng)用的越來越多，因此近些年來木加工行業(yè)得到了飛速發(fā)展，對木工機械的加工精度和加工效率越來越高，本次設(shè)計的木工銑槽機床主要是用來完成兩木料連接處榫槽的加工，兩個木料通過銑削出來的槽配合榫的使用，以完成兩木料的連接固定。銑槽機床的主要結(jié)構(gòu)是有動力機構(gòu)、傳動機構(gòu)、夾緊機構(gòu)和進(jìn)給機構(gòu)四部分組成，具體的說，它將包括電動機、皮帶傳動裝置、卡具、直線導(dǎo)軌等部件和組件。本課題所設(shè)計的內(nèi)容主要是掌握機床的技術(shù)要求及其工作特點，對該機床進(jìn)行總體方案的設(shè)計、零件的設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇。方案設(shè)計的主要任務(wù)有兩點:一是結(jié)合產(chǎn)品的技術(shù)要求和需要的具體條件確認(rèn)設(shè)備的機械結(jié)構(gòu);二是完成對設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力參數(shù)的計算。通過方案的實施初步完成機床的設(shè)計，通過對各個部件的校核來確保該方案的可行性。
關(guān)鍵詞 木工機械；銑床；槽加工；連接榫槽；木材銑削
Design of Flute Milling Machine
Abstract
Woodworking machinery is to point to in the wood processing technology, will become a wood products of wood processing semi-finished products processing of machine tools. Furniture machinery is an important part of woodworking machinery.
Woodworking machine processing object is wood. Wood is a kind of raw material, using the earliest humans found with human lives, the line, with has the close relation. Human beings in the long-term practice has accumulated rich experience in wood processing. Woodworking machine is through the long-term production practice, and constantly find, continuously explore and constantly creating and developing.
Wood furniture is made of wooden materials. According to its structure can be divided into the frame type furniture and board two kinds big. Typical structure of mortise and tenon joint structure, frame type furniture materials for natural solid wood, timber, such as mahogany furniture, bright type furniture, clear pattern furniture, solid wood chair, etc. Typically refers to man-made board, board type furniture structure using the furniture fittings, round tenon connection.
With the use of woof production and rapid development of woof working recently, the demand of precision and productivity on wood becomes higher and higher. Woodworking groove milling machine used to complete the tenon slot processing of two timber connection, with the use of the groove of tenon fitting to complete the connection and fixation of two timber. Plate cutter main structure are dynamic , drive, clamping and feeding mechanism of four elements, specifically, It includes motor, a belt transmission device, fixtures, linear guide and so on. The topics are mainly designed to master the technical requirements of machine tools and their work features, machine overall program design, the parts design and choice of standard parts. Design of two main tasks: First, according to the technical requirements and the specific needs of products to confirm structure of mechanical equipment; Second, the completion of equipment parameters and the force parameters of the calculation. Through the implementation of the program completed initial machine design, the various components of the check to ensure the feasibility of the program.
