一款簡單實用木工平面刨刨刃刃磨專用夾具的設(shè)計

李麟

摘 要：本文介紹了一款簡單實用木工平面刨刨刃刃磨專用夾具的設(shè)計，該夾具實際上是在梯形結(jié)構(gòu)上與斜面梯形支撐的組合。用螺旋夾緊機構(gòu)進行夾緊，具有裝夾方便、可靠，制造簡單，刨刃刃磨方便，保證尺寸精度的特點。在現(xiàn)有的平面磨床上即可加工，不需要購買專用的木工刨刃刃磨機，并有易于推廣、成本低廉、制造容易、實用的特點。

關(guān)鍵詞：刃磨機；磨削力；夾具

一、設(shè)計的目的

隨著木工平面刨床的使用越來越廣泛，隨之而來的木工平面刨床的刨刃刃磨問題就變成日益突出的問題。如果每個企業(yè)為了一兩臺木工平面刨床而再配備一臺木工刨刃刃磨機，刃磨設(shè)備需要占用場地，無形中提高了成本，是不現(xiàn)實的。而將刨刃拿去周邊從事木器加工的企業(yè)去修磨刃具，既造成人員、物力、時間上的浪費，又不能保證急需之用。為此，筆者結(jié)合單位現(xiàn)有一臺平面磨床設(shè)計了一款既簡便又實用的木工平面刨刃刃磨專用夾具。

二、木工平面刨床刨刃

1.木工平面刨床刨刃

刨刃木工平面刨床刨刃以下簡稱刨刃，它的尺寸規(guī)格是根據(jù)木工平面刨床的規(guī)格而定的。而常用的刨刃為410*40*4和 300*35*3這兩組規(guī)格。刨刃長度為410規(guī)格的為企業(yè)廣泛使用，刨刃長度300規(guī)格的多為個體戶上門裝修普遍使用。

2.木工刨刃的刃磨

木工刨刃的刃磨是將刨刃從刨刃主軸上卸下來，將刨刃放到木工專用刃磨機上用砂輪去進行刃磨刨刃。刃磨時，根據(jù)刃磨機上所用的砂輪及砂輪相對刨刃刃磨表面的位置不同，刃磨方式有以下幾種形式：

■

一是用杯形砂輪端面刃磨，如a圖，能得到刨刃切削角β′角，但比理論上的切削角β角要小，同時，隨砂輪直徑的尺寸不同，β′角是變化的。β′角越小，刨刃在工作中切削木料越鋒利，但刨刃耐用度不好。還與木料的材質(zhì)不同有關(guān)，當木料很硬時，需要β角大一些，當β′角較小時，刨刃非常不耐用，很容易鈍化。

二是砂輪外圓徑向磨削，如b圖，這種磨削方法能保證切削角β所需要的角度。但這種刃磨有一個主要缺點：磨削區(qū)表面的瞬時溫度可高達870℃～1200℃，在這種高溫作用下，刃磨表面30微米～200微米深的范圍內(nèi)會發(fā)生程度不同的退火現(xiàn)象，而導致硬度降低。

三是砂輪端面平面磨削，如c圖，這種磨削方法能保證切削角β所需要的角度。這種刃磨方法不會因砂輪尺寸的變化而影響切削角β的變化。但要求砂輪經(jīng)常地修正，才能保證刃磨的平直性。

（1）確定切削角度

刨刃的切削角度為38°～42°。角度的大小是根據(jù)木料材質(zhì)的硬度而定，當木料材質(zhì)較軟時選切削角為38°，當木料硬度高時選42°。切削角小時，切削省力，耐用度??；切削角大時，切削費力，耐用度大。如果工作時以雜活、修理為主，要考慮木料上的沙石、油漆、鐵釘較多且木料比較復(fù)雜時刨刃切削角還是選大點為好，以提高刨刃的耐用度和強度。所以，綜合以上因素，切削角選為42°。

（2）刨刃的材質(zhì)

目前刨刃的材質(zhì)以高速鋼為主，還有少量的選用碳素工具鋼等。

（3）刨刃的刃磨

目前木器專業(yè)企業(yè)都是采用木工刨刃專用刃磨機設(shè)備進行刃磨。

三、設(shè)計方案

目前，木工刨刃刃磨設(shè)備刃磨是采用兩種方法刃磨刨刃的。第一種方法是：刨刃是固定在磨刀的刀架子上，調(diào)整砂輪磨頭轉(zhuǎn)軸的角度，進行磨削。此方法可以磨削任意角度，砂輪主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。第二種方法是：刨刃是以特定角度固定在刀架子上，砂輪與工作臺相對平行移動。此方法只能磨削一種角度，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低。筆者設(shè)計的夾具是采用第二種方法刃磨刨刃的。

1.夾具結(jié)構(gòu)

結(jié)合單位現(xiàn)有平面磨床，依據(jù)木工專用刃磨機的原理，設(shè)計一款木工刨刃刃磨專用夾具。夾具為梯形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別裝夾刨刃，可分別裝夾刃磨不同規(guī)格尺寸的刨刃。這款刃磨機為常用木工刨床的刨刃刃磨機，長度在410毫米以下規(guī)格的刨刃機床為常用木工刨床。

2.凹槽尺寸

在兩邊梯形面，分別設(shè)有斜槽，兩邊斜槽高度尺寸不相等，斜槽尺寸高度在30毫米、槽深4毫米的用于規(guī)格在410*40*4尺寸刨刃的刃磨；斜槽尺寸高度在20毫米、槽深3毫米的用于規(guī)格在小于300*30*3尺寸多種刨刃的刃磨。

