20070403113_刘太冉_自动铣削机的总体方案及夹紧装置的设计

20070403113_刘太冉_自动铣削机的总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及夹紧装置的设计 20070403113_刘太冉_自动铣削机的总体方案及夹紧装 置的设计 1 前言 1.1引言 塑钢门窗是以聚氯乙烯为主要原料，辅以一定比例的稳定剂、着色剂、填充剂、紫外线吸收剂等其他化学原料，经挤出成型，然后经过各种加工成为各种断面的中空型材，在其内腔衬以型钢，再用热融焊接以及螺接的方式制成门窗框架，这种门窗具有较强的抗冲击性，耐腐蚀性，耐候性，抗氧化，保温防水，隔音节能绝缘效果好。因其具有诸多优良性能。 基于以上特点，国家建设部将其指定为绿色节能产品,在全国进行推广。近年来塑钢门窗在我国得到了迅速的发展，但是与发达国家相比装备比较落后。而国外进口的塑窗加工设备价格普遍较高。这在一定程度上制约了我国塑料门窗的发展。鉴于此，这次毕业设计我们小组选择了塑窗锯铣加工中心的自动铣削机部分的设计，本文主要介绍自动铣削机的总体和夹紧装置的设计。 1.2塑窗行业在国内外的发展现状 塑钢门窗因其优良的性能受到世界各国的普遍重视。目前英国、法国的使用率在30%左右，而德国、 奥地利则在50%以上。我国自80年代初期引入塑钢门窗以来,通过对国外技术的借鉴、吸收和创新，塑钢门窗行业得到了迅速的发展,其中塑窗加工设备的设计、开发和创新也迅猛发展。我国塑钢门窗加工设备包括七大种类:铣削类、锯切类、清角类、焊接类、铣削类、加工中心自动线类。其 中铣削类加工设备主要有水槽铣、仿形铣、玻璃压条铣等多种产品,但总体来看，铣削类设备还是比较落后，其基本为单工序、手动加工，仅铣削一道工序就需要很多的设备，效率低下，成本较高。因为我国的塑窗行业起步较晚，与欧美等发达国家有着较大的差距，但是国外的设备又比较昂贵，因此我国的塑窗行业产能较低，效率低下，在这种情况下，我们研制了铝塑型材锯铣加工中心，这一加工中心有着很多优点，计算机自动控制，可自动实现36种型材的识别、定位夹紧、锯铣加工。大大提高了铝塑型材的加工效率，提升了我国塑窗加工设备的水平。但是与发达国家相比我们依然要有很长的一段路要走。 1.3 选题的背景和意义 20世纪90年代以来，各国开始注重制造业的绿色化转型，更加注重资源节约型和环境友好型产业的发展，其中塑钢门窗在建筑门窗行业正是绿色化的新型行业，因此它必将取代传统的木、铝门窗，成为主导产品，因此在这种背景下，塑钢加工设备的研制对我国的绿色战略有着很重要的意义。本次课题涉及的铝塑型材锯铣加工中心有很多优点，控制系统由计算机自动控制，可自动完成多种型材的自动识别、定位夹紧和铣削、锯切加工，与传统的同类加工设备相比，环境污染少，生产效率高，生产成本低。大大提高了我国塑窗行业加工的水平，自动铣削机作为该加工中心的重要组成部分，可对36中型材进行铣削加工，将多种工序集中在一个机器上，具有明显的柔性加工性能。 1.4本课题研究的主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 以及主要参数 锯铣加工中心由电脑控制台、自动输料台、送料机械手、自动铣削机、自动锯切机、锯后输送和收尘等几大部分组成。该加工中心采用3个伺服轴，利用计算机控制，图形界面编程，型材长度优化等技术，将锯、铣工艺集中到统一的加 工单元[7]，图1为加工中心外观照片，图2为加工中心各组成单元配置图。 图 1 加工中心外观照片 图2 加工中心各组成单元配置示意图 塑窗自动铣削机作为锯铣加工中心主要单元，将信息技术、自动化技术、气动控制技术等与制造技术相结合，由工业计算机控制实现对型材铣削加工全过程的自动识别、自动编制工艺，可自动高速加工36种不同型材，并将多种复杂的铣削工序集中在一台设备上自动实现，具有良好的柔性加工性能。