一款简单实用木工平面刨刨刃刃磨专用夹具的设计

李麟

摘 要：本文介绍了一款简单实用木工平面刨刨刃刃磨专用夹具的设计，该夹具实际上是在梯形结构上与斜面梯形支撑的组合。用螺旋夹紧机构进行夹紧，具有装夹方便、可靠，制造简单，刨刃刃磨方便，保证尺寸精度的特点。在现有的平面磨床上即可加工，不需要购买专用的木工刨刃刃磨机，并有易于推广、成本低廉、制造容易、实用的特点。

关键词：刃磨机；磨削力；夹具

一、设计的目的

随着木工平面刨床的使用越来越广泛，随之而来的木工平面刨床的刨刃刃磨问题就变成日益突出的问题。如果每个企业为了一两台木工平面刨床而再配备一台木工刨刃刃磨机，刃磨设备需要占用场地，无形中提高了成本，是不现实的。而将刨刃拿去周边从事木器加工的企业去修磨刃具，既造成人员、物力、时间上的浪费，又不能保证急需之用。为此，笔者结合单位现有一台平面磨床设计了一款既简便又实用的木工平面刨刃刃磨专用夹具。

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简称刨刃，它的尺寸规格是根据木工平面刨床的规格而定的。而常用的刨刃为410*40*4和 300*35*3这两组规格。刨刃长度为410规格的为企业广泛使用，刨刃长度300规格的多为个体户上门装修普遍使用。

2.木工刨刃的刃磨

木工刨刃的刃磨是将刨刃从刨刃主轴上卸下来，将刨刃放到木工专用刃磨机上用砂轮去进行刃磨刨刃。刃磨时，根据刃磨机上所用的砂轮及砂轮相对刨刃刃磨表面的位置不同，刃磨方式有以下几种形式：

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一是用杯形砂轮端面刃磨，如a图，能得到刨刃切削角β′角，但比理论上的切削角β角要小，同时，随砂轮直径的尺寸不同，β′角是变化的。β′角越小，刨刃在工作中切削木料越锋利，但刨刃耐用度不好。还与木料的材质不同有关，当木料很硬时，需要β角大一些，当β′角较小时，刨刃非常不耐用，很容易钝化。

二是砂轮外圆径向磨削，如b图，这种磨削方法能保证切削角β所需要的角度。但这种刃磨有一个主要缺点：磨削区表面的瞬时温度可高达870℃～1200℃，在这种高温作用下，刃磨表面30微米～200微米深的范围内会发生程度不同的退火现象，而导致硬度降低。

三是砂轮端面平面磨削，如c图，这种磨削方法能保证切削角β所需要的角度。这种刃磨方法不会因砂轮尺寸的变化而影响切削角β的变化。但要求砂轮经常地修正，才能保证刃磨的平直性。

（1）確定切削角度

刨刃的切削角度为38°～42°。角度的大小是根据木料材质的硬度而定，当木料材质较软时选切削角为38°，当木料硬度高时选42°。切削角小时，切削省力，耐用度小；切削角大时，切削费力，耐用度大。如果工作时以杂活、修理为主，要考虑木料上的沙石、油漆、铁钉较多且木料比较复杂时刨刃切削角还是选大点为好，以提高刨刃的耐用度和强度。所以，综合以上因素，切削角选为42°。

（2）刨刃的材质

目前刨刃的材质以高速钢为主，还有少量的选用碳素工具钢等。

（3）刨刃的刃磨

目前木器专业企业都是采用木工刨刃专用刃磨机设备进行刃磨。

三、设计方案

目前，木工刨刃刃磨设备刃磨是采用两种方法刃磨刨刃的。第一种方法是：刨刃是固定在磨刀的刀架子上，调整砂轮磨头转轴的角度，进行磨削。此方法可以磨削任意角度，砂轮主体结构复杂，制造成本高。第二种方法是：刨刃是以特定角度固定在刀架子上，砂轮与工作台相对平行移动。此方法只能磨削一种角度，结构简单，制作成本低。笔者设计的夹具是采用第二种方法刃磨刨刃的。

1.夹具结构

结合单位现有平面磨床，依据木工专用刃磨机的原理，设计一款木工刨刃刃磨专用夹具。夹具为梯形结构，两侧分别装夹刨刃，可分别装夹刃磨不同规格尺寸的刨刃。这款刃磨机为常用木工刨床的刨刃刃磨机，长度在410毫米以下规格的刨刃机床为常用木工刨床。

2.凹槽尺寸

在两边梯形面，分别设有斜槽，两边斜槽高度尺寸不相等，斜槽尺寸高度在30毫米、槽深4毫米的用于规格在410*40*4尺寸刨刃的刃磨；斜槽尺寸高度在20毫米、槽深3毫米的用于规格在小于300*30*3尺寸多种刨刃的刃磨。

