机械机床毕业设计143木工平刨床设计说明书.docx
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机械机床毕业设计143木工平刨床设计说明书
本科毕业论文（设计）
题目：
木工平刨床设计
学院：
姓名：
学号：
专业：
机械设计制造及其自动化
年级：
指导教师：
职称：
二0一四年五月
中文摘要……………………………………………………………………………
英文摘要……………………………………………………………………………
前言…………………………………………………………………………………
第一部分设计课题及设计目的
一、设计内容………………………………………………………………………1
二、设计目的………………………………………………………………………1
第二部分木工平刨床设计
一、木工平刨床初步设计…………………………………………………………2
1木工平刨床工艺方案的拟定……………………………………………………2
2木工平刨床运动方案的拟定……………………………………………………2
3木工平刨床技术参数的确定……………………………………………………2
4平刨床总体布局的确定…………………………………………………………3
5机床造型与色彩设计……………………………………………………………4
二、平刨床工作机构的零、部件设计…………………………………………5
1床身………………………………………………………………………………5
2工作台……………………………………………………………………………5
3导尺………………………………………………………………………………8
4刀轴………………………………………………………………………………10
5轴承………………………………………………………………………………12
6轴承装置设计……………………………………………………………………12
三、驱动装置设计…………………………………………………………………14
四、传动机构设计…………………………………………………………………14
五、控制装置设计…………………………………………………………………20
六、木工平刨床附件的选择………………………………………………………21
总结…………………………………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………………………………23
致谢…………………………………………………………………………………24
摘要
在木材加工工艺中，木工刨床用于将毛料加工成具有精确的尺寸和截面形状的工件，并保证工件表面具有一定的表面粗糙度。
这类机床绝大部分是采用纵端向铣削方式进行加工（也可以称为卧式铣床），只有少数采用刨削方式进行加工。
木工平刨床是将毛料的被加工表面加工成平面，使被加工表面成为后续工序所要求的加工和测量基准面；也可以加工与基准面相邻的一个表面，使其与基准面成一定的角度，加工时相邻表面可以作为辅助基准面。
平刨床加工特点是被加工平面与加工基准面重合。
目前使用的平刨床中手工进给的平刨床占绝大多数。
本设计在对传统木工平刨床的结构进行分析参考后完善了平刨床的结构布局，并对一些设计结果特点进行了说明。
关键词：
木材加工；木工平刨床
Abstract:
（TimesNewRoman）
Inthewoodprocessing,woodworkingplanerforwoolprocessingintotheworkpiecewiththeexactsizeandshapeofthecrosssectionandensurethatthesurfacehasasurfaceroughness.Thevastmajorityofsuchmachinesistouseverticalmillingwaytoendprocessing（alsocalledhorizontalmillingmachine）,onlyafewwaysusingtheplaningprocess.
Woodworkingplanerwoolisprocessedisprocessedintoaflatsurface,thesurfacetobeprocessedtobecomeasubsequentprocessingstep,andtherequiredmeasurementplane;canalsobeprocessedwithaplanesurfaceadjacenttothereferenceplaneintoacertainangle,theadjacentsurfacecanbeusedassecondaryprocessingplane.Planerprocessingfeatureiscoincidentwiththemachiningdatumplanetobeprocessed.Currentlyusedinhandplanerinfeedplanermajority.
Afterthedesignoftraditionalwoodworkingplanerstructureswereanalyzedwithreferencetoimprovethestructureandlayoutoftheplaner,andtheresultsofsomeofthedesignfeaturesaredescribed.