Keywords Wood Machine; Milling Machine; Connective Tenon; Wood-milling
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- I -
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題的目的及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3 發(fā)展趨勢 2
1.4 木工銑槽機床的特點 2
1.5 主要技術(shù)參數(shù) 3
第2章 總體設(shè)計方案 4
2.1 木工銑槽機床構(gòu)成 4
2.2 傳動裝置的設(shè)計 4
2.3 工件的加緊裝置的設(shè)計 5
2.4 機身的設(shè)計 5
2.5 本章小結(jié) 6
第3章 切削力的計算 7
3.1 速度計算 7
3.2 功率計算 7
3.3 選擇電機 10
3.4 計算裝置的總傳動比 10
3.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 10
3.6 本章小結(jié) 11
第4章 皮帶傳動設(shè)計計算及參數(shù)選擇 12
4.1 確定計算功率（kW） 12
4.2 選擇帶型 13
4.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 13
4.4 確定皮帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距 13
4.5 演算主動輪上的包角 14
4.6 計算皮帶根數(shù) 14
4.7 計算初拉力 14
4.8 計算軸上的壓力 14
4.9 本章小結(jié) 14
第5章 主軸的設(shè)計 15
5.1 軸徑的初步估算 15
5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
5.3 軸的強度校核 15
5.3.1 軸的疲勞強度校核 17
5.3.2 軸的靜強度校核 18
5.4 本章小結(jié) 19
第6章 軸承的選擇與計算 20
6.1 軸承的選用 20
6.2 軸承的壽命計算 20
6.3 本章小結(jié) 22
第7章 機床的使用與保養(yǎng) 23
7.1 潤滑的作用 23
7.2 機床的保養(yǎng) 23
結(jié)論 24
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
附錄A 27
附錄B 32
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- III -
第1章 緒論
1.1 選題的目的及意義
我國木工機械行業(yè)近年來一直高速發(fā)展，在國際行業(yè)處于領(lǐng)先地位。生產(chǎn)的木工機械，除供國內(nèi)使用，還大量出口國外，并成了世界貿(mào)易的主要組成部分。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)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來越重要，應(yīng)用越來越廣泛。而木工榫槽機床正式隨板式家具的興起而越來越興旺。由于工廠規(guī)模的限制，小型榫槽機床的需求量成為鉆孔機中的佼佼者。
銑槽機床具有生產(chǎn)效率高，定位精度高，機床結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，操作靈活方便等特點，它的出現(xiàn)大大地減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。
銑槽機床主要用于圓孔，圓榫孔，補節(jié)孔等工序的作業(yè)，尤其是對多孔零部件的加工更為靈活方便，同時鉆孔質(zhì)量好，生產(chǎn)效率極高。
板式部件的連接大量采用圓榫，五金零件并逐步取代了其他結(jié)合方式。以適應(yīng)板式家具流水線的需要和連接方便的特點。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
倫教木工機械起步于上世紀(jì)80年代初。當(dāng)時倫教有一定的機械加工能力，隨著順德家具業(yè)興起，原始型木工機械應(yīng)運而生。進(jìn)入90年代開始發(fā)展，不斷吸收引進(jìn)東北、華東、臺灣的先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。1997年以后借助技術(shù)創(chuàng)新、機電一體化、會展經(jīng)濟等的內(nèi)外延發(fā)展推動，迎來了跨越式的進(jìn)步，在國內(nèi)木工機械行業(yè)中占有舉足輕重的地位，目前已成為中國木工機械行業(yè)最大的制造基地。 2004年，倫教的木工機械行業(yè)總產(chǎn)值為10.04億元，擁有制造企業(yè)78家，配套企業(yè)16家，從業(yè)人員近萬人。產(chǎn)品主要有四面刨、多排刨、冷熱壓機、木地板生產(chǎn)線以及各種系列實木家具、纖維板家具的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品主要銷往全國各地、歐美和東南亞。2004年木工機械銷售貿(mào)易總額占全省的60%，全國的30%，年出口產(chǎn)品額為1200萬美元。
倫教的木工機械行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)的趨勢，各企業(yè)之間有側(cè)重性的發(fā)展方向，為整機生產(chǎn)配套刀具、鋸片、進(jìn)料機、刀頭組合等。如“富豪”、“銳亞”成為了“中國木工機械四面刨王國”，“馬氏”成為了木工機械高速軸生產(chǎn)基地，“銀光”成為木材粗加工機械的排頭兵?！巴铝Α薄ⅰ巴病背蔀榱四局破防?、熱壓機床系列專業(yè)廠，在深圳經(jīng)營木工刀具長達(dá)10年之久、產(chǎn)品品質(zhì)已達(dá)國際先進(jìn)水平的“潤祥”公司，到倫教投資后仍然專做刀具。此外，倫教木工機械制造行業(yè)出現(xiàn)了兩種發(fā)展傾向，一方面規(guī)模企業(yè)產(chǎn)品向大型、重型機械發(fā)展，與此同時，另一方面涌現(xiàn)出十余家新辦的木機廠，它們迅速填補通用、小型產(chǎn)品的空白，使木工制造業(yè)出現(xiàn)了分層次梯度發(fā)展的鮮明特點。不少企業(yè)已經(jīng)意識到專業(yè)化分工協(xié)作是降低成本、減少惡性競爭，把產(chǎn)品做精做專做出品牌的必由之路。
