多用木工机床刀轴支承结构的设计与分析

摘要：随着高科技技术的发展，现代新型节能优化设计应用于工业中的各个领域，多用木工机床的诞生填补了老式木工机床刀轴支承结构受力不均，使用寿命低的特点，通过对其优化设计，提高了生产效率，降低了经济成本。本文主要围绕对多台木工机床刀轴支承结构进行工况分析，和改进措施对其结构优化设计，进一步来说明科技创新带给人们的方便，从而保证了木工机床的安全生产，创造更多的经济效益。

关键词：多用木工机床，刀轴支承机构的失效分析，改进措施，新型刀具支承结构的设计

前言：随着现代市场的激烈竞争和人们对木制品需求量的不断增加，台式木工机床在快速完成切削加工任务的同时，增加了多用性和实用性，它不但可以切、削、刨、钻、雕刻还可以自动化控制，使得一个人即可完成加工任务。但由于机床中刀轴受力复杂，转速高的特点常常导致刀具磨损严重，切削失效，影响加工精度和效率，为解决这一问题，对刀轴支承结构进行优化设计，提高加工质量和使用寿命势在必行。

1.多用木工机床刀轴支承结构的现况分析

所谓的刀轴支承结构，就是木工机床加工中用于支承刀具、实行切换刀头、传递工作载荷的重要部件，即人们平时说的轴承座，通常包括横梁、摇臂、底座、刀架、升降台等部件，具有支承其它机床零部件，保持它们的相对位置，承受各种切屑力的作用，主要特点有转速高，受力复杂等，而且它的制造加工精度和装配精度直接影响机床的加工工艺精度，也是造成刀轴结构卡死，刀具断裂的危险因素。下面结合多台立式多用木工机床的刀轴支承结构进行分析，主要存在以下问题：

1.1.刀具材质强度和热变形度达不到

在机床加工中，由于刀具对零件进行旋转受力，所以对它的材质要求特别高，应具有足够的静刚度，较高的刚度。而据调查发现大多数刀具材质过于单薄，质地较软，强度达不到要求使得刀具常常在切削中磨损，造成加工误差和影响其工艺性能；其次是刀具的热变形度达不到要求，机床在高速旋转中经摩擦产生大量热能，热能不断积聚使得刀具材质的分子结构发生游离，导致传递工作载荷失效，这也是目前刀具材质待解决的一大原因。

1.2.方形支撑座的加工难点

现代的多用木工机床大多采用方形支承座结构，殊不知，方形支撑座在其加工工艺和铣刀具槽的加工和装配中存在较多的难点。由于其是方形结构在加工中必须采用专用模具或辅助支撑工具才能完成，辅助支撑工具一旦精度达不到就会导致方形支承座的精度加工，继而影响机床加工精度，另外专用模具的使用增加了加工费用，提高了经济成本的投入；其次方形轴承座装配时，由于和理论中心线误差大，常导致加工中产生较大的剪切应力，影响刀轴的使用寿命。

1.3.刀具装配误差和高转速凸显支撑座动平衡问题

随着激烈的市场竞争，多用木工机床大多运用在连续的批量生产中，刀轴高速运转和人为不可避免的导致装配误差，严重影响了动平衡问题。例如，一木工铣床刀轴加工范围为450毫米，当人为装配误差在小于0.1毫米，转速在4500转/分钟时，就可带给机床450公斤的离心力，如此大的离心力严重磨损刀具和轴承，还会导致机床加工精度和使用寿命的降低，甚至引起机床噪音和共振问题，影响工人的身体健康。

2.新型多用木工机床刀轴支承结构的设计与分析

2.1.刀具材质的改善和突破

针对上面提及的刀具材质问题，结合木工机床的切削特性，我们改用5号圆钢作为刀具的主材质，它的强度高，耐弯和抗扭转强度大，即使在高速旋转中也能保持足够的刚度；另外它的形状为圆形，这也大大消除了方形刀具带来的旋转阻力，提高了切削速度和加工精度。其次在提高热变形性能上，我们根据圆钢本身的特性，对其进行了热处理工序的操作，既消除了残余应力，又很好的降低了热变形特性。

2.2.多用木工机床中，刀轴支承结构的设计和加工

通过对多台木工机床进行刀轴支承结构的加工和工艺性能分析，我们正确选择了支承结构的形状和尺寸，对原有的方形轴承座进行了优化设计，合理的添加了圆柱的结构特点，使得原本装配中存在的中心线偏差问题得到了很好的解决。具体实现了三方面的优化：（1）采用光滑圆柱形作为支承座，提高了装配精度，消除了装配偏差，并提高了定位性能。（2）圆形支承结构在加工中不需要借助特制的模具和辅助工装，只需要一道工序就可完成加工，而支撑座上的孔槽也只需在铣床上一次铣削成型，简化了加工工艺和过程，同时提高了机床同轴度的技术要求，节省了工时，降低了成本。

2.3.优化刀轴支承结构设计有效解决了动平衡问题

合理的解决多用木工机床动平衡问题，不仅可以提高工人安全生产系数，而且确保了加工工艺性和准确性，这也是彰显多用木工机床进步的关键因素。通过合理的选用圆形轴承座结构，使得机床两端轴承座孔和轴装配精度较高，同时轴承座和机体装配采用国标制的过渡配合，有利于切削加工操作的完成，这样就实现了轴承座的优化设计，既减少了刀轴卡死、断裂现象又减少了刀轴的径向跳动，有效降低了机床的振动和噪声的频率，提高了刀具和支承轴承座的使用寿命。

2.4.刀轴支承结构优化有利于传动的平稳性

通过对木工机床支承结构进行圆形设计优化，使得原有的支承结构减少了链接程序。新型圆形支承架设计，在轴承座端部设有螺栓联接孔，直接用螺栓联接后即可对刀具进行装配，同时很好的完成了轴承座和机身的完美结合，提高了安装精度和稳定性，有效的预防了工装噪音和人工误差，节省了工时提高了效率。

3.结束语

在当今科技飞速发展的时代，唯有科技创新、提高效率、降低生产成本，才能使我们的企业处于不败之地。刀具支承结构是木工多用机床中必不可缺的部件，它的装配精度和生产工艺性能直接影响了机床的加工精度和使用成本。综上所述，多用木工机床采用圆形支承结构的设计可以很好的解决刀具磨损，工艺性能差，加工精度低，装配有误差，动平衡等一系列问题，有效的提高了机床使用寿命和工作效率，降低了噪音污染和经济成本的投入。其新型刀具支承结构的优化设计必将推动整个木工机械经济的发展，它的大力推广和普及意义重大而深远。

参考文献：

[1]陈进虎.合理选择大件刚度[J].制作技术与机床，2006（12）.

[2]赵宏林.机床整机综合特性的预测[J].制作技术与机床，1998（3）.

[3]曾凡勇，刘红良.工程机械人机可靠性研究与设计[J].机械管理与开发，2009（8）.

作者简介：

李权修 （1984.12-） 男，汉族，大学本科，助理机械工程师，木工机床研发。