立式单轴木工镂铣机说明书.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 毕 业 论 文（设 计）

题目： 立式单轴木工镂铣机

学 院： 工学院
姓 名： 王冲
学 号： 20100978
专 业： 农业机械化及其自动化
年 级： 农机101
指导教师：林金龙 职 称：讲师

二0一四 年 五 月

摘要

木工铣床-用高速旋转的铣刀（见木工刀具）将木料开槽、开榫和加工出成形面等的木工机床。木工铣床分为立式单轴木工铣床、木模铣床和镂铣机3种。
立式单轴木工铣床（见图）的刀具装在从固定工作台伸出的垂直铣刀轴上，铣刀轴可倾斜和上下调整。工件紧贴固定工作台面和导板由手动送进，也可使用导向辊和成形铣夹具进行侧面的成形铣削，还可将工件夹紧在活动工作台上加工榫头和端面。 木模铣床的刀轴装在悬臂前部，可在垂直平面内转一角度。悬臂可在立柱上升降。工件夹紧在工作台上,可作纵向、横向和回转进给。木模铣床主要用于模型加工。
镂铣机的刀具主轴转速很高（达2万转／分）,工件和靠模（见仿形机床）重叠固定在夹具底板上。靠模绕工作台中心的定位销转动或移动时，铣刀即在工件上铣出相应的形状。工作台可升降和向前倾斜。20世纪70年代以后，数控（见数字控制机床）镂铣机发展很快，主要有转塔式和龙门式两种。前者的工作台作纵向和横向移动，将刀具的转塔头作上下运动。后者的主轴作横向和上下运动，工作台作纵向运动。镂铣机主要用于板料雕刻和成形表面的铣削。

关键词： 传动；齿轮；CAD

Abstract
Woodworking milling - cutter rotating (see woodworking tool) will be wood, tenonand slot machine woodworking machine forming surface etc.. Woodworking milling machine is divided into vertical axis milling machine woodworking, wood milling andengraving and milling machine 3.
Vertical axis milling machine woodworking (see photo) vertical milling cutter is arranged on the shaft extending from the fixed working table, the milling cutter axistilt and adjust up and down. The workpiece is fixed working table and a guide bymanual feeding, can also be a guide roller milling and milling fixture side, also canclamp the workpiece machining on the movable table tenon and end. Shaft is arranged in front of the cantilever wood milling machine tool, can turn an angle in the vertical plane. Cantilever lifting in the column. Clamping of the workpiece on the work table, can be used for vertical, horizontal and rotary feed. Wood milling machine is mainly used for model processing.
Engraving and milling machine tool spindle speed is very high (up to 20000 RPM),workpiece and profile (see copying machine) overlap is fixed on the fixture plate.The positioning pin profile around the center to rotate or move, milling cutter in theworkpiece and milling the corresponding shape. Working table lifting and tilting forward. In twentieth Century 70 years later (see digital control machine tools, CNCengraving and milling machine) is developing very fast, mainly has the turret and Longmen two. Table the move vertically and horizontally, the tool turret head to move up and down. The latter shaft horizontal and vertical movement, work tablevertical movement. Engraving and milling machine is mainly used for sheet metalforming surface engraving and milling.

Key words：Transmission; gear; cad

目 录

第一章 绪论
1.1 木工机械简述
1.2 木工机械的发展
1.3 设计任务书
第二章 传动系统的设计
2.1 电动机类型选择
2. 2 选择电动机容量
2.3 计算各传动装置传动比
2.4 分配各级传动比
2.5 V带轮传动设计
2.6 直齿圆锥齿轮传动 设计
第三章 轴的设计
3.1 低速轴设计
3. 2 输出轴设计
3.3 轴的弯矩扭矩计算
3. 4 轴的强度检算
3.5 轴承的选择
3. 6 键的选择
3. 7 联轴器的选择
设计总结
参考文献
致谢