本次以自动铣削机总体及夹紧装置设计为毕业设计主要内容，要求实现多种型材的排水孔、通风孔、铰链孔、门窗锁孔、滑轮孔以及其他各种五金件安装孔、槽的加工，其孔、槽既可为 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 形状亦可为异形，其夹紧装置可实现不同尺寸型材的定位和夹紧。具体包括自动铣削机总体及夹紧装置刀架的方案设计、装配图及支撑零件图设计，并进行相关的计算以及关键零件的校核。图3为自动铣削机的结构简图 相关参数: (1)自动铣床能够实现25×25mm~120×120mm截面铝塑型材的规则及异型孔槽的铣削; (2)自动铣床能够实现25×25mm~120×120mm截面铝塑型材的定位和夹紧; (3)铣刀直径为?5mm~?8mm; (4)可以铣削铝合金及塑料门窗型材; (5)型材的夹紧采用气动控制，安全可靠; (6)要求设计方案合理，结构紧凑、工作可靠、质量达到行业标准。 图3自动铣削机整体结构的侧视图 2 自动铣削机总体方案设计 2.1 总体结构分析 自动铣削机主要由机架、自动铣削装置、导向定位夹紧装置三部分组成。机架作为工作平台，主要起到支撑和定位的作用;自动铣削装置负责对工件进行铣削和钻销等复合加工，它通过复合导轨与机架相连接，在两个伺服电机的驱动下，通过滚珠丝杠控制其前后和竖直运动，再配合工件水平方向的进给，可以调整刀具相对工件的位置，刀头部分在微型高速电机的驱动下沿垂直于工件的方向进给，完成铣削等各种加工;导向定位夹紧装置通过螺钉与机架相连，在加工过程中主要起到导向和夹紧的作用，低压时，主要起到导向作用，高压时，主要起到夹紧作用，保证加工精度和质量。其结构简图见图2.1。 图2.1 自动铣削机总体结构侧视图 2.2 机架的设计 机架是整个加工过程中的工作平台，起到支撑和定位的作用，机架的材料全部用Q235-A，厚度为10mm的方形空腔型钢加工焊接制作，机架立体图见图2.3所示: 1.机架;2前后移动伺服电机;3.刀头支架;4.导向夹紧装置 图2.3 机架极其在整体中的布局 为了能更好地调结水平，在机架的四个角上安装地脚固定组件，该组件是采 用螺栓螺母调节四脚高度以调平机床。因四个螺栓要承受机身的全部重量以及切削时的动载荷，所以一螺栓要有足够的强度，因此采用直径为30mm的螺柱，同时地脚固定板的面积不能太小，以免地面承受大的压强而出现不足，影响机床加工质量。在此设计成200×200×30的平板，两者的材料均为Q235-A。刀头支架的水平进给由伺服电机带动滚珠丝杠实现，伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器连接，故需要设计一个箱体以保证伺服电机与滚珠丝杠的同轴度，箱体材料用HT200，箱体通过一个连接板焊接到机架上;刀头支架的水平进给通过丝杠螺母副与丝杠挂角的连接传给辅助板，辅助板与刀头支架之间由竖直导轨连接，在水平进给丝杠的传动下，沿固定在机架上的导轨一起作水平进给运动。 2.2自动铣削装置 自动铣削装置见图4由两个伺服电动机驱动，通过滚珠丝杠控制其上下和左右运动，调整刀具相对于型材的位置。型材从铣削装置中间空腔由送料机械手纵向输送，刀具则在进给驱动气缸的作用下，快进后进行切削[4]。这一设计思路可以实现先进的计算机集中控制，并且可得到高的精度和生产效率。自动铣削装置由个方向固定的工作头和小范围内可手动调整方向的多个工作头组成，可实现在型材截面内多方向的进给。工作头由铣刀、小型高速电动机和气缸组成，采用模块化设计。切削加工采用两种方式进行，通过气缸直接进给或配合送料机械手进行小孔及排水槽等的加工， 另一方式则为送料机械手与铣削装置支架带动刀具的伺服进给实现较大孔或异形孔、槽的加工。 图2.2 自动铣削装置结构图 这种结构设计方式具有明显的柔性加工性能及其他一些优点，具体表现在: (1)在型材同一截面内可进行多方向的孔、槽加工，满足用户多方面需要; (2)自动铣削装置的两个伺服轴配合送料机械手的纵向伺服进给，可实现各种规则及异形孔、槽的加工; (3)滚珠丝杠及工作头进给气缸较大的行程范围配合送料机械手的自动识别系统，可加工种不同规格的型材; (4)具有较高的加工精度和加工效率。