Keywords:
（TimesNewRoman）woodworkingplanerping；woodprocessing
前言
木工刨床是木工机械最常用的设备，木材加工技术从刨床的进步开始，依赖木工刨床的技术进步推进木制品行业的发展，同时带动了木工机械其他机型的发展。
而木工平刨床更是木工机械中最普通和常用的一种，其加工形式单一，操作简单，适合于各种经营模式的厂家和个体进行生产使用。
本次毕业设计，在林金龙老师的精心指导下，本人通过对木工平刨床的设计，深入学习了cad软件，掌握了机械设计的一般流程和方法，为今后从事机械行业工作打下了坚实的基础。
本次设计历时一个月，进程如下：
前期，在林老师的指导下对木工平刨床的原理进行了认知，并且对木工平刨床的总体架构有了一定的感性认识；中期，通过各种途径查阅资料，对平刨床的尺寸、结构作出相对符合实际的设计；后期，cad画图，在林老师的指导下对本次毕业设计作出总体评估、汇总，并对不完善的部分进行更改和完善，最后定稿。
本设计是纯理论性设计，与实际应用存在着许多差异，由于本人水平有限，经验不足，疏漏和错误之处在所难免。
在此，恳请各位老师批评、指正。
第一部分设计课题及设计目的
本次设计内容：
木工平刨床
本次设计的目的：
1掌握（木工）机床设计的一般方法；
2了解木工平刨床的工作原理；
3了解木材加工方法；
4进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程；
5尝试接粗学习各种获取资源途径，对设计这一大类有一个总体的初步认识；
6基本掌握绘图基础软件cad的操作和应用。
第二部分:
木工平刨床设计
一、木工平刨床初步设计
1木工平刨床工艺方案的拟定：
根据木工平刨床的加工性质，它是将毛料的被加工表面加工成平面，并不是要生产出一定的产品。
1.1确定工件的工艺基准
平刨床将毛料的被加工表面加工成平面，使被加工表面成为后续工序所要求的加工和测量基准面。
而毛料的定位基准是有工作台旁边的导尺来完成的。
1.2工艺方法
1.2.1加工方法
木工平刨床从名字上看应该是刨床，但根据其实际加工形式，它是把几片刀片安装在刀轴上进行铣削加工的，属于圆周铣削加工。
1.2.2刀具选择
由刀轴和刀片的组合成圆柱形铣刀，切削刀轴一般为圆柱形。
2木工平刨床运动方案的拟定
首先，成形运动只有主运动，即刀轴的旋转；另外，进给运动是可以是机械进给（利用各种机械传输装置进行）和手工进给，在此选择手工进给，因为本设计中的木工平刨床只加工工件的一个表面，虽然手工进给的生产率较低，但是由于加工时工人对工件的手压力不大，翘曲的木材变形较小，可得到平整的基准表面（加工表面），因此在生产中应用仍较广泛。
所以在本设计中亦采手工进给。
木工平刨床中只有外联系传动链，由外部电机提供动力，通过机械传动机构将动力传输到刀轴，以完成加工。
3木工平刨床技术参数的确定
表1MBL503木工平刨床参数
导尺尺寸：
880×95×25mm
最大加工厚度：
300（mm）
最大加工宽度：
300（mm）
主轴转速：
5600r/min
额定功率：
2.2（kw）
类型：
木工刨床
适用范围：
各类型木板,实木板材
型号：
MBL503
参考MBL503型号的马氏木工平刨床参数，本设计的平刨床尺寸参数、运动参数、动力参数均按照该型号的数据进行参考选取。
3.1木工平刨床的主参数
木工平刨床的主参数即最大加工宽度，即300mm，也就是工作台的宽度尺寸。
3.2一般技术参数
3.2.1尺寸参数
根据参考数据选取，平刨床的导尺尺寸为880×95×25（mm），前工作台对毛料获得精确的平面影响较大，所以其长度比后工作台要长，根据经验值，一般前工作台长度约为1250～1500mm，后工作台长度约为1000～1250mm，我选用：
前工作台长1300mm，后工作台长度1100mm。
工作台宽度300mm（属于轻型平刨床），切削刀轴长度比工作台宽度大10～20mm，我选取中间值，即刀轴长度315mm，而直径根据使用经验数据，一般为125mm。
刀轴上安装刀片一般为四片。
床身的数据选用可参考人机工程学的理论设计分析，由于是立姿轻作业，工作台高度参考范围为750～850mm，故而选取工作台高度为840mm。
平刨床的壁厚参考长、宽、高经验公式C=（2L+B+H）/3000，壁厚C≈10mm。