第一章 绪论

1．木工机械简述
木工机械是指在木材加工工艺中，将木材加工的半成品加工成为木制品的一类机床。家具机械是木工机械的重要组成部分。
木工机床加工的对象是木材。木材是人类发现利用最早的一种原料，与人类的住、行、用有着密切的关系。人类在长期实践中积累了丰富的木材加工经验。木工机床正是通过人们长期生产实践，不断发现、不断探索、不断创造而发展起来的。
木家具是指用木制材料制成的用具。根据其结构可分为框架式家具和板工家具两大类。典型框架式家具的结构为榫卯结构，材料为天然实木板、方材，如红木家具、明式家具、清式家具、实木餐桌椅等。典型的板式家具是指以人造板为材料，结构采用连接件、圆榫等方式连接的家具。
1 木工锯床及跑车
2 木工刨床
3 木工开榫机,木工榫槽机,木工铣床
4 木工车床及多用机床
5 木材加工配套设备
6 家具制造机械
2．木工机械的发展

伴随着科学技术的不断地发展，新技术、新材料、新工艺不断涌现。伴随我国加入WTO的脚步，我国木工机械装备水平与国外的差距会越来越小，国外的先进技术和设备会不断涌入，对国内木工机械而言，挑战与机会并存。电子技术、数字控制技术、激光技术、微波技术以及高压射流技术的发展，给家具机械的自动化、柔性化、智能化和集成化带来了新的活力，使机床的品种不断增加，技术水平不断提高。国内外的发展趋势有以下几点：
（1）高新技术介入木工机械，促进自动化、智能化无论数控加工技术在木工机械上的应用，还是计算机技术的普及化，都预示着高新科技正在向各个技术领域推进。电子技术、纳米技术、太空技术、生物技术等在木工机械领域正在或将来一定能得到广泛的应用。
（2）更多效仿金属加工手段。从世界范围内的木工机械发展史看，木材加工方法有与金属加工方法同化的趋势，比如数控镂铣机的出现，便是一例。我们可否大胆预测，将来木材会被像锻造钢锭一样进行重塑定型。更多效仿金属加工手段。
（3）以规模带动效益从国内发展格局看，木材加工企业或木工机械装备，均有大型化、规模化的趋势，否则将被淘汰。我国现阶段落后的、简易的木工机械仍有很大的市场，很多木材加工企业还在推行劳动密集型的经营模式。未来的木材加工企业必然走产业化、大型化、规模化的发展道路。
（4）提高木材的综合利用率。由于国内乃至世界范围内的森林资源日趋减少，高品质原材料的短缺已成为制约木材工业发展的主要原因。最大限度地提高目次的利用率，是木材工业的主要任务。发展各类人造板产品，提高其品质和应用范围是高效率利用木材资源最有效的途径。另外，发展全树利用，减少加工损失，提高加工精度均可在一定限度上提高木材的利用率。
（5）以人为本，实现绿色环保我国政府推行退耕还林、天然林保护工程、林业两大体系建设和六大工程建设，均是保护环境明智之举；2002年7月1日起，全面强制执行人造板产品标准，达不到环保要求的不准生产、销售。木材加工行业的发展，必须遵循两条原则，首先是保护环境，最小限度地索取自然资源，最大限度地减少对环境的污染；其次是木材加工制品必须对人体无害或有害度控制在最低范围内。因此，未来有生命力的木工机械及木材工业产品，必然是按人机工程学设计的，符合环保要求的。
（6）提高生产效率和自动化程度。提高生产效率的途径有两个方面：一是缩短加工时间，而是缩短辅助时间。缩短加工时间，除了提高切削的速度，加大进给量外，其主要的措施是工序集中，因为刀具、震动和噪音方面的原因，切削速度和进给量不可能无限制地提高，因为多刀通过式联合机床和多工序集中的加工中心就成为了主要的发展方向。如联合了锯、铣、钻、开榫、砂光等功能的双端铣床；多种加工工艺联合的封边机；集中了多种切削加工工序的数控加工中心等。缩短辅助工作时间主要是减少非加工时间，采用附带刀库的加工中心，或采用数控流水线与柔性加工单元间自动交换工作台的方式，把辅助工作时间缩短到最低。
3．设计任务书
本次毕业设计我将设计一台立式单轴木工镂铣机，我的设计要求是
1.木工加工修边升降台铣床，人工控制。
2.工作最大厚度40mm,工作台升降行程180mm.
3.电机功率2.2Kw。
4.设计机构运动简图。
5.绘制主要零件图，部装图，总装配图等，共大于2张0号图纸。
机械的传动示意图如下：