因刀具位置或轨迹由伺服系统控制，且根据需要，某几把刀可同时加工; (5)进给采用带磁性开关的气缸进行控制，不污染环境，成本较低[4] 。 3 夹紧装置的设计 3.1 夹紧装置概述 在机械制造批量生产中，根据加工工件的工艺要求，合理使用夹具可以充分发挥通用机床的作用，缩短辅助时间，提高劳动生产率，提高加工精度，降低生产成本，减少废品，扩大机床的工艺范围以及改善操作的劳动条件。因此，机床夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备，在机械制造行业中占有重要的地位。 为提高机床的生产效率，保证加工质量，机床夹具设计要遵守以下原则: 1 定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，这样可以减少定位误差，获得最大的加工允许误差，降低夹具的制造精度;应选择工件上的最大的平面，最长的圆柱面或圆柱面轴线为定位基准;选择定位元件时，避免出现过定位现象。 2 夹紧过程中不得改变工件定位时所确定的位置;夹紧力方向应垂直于主要定位件的定位平面，夹紧机构的接触元件只能在夹紧方向移动;夹紧力应保证 夹具在加工过程中工件相对定位件的位置不变。 3 在大批量生产中，需要采用高效专用的夹具结构，采用各种动力源(如液压、电动、气动)来提高自动化程度，减轻劳动强度;采用联动机构和多共建夹紧装置，减少辅助时间;在小批量生产中，采用通用夹具、可调整夹具、成组夹具和组合夹具。 4 在设计专用夹具时，尽量采用通用部件和标准元件，减少非标准零件，提高标准化程度，缩短设计和制造周期;夹具的零件和部件既要重量轻，又要有足够的刚度和强度，保证在加工过程中不发生振动，保证加工精度。 5 夹具应具有足够的稳定性;其在机床上的安装位置和连接要正确可靠;夹具和刀杆或刀夹在安装和加工过程中不应发生干涉;夹具安装于机床后，应能使刀具装卸方便;保证夹具零件在加工过程和装配时便于加工、测量和调整。 3.2 夹紧装置的基本要求 机床夹具作为机床的辅助装置 ，其设计质量的好坏对零件的加工质量、效率、成本、以及公人的劳动强度均有直接的影响，因此在进行机床夹具设计时，必须使加工质量、生产率、劳动条件和经济性等几方面达到统一，其中保证加工质量是最基本的要求。在考虑这四方面要求时，应在满足加工要求的前提下，根据具体情况处理好生产效率与劳动条件、生产率与经济性的关系。 夹具基本要求如下: 1 夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加 工中产生振动; 2 夹紧装置要有足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力; 3 手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性; 4 结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便; 5 夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。 3.3夹紧装置设计的基本步骤 夹具设计的基本步骤如下: 1 设计准备工作，明确设计任务 为了明确设计任务，首先根据研究工作的结构特点、材料、生产规模和零件的加工规程、零件图以及工序图、本工序加工点的技术要求以及前后工序的联系;然后了解加工所用设备、工具车间的技术水平等。手机典型夹具结构图册和有关夹具零件，了解同类工件加工及夹具使用情况，以备参考[16]。 本次毕业设计中，主要是针对塑钢型材进行加工，结构为细长型25×25mm~120×120mm截面铝塑型材，，生产规模应为大批量生产，主要是对排水孔、通风孔、铰链孔、门窗锁孔、滑轮孔以及其他各种五金件安装孔、槽进行加工，其孔、槽既可为规则形状亦可为异形。