據(jù)《2013-2017年中國木工機械行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報告》部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示八五到九五期間，倫教均保持著驚人的發(fā)展速度，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值年均遞增30.4%。2004年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值40.15億元，同比增長18.4%，其中三大產(chǎn)業(yè)比例為8.74：70.98：20.28，工業(yè)總產(chǎn)值205億元，同比增長41.3%，出口產(chǎn)值19.88億美元，同比增長47%，比2001年翻一番。倫教街道擁有工業(yè)企業(yè)413家，從業(yè)人員75000人，其中三資企業(yè)143家，出口產(chǎn)值占工業(yè)生產(chǎn)總值的50%以上。2001年倫教被省科技廳認(rèn)定為廣東省專業(yè)鎮(zhèn)技術(shù)創(chuàng)新試點。
（1）制造質(zhì)量、技術(shù)性能和可靠性普遍提高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，講求緊湊實用。采用計算機優(yōu)化設(shè)計和組成技術(shù)設(shè)計，對機床的使用安全性、操作、維修、運輸方便和舒適性、色調(diào)和環(huán)境的和諧性、醒目的安全和危險標(biāo)志、制造的工藝性、外形的美觀和人機工程原理方面都給予足夠重視。很多廠家都采用了現(xiàn)代化的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助質(zhì)量保障系統(tǒng)（CAQ）、計算機輔助規(guī)劃（CAP）、計算機輔助制造（CAM）和計算機控制（CNC）等技術(shù)。
（2）在進(jìn)一步完善、發(fā)展適合少品種、少規(guī)格大批量生產(chǎn)木制品的各類專門化自動生產(chǎn)線、聯(lián)合機的同時，適用于加工小批量、多變種的木工機械和木材加工機組有較快的發(fā)展。
（3）木工刀具在品種規(guī)格、精度、耐用度、新材料和新技術(shù)的應(yīng)用等方面的發(fā)展很受重視。
（4）對科研、教育和新技術(shù)、產(chǎn)品開發(fā)和投資非常重視。木工機械國際市場的競爭在很大程度上是科學(xué)技術(shù)的競爭。
1.3 發(fā)展趨勢
伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷地發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)。伴隨我國加入WTO的腳步，我國木工機械裝備水平與國外的差距會越來越小，國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備會不斷涌入，對國內(nèi)木工機械而言，挑戰(zhàn)與機會并存。電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、激光技術(shù)、微波技術(shù)以及高壓射流技術(shù)的發(fā)展，給家具機械的自動化、柔性化、智能化和集成化帶來了新的活力，使機床的品種不斷增加，技術(shù)水平不斷提高。
高速銑削技術(shù)是目前木工機械發(fā)展的主要趨勢，它是將計算機數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于木材加工機械產(chǎn)品中，結(jié)合木材加工高速銑削的特性要求，實現(xiàn)加工刀具在各坐標(biāo)軸之間內(nèi)聯(lián)動插補運動，以達(dá)到加工程序要求的精確位置和高速度，從而保證加工部件的質(zhì)量和實現(xiàn)加工復(fù)雜的形狀，提高加工產(chǎn)品的精確度。國內(nèi)的發(fā)展趨勢有以下幾點：
（1）提高機床的可靠性
由于木工機床較復(fù)雜，成本也較高，因此它的可靠性是歷來使用者所關(guān)心的問題。要使機床不僅好用，而且耐用，機床設(shè)計必須合理。
（2）提高加工精度和表面加工質(zhì)量
由于木制品的精度和表面粗糙度要求的提高和木工機床本身的精度與機床壽命密切相關(guān)，因而，木工機床精度的確定，必須保證達(dá)到最大的經(jīng)濟效益。
要提高機床的加工精度和表面加工質(zhì)量，就要提高機床的傳動精度和抗振性。提高機床的抗震性，不只是要增加剛度，重要的是減少引起震動的因素，如減少高速轉(zhuǎn)動件的數(shù)量并提高其平衡水平。
（3）改善操作的方便性和舒適性
現(xiàn)代機床應(yīng)盡量減輕操作者的體力和腦力勞動強度，使操作者操作機床感到輕松，舒適。為此設(shè)計者要特別注意掌握人機工程學(xué)和機床藝術(shù)造型的理論。
（4）提高機械化和自動化水平
為了減輕工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率和保證加工精度及精度的穩(wěn)定性，機床應(yīng)盡量提高機械化，自動化水平。當(dāng)前主要是實現(xiàn)輔助工序（供料，卸料，檢驗，中間輸送）的機械化和自動化。
（5）工序集中
工序集中即在機床上對木件進(jìn)行一次裝夾和定位中就可以完成多工序的加工。由于避免了多次定位帶來的定位誤差，提高了加工精度，也節(jié)省了輔助時間。多工序同時加工，切削時間重合，將大大提高勞動生產(chǎn)率，如具有立式多片圓鋸機構(gòu)的跑車帶鋸機，具有臥式多片圓鋸機構(gòu)的臥式帶鋸機，都是經(jīng)過一次裝夾完成規(guī)格板，方才加工的。
1.4 木工銑槽機床的特點