第二章 传动系统的设计

1．电动机类型选择
按工作要求及条件，选用木工机械用途的YEJ系列电磁铁制动三相异步电动机。（查表现代机械手册25-11）
2．选择电动机容量
（1）电动机功率给定为 ：2.2kw
(2)计算电动机输出功率Pd
按《常用机械传动效率简表》确定各部分效率为
V带传动效率η1=0.96，滚动轴承效率η2=0.99，圆锥齿轮传动效率η3=0.95，弹性联轴器效率η4=0.99，
传动装置总效率为η =η1η22η3η4 =0.96×0. 992×0.95×0.99=0.885
得出电动机输出功率Pd=2.2kw×0.885=1.947kw
（3）确定电动机的转速
一般铣刀主轴可达18000r/min。通常，V带传动常用的传动比范围i1=2～4, 单级缘锥齿轮的传动比范围i2=2～3，则电动机转速可选范围为
nd’=nw i1’ i2’=18000×(2×2～4×3)=1500～4500r/min
符合这一同步转速范围的有750r/min,1000r/min,1500r/min。选用750r/min同步转速电机，则电机重量大、价格昂贵；1000r/min,1500r/min电机从重量、价格及传动比等方面考虑，选用YEJ90L-2型电动机。其相关参数如下：
型号
额定功率
满载转速

轴径
中心高
YEJ90L-2
2.2KW
2840r/min
2.2
2.2
28mm
100mm
3.计算传动装置总传动比
i总==6.338
4.分配各级传动比
0轴——电动机轴 P0=Pd=2.2KW
n0=nm=2840r/min
T0=9550=≈7.40N·m
1轴——低速轴 P1=P0η01=2.144KW
n1=≈8520r/min
T1=9550≈2.407N·m
2轴——高速轴 P2=P1η12≈2.016KW
n2=≈18000r/min
T2=≈1.07N·m
3轴——铣刀主轴 P3=P2η23=1.998kw
n3= nw=18000r/min
T3=≈0.988N·m
5 V带传动设计
确定计算功率
查表得KA=1.1，则
PC=KAP=1.4×2.2=2.42KW
确定V带型号
按照任务书得要求，选择普通V带。
根据PC=2.42KW及n1=2840r/min，查图确定选用z型普通V带。
确定带轮直径
（1）确定小带轮基准直径
根据图推荐，小带轮选用直径范围为50-71mm，选择dd1=63mm。
（2）验算带速
v ==9.36m/s
5m/s＜v＜25m/s,带速合适。
（3）计算大带轮直径
dd2= i dd1（1-ε）=3×63×（1-0.02）=185.22mm
根据GB/T 13575.1-9规定，选取dd2=185mm
确定带长及中心距
（1）初取中心距a0

得173.6≤a0≤496， 根据总体布局，取ao=400 mm
(2) 确定带长Ld：
根据几何关系计算带长得
=1198.66mm
根据标准手册，取Ld =1250mm。
(3)计算实际中心距
=425.5mm
验算包角：