夹具的主要任务是对该型材进行夹紧，以便对型材进行上述加工。 2 确定夹具的总体方案 根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位元件，验算定位误差;确定工件的夹紧方案并选择合适的夹紧装置，确定夹紧力方向、作用点及其大小;确定刀具的导引方法，并设置引导原件和对刀装置;确定其他元件或装置的结构形式，如定向元件、分度装置等;考虑各种装置与元件的布局，确定夹具的总体结构;最好考虑几个方案，经过分析比较，从中选取比较合理的方案[16]。 在设计初期，我确定了两种主要的设计方案，第一种是用一个动力源(气缸)同时控制水平和竖直方向的夹紧板，这种方案的优点在于可以节省动力源，减低 成本，缺点在于不便于安装导向装置并且夹紧力不以确定。第二种方案时在竖直和和水平方向用两个气缸驱动滚轮对工件进定位和夹紧，这种结构设计比较简单，便于导轨的安装和夹紧力的确定;通过最终的比较，我选择了第二种方案。 3 绘制夹具总图 夹具的装配图尽量1:1表达，在清楚表达家具内部结构和元件、位置关系的前提下，总图的视图应尽可能的少。主视图应选取操作者实际工作时的位置，绘制总装图的顺序如下:先用双点画线画出工件的轮廓外形，是一处定位基准面和加工面的位置，然后把工件视为透明体，按照工件的形状和位置依次绘出定位、夹紧、导向及其他元件和装置的具体结构，最后绘制成夹具体，形成一个夹具整体[16]。由于夹具的总体尺寸较大，我选择了1:2的比例进行表达，主要画了两个视图。 夹紧装置的主视图如下: 夹紧装置俯视图如下: 4 确定并标注有关尺寸和技术要求，在夹具总图上应标注外形尺寸，以及一些必要的转配、检验尺寸及公差，制定主要原件、装置之间的相互位置精度要求等。具体包括五类尺寸和四类技术要求。五类尺寸包括:夹具外的廓尺寸、夹具内部的配合尺寸、家具与机床的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具与导向件的联系尺寸。四类技术条件如下:定位元件之间或定位元件与夹具底面间的位置要求、定位元件与连接元件间的位置要求、对刀元件同连接元件的位置要求、定定位元件与导引元件间的位置要求[16]。 5 绘制夹具零件图 夹具中设计的非标准零件必须绘制相应的零件图。在确定这些零件的尺寸、形状、配合、位置、表面粗糙组、公差和技术条件时，要使它与夹具总图相一致。 3.4夹紧装置方案的确定 综合考虑上述设计原则和基本步骤，结合本设计中加工型材的特点，因为型材为细长结构， 加工过程中易变形且铣削后需继续输送至锯切机的特点，分别采用一长排滚子形成水平面和侧平面定位，限制5个自由度，夹紧机构采用气压驱动的滚子进行夹紧。气缸行程范围较大，可以保证截面尺寸为25×25mm,120×120mm多种型材的夹紧，并且由气体压力差夹紧系统控制，采用在输送过程中 水平、垂直方向低压夹紧，确保细长型材的位置，在切削过程中采用高压夹紧的方式，以保证加工质量[4]。夹紧装置的结构总图如上图3.1所示。 图3.1 定位夹紧装置 3.5夹紧装置中的气动控制与气缸的选取 气缸在机械工业中已得到广泛的应用，在本设计中，也大量的采用了气缸，主要是因为它有具有以下优点: (1)以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排放的大气中，方便处理，不必设置回首空气的容器和管道; (2)因空气的黏度很小(约为液压油动力黏度的万分之一)，其流动阻力损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，外泄不会像液压传动那样严重污染环境; (3)与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质 清洁，不存在介质变质等问题; (4)工作环境适应性好，特别在易燃易爆多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电器控制优越; (5)成本低，过载能自动保护。 