多用木工機(jī)床刀軸支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析

摘要：隨著高科技技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代新型節(jié)能優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于工業(yè)中的各個領(lǐng)域，多用木工機(jī)床的誕生填補了老式木工機(jī)床刀軸支承結(jié)構(gòu)受力不均，使用壽命低的特點，通過對其優(yōu)化設(shè)計，提高了生產(chǎn)效率，降低了經(jīng)濟(jì)成本。本文主要圍繞對多臺木工機(jī)床刀軸支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行工況分析，和改進(jìn)措施對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步來說明科技創(chuàng)新帶給人們的方便，從而保證了木工機(jī)床的安全生產(chǎn)，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：多用木工機(jī)床，刀軸支承機(jī)構(gòu)的失效分析，改進(jìn)措施，新型刀具支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計

前言：隨著現(xiàn)代市場的激烈競爭和人們對木制品需求量的不斷增加，臺式木工機(jī)床在快速完成切削加工任務(wù)的同時，增加了多用性和實用性，它不但可以切、削、刨、鉆、雕刻還可以自動化控制，使得一個人即可完成加工任務(wù)。但由于機(jī)床中刀軸受力復(fù)雜，轉(zhuǎn)速高的特點常常導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，切削失效，影響加工精度和效率，為解決這一問題，對刀軸支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高加工質(zhì)量和使用壽命勢在必行。

1.多用木工機(jī)床刀軸支承結(jié)構(gòu)的現(xiàn)況分析

所謂的刀軸支承結(jié)構(gòu)，就是木工機(jī)床加工中用于支承刀具、實行切換刀頭、傳遞工作載荷的重要部件，即人們平時說的軸承座，通常包括橫梁、搖臂、底座、刀架、升降臺等部件，具有支承其它機(jī)床零部件，保持它們的相對位置，承受各種切屑力的作用，主要特點有轉(zhuǎn)速高，受力復(fù)雜等，而且它的制造加工精度和裝配精度直接影響機(jī)床的加工工藝精度，也是造成刀軸結(jié)構(gòu)卡死，刀具斷裂的危險因素。下面結(jié)合多臺立式多用木工機(jī)床的刀軸支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，主要存在以下問題：

1.1.刀具材質(zhì)強度和熱變形度達(dá)不到

在機(jī)床加工中，由于刀具對零件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)受力，所以對它的材質(zhì)要求特別高，應(yīng)具有足夠的靜剛度，較高的剛度。而據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)刀具材質(zhì)過于單薄，質(zhì)地較軟，強度達(dá)不到要求使得刀具常常在切削中磨損，造成加工誤差和影響其工藝性能；其次是刀具的熱變形度達(dá)不到要求，機(jī)床在高速旋轉(zhuǎn)中經(jīng)摩擦產(chǎn)生大量熱能，熱能不斷積聚使得刀具材質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生游離，導(dǎo)致傳遞工作載荷失效，這也是目前刀具材質(zhì)待解決的一大原因。

1.2.方形支撐座的加工難點

現(xiàn)代的多用木工機(jī)床大多采用方形支承座結(jié)構(gòu)，殊不知，方形支撐座在其加工工藝和銑刀具槽的加工和裝配中存在較多的難點。由于其是方形結(jié)構(gòu)在加工中必須采用專用模具或輔助支撐工具才能完成，輔助支撐工具一旦精度達(dá)不到就會導(dǎo)致方形支承座的精度加工，繼而影響機(jī)床加工精度，另外專用模具的使用增加了加工費用，提高了經(jīng)濟(jì)成本的投入；其次方形軸承座裝配時，由于和理論中心線誤差大，常導(dǎo)致加工中產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，影響刀軸的使用壽命。

1.3.刀具裝配誤差和高轉(zhuǎn)速凸顯支撐座動平衡問題

隨著激烈的市場競爭，多用木工機(jī)床大多運用在連續(xù)的批量生產(chǎn)中，刀軸高速運轉(zhuǎn)和人為不可避免的導(dǎo)致裝配誤差，嚴(yán)重影響了動平衡問題。例如，一木工銑床刀軸加工范圍為450毫米，當(dāng)人為裝配誤差在小于0.1毫米，轉(zhuǎn)速在4500轉(zhuǎn)/分鐘時，就可帶給機(jī)床450公斤的離心力，如此大的離心力嚴(yán)重磨損刀具和軸承，還會導(dǎo)致機(jī)床加工精度和使用壽命的降低，甚至引起機(jī)床噪音和共振問題，影響工人的身體健康。

