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1、 淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 25 页1 引言11 课题的历史和课题内容1.1.1 木工机械的发展弓拉车床(Bow lathe)，它由弓拉钻演化而来，大约公元前740年之前在埃及被发明出来。还一个说法，说是希腊的特奥多鲁斯(Theodorie Great，454526)于公元前532年发明的。把一条绳子饶在木棒上前后拉动，木棒就往复旋转，再用手拿着旋刀在木棒向里侧旋转时把木棒旋圆。这是最简单的木工车床，现在有的地方仍在使用。在之后，到了罗马时代，弓拉车床发展为杆拉车床(Pole lathe)。缠饶工件的绳子的一端系在有弹性的木条(1ath)上，另一端系在脚踏板上，踏动踏
2、板就可以使工件来回旋转。英文车床lathe一词就是由lath一词变化而来。杆拉车床之后是大轮车床，一个人用曲柄转动一个大轮子，通过绳子带动工件沿一个方向旋转。真正称得上最古老的木工机械是框锯机(Frame saw、Fram e gang saw)。框锯是一种古老技术，可以追溯到古罗马时代和古希腊时代，是在使用铁器之后，从埃及人的青铜“拉锯”演变来的。圆锯机(Circular swa)最初于1777年以前在荷兰人Design and Research设计与研究被发明出来，由于当时锯身以及轴承的制造技术不成熟而无实用价值。其后，由英国帆船制造家塞谬勒密勒(Samuel Miller)1777年制造
3、了完全实用的木工圆锯机，并申请了专利。刨床(Planing machine)最初由一位名叫哈顿(Haten)的英国人，于1776年申请的专利。该刨床的刨刃往复运动以刨削固定在工作台的工件，但实用性差。旋转切削方式(Rotary catting)即周铣木材方式的问世。旋转切削方式是由英国人塞缪勒本瑟姆(SamuelBentham，17671831)于1791年申请的专利，并将它引入军舰修造所。本瑟姆在17911793年间相继发明了平刨床(Planer jointer)、木工铣床(Shaper，Moulder)、开榫机(Matcher)、单板旋切机(Veneer cutting machiner)
4、、锯切单板用扇形圆锯机(Segment circular)以及锉锯机(Sharpeningmachiner)等，申请了专利。发明第一台螺纹车床的亨利莫兹利(Henry Maudslay，17711831)参与了许多木工机床的制造。由此开创了使用机械大批生产木制品的先河。布拉默于1802年发明了横式刨床(Traverse panermachiner)，几把刀固定在一个水平圆盘上，向端面铣床那样，圆盘由一根垂直轴带动旋转，工件由送料车带动通过刀具，成为现在立式端铣平刨床的始祖。 1808年英国人威廉姆-钮伯里(WilliamNewbery)发明了有上下两个锯轮的立式带锯机(Band SaW)，其结
5、构原理跟目前的十分接近，由于带锯条的制造技术不成熟而无法应用，后来由法国人解决而实用化。托马斯布兰查德(Thomas Blanchard)发明的自动车床(Atutomatic lathe)。自动仿形车床，是专门为制造枪托而发明的，此外还能加工鞋楦、斧柄以及其它不规则形体的木制品。布兰查德还发明了加工船用木料的方法，它能使木料弯曲后不开裂。1820年，美国的伊斯曼发明了仅在锯齿部分使用高硬度金属的制锯方法。1824年，罗伯特伊斯特曼(Robert Eastman)改进了圆锯机。1828年，威廉姆伍德沃斯(WilliamWoodworth)申请了压刨床专利。1824年，乔治佩奇(George Pa