在本次设计中采用气动控制的方式夹紧主要是基于以下几方面的考虑: 1 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单，压力等级低、使用安全;工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低; 2 塑钢门窗应在清洁的环境中生产，而气动控制相对液压控又许多优点，首先对环境影响很小，在设备使用过程中，可以保证在清洁的环境中生产出清洁的产品;其次空气取之不尽，经济便利。 3 切削PVC 塑料切削力较小，故夹紧和切削进给均采用了压力等级较低的气动控制，既可以保证所需压力，又可以降低成本。 此外充分考虑环境因素，为降低噪声影响，在防护板内侧粘贴上一层20 mm 厚的消音棉;为保证有一个清洁的环境，还设计有吸尘设备。 夹紧装置的气缸选型是通过刀具的切削力来确定的，如下分析: 根据设计要求，实现多种型材的排水孔、通风孔、铰链孔、门窗锁孔、滑轮孔以及其他各种五金件安装孔、槽的加工，其孔、槽既可为规则形状亦可为异形，从要求我们可以知道主要是铣削沟槽与工件上各种形状的孔，能满足要求的铣刀是立铣刀。 由于本课题中铝塑型材锯铣加工中心的切削材料主要是铝塑型材，对加工刀具的要求不高，可以用高速钢，所选铣刀如图3.1。 图3.1 直柄立铣刀 名称 基本尺寸d1(mm) 基本尺寸d2(mm) 基准型L1(mm) 长型L1(mm) 基准型L2(mm) 长型L2(mm) 齿数 高速钢直柄立铣刀 5 5 6 47 55 58 63 13 24 4 6 6 6 57 57 68 68 13 24 4 7 8 10 60 57 74 68 16 30 4 8 8 10 63 66 82 80 19 38 4 表3.1 所选铣刀的参数 高速钢直柄立铣刀的螺旋角30?,40?，主前角20?，主后角20?,25?，副后角8?。 铣削速度 在该刀具材料下铣削硬度比较低的材料一般的铣削速度为:15~35 m/min ，因为我们要达到一个比较高的加工表面的粗糙度，所以我们选择比较高的的一个速度，暂定为35 m/min 。 b 进给量f 3.1 :铣刀每分钟进给量(毫米/分); z:铣刀齿数;一般fz的范围是:0.05~0.15(mm/z)。 所以进给量f的范围是:0.2,0.6(mm/z)。 c 铣削深度 半精加工铣削深度ap的范围是:0.5,2(mm),对于硬度比较低的铝合金材料铣削深度ap的范围可以取为:0.5,4(mm)。 d 高速钢直柄立铣刀铣削铝合金切削力的计算 3.2 表3.2 各种铣刀加工不同材料的CF值 铣刀 名称 切削系数Cf值 钢料 可锻铸铁 青铜 灰铸铁 铝镁合金 端铣刀 808 490 368 490 177 立铣刀 669 294 222 294 167 三面刃铣刀 670 294 221 294 167 表3.3 高速钢铣刀切削力修正系数kF值 前角γ0 5ο 10ο 15ο 20ο kF 1.08 1.0 0.92 0.85 表3.3 铣削时各分力与圆周力的比值 铣削条件 比值 不对称铣 立铣 ae 0.05d0 mm af 0.1~0.2 mm/z 逆铣 顺铣 FH/FZ FV/FZ Fa/FZ 1.0~1.2 0.2~0.3 0.35~0.4 0.8~0.9 0.75~0.8 0.35~0.4 由以上表我们可以知道CF 167，kF 0.85，因为d0 5~8，所以我们取 d0 8，那么ae 0.05d0 0.4，af fz 0.2，Z 4,ap 4,将以上各值代入式3.2中， 我们可得最大铣削力为: N e 气缸的选择 选择气缸好坏直接决定切削的质量，所以必须严格选择气缸，气缸的输出力、 缸径和使用压力的关系有 F1 η×A1×P 4.1 式中 F1―气缸的输出力， N ; η―负载率; A1―受压面积， mm2 ; P―使用压力， MPa 。 