3.傾斜角度

夾具的傾斜角度是根據(jù)刨刃切削角確定的，確定為42°。

4.定位、基準的選擇

根據(jù)刨刃形狀，依據(jù)夾具的斜面斜槽和刨刃的兩個面基準為定位基準。

四、磨削力及夾緊力的計算

1.磨削力理論公式

磨削力的理論公式對磨削過程做定性分析和大致估算時具有很大作用，但是由于磨削力加工情況的復(fù)雜性，迄今為止，還沒有一種可適用于各種磨削條件下的嚴密磨削力理論公式。

現(xiàn)有磨削力計算公式大體上可分為三類：根據(jù)因次分析法建立的磨削力計算公式，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立的磨削力計算公式，根據(jù)因次分析和實驗研究結(jié)合的方法建立的通用磨削力計算公式。

目前仍然需要依靠實驗測試及在該實驗條件下的經(jīng)驗公式來進行。為此，筆者這里磨削力的計算是采用1992年北京工業(yè)大學提出的一種磨削力實驗公式中系數(shù)和指數(shù)的新求法。

平面磨削力公式的數(shù)學模型為：

Ft=Fp*asp*vys*vzw

最后得平面磨削力公式：

Ft=28282ap0.86*vw0.44*vs-1.066

查表，平面磨削的實驗數(shù)據(jù)：

ap=0.2mm，vs=30m/s，vw=18m/min

計算結(jié)果：Ft=96（N）

此公式磨削力平均相對準確度為：Δ=1.6%，為此，選取磨削力=100（N）。

鑒于目前對磨削加工中的研究已形成許多理論，但仍沒有一種得到理論界公認。而且這些計算出來的數(shù)據(jù)都只能作為參考，而無法得到準確數(shù)據(jù)。

為此，對磨削力的大小，筆者還采取參照刃磨機的螺旋夾具力作為參照依據(jù)。在此，筆者參考多種型號刃磨機的夾緊裝置，采用類比法，設(shè)計此款刃磨機夾具的夾緊力。

2.夾緊力的計算

夾具選用螺旋夾緊機構(gòu)，特點是：具有良好的自鎖性；多數(shù)應(yīng)用手動夾具中；具有較大的曾力比，夾緊行程不受限制，結(jié)構(gòu)簡單，但夾緊動作較慢。

（1）根據(jù)《夾具工程師手冊》單個螺旋夾緊簡單螺旋夾緊機構(gòu)的類型與夾緊力計算。

螺桿端面為平面接觸的計算公式：

W=■

依據(jù)查表：螺釘M10 dz=9.026 tgα=■ α____螺紋升角 T____螺距 t=1.5mm ？漬____螺紋摩擦角 ？漬=6°34′ f=0.1 D=2d P=4.5（N）

得：W=■

=357（N）

夾具上采用四個螺釘夾緊，則總夾緊力為：357*4=1428（N）

（2）根據(jù)《機床夾具設(shè)計》許用夾緊力為：W=[σ]拉*■，式中d平——螺紋平均直徑；d平≈0.8d（d____螺紋外徑），[σ]____允許拉應(yīng)力，[σ]=7840N/CM2

得：W許=[σ]拉*■=■*πd2*[σ]拉≈0.5d2[σ]拉=3920（N）

查表：M10——的許用夾緊力W許=3920N

計算數(shù)值與查表數(shù)值一致，計算結(jié)果正確。

單個螺釘夾緊力W=357（N），遠遠小于許用夾緊力。因此，許用夾緊力是安全的。

（3）螺旋壓板夾緊力

■

如上圖，此時產(chǎn)生夾緊力，

根據(jù)計算公式：W=■*P

L=40mm l=15mm P=357（N）

W=■*357=134（N）

單個壓板夾緊力為134（N），四個壓板夾緊力為：

134*4=536（N）

五、關(guān)于安全系數(shù)（K）

關(guān)于安全系數(shù)通常考慮多方面因素：

通常計算公式：K=K1+K2+K3+K4

K1——基本安全系數(shù)，通常K1=1.2～1.5；

K2——加工狀態(tài)系數(shù)，精加工K2=1.0；

K3——刀具鈍化系數(shù)，K3=1.1～1.5；

K4——切削特點系數(shù)，連續(xù)切削K4=1.0。

K=K1+K2+K3+K4

K=1.2+1.0+1.1+1.0=1.32

磨削力=100（N）

磨削力加上安全系數(shù)為：

P=F*K，P=100*1.32=132（N）

經(jīng)計算夾緊力大于磨削力，夾緊是安全的。

六、磨床工作臺的磁盤吸力

普通矩形電磁吸盤主要規(guī)格是長×寬，電磁吸盤的吸力可以達到100。這里電磁吸力遠遠大于磨削力，是安全的。

七、關(guān)于夾具左右兩邊斜邊槽尺寸的說明

左邊斜槽深度尺寸為30mm，右邊斜槽深度尺寸為25mm，是分別用于加工不同規(guī)格尺寸的刨刃而設(shè)定的?？捎糜诙喾N規(guī)格尺寸的加工。

八、關(guān)于磨削熱度

磨削時，如果磨削量過大、磨削速度、砂輪硬度、都會使工件表面產(chǎn)生高溫。磨削區(qū)域的瞬時高溫（900℃～1500℃）形成零件層組織發(fā)生局部變化并在表面的某些部分出現(xiàn)氧化變化。所以要合理選用磨削量、磨削速度、砂輪硬度，正確使用冷卻液，掌控磨削溫度。

參考文獻：

李伯民，趙波.實用磨削技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.