3.2.2运动参数
运动参数主要为主运动参数和进给运动参数。
主运动参数为刀轴转速，在3000～7500r/min，参考MBL503平刨床，选取5600r/min。
进给运动由于是手工进给，参考经验值，一般不高于6～12m/min。
实际操作时需要根据加工毛料的性质和加工要求做出适当和适时的调整。
3.2.3动力参数
平刨床工作的额定功率为2.2kw，具体各工作部分的功率和传动系统的功率传动情况需要根据设计的装置进行分析计算，本部分内容将在驱动装置、中间传动的设计部分作出分析计算。
并将根据实际情况作出改变和调整。
4平刨床总体布局的确定
合理确定平刨床的总体布局是平刨床设计中的重要环节，它对平刨床的设计、制造与使用都有很大影响。
平刨床的总体布局关系到机床的很多性能，因此要求较高。
4.1平刨床型式
在国内平刨床的型式都比较固定，因为相对与其他木材加工机床来说，木工平刨床是比较简单的一种，其布局型式经过长期生产和客观效果的检验，通用机床和某些专门化机床的布局型式已基本定型，称之为传统布局。
由于要改变机床的布局需要综合考虑多方面的因素和进行实际的试验改良，所以，对于本设计来说是不可能办到的。
故而我只有参考传统布局型式来进行设计。
传统木工平刨床都是纵向—水平布局法——部件按X—X轴向放置，属于卧式机床。
4.2平刨床总体布局应注意的问题
4.2.1工件特征
由于工件（毛料）是板材，对板材加工按照如上所选的型式完全可以达到要求。
板材一般为条状，故而只要保证了加工精度，对加工的完成是没有任何问题的。
4.2.2机床性能
对加工精度、表面粗糙度要求较高的机床，在总体布局上应采取相应措施，使之提高传动精度、刚度，减小振动、热变形等。
为了提高传动精度，传动部件设计时尽量缩短传动链；为了提高机床刚度，可采用框式支承结构；为了减小机床加工过程中的振动，使电动机、齿轮变速箱等振动较大的部件与工作部件（刀轴）分离，中间采用带传动。
4.2.3生产批量
由于本设计的木工平刨床是手工进给，其生产效率低，故而相当于单件小批量生产，机床布局应能保证工艺范围广、调整方便。
所以工作台的设计是水平式、开放式的。
4.2.4机床散热
在床身上开设散热口,参考通用形式,见总装图。
5平刨床造型、色彩与宜人性设计
机床的造型与色彩是现代机床设计中不可缺少的内容，它是决定机床产品的质量、价格和市场地位的重要因素。
在新产品的开发与研制过程中，造型与色彩设计应贯穿全过程并协调进行。
设计目标是获得机床的优良外观质量；原则是好用、经济、美观和创新，要求体现产品功能、结构和艺术性的综合美感。
5.1平刨床造型设计
造型，即对总体内容的一种安排和相互之间的关系。
造型设计就是合理布局，以达到给人以舒适协调、静中有动的感觉。
5.1.1平刨床形体比例
实际使用中的形体比例一般有黄金比例、均方根比例等等。
在平刨床上，床身与上面的工作台之间有一个分割线，可以参照黄金比例（1:
1.618）来设置它的位置。
另外床身上、下部都可以直接设计成有一面为正方形的长方体。
并且为了方便使用，将前工作台的升降机构设计成与后工作台一样。
其位置安排形式如下图所示（本图并不代表实际平刨床形式，具体细节部位仍需改进）：
图1平刨床形体比例初步设计图
5.1.2形体线型
机床的形体比例确定后，就应该着手处理这些形体的边界结合面间的线型关系，以达到整体统一协调的效果。
参考通用的一些木工平刨床的床身设计，并且根据人们的使用习惯将平刨床上的一些突兀的直线改变成圆滑的曲线，具体设计情况可以参考平刨床设计总图图纸。
总图对平刨床的总体设计表达的十分清晰。
5.2平刨床色彩设计
参考MBL503木工平刨床，其床身的色彩漂亮、匀称、协和，这些色调的配合可以让操作人员进行长时间工作而减轻眼部的疲劳。
其颜色设计特点是：
床身以灰色为基调，再以蓝色间隔开工作台和床身，令操作人员可以快速而直接的区分床体轮廓。
另外，对于需要醒目提醒的部位，如开关旋钮，设计成鲜红色，便于识别。
这款平刨床的床身色彩设计简单和谐，有很大的参考价值。
参考图如下：
图2平刨床颜色设计
5.3平刨床宜人性设计
机床不仅要能够满足一定的结构形式，还需要针对使用者进行宜人性设计。
这部分内容也就是人机工程学在平刨床设计上的应用。
5.3.1操作空间尺度