此機床是木材加工機械產(chǎn)品中，結(jié)合木材加工高速銑削的特性要求，實現(xiàn)加工刀具在各坐標(biāo)軸空間內(nèi)聯(lián)動的直線插補運動，以達(dá)到加工程序要求的精確位置和高速度，從而保證加工部件的質(zhì)量和實現(xiàn)加工復(fù)雜的形狀，提高加工產(chǎn)品技術(shù)附加值，木工榫槽機床為通用的木材加工設(shè)備，在木材生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的比例。機床包括機身、壓緊器的工作臺和帶切削刀頭的刀架。根據(jù)用途木工銑床的傳動方式主要為主軸電機直接驅(qū)動和主軸傳動并與進(jìn)給傳動為結(jié)合，其中主軸直接驅(qū)動和手動進(jìn)給最為常見。主軸用直線運動導(dǎo)軌來實現(xiàn)開槽運動與導(dǎo)軌相比有顯著的優(yōu)越性，它能保證加工面的粗糙度及加工底面的深度。木工銑床多數(shù)是連續(xù)加工，控制系統(tǒng)的特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標(biāo)同時進(jìn)行控制，它不僅可控制機床移動部件的起點和終點，而且還可以控制整個加工過程每一點的位移量。刀架是該機床最主要的部分，由于刀架布局的不同和機床的形式不同，通常刀架使該機床分為并列式與轉(zhuǎn)塔式。刀架的上下移動切削加工由交流伺服電機直接帶動精密絲杠傳動，使刀架在精密直線導(dǎo)軌上移動，達(dá)到銑削的深度和寬度的尺寸要求。機床上裝有兩個垂直鉆頭。兩個垂直鉆頭為，且兩刀具相對固定，具有橫向縱向兩自由度，兩鉆頭各由一個三相異步交流電機驅(qū)動，由于在木工加工中工作強度較輕，所以電機與刀具采用皮帶連接，刀具轉(zhuǎn)速在5000轉(zhuǎn)以上。刀具的進(jìn)給是采取人工手動進(jìn)給，為了保證加工的精度采用了擋鐵，以確保加工的深度。該機床的加緊機構(gòu)采用凸輪機構(gòu)，利用凸輪機構(gòu)的死點確保被加工件的固定。
可以說，板式家具的興起促進(jìn)了榫槽機床的產(chǎn)生同時也促進(jìn)了該機床的進(jìn)一步完善，而木工榫槽機的出現(xiàn)與發(fā)展又促進(jìn)了木材加工行業(yè)的發(fā)展，木工榫槽機成了各家具廠的需求設(shè)備。特別隨著，近年來鄉(xiāng)鎮(zhèn)木工企業(yè)如雨后春筍般的出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展，木工榫槽機床將會有更為廣闊的市場和發(fā)展的天地。所以設(shè)計并改進(jìn)木工榫槽機是十分必要的。
1.5 主要技術(shù)參數(shù)
（1） 刀具個數(shù)：2
（2） 兩刀具間距：20mm
（3） 加工榫槽尺寸：35×35× 9mm
（4） 機床總功率：0.75kw×2 = 1.5kw
（5） 刀具最高轉(zhuǎn)速：6000r/min
（6） 機床外型尺寸：861 ×x 539 × 1048mm
（7） 重量：約1000kg
第2章 總體設(shè)計方案
2.1 木工銑槽機床構(gòu)成
1.擋板 2.工件壓緊平臺 3．壓緊裝置 4.底座 5.刀具 6.移動平臺
7.電機工作平臺 8.電動機
圖2-1 銑槽機床結(jié)構(gòu)圖
此機床主要由兩部分構(gòu)成：工件壓緊平臺和刀具移動平臺。工件壓緊平臺主要有水平壓緊器和垂直壓緊器各兩個，配合擋板以確保被加工件的定位。刀具移動平臺主要由主電機、刀架、橫向移動平臺和縱向移動平臺，其中橫、縱向移動平臺都是由直向?qū)к壟浜匣瑝K使用。另外還有其它輔助部件其中包括底座、機架、刀具和電機，其中底座與地面采用地角螺栓連接，以確保在工作是整個機體的穩(wěn)定，機架采用角鋼焊接。由于此機器同時在一個被加工件上加工兩個槽，考慮到加工的準(zhǔn)確度和刀具在高轉(zhuǎn)速時減小振動，所以選用兩個相同型號的小型電機，并緊固于底座。
2.2 傳動裝置的設(shè)計
本次設(shè)計的木工榫槽機床主運動為刀具的橫向和縱向的交叉運動，進(jìn)給運動由人工手動控制。為了確保刀架運動的準(zhǔn)確性，本機床采用高精度直線滑塊導(dǎo)軌，由于采用了人工手動進(jìn)給，為了確保加工槽的深度和寬度，在設(shè)計時采用了擋鐵以確保刀具的行進(jìn)范圍，本機床為木工機床，體積和功率較小，考慮到機床工作時的特點和對工作環(huán)境的考慮，所以機床占地面積不大，刀架的空間大小和兩刀之間的距離有限，刀架與電機在同一運動平臺，所以限制了刀具平臺的大小，所以刀具與電機之間采用皮帶傳動以節(jié)省空間，再者刀具在工作時轉(zhuǎn)速在6000 r/min以上，考慮用齒輪傳動難以適應(yīng)如此高的轉(zhuǎn)速，所以綜合考慮采用皮帶傳動。
2.3 工件的加緊裝置的設(shè)計
為了確保夾緊可靠，動作迅速，操作簡便，維護(hù)簡便，減小成本。該銑床的夾緊采用凸輪機構(gòu)，利用凸輪機構(gòu)死點原理對工件進(jìn)行夾緊。其原理圖如圖2-2。
1.凸輪機構(gòu) 2.彈簧 3.夾緊手柄 4.橡膠墊片
圖2-2 壓緊器原理圖
由于機床在工作時刀具轉(zhuǎn)速高，切削力大，所以一定要確保被加工件的固定，為此機床上設(shè)置了四個壓緊器，兩個豎直兩個水平，以確保工件的固定。由于被加工件的加工端面為斜度是的斜面，所以為了確保加工精度采用擋鐵對被加工件進(jìn)行定位。詳細(xì)見裝配圖。
2.4 機身的設(shè)計
機身由支座、導(dǎo)軌、橫梁等組成，為了保證機床的剛度與穩(wěn)定不變形，底座由鋼板沖壓成矩形并焊接使具有足夠的剛度，機身其他部分都采用焊接而成。整體采用槽鋼，從而大大節(jié)省了材料，簡化了機身，減輕了機身的自重，詳細(xì)的機構(gòu)見裝配圖。
2.5 本章小結(jié)
本章介紹了機床的總體設(shè)計方案，對機床的功能進(jìn)行了講解，并對各個部件的選取進(jìn)行了說明，其中包括我對我任務(wù)中的要求做出的自己的設(shè)計方案和理念。
第3章 切削力的計算
3.1 速度計算
速度計算主要包括刀具的切削速度和加工時的進(jìn)給速度，通過對機床的工作技術(shù)參數(shù)的要求，進(jìn)行分析計算確定各個速度，進(jìn)一步選取部件。
（1） 切削速度 v
（3-1）
式中： D—鉆頭直徑mm
n—鉆頭轉(zhuǎn)速r/min
刀具的最大切削速度：
= =2.512 m/s
（2） 進(jìn)給速度U
m/min （3-2）
該機床一般取(0.1 ～ 0.5) mm/r。
=6000×0.1/1000 = 0.6 m/min
=6000×0.5/1000 = 3 m/min
3.2 功率計算
（1）切削功率
（KW） （3-3）
式中： — 切削比功（J/ ）;
— 每分鐘切下的切屑體積（/s）;
() （3-4）
— 鉆頭直徑（cm）;
— 進(jìn)給速度（mm/s）。
（2）切削比功K
切削比功可根據(jù)下式確定
=
式中—系數(shù).表3.1列出了每刀進(jìn)給量對切削比功K影響的修正系數(shù),同時也列出了白樺及云杉的值,對其他樹種的木材必須在乘以樹種修正系數(shù)。
— 鉆削深度修正系數(shù)（見表3-2）；