根据查表可知，静止工况时η 0.7，P在0.15~1之间，假设先选个缸径为 32mm的，它的受压面积是804mm2，取η 0.5，P 0.15,A1 804代入式4.1可得 F1 0.5×804×0.15 60.3 54.2，所以此气缸合理可用。 表4.2 气缸 型号 缸径 mm 行程 mm MBB32-125 32 125 同理选择上夹紧气缸下半部分时，取缸径为40 mm的气缸，它的受力面积为 为1260 mm2， 其它参数与上面的保持一致代入式4.1可得 F1 0.5×1260×0.15 94.5 54.2，所以此气缸合理可用 表4.2 气缸 型号 缸径 mm 行程 mm CDQ2A40-75 40 75 据上面的得到的切削力确定了滚轮所需要的夹紧力，另外根据要加工型材的尺寸确定汽缸的行程，选择SMC型号的汽缸，上夹紧气缸的上半部分汽缸和左右夹紧汽缸和采用MBB32-125，上夹紧气缸的下半部分采用CDQ2A40-75，气动系统主要由电磁阀、气缸、气源处理器、压力继电器、调速接头等部分组成，低压夹紧时用0.3 MPa 的气压。当机械手带动型材完成定位后，再采用0.4 MPa 的气压完成高压夹紧，然后进行铣削加工。 其原理图见图3.2。垂直夹紧上气缸5 的气缸杆与垂直夹紧气缸6 的缸体连接，输送型材时由减压阀2 调整的较低的气压控制气缸5 移动，气缸6 整体随之移动，这样既可保证型材的位置，又便于输送;型材输送到位后，由减压阀1 调整的较高的气压控制夹紧气缸5、6 动作，以提供较大的夹紧力，水平方向则由夹紧气缸7 夹紧[8]。 1、2.减压阀 3.刀具进给气缸 4.调速接头 5.垂直夹紧上气缸 6.垂直夹紧气缸 7.水平夹紧气缸 图3.2 刀具进给及夹紧机构气动控制系统 4 典型零件的选型 4.1 伺服电机的选型 伺服进给系统是数控机床的重要组成部分，其主要功能是从数控装置接受微小的电控制信号，放大成强电信号，去驱动伺服系统的驱动元件―伺服电机，将电控信号的变化转换成伺服电机输出轴的角位移或角速度的变化，从而带动机床 各运动部件运动。伺服电机作为伺服系统的驱动元件要能满足一下要求:调速范围广，而且有良好的稳定性，低速时要求速度平稳，负载特性硬，即使在低速时也有足够的负载能力，反应速度快，可频繁起、停及换向等[16]。 综上所述，自动铣削机的进给驱动部分都用伺服电机带动刀头支架的水平、竖直移动，定位是是由伺服电机带动滚动丝杠实现。这样既符合塑窗加工洁净的工作特点，又能更好地满足其工作要求。具体的选择过成如下: 假设电机的额定功率为2KW、额定转速为1000r/min，丝杠的螺距是6mm,那么丝杠的进给速度V1 1000×6 6m/min,丝杠主轴受力有以下公式: 3.5 3.6 3.7 根据式3.6 9550× 19100 N??mm 根据式3.7 Fx Fz?4 54.2?4 13.55 式3.5中f 0.15、dz 35把以上数据代入式3.5中，可得: 丝杠功率P1 Fm×V1 177.26×6 1.06 KW 弹性联轴器的效率η 0.99,0.995，角接触球轴承的效率η 0.99，用两个角接触球轴承，所以电机最大功率: 1.09 因为P2 1.09 2 ，所以电机的额定功率为2KW，额定转速为1000r/min是符合的。 表3.9 电机性能参数 型号 相数及线电压 V 额定功率 KW 额定转速 RPM 最高转速 RPM 额定转矩 N??m 最大转矩 N??m 额定电流 A 转子惯量 Kg??cm2 电机长度L mm 130L2M19N 3-220 2.0 1000 1300 19 57 9.3 44 313 图3.8 电机尺寸图 4.2 滚珠丝杠螺母副及滚动导轨的选型 与普通机床相比，数控进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度以外，还应具备良好的动态响应特性。