操作空间尺度主要根据人体的结构尺寸、人的视野范围、肢体的有效活动范围以及适宜用力范围、操作速度与精度要求、操纵装置尺寸大小以及安装位置等因素，来选择最佳操作区域，并与机床产品功能、结构相适应，才能取得操纵舒适、可靠和高效的设计。
对于本设计的木工平刨床，操作人员工作方式为站姿操作，手动进给木料时，左手轻放在木料上端，右手轻推木料，以完成木料的进给过程。
所以操作人员是侧身、脊背稍曲的身体姿势。
工作台不能太高，根据上文的设计已选取为840mm的高度，这个高度是比较舒适的，也适宜于大部分人群。
5.3.2视觉特性
平刨床的操作活动不仅与人体的结构尺寸有关，而且与人的视觉特性有密切关系，以便操作方便、迅速和准确。
其中主要的要求为视野和视距的满足。
平刨床布置为纵向—水平布局法——部件按X—X轴向放置，属于卧式机床。
它的加工区域集中在刀轴上，所以此类机床的视野和视距是完全能够满足人们的要求的。
二、平刨床工作机构的零、部件设计
1床身
它主要用于安装和支撑机床其他零、部件的，要求床身具有足够的强度和刚度。
所以是由铸造性能好的铸铁制成整体式床身。
床身壁厚10mm，根据力学性能要求，可以选取牌号为HT200的灰铸铁，其可以承受较大弯曲应力。
另床身上的附件如仪表仪器的壳体可以用塑料制造。
2工作台部件
参照《木工平刨床的结构安全标准》（标准号：
JB3380-83）（下文简称《安全标准》），该标准从安全的角度出发对木工平刨床的结构设计与制造规定了一般要求。
2.1工作台的基本要求
根据以上《安全标准》，工作台离地面的高度应便于操作，推荐为750～850mm，由于本设计工作台比较长，故而选取平刨床高度为840mm。
2.2工作台性能
工作台的材料一般是铸铁，刚性好，变形小，减振性能好、耐磨。
工作台分为前、工作台，为了减小进给阻力，工作台的台面必须光洁平整，工作台的平面度限制在0.2/1000之下。
由于前工作台是被刨削工件的基准，对毛料获得精确的平面影响较大，所以在上文的设计中其长度比后工作台长，便于进给时加工的稳定。
工作台俯视示意图如下所示：
图2工作台示意图
2.3工作台的位置布置和具体结构形式
工作台是木材刨削操作平台，前、后工作台安装在刨刀轴两侧形成开口，露出刨刀轴全长。
前、后工作台之间的开口应尽量小，参照《安全标准》表1，由刨刀体切削圆直径为125mm，其在零切削位置（前、后工作台与刨刀体切削圆的上素线相切时所处的位置）时的开口量不大于55mm，前、后工作台之间最大开口量不大于55+δ，δ为平刨最大刨削厚度。
工作台内部应该为空的，即是一个工作台壳，因为里面有工作台升降装置，需要放置丝杠螺母。
其内部的结构形式将在工作台升降机构中以图示形式说明。
前、后工作台靠近刀轴的端部设计为各镶有一块被称作梳形板的镶板，材料为渗碳钢，具有高硬度和高耐磨性。
其作用是减少前、后工作台与刀轴之间的缝隙，同时又可以加速刀轴扰动空气的流通，降低空气动力性噪声。
镶板具有一定的刚度，并经过精加工，支持毛料通过刀轴，防止工件撕裂。
镶板细节示意图如
下（在零切削位置时的示意图）：
图4工作台镶板示意图
2.4工作台的升降机构
前、后工作台的调整要求是前工作台台面比刀轴切削圆上母线低一个刨削厚度，后工作台台面在理论上应调整到与刀轴切削圆母线同高度，但生产中最好调整到比刀轴切削上母线略低的位置，一般约低于刀轴切削圆母线0.04mm，以补偿木材切削加工后的弹性恢复。
工作台的升降机构也是其与床身的连接部位。
其不但应具有足够的刚度，而且应能自锁或设置有锁紧机构。
工作台与床身的连接有两种方式，一种是靠楔形导轨；另一种是靠偏心轴机构。
本设计选用偏心轴四连杆机构来调节工作台的升降。
结构图如下：
图5工作台升降装置图
1轴座；2偏心轴；3连杆盖；4连杆；5手柄：
2.3.1升降装置对工作台的调整
2.3.1.1机构的设计
根据上图的结构示意图，工作台通过轴承安装在偏心轴端部，偏心轴中部安装在轴座上，轴座通过螺栓连接安装于机架上。
通过摆动手柄，使得一个偏心轴转动，再通过连接的连杆带动另一个偏心轴同时转动，而且转动一致，从而依靠偏心轴的偏心转动达到工作台升降的效果。
偏心轴与床身上的轴座通过滑动轴承连接，其名称为覆有减摩塑料层的双金属轴套式滑动轴承，型号分别为GB/T12949-199134×40、GB/T12949-199112×10。