2.新型多用木工機(jī)床刀軸支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析

2.1.刀具材質(zhì)的改善和突破

針對上面提及的刀具材質(zhì)問題，結(jié)合木工機(jī)床的切削特性，我們改用5號圓鋼作為刀具的主材質(zhì)，它的強度高，耐彎和抗扭轉(zhuǎn)強度大，即使在高速旋轉(zhuǎn)中也能保持足夠的剛度；另外它的形狀為圓形，這也大大消除了方形刀具帶來的旋轉(zhuǎn)阻力，提高了切削速度和加工精度。其次在提高熱變形性能上，我們根據(jù)圓鋼本身的特性，對其進(jìn)行了熱處理工序的操作，既消除了殘余應(yīng)力，又很好的降低了熱變形特性。

2.2.多用木工機(jī)床中，刀軸支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工

通過對多臺木工機(jī)床進(jìn)行刀軸支承結(jié)構(gòu)的加工和工藝性能分析，我們正確選擇了支承結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，對原有的方形軸承座進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，合理的添加了圓柱的結(jié)構(gòu)特點，使得原本裝配中存在的中心線偏差問題得到了很好的解決。具體實現(xiàn)了三方面的優(yōu)化：（1）采用光滑圓柱形作為支承座，提高了裝配精度，消除了裝配偏差，并提高了定位性能。（2）圓形支承結(jié)構(gòu)在加工中不需要借助特制的模具和輔助工裝，只需要一道工序就可完成加工，而支撐座上的孔槽也只需在銑床上一次銑削成型，簡化了加工工藝和過程，同時提高了機(jī)床同軸度的技術(shù)要求，節(jié)省了工時，降低了成本。

2.3.優(yōu)化刀軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計有效解決了動平衡問題

合理的解決多用木工機(jī)床動平衡問題，不僅可以提高工人安全生產(chǎn)系數(shù)，而且確保了加工工藝性和準(zhǔn)確性，這也是彰顯多用木工機(jī)床進(jìn)步的關(guān)鍵因素。通過合理的選用圓形軸承座結(jié)構(gòu)，使得機(jī)床兩端軸承座孔和軸裝配精度較高，同時軸承座和機(jī)體裝配采用國標(biāo)制的過渡配合，有利于切削加工操作的完成，這樣就實現(xiàn)了軸承座的優(yōu)化設(shè)計，既減少了刀軸卡死、斷裂現(xiàn)象又減少了刀軸的徑向跳動，有效降低了機(jī)床的振動和噪聲的頻率，提高了刀具和支承軸承座的使用壽命。

2.4.刀軸支承結(jié)構(gòu)優(yōu)化有利于傳動的平穩(wěn)性

通過對木工機(jī)床支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓形設(shè)計優(yōu)化，使得原有的支承結(jié)構(gòu)減少了鏈接程序。新型圓形支承架設(shè)計，在軸承座端部設(shè)有螺栓聯(lián)接孔，直接用螺栓聯(lián)接后即可對刀具進(jìn)行裝配，同時很好的完成了軸承座和機(jī)身的完美結(jié)合，提高了安裝精度和穩(wěn)定性，有效的預(yù)防了工裝噪音和人工誤差，節(jié)省了工時提高了效率。

3.結(jié)束語

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時代，唯有科技創(chuàng)新、提高效率、降低生產(chǎn)成本，才能使我們的企業(yè)處于不敗之地。刀具支承結(jié)構(gòu)是木工多用機(jī)床中必不可缺的部件，它的裝配精度和生產(chǎn)工藝性能直接影響了機(jī)床的加工精度和使用成本。綜上所述，多用木工機(jī)床采用圓形支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以很好的解決刀具磨損，工藝性能差，加工精度低，裝配有誤差，動平衡等一系列問題，有效的提高了機(jī)床使用壽命和工作效率，降低了噪音污染和經(jīng)濟(jì)成本的投入。其新型刀具支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計必將推動整個木工機(jī)械經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它的大力推廣和普及意義重大而深遠(yuǎn)。

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作者簡介：

李權(quán)修 （1984.12-） 男，漢族，大學(xué)本科，助理機(jī)械工程師，木工機(jī)床研發(fā)。