— 刀具側(cè)刃數(shù)修正系數(shù) （見表3-3）；
— 刀具前角的修正系數(shù) （見表3-4）；
— 切削直徑的修正系數(shù) （見表3-5）。
根據(jù)上各表確定值,并求出每秒切削體積,按公式可求得切削功率。
表3-1 每刀進(jìn)給量對切削比功K影響的修正系數(shù)
樹種
當(dāng)沒齒進(jìn)給量為下列值是的
0.01
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.15
0.30
0.35
0.40
0.45
云杉
8.2
16.2
10.6
7.12
5.48
4.61
3.15
2.88
2.68
2.52
2.41
2.32
白樺
26.3
12.5
8.11
5.60
4.50
3.24
2.76
2.36
2.11
1.95
1.86
1.83
表3-2 鉆削深度修正系數(shù)
樹種
鉆削深度為h（mm）時的修正系數(shù)
10
20
30
40
50
60
云杉
1.27
1.38
1.42
1.47
1.50
1.53
白樺
1.52
1.72
1.85
1.95
2.03
2.10
表3-3 刀具側(cè)刃數(shù)修正系數(shù)
樹種
刀具側(cè)刃數(shù)為z時的修正系數(shù)
1
2
3
云杉
1.0
1.17
1.29
白樺
1.0
1.40
1.71
表3-4 刀具前角的修正系數(shù)
樹種
刀具前角的修正系數(shù)
15
20
25
30
35
云杉
0.29
0.26
0.23
0.21
0.20
白樺
0.52
0.49
0.46
0.44
0.43
表3-5 切削直徑的修正系數(shù)
樹種
切削直徑D（mm）的修正系數(shù)
6.0
8.00
10.0
12.0
15.0
20.0
云杉
0.58
0.53
0.49
0.46
0.43
0.40
白樺
0.51
0.36
0.32
0.30
0.27
0.23
表3-6 樹種修正系數(shù)
樹種
椴木
山楊
云杉
松木
赤揚
落葉松
楊木
水青岡
櫟木
水曲
柳
系數(shù)
0.8
0.85
0.9
1.0
1.05
1.1
1.2-
1.3
1.3-
1.5
1.5-
1.2
1.5-
2.0
查表得:
=26.3 =1.50 =1.29 =4.50 =0.46
=0.29 =2.0
=26.3×1.50×1.29×4.50×0.46×0.29×2.0=61.10
()
式中： q — 每分鐘鉆下的木屑體積；
— 鉆頭直徑（cm） =0.8cm；
— 極端位置鉆頭中心間的距離 =2.7cm；
— 進(jìn)給速度 =10cm/s。
3.3 選擇電機
（1）選擇電機類型
按工作要求條件選用微型異步電動機B型號
（2）選擇電機容量
工作有效功率=0.16 kW
電機輸出功率
(3-5)
公式中為電動機到刀具的傳動裝置總效率。
取皮帶傳動效率=0.96;
滾動軸承效率=0.995
因為載荷平穩(wěn),電動機額定功率只需略大于即可,查電動機技術(shù)數(shù)據(jù)選擇額定功率為0.25kw,B3微型電動機（最高轉(zhuǎn)速1500）。
3.4 計算裝置的總傳動比
3.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
（1）各傳動部件轉(zhuǎn)速
=1500 r/min
（2）各部件功率
（3）各軸扭矩
將上述結(jié)果匯總于表3-7，以備查用。
表3-7 匯總表
軸名
功率P（）
轉(zhuǎn)矩T （）
轉(zhuǎn)速n（r/min）
轉(zhuǎn)動比 i
效率
電機軸
0.17
1.082
1500
1
0.990
主軸
0.235
0.374
6000
0.25
0.941
3.6 本章小結(jié)
本章通過對各個部件的分析計算，從基本參數(shù)入手，通過分析計算確定了其它重要的參數(shù)，并通過計算選取電機。
第4章 皮帶傳動設(shè)計計算及參數(shù)選擇
傳動裝置是任何機械系統(tǒng)的主要部分，傳動裝置的選擇十分重要。此機床為木工機床，體積和功率較小，考慮到機床工作時的特點和對工作環(huán)境的考慮，所以機床占地面積不大，刀架的空間大小和兩刀之間的距離有限，刀架與電機在同一運動平臺，所以限制了刀具平臺的大小，所以刀具與電機之間采用皮帶傳動以節(jié)省空間，再者刀具在工作時轉(zhuǎn)速在6000 r/min以上，考慮用齒輪傳動難以適應(yīng)如此高的轉(zhuǎn)速，所以綜合考慮采用皮帶傳動。
4.1 確定計算功率（kW）
（4-1）
式中：P — 傳遞的額定功率（kW），如電機的額定功率；
— 工作情況系數(shù)，見表4-1。
表4-1 工作情況系數(shù)
工 況
軟 起 動
負(fù) 載 起 動
每天工作小時/h
〈10
10-16
〉16
〈10
10-16
〉16
載荷變動微小
液體攪拌機，通風(fēng)機和鼓風(fēng)機，離心泵和壓縮機，輕型輸送機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動小
帶式輸送機（不均勻載荷），通風(fēng)機，旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機，發(fā)電機，金屬切削機床，印刷機，鋸木機和木工機械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動較大
制磚機、斗式提升機、往復(fù)式水泵和壓縮機，起重機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、震動篩、紡織機械、重載運輸機
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷變動很大
破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等），磨碎機（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
注：1.軟起動-電動機（交流起動、三角形起動、直流并勵），四缸以上的內(nèi)燃機、裝有離心式離合器、液力聯(lián)軸器的動力機。負(fù)載起動-電動機（聯(lián)機交流起動，直流復(fù)勵或串勵），四缸以下的內(nèi)燃機。
2.反復(fù)起動，正反轉(zhuǎn)頻繁，工作條件惡劣等場合，應(yīng)乘以1.2。
3.增速傳動時應(yīng)乘以下列系數(shù)：
增速比：1.25-1.74 1.75-2.49 2.5-3.49 〉3.5
系 數(shù)：1.05 1.11 1.18 1.28