6、ge)脚踏式榫槽机(Mortising machiner)。1834年，JA费伊(JA)发明了开榫机(Teuoning machiner)。1876年，古琳里兄弟(Greenlee Brothers)发明了方凿榫槽机(Hollow chisel mortiser)。1877年，木工磨光机问世(Sanding machiner)。从此，木工机械不但应用在造船以及车辆制造业，而且应用在家具、农具、建筑、土木等行业，极大地推动了木制品产量的提高。现代的木工钻床是1857年由意大利人马尔奇诺尼发明的，钻头是螺旋钻，钻屑沿螺旋槽排除。1900年复式带锯问世，解决了因原木径级减小所带来的锯切效率降低问题。
7、NC和CNC技术在木工机械的应用把木工机械带进了现代木工机械时代。1952年，美国出于军事工业的需要，由帕森斯(Parsons)公司和麻省理工学院研制成功三坐标数控铣床。之后，数控机床技术由军用转为民用，1958年展出样机。镂铣机是最早采用数控机床技术的木工机床。自Ekstromcarlson在美国研制成功第一台计算机控制的木工镂铣机之后，计算机技术在木材加工中应用El益广泛。1966年瑞典Kockums公司建立了电子计算机控制的自动化制材厂，整个原木剖分过程和成材分选作业都在中心控制室控制。1968年日本庄田铁工株式会社首先开发了NCIII型数控镂铣机，实现了木工机械数字化控制零的突破；19
8、83年英国的Wakin公司开发了CNC数控镂铣机，首创了木工机械机电一体化产品。从此，德、意、日以及台湾等厂商相继开发了各种形式的CNC镂铣机和CNC加工中心。1952年，荷兰的公司最早生产圆角榫开榫机(椭圆榫开榫机)，作为框接榫的圆角榫比框接直角榫容易加工，所以该机种逐渐应用推广。七十年代初、中期，在美国许多锯木机械厂为了提高摇尺装置精度，开发了滚珠丝杆原木跑车。第一台数控摇尺和滚珠丝杆跑车是美国俄勒岗州波特兰的Columbia公司制成，该跑车的车桩的定位精度控制在00254mm之内。1978年开发了更有效的液压直线定位器，车桩的定位精度0.5mm，车桩的速度230280mms；整体车桩行程
9、总体只有4-0025mm误差：二十世纪八十年代英国SDI公司研制了Trekksaw型移动卧式带锯机，有一铝合金框架，两名5工人就可以移动锯架。二十世纪六十年代，浮动导向圆锯(Floatingguided saws)的问世，是由A1 Thrasher开发，该锯带有浮动卡夹盘和水润滑的锯夹子。到了七十年代，美国许多工厂使用了浮动夹盘和花键轴锯夹系统。七十年代中期，研制出了圆排锯机，经过不断的改进，最理想的是具有导向锯夹的花键轴、无锯片夹盘的圆锯机。这期间，单轴多片圆锯机和双轴多片圆锯机相继问世。七十年代末，美国进行了以磨削替代木材刨削工艺的研究，用沙带代替木工刨床的刨刀。该工艺加工精度高，噪声低，
10、但消耗功率太大。在胶合板生产方面，出现了无卡轴旋切机。早在1980年就有了无卡轴旋切机的设想。第一台无卡轴旋切机是美国德科萨斯州的Diboll的Demco的Charles Shchmidt公司于1983年研制成功。其后由DurandRaute公司对其加以改进，制造了2号样机，由USDurand Rante售出，这就是所谓的第一代无卡轴旋切机。最新型是1988年10月间问世。随着现在家装木工的兴起，现如今刨床的发展是很快的，特别是大型多功能的刨床的研发和应用。一些专用的，多功能的刨床越来越多。但是对于一些小型刨床的开发还是比较单一的，小型刨床的功能也只是功能很少的，只是用于一般的平面刨平的。现在
11、的家装的兴起更加需求对多功能小型刨床的研发有了迫切的需求。本课题就是主要来研究一种小型的刨床，这种刨床是多功能的，既能进行平面刨平也可以进行斜边一些角度的刨平。而且这种刨床是小型便于携带的，这样对于家装人员来说进行工作就方便多了。1.1.2 本课题的主要内容本课题主要是设计小型刨床和利用夹具来实现刨床的多功能。首先进行刨床的设计；分析刨床的结构；根据条件来选用合适的电机；确定刨床的机械传动机构；刨床的机身机构；刨床内部零部件的设计；最后进行夹具的设计和一些主要的零部件及其夹具的强度进行校核。2 小型刨床的结构本课题研究的小型刨床是采用普通平刨结构，使用4个刨刀片。首先进行刨床使用电机进行选择，