3.倾斜角度

夹具的倾斜角度是根据刨刃切削角确定的，确定为42°。

4.定位、基准的选择

根据刨刃形状，依据夹具的斜面斜槽和刨刃的两个面基准为定位基准。

四、磨削力及夹紧力的计算

1.磨削力理论公式

磨削力的理论公式对磨削过程做定性分析和大致估算时具有很大作用，但是由于磨削力加工情况的复杂性，迄今为止，还没有一种可适用于各种磨削条件下的严密磨削力理论公式。

现有磨削力计算公式大体上可分为三类：根据因次分析法建立的磨削力计算公式，根据实验数据建立的磨削力计算公式，根据因次分析和实验研究结合的方法建立的通用磨削力计算公式。

目前仍然需要依靠实验测试及在该实验条件下的经验公式来进行。为此，笔者这里磨削力的计算是采用1992年北京工业大学提出的一种磨削力实验公式中系数和指数的新求法。

平面磨削力公式的数学模型为：

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，平面磨削的实验数据：

ap=0.2mm，vs=30m/s，vw=18m/min

计算结果：Ft=96（N）

此公式磨削力平均相对准确度为：Δ=1.6%，为此，选取磨削力=100（N）。

鉴于目前对磨削加工中的研究已形成许多理论，但仍没有一种得到理论界公认。而且这些计算出来的数据都只能作为参考，而无法得到准确数据。

为此，对磨削力的大小，笔者还采取参照刃磨机的螺旋夹具力作为参照依据。在此，笔者参考多种型号刃磨机的夹紧装置，采用类比法，设计此款刃磨机夹具的夹紧力。

2.夹紧力的计算

夹具选用螺旋夹紧机构，特点是：具有良好的自锁性；多数应用手动夹具中；具有较大的曾力比，夹紧行程不受限制，结构简单，但夹紧动作较慢。

（1）根据《夹具工程师手册》单个螺旋夹紧简单螺旋夹紧机构的类型与夹紧力计算。

螺杆端面为平面接触的计算公式：

W=■

依据查表：螺钉M10 dz=9.026 tgα=■ α____螺纹升角 T____螺距 t=1.5mm ？渍____螺纹摩擦角 ？渍=6°34′ f=0.1 D=2d P=4.5（N）

得：W=■

=357（N）

夹具上采用四个螺钉夹紧，则总夹紧力为：357*4=1428（N）

（2）根据《机床夹具设计》许用夹紧力为：W=[σ]拉*■，式中d平——螺纹平均直径；d平≈0.8d（d____螺纹外径），[σ]____允许拉应力，[σ]=7840N/CM2

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

查表：M10——的许用夹紧力W许=3920N

计算数值与查表数值一致，计算结果正确。

单个螺钉夹紧力W=357（N），远远小于许用夹紧力。因此，许用夹紧力是安全的。

（3）螺旋压板夹紧力

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如上图，此时产生夹紧力，

根据计算公式：W=■*P

L=40mm l=15mm P=357（N）

W=■*357=134（N）

单个压板夹紧力为134（N），四个压板夹紧力为：

134*4=536（N）

五、关于安全系数（K）

关于安全系数通常考虑多方面因素：

通常计算公式：K=K1+K2+K3+K4

K1——基本安全系數，通常K1=1.2～1.5；

K2——加工状态系数，精加工K2=1.0；

K3——刀具钝化系数，K3=1.1～1.5；

K4——切削特点系数，连续切削K4=1.0。

K=K1+K2+K3+K4

K=1.2+1.0+1.1+1.0=1.32

磨削力=100（N）

磨削力加上安全系数为：

P=F*K，P=100*1.32=132（N）

经计算夹紧力大于磨削力，夹紧是安全的。

六、磨床工作台的磁盘吸力

普通矩形电磁吸盘主要规格是长×宽，电磁吸盘的吸力可以达到100。这里电磁吸力远远大于磨削力，是安全的。

七、关于夹具左右两边斜边槽尺寸的说明

左边斜槽深度尺寸为30mm，右边斜槽深度尺寸为25mm，是分别用于加工不同规格尺寸的刨刃而设定的。可用于多种规格尺寸的加工。

八、关于磨削热度

磨削时，如果磨削量过大、磨削速度、砂轮硬度、都会使工件表面产生高温。磨削区域的瞬时高温（900℃～1500℃）形成零件层组织发生局部变化并在表面的某些部分出现氧化变化。所以要合理选用磨削量、磨削速度、砂轮硬度，正确使用冷却液，掌控磨削温度。

参考文献：

李伯民，赵波.实用磨削技术[M].北京：机械工业出版社，1996.