由表4.1查得工作情況系數(shù)=1.2，故
=1.2×2.5=3
4.2 選擇帶型
根據(jù)和n有機械設(shè)計基礎(chǔ)手冊查得，確定選用氨酯高速平皮帶。
4.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由機械設(shè)計手冊查得，取主動輪基準(zhǔn)直徑，根據(jù)
（4-2）
驗算帶的速度
帶的速度合適。
4.4 確定皮帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距
0 （4-3）
根據(jù)公式（4-2）初步確定中心距115mm。
皮帶基準(zhǔn)長度計算公式：
（4-4）
查表得選取帶的基準(zhǔn)長度L=360mm。
按公式
（4-5）
中心距可調(diào)范圍：
=a-0.015L=（111.25-0.015×360）mm=105.85mm
=a+0.03L=（111.25+0.03×360）mm=122.05mm
4.5 演算主動輪上的包角
（4-6）
主動輪包角合適。
4.6 計算皮帶根數(shù)
由公式 （4-7）
由=1500 r/min, =60mm, i=0.25查表得=3.26kw =0.2kw；
查手冊的=0.98；=1.0，于是
取=1根。
4.7 計算初拉力
（4-8）
經(jīng)查表得=0.007kg/m，于是
4.8 計算軸上的壓力
由公式： （4-9）
4.9 本章小結(jié)
本章主要對轉(zhuǎn)動裝置進(jìn)行了選取，通過分析選用皮帶作為傳動裝置，并對皮帶進(jìn)行了設(shè)計計算和校核計算，以確保機床工作時的穩(wěn)定性。
第5章 主軸的設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須經(jīng)初步強度計算,在確定了周的最小直徑之后才能進(jìn)行。其主要步驟為：1.確定軸上零件的裝配方案，軸的結(jié)構(gòu)形式與軸上主要零件的位置及裝配方案有關(guān)，確定裝配方案就是定出軸上主要零件的裝配方向和順序。2.確定軸上的零件定位和固定方法，3.確定各個軸段的直徑長度，4.對軸進(jìn)行校核。
5.1 軸徑的初步估算
（5-1）
式中： c — 與材料有關(guān)的系數(shù)；
P — 軸傳遞的功率 kW；
n — 軸的轉(zhuǎn)速 r/min；
d — 危險截面的直徑尺寸 mm。
故 。
5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
如圖5.1 所示，根據(jù)軸的受力選2060800型和1060098型軸承，為便于裝配軸承內(nèi)經(jīng)，取端部尺寸 d = 8mm 裝軸處d =10mm 左端軸承內(nèi)經(jīng)d = 10mm 軸環(huán)取直徑 d = 12mm 軸的軸向尺寸如圖5.1
圖5-1軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖
5.3 軸的強度校核
強度校核計算是設(shè)計軸的重要內(nèi)容之一，其目的在于根據(jù)軸的受載荷情況及相應(yīng)的強度條件來確定軸的直徑。若軸的直徑已由經(jīng)驗方法或結(jié)構(gòu)設(shè)計所確定，則計算的目的就是驗算已確定的軸的直徑是否滿足強度條件。
常用的軸的強度計算方法有：（1）按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，（2）按彎扭合成強度條件計算，（3）安全系數(shù)校核計算。本章選用按彎扭合成條件計算，當(dāng)軸的支撐位置和軸所受載荷的大小、方向及作用點等均已確定，支點反力及彎距可以求得時，可按彎扭合成強度條件對軸進(jìn)行強度計算。
圖5-2 簡化鉸支
圖5-3 受力分析
圖5-4 豎直面彎矩圖
圖5-5 水平面彎矩圖
圖5-6 扭矩圖
圖5-7 相當(dāng)彎矩圖
由（3-1）和（3-3）得知刀具的切削速度m/s,功率
對B點求矩：
從而求得N,
對B點求矩：
Q=1089N
=1686.88N
=--597.88N
5.3.1 軸的疲勞強度校核
確定危險截面
根據(jù)載荷分布及應(yīng)力集中部位選取截面B為危險截面。
校核危險截面的安全系數(shù)
因計算不夠精確，材質(zhì)不夠均勻取1.5-1.8
式中 — 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)；
— 平均應(yīng)力幅；
— 平均應(yīng)力；
、— 材料特性。
計算軸的工作應(yīng)力
首先計算彎曲正應(yīng)力及其循環(huán)特征
=1 ,扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按對稱循環(huán)變化;由表5.2得知。
=2089.534
==0.000000098
=2.089/0.000000098=21.31
=-21.31
其次計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征
==0.000000196
=0.374/0.000000196=1.91
=0
=21.31
=0
=0.955
=0.955
確定疲勞極限影響系數(shù) 根據(jù)=1.3， =0.01 ； 查表得=1.98， =1.80。
=268/（1.98×21.31）=6.35
=155/（1.80×0.955+0.1×0.955）=78.28
==6.32>
由計算所得安全系數(shù)大于許用值，故軸的疲勞強度合適。
5.3.2 軸的靜強度校核
1.確定危險截面
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則選取截面B為危險截面
2.校核危險截面系數(shù)
因=0.55＜0.6，故取1.2-1.4
==353×（π×10/32）/2089.534=16.57
=353×（π×10/16）/374=185.23==16.50
因>，故軸的靜強度足夠。
表5-1 軸的材料及其主要機械性能
鋼號
45
熱處理
調(diào)質(zhì)
毛坯直徑
≤200
硬度
217-255HBS
抗拉強度
=637
屈服強度
=353
彎曲疲勞強度
=268
許用靜應(yīng)力
=216
扭轉(zhuǎn)疲勞強度
=155
許用脈動應(yīng)力
=98
許用疲勞應(yīng)力
=59
等效系數(shù)
=0.2 =0.1
5.4 本章小結(jié)