=163.57°＞120°，包角合适。
确定V带根数Z
Z≥
根据dd1=63mm及n1=2840r/min，查表得P0=0.50KW,ΔP0=0.06KW
Kα==0.956
KL=1+0.5(lg2500-lg2240)=1.024
则Z≥3.894=4，取Z=4
确定粗拉力F0
F0=500
查表得q = 0.06㎏/m,则
F0=108.941N
计算带轮轴所受压力Q
Q=2ZF0sin=2×4×108.94×sin=862.58N
6. 直齿圆锥齿轮传动设计
齿轮得材料及热处理方法
小齿轮选用40Cr，调质处理，齿面硬度为260HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度220HBS，HBS1-HBS2=260-220=40,合适。
查得σFlim1=240Mpa, σFlim2=240Mpa,SF=1.3
故[σF1]== =129Mpa
[σF2]== =195Mpa
粗选8级精度
取小齿轮齿数Z1=18，则大齿轮Z2=18×2.338=41.441，取Z2=46，实际传
动比i ==2.706，与要求相差不大，可用。
齿轮疲劳强度设计
查表，取载荷系数K=1.1，推荐齿宽系数ΨR=0.25—0.3,取ΨR=0.3。
小齿轮上的转矩
T1==2.4032×105N·mm
（1）计算分度圆锥角
δ1=arctan= arctan=23°
δ2=90°-δ1=90°-69.72°=67°
（2）计算当量齿数
Zv1===19.334
Zv2===126.027
（3）计算模数
查的YF1=3.02, YF2=2.16
因为==0.023，==0.011
＞，故将代入计算。
mm≥==3.43
（4）计算大端模数
m ===4.04
查表取m=4.5
（5）计算分度圆直径
d1=mZ1=4.5×17=81mm
d2=mZ2=4.5×46=207.00mm
(6)计算外锥距
R===111.16mm
(6)计算齿宽
b=ΨRR=0.3×109.16=32.75mm
取b1=b2=35mm
(7)计算齿轮的圆周速度
齿宽中点处直径dm1=d1(1-ΨR)=81×(1-0.5×0.3)68.85mm

当量齿数
Zv1=18.12
Zv2=132.71
模数mm=3.43
大端模数m=4.5
则圆周速度 v ==1.1m/s
由表可知，选择8级精度合适。
验算轮齿弯曲疲劳强度
σF1===95.38Mpa
[σF1]=129Mpa, σF1＜[σF1]，故安全。

第三章 轴的设计

1.低速轴的设计
（1）确定轴上零件的定位和固定方式(如图)

(2)按扭转强度估算轴的最小直径
dmin≥
(2)按扭转强度估算轴的最小直径
dmin≥

(2)按扭转强度估算轴的最小直径
dmin≥
(3)确定轴各段直径和长度
左起第一段，由于安装带轮，属于基孔制配合，因开有键槽，增大7%并圆整，取轴径35mm，长度87mm，为了便于安装，轴端进行2×45°倒角。
左起第二段直径取42mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度34mm。
左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承， 取轴径45mm，长度为39mm。
左起第四段，仅为轴段的过渡,其直径略小于第三段轴，取42mm，长
度取50mm。
左起第五段为滚动轴承段，则此段的直径为45mm。由于还装有挡油环，长度取52mm。
左起第六段，对轴承右端进行定位，取轴径53mm。长度取8mm。
2.输出轴的设计
（1）确定轴上零件的定位和固定方式(如图)

(2)按扭转强度估算轴的最小直径
dmin≥
查表取A0=105，于是得dmin≥=36.86mm
(3)确定轴各段直径和长度
左起第一段，由于安装联轴器，因开有键槽，轴径扩大7%并圆整，取轴径40mm，长度80mm，为了便于安装，轴端进行2×45°倒角。
左起第二段直径取46mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度46mm。
左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承， 取轴径50mm，长度为46mm。
左起第四段，对轴承起到轴肩定位作用,其直径大于第三段轴，取60mm。根据整体布局，长度取90mm。
左起第五段安装大圆锥齿轮，根据齿轮的孔径，此段的直径取54mm，长度取60mm。
左起第六段，为轴承安装段，根据轴承的尺寸，取轴径50mm。长度取50mm。

1.作轴的受力简图（a）
由于该轴为转轴，应按弯扭组合强度进行校核计算。
估算轴的最小直径
dmin=36.86mm

2.作轴的垂直面受力图（d）
3.绘制垂直面弯矩图
（1）求垂直面的支反力
Rv1===1036.81N
Rv2= Rv1-Fr=1036.81-618.17=418.64N
（2）求垂直面弯矩
MVC1= -Rv2L2=-283.76×143=-40577.68N·mm
MVC2= MVC1+Fa·= -40577.68+1543.86×=119211.83N·mm
(3)绘制弯矩图（e）
4.作轴水平面受力简图（b）
5.绘制水平弯矩图
（1）求支反力
RH1= RH2===2261.045N
（2）求水平弯矩
MHC=RH2L2=2261.045×143=323329.3625N·mm
（3）绘制弯矩图（c）
6.绘制合成弯矩图
（1）计算合成弯矩
MB==0
MC1===325865.656N·mm
MC2===344606.062N·mm
(2)绘制弯矩图（f）
7.绘制扭矩当量弯矩图（g）
轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取α≈0.6，则当量弯矩为
MT=αT=0.6×172.97×1000=103782N·mm
8.绘制总当量弯矩图（h）
（1）计算总当量弯矩
MeB===103782N·mm
MeC1===103782N·mm