为了确保数控进给系统的传动精度和平稳度，在设计机械传动机构时，通常还提出无间隙，地摩擦、低惯性、高强度以及有适应性的阻尼比要求等。为了达到这些要求，尽量采用地摩擦的传动副，如采用静压导轨、滚动导轨和丝杠螺母副等，以减小摩擦力[17]。 滚珠丝杠螺母副是一种新的传动机构，它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母之间装有滚珠作为中间传动元件，当丝杠螺母相对运动时，滚珠沿丝杠螺旋槽滚动，故相当于滚珠与丝杠之间为滚动摩擦，它与普通滑动丝杠螺母副相比有以下优点: (1)传动效率高，可达%90~%95，是普通丝杠的2~4倍; (2)因摩擦系数小，无自锁现象，即运动具有可逆性，一般需要制动装置; (3)摩擦力小，因静、动摩擦系数相对较小，因而传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高; (4)滚珠丝杠螺母副中，主要零件均受过热处理，其滚道表面的硬度值可达60-62HRC，因而耐磨性好、寿命长、精度高、稳定性好; (5)可消除轴向间隙及预紧，提高轴向刚度。 基于滚珠丝杠螺母副的以上优点，刀架的水平、竖直方向的进给运动均采用滚珠丝杠螺母副。 滚动导轨较滑动导轨同样有以上类似的优点，所以刀头支架的水平和竖直方向的进给同样选用滚动导轨。 滚珠丝杠的型号为W3506: 表4.1 滚珠丝杠 单位:mm 型号 直径D0 螺距l D1 D2 D3 D4 T L 额定动载荷 N 额定静载荷 N W3506 35 6 55 65 96 82 12 60 2500 11600 4.3导轨及导轨滑块的选型 这里我们选线性导轨，他的结构简单、安装方便。线性导轨又称滑轨、线性 滑轨，用于直线往复运动场和，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可承担一 定的扭矩，可以在高负载的情况下实现高进度的直线运动。 图4.2 线性滑轨 表4.3 线性导轨 单位:mm 型号 H1 D×h×d E P W1 H2 MSA25LS 22 11×9×7 20 60 23 6.5 MSA20LS 18 9.5×8.5×6 20 60 20 5 MSA15S 15 7.5×5.3×4.5 20 60 15 4.2 导轨滑块与导轨是配合的，导轨确定了导轨滑块也就确定了，如图4.2: 表4.4 导轨滑块 单位:mm 型号 H d1 T B C W K W2 L L1 N G S×l MSA25LS 40 3.3 10 35 50 48 5.8 12.5 100.6 78 10 12 M6×8 MSA20LS 30 3.3 8 32 50 44 5.8 12 88.8 67.2 5 12 M5×6 MSA15S 28 3.3 7.2 26 26 34 3.2 9.5 56.3 39.3 8.3 7 M4×5 6 结 论 本次主要对塑窗加工中心―自动铣削机部分进行了设计，自动铣削机的主要对塑窗型材进行各种孔槽的加工，大体包括:通风孔、排水孔、铰链孔、密封压条槽、门窗锁孔、滑轮孔以及其他各种五金件安装孔。它既可以加工形状比较规则的孔槽，也可加工异形孔槽。具体的性能指数如下: (1)可以实现25×25mm~120×120mm不同截面铝塑型材的定位、夹紧及铣削; (2)铣刀可加工直径为?5mm~?8mm的孔; (3)定位精度可达0.01mm 本次自动铣削机的设计，与传统铣削机相比主要有以下几方面的优点: (1)在控制系统方面，我们采用了先进的计算机自动控制技术; (2)在结构方面，采用模块化设计，如铣削头部，其呈辐射状圆周布局，美观、有序、大方; (3)在考虑环境因素方面，夹紧装置以及刀头的进给都采用气动控制，对环境的影响更小，符合绿色设计准则; (4)在零件材料选择方面，主要采用了三类材料，铸铝ZL102、硬铝合金L