12、然后设计传动机构，接着进行设计刨床的主要零部件。完成后进行组装。做完刨床后，进行夹具的设计来实现刨床的多功能性，可以实现刨床的压刨，有角度的刨平等多项功能。如下图所示小型刨床示意图。图2.1 总体外部机构图2.2 总体内部机构2.1 小型刨床的电机选用2.1.1 木工机械对电机的要求木工机械在加工木制品时由于木材的材质软硬、进给速度、压力大小的不同，使电机的负载也不同。尤其是加工到木料中的节时，需要电机短时间承担更大（23倍）的过载。又由于绝大多数机械加工时电动机处于空载（待加工）满负载（加工时）短时过载（特殊情况）空载，反复循环过程。2.1.2 电源电压对电机性能的影响由于小型刨床多用于农村
13、的家庭装修，但是农村的很多电网电压多数不如城市电网电压更稳定，多大多数电压是偏低的。又由于农村和家庭电能的输送距离远、电线载面积小，造成线路压降大，尤其是在启动时。转矩与电压的平方成正比，线压降与电流成正比，若额定电压为220伏，启动时电压为160伏，则堵转转矩、最大转矩、最小转矩下降为原来的：由于启动时电流一般为额定电流的6倍左右，所以电路压降为额定负载的6倍。假定正常负载时线路压降为1伏，启动时线路压降为30伏。因此要求电机具有较高的最大转矩，以满足短时间超载的需求；要求较高的堵转转矩，以满足电网电压低于额定电压时电机能满足使用；要求电机启动时电流较小，以减少电网线路的电压降。 2.1.3
14、 正确选择小型刨床配套的电机对于成熟的电动工具种类，国外已经制定了较详细的产品标准与相应的安全标准，并符合电动工具产品认定要求，一般电动工具输入功率等电机参数作为产品技术指标，工作装置已通用化并有的转速或往复运动次数限事实上标准，在机械传动机构、操控装置等方面有多种方案。电刨参数：电刨的负载转速式中D是刨刀刃口回转轨迹圆的直径（mm）。电报电动机的输出功率式中Kb是刨削阻力（通常取30N/mm2）B是最大刨削宽度（mm）H是最大刨削深度（mm）mC是近给速度（取3-5m/min）是传动效率电机参数确定电机采用单向串激电机，电机设计的要求有根据功率要求：电刨的负载转速式中D是最大刀头直径（mm）
15、V是刀头得工作线速度（m/min）。对普通高速钢刀头应控制在27m/min以下，大规格的还适当降低。电刨的负载转矩式中D是最大刀头直径（mm）；C是刀片进给速度；F是轴向压力（N）。定子轭高hc及磁极宽度bp的决定决定一张定子冲片的主要尺寸是：定子外径、定子内径、极靴弧长、定子轭高及磁极宽度。前面三个尺寸决定原则已经分析说明。至于下面的两个尺寸的决定原则主要是考虑磁通密度不要太高，新系列电动工具交直流用串激电动机的磁密范围一般是：定子磁极磁密Bp=6500-8500高斯定子轭磁密Bc=19000-22000高斯实际设计中：为了减少漏磁，改善换向性能个提高功率因素，单相串激电动机通常做成凸极式的
16、。为了抑制气隙磁场的严重畸变，减少极尖区域附近的磁通密度，以改善换向，在设计电动机气隙时，通常采用削角磁极或非均匀气隙，此时，所谓定子冲片内径D1应是极轴处量得直径之值。电动机的D1为：是极轴处的气隙长度电枢冲片外径D2统计值为：深槽式电动机的D2可取得大一些，以提高单位体积容量。应注意：电枢表面线速度不应超过80m/s国内电动机的气隙范围在0.3-0.8mm之间。对于正反转电动机，增加0.1-0.15mm。当气隙增大后，可以减少表面损耗及磁噪声并改善换向性能，其副作用是：降低功率因数、增加气隙磁通势从而增加励磁线圈用通量，并引起定子线窗面积紧张。对于削角磁极电动机而言，极尖处的气隙长度约为极轴处气隙长度