本章通過計算對軸進(jìn)行了設(shè)計和校核,從軸的工作要求以及裝配條件出發(fā),對軸的外形進(jìn)行了設(shè)計,并結(jié)合傳動裝置,考慮力和力矩的作用對其進(jìn)行校核,選取危險截面進(jìn)行計算,結(jié)果軸符合要求。
第6章 軸承的選擇與計算
選用軸承首先是選擇類型。要合理選擇軸承的類型，則必須根據(jù)各類軸承的結(jié)構(gòu)和性能的特點，綜合考慮軸承的載荷、轉(zhuǎn)速、剛度及調(diào)心性能要求、裝配條件、經(jīng)濟性等各種因素了來進(jìn)行。
6.1 軸承的選用
（1）由工作條件及軸頸直徑，初選單面防塵深溝球軸承2060800和1060098。按軸承樣本和設(shè)計手冊查得軸承的=8300N，=13200N。
（2）由于單面防塵深溝球軸承在承受徑向力時不會引起軸向力，所以在一根上裝四個軸承以使主軸能穩(wěn)定工作。
（3）根據(jù)受力情況，將這對軸承安裝成正排方式。
（4）根據(jù)要求的精度，選軸承精度0級。
（5）軸向固定方式：采用雙固定方式，游隙的調(diào)整采用加調(diào)整墊片方式。
6.2 軸承的壽命計算
（1）對兩軸承進(jìn)行受力分析。如圖 6-1
1.軸承座 2.擋圈 3.單面防塵深溝球軸承（2060800）4前座壓蓋 5.單面防塵深溝球軸承（1060098） 6.O型密封圈
圖6-1 刀架
（2）計算軸承的徑向載荷和
由靜力學(xué)公式計算軸承支反力，如圖6.2所示。得=1686.88N，=597.88N；軸承的徑向載荷==1686.88N，==597.88N。
圖6-2 軸承支反力
（3）計算軸承的軸向載荷、
軸承的內(nèi)部軸向力為：
=1147.08N
=406.56N
N>
故=1147.08N，=N
（4）軸承當(dāng)量載荷計算
當(dāng)量載荷P（P或P）（N）的一般計算公式
（6-1）
式中X、Y為徑向和軸向載荷系數(shù)，其值見表6-2。
為考慮載荷性質(zhì)引入的載荷系數(shù)。
表6-2 載荷系數(shù)
載荷性質(zhì)
舉例
無沖擊或輕微沖擊
1.0-1.2
電機、氣輪機、通風(fēng)機、水泵等
中等沖擊或中等慣性力
1.2-1.8
車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等
強大沖擊
1.8-3.0
破碎機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等
=0.138，按表，在0.094-0.141之間，e應(yīng)在0.30-0.34之間。線形插值得
=0.314
=1147.08/1686.88=0.68>e
按表，則=0.56，在1.45-1.31之間
線形插值得
=0.157，按附表E查得=1，=0。
按表6-2，，取=1.5。
=688.72N
=96.82N
（5）計算軸承的基本額定壽命（>，故以軸承一為準(zhǔn)）
=184036h
式中： — 軸承壽命指數(shù)（深溝球軸承=3）。
軸承壽命足夠大，故初選軸承2060800和軸承1060098符合要求。
6.3 本章小結(jié)
本章通過計算對軸承進(jìn)行了選取和校核,考慮到對軸的工作要求以及傳動方式的限制,所以在一根軸上選用了四個軸承來確保工作的穩(wěn)定,通過力和力矩的計算對軸承進(jìn)行了校核,結(jié)論四個軸承全部符合要求。
第7章 機床的使用與保養(yǎng)
7.1 潤滑的作用
潤滑對機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)起著重要的作用。其作用主要是：
（1）控制摩擦
在摩擦表面之間加入潤滑劑，形成潤滑油膜—減磨層，就可以減低摩擦系數(shù)，減少摩擦阻力，減少功率消耗。例如在良好的液體摩擦條件下，其摩擦系數(shù)可以降低到0.001，甚至更低。此時的摩擦阻力主要是液體潤滑膜內(nèi)部分子間互相滑移的剪切阻力。
（2）減少磨損
潤滑劑在摩擦表面之間，可以減少硬粒磨損，表面銹蝕和金屬表面間咬焊與撕裂等造成的磨損。只要選用合適的潤滑劑，就能形成良好的潤滑條件，避免油膜的破壞，保持零件配合精度，從而大大減少磨損。
（3）降低溫度
潤滑劑能夠降低摩擦系數(shù)，減少摩擦熱的產(chǎn)生。機床運轉(zhuǎn)時，摩擦消耗的機械能轉(zhuǎn)化為熱能，引起摩擦部件的溫度升高。使用潤滑油，不僅降低了摩擦阻力，使摩擦產(chǎn)生的熱量減少，部件的溫度相應(yīng)降低，可使摩擦表面溫度降低，起到降溫冷卻作用，使機械控制在所要求的溫度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。
（4）防止腐蝕，保護(hù)金屬表面
機械表面不可避免地要和周圍介質(zhì)接觸（如空氣，水濕，蒸汽，腐蝕性氣體及液體等），而使機械的金屬表面生銹，腐蝕進(jìn)而被損壞。尤其是高溫及腐蝕性很強的工作環(huán)境，俯視磨損顯得更為嚴(yán)重。
（5）密封作用
潤滑劑不僅能起到潤滑減摩作用，而且還有增強密封的效果，防止水濕或其他灰塵，雜質(zhì)侵入摩擦副而起到良好的密封效果。
此外，潤滑油還可以起到減少震動和噪音的效能。
7.2 機床的保養(yǎng)
每日操作準(zhǔn)備：
a. 開始安裝（開動機床前），應(yīng)看懂熟悉裝配圖
b. 嚴(yán)格按照機床潤滑點潤滑
c. 電源為3相380V，需4×6mm2銅導(dǎo)線接在電源上，然后檢查鉆組鉆軸旋轉(zhuǎn)方向是否正確，方能切削。
千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。
- 33 -
結(jié)論
1.通過對產(chǎn)品技術(shù)要求和具體條件的分析、討論，完成了木工銑槽機床的方案設(shè)計.在此過程中，計算出設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力參數(shù)。依據(jù)木工銑床的工作特點，完成了進(jìn)給裝置的原理設(shè)計并計算出其主要的參數(shù)。
2.在方案的基礎(chǔ)上，對其機架進(jìn)行靜力分析和機構(gòu)優(yōu)化。利用現(xiàn)有公式對方案中的機架靜態(tài)應(yīng)力進(jìn)行計算，結(jié)合應(yīng)力的分布情況對其從機構(gòu)和強度兩方面進(jìn)行校核，使該機床在機身強度和加工精度上達(dá)到最佳。
3.對機架的工作狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力分析，并對測點實測的應(yīng)力值進(jìn)行計算，計算出的應(yīng)力值進(jìn)行比較和分析。對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與被加工件硬度結(jié)合選擇刀具及其轉(zhuǎn)速，計算出驅(qū)動功率并選擇適合的電機。對被加工件進(jìn)行受力分析，計算出夾具所受的應(yīng)力從而選擇加緊裝置。