MeC2===359894.487N·mm
9.校核轴的强度
轴的材料为45钢，调质处理，[σ-1]=60Mpa.从总当量弯矩图可以看出，截面C为危险截面。
截面C为齿轮处，dC=54mm，则
σbC===22.856Mpa＜[σ-1]，轴的强度足够。

轴的强度足够，可用
主动轴32309轴承两对，从动轴32310轴承两对。根据要求对从动轴上的轴承进行强度校核。
查相关手册，32310轴承的判断系数e=0.35，当≤e时，Pr=Fr；当＞e时，Pr=0.4Fr+YFa,Y=1.7。轴承基本额定动载荷Cr=168KN，轴承采用正装，要求寿命为105120小时。
1.绘制轴承计算简图

2.计算各轴承所受总径向力
由轴的计算知：B、D处水平支反力RH1= RH2=2261.045N，B、D处垂直面支反力Rv1=1036.81N,RV2=418.64N。
Fr1===2487.43N
Fr2===2299.47N
3.计算各轴承内部派生轴向力
FS1=eFr1=0.35×2487.43=807.60N
FS2=eFr2=0.35×2299.47=804.81N
4.判断放松、压紧端
FS1+Fa=807.60+1543.86=2414.46N＞FS2
故，轴承2压紧，轴承1放松。
则 Fa1=FS1=807.60N , Fa2=FS1+Fa=2414.46N
5.计算当量动载荷
对轴承1 ==0.3499＜e, P1=Fr1=2487.43N
对轴承2 ==1.05＞e, P2=0.4Fr2+1.7Fa2=5024.37N
因P2＞P1，故按轴承2的当量动载荷计算寿命，即取
P=P1=5024.37N
6.轴承寿命校核计算
Lh===8.99×105h＞105120h
故，所选轴承符合要求。

键的选择及校核
低速轴与带轮连接选用键A10×8×70
σp===41.18MPa＜[σp]=100MPa
故，该键满足强度要求。
输出轴与齿轮连接选用键A16×10×50
σp===94.74MPa＜[σp]=100MPa
故，该键满足强度要求。

设计总结

4月我开始了我的毕业设计，时至今日，设计基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过
程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。
我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在U盘上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于完成设计。然后我将收集到的资料仔细整理分类。资料查找完了，我开始着手设计。在设计过程中遇到困难我就及时和指导老师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，设计也慢慢成型。
当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业设计的设计过程是我的一次再学习，再提高的过程。在设计中我充分地运用了大学期间所学到的知识。
我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业设计的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计零件图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多机械制造的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今机械制造的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。
脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

参 考 文 献

[1] 何铭新 钱可强主编 机械制图，第五版，高等教育出版社
[2] 杨明忠 朱家诚主编,机械设计.武汉理工大学出版社
[3] 机械设计手册（下）.第二版，石油化工出版社
[4] 刘鸿文主编,材料力学第四版. 高等教育出版社
[5] 使用机械设计手册（上，下），中国农业机械出版社
[6] 机械工程师手册(上).机械工业出版社
[7] 吴尚斌编著,公差配合使用技术手册.辽宁科学技术出版社
[8] 农业机械设计手册(上).机械工业出版社
[9] 无锡轻院、天津轻院合编,食品工艺学(上).轻工出版社

致 谢
首先，我要感谢我的导师林金龙老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给了起到了指明灯的作用；他循循善诱的教导和严于律己的性格督促着我做好这次设计，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个铣床的设计。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。 俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问林老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方，从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，他给我们真正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和老师还有另外两个交流途径：打电话和上网，为此老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料，每次大家都在群不亦乐乎的讨论着毕业设计的事情。多少个日日夜夜，林老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩林老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向林金龙老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后我还要感谢工学院和我的母校江西农业大学四年来对我的栽培。

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