偏心轴端与工作台连接通过深沟球轴承，代号为GB/T276-1994滚动轴承6201。
手柄端部裹有橡胶。
2.3.1.2机构的材料和尺寸公差
①连杆盖和连杆应具有高的强度和良好的加工性，本设计选取HT150材料。
轴座也是由HT150铸造。
偏心轴与工作台连接末端通过闷盖紧固，闷盖也是由铸铁HT150铸造出来，闷盖与工作台连接螺栓组为GB/T5782-2000M4×25。
2轴座上径向旋紧螺栓选取六角头螺栓GB/T5782-2000M10×45。
轴座与机架连接螺栓代号为GB/T5782-2000M6×30。
3设计成连杆盖与偏心轴间隙配合。
2.3.1.3机构调整的比例关系
根据几何关系计算，对于偏心轴的计算，由偏心距和转过的角度可以计算。
在实际使用中，由于工作台下的空间问题，手柄的摆动有限，故而在机架上开槽可以允许手柄摆动足够的角度达到最大的偏心距。
其几何关系图如下所示：
图6几何关系图
按上图可得公式：
⑴
式中h即为所需要获得的工作台升降高度，α角度为摆杆的偏转角度。
根据计算，可以设置圆弧式刻度盘，直接在圆弧上读取升降高度。
刻度盘详见机床附件的选择内容。
3导尺部件
导尺也叫靠山，安装在前工作台上，用以引导加工零件，作为工件被加工时的附加定位基准。
如果要将加工零件相邻边刨削成一定的角度，导尺就需要有一定的倾斜或移动，故而针对这些方面的需求，我将导尺设计成有一定转动角度的形式，可以满足一定的加工要求。
按照平常生活中人们正常使用的木料情况，可以将倾斜角度设定为90°～135°。
关于导尺角度的调整可以由下列理论计算作为依据：
首先，根据预想的机构，导板支座上设置了两条槽，移动机构通过两个螺钉在槽内的移动而获得所需角度。
设置右边的一条槽与导尺垂线平行。
两个螺钉位置假设有a，b两点，a点到导尺的距离为a，b点到导尺的距离为b。
a、b之间距离L。
依照假设可有：
⑵
其中
为移动后b点到导尺的距离，由于其轨迹设定为与导尺平行，故而始终等于b。
为移动中a点到导尺的距离。
为需要调整的导尺与工作台之间的角度。
根据极限位置：
=90°和
=135°，再根据平刨床的总体结构和导尺的尺寸，设定a=10mm；L=40mm。
将数据代入上式中，得到
的方程，并根据两个极限位置，从而得出导板与两螺钉之间的几何关系导尺机构示意图如下：
图7导尺机构
1.前工作台；2.导尺；3.螺钉；4.手轮；5.圆柱销；
6.弹簧；7.齿轮轴组；8.紧固螺母；9.齿条轴；10.支座；
支座处的右视图如下所示：
图8移动及锁紧机构
1手轮；2圆柱销；3弹簧；4紧固螺母；
5推力球轴承；6齿轮轴组；7支座；8螺母
对该机构设计作出如下分析：
①导尺角度的变化是通过导尺支座3两槽沿着螺钉4相对移动来实现的。
所需的角度可自行调整，固定时用螺钉4进行锁紧。
该架构整体稳定性比较好，而且导尺与工作台面始终保持良好的接触。
②导尺移动是通过手轮7齿轮轴组11旋转对齿条轴5作左右移动。
导尺锁紧是通过手轮下压后卡住螺母10槽内向右旋转使支座6的开口受力后夹紧齿条轴。
圆柱销8在齿轮轴组11顶端，弹簧将手轮顶上去后手轮卡住圆柱销便可以转动齿轮轴组，从而移动齿条轴，达到调整导尺角度的目的。
③导尺部件的材料和型号
前文已经的设定导尺尺寸为88×95×25（mm），导尺安装部位在前工作台，随着前工作台的升降而升降。
其中，导尺与导尺支座用铸铁HT200整体铸造出来，支座与工作台连接的紧固螺栓选用A级六角头螺栓GB/T5782-2000M10×60。
导尺支座上的两个滑动螺钉选取开槽盘头螺钉，型号为GB/T67M8×65。
并与六角螺母配合和平垫圈配合。
型号分别为：
螺母GB/T6170-2000M8×60；垫圈GB/T93-19878。
齿轮轴组中的轴，其螺纹选取为梯形螺纹，中经D=24mm。
手轮上的圆柱销型号为GB/T119.212×120。
齿条轴组上的螺母选用M24形式的螺纹，但对其外形和外形尺寸做了一定的修改。
修改后外径为60mm，高仍为21.5mm。
上面的弹簧选取为YB型弹簧，型号为YB4×30×55-3GB/T2089。
另外，支座也是选用HT200铸铁材料。
齿条轴组上的齿轮外径72mm，由于
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