致謝
本設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識的綜合運用。通過本次設(shè)計，我對以前所學(xué)的知識又進(jìn)行了一遍復(fù)習(xí)，解決了以前存在的一些問題，更深一層的理解了已經(jīng)掌握的知識。本次畢業(yè)設(shè)計是在趙巖老師的關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從選題到說明書的撰寫趙老師都給予了我許多幫助。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，趙老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、刻苦鉆研的學(xué)術(shù)精神和誨人不倦的教師風(fēng)范給我留下了深刻的印象。他不但在設(shè)計中給予我細(xì)心指導(dǎo)，而且不斷鼓勵我在學(xué)習(xí)中的探索創(chuàng)新精神。在設(shè)計過程中，他嚴(yán)格要求我們，但對我的提問總是不厭其煩地講解，并為我提供了豐富的資料，以助于我的理解運用。在老師的幫助和指導(dǎo)下，我現(xiàn)已熟練掌握了CAD等軟件，并對銑槽機床有了一定的了解。我向趙老師表示誠摯的謝意。在此期間很多老師給我很大幫助，在此謝謝給我?guī)椭拿课焕蠋煛?
此次設(shè)計中也得到了許多同學(xué)的幫助，在此也一并向他們表示深深的感謝。
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7 王立秋等.工程數(shù)值分析.山東：山東大學(xué)出版，2002:78~114
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9 王世剛、張秀親.機械設(shè)計實踐[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社2001:28~87
10《機床設(shè)計手冊》編寫組編.機床設(shè)計手冊（第三冊）[G].機械工業(yè)出版社，2000:98~144
11《機械工程手冊》編輯委員會編.機械工程手冊（第6卷）[G].機械工業(yè)出版社，2000:11~118
12 Patton Mechanical Power Transmission. New York:printice-hall,1996:5~11
13 Meirovich L.Eliements of Vibration analysis. New York:McGraw-Hill,1994:18~25
14 D.G.Flom. lmplementation of High-Speed Machining. SME Technical Paper,2002
附錄A
Milling Machines
Milling machine refers to the main processing of various milling cutter on the workpiece surface of machine tools. Usually cutter rotating movement is given priority to, (and) the movement of the cutter for the workpiece feeding movement. It can be made flat, grooved, can also be processing of curved surface, the gear, etc. Milling machine is a workpiece in milling cutter milling machine tool. Milling machine in addition to milling flat, grooved, screw thread, gear and spline shaft, still can processing complex surface, high efficiency of a planer, widely used in machinery manufacturing and repair department。
Milling machine is a kind of widely used machine tools, can be processed on milling machine plane (horizontal plane, vertical plane), trench (key, T slot, dovetail groove, etc.), gear parts (gear, spline shaft, wheel, spiral surface (threads, spiral groove), and various surface. In addition, can also be used on the surface of a solid of revolution, the inner hole machining and cutting work. Milling machine at work, the workpiece on the workbench or dividing first-class accessories, cutter rotating movement, accompanied by a table or milling head feed movement, the workpiece can obtain the required processing surface. Because it is intermittent cutting blade, and the productivity of milling machine is higher. Simply put, the workpiece for milling, drilling and milling machine can bore processing of machine tools.
A milling machine is a power driven machine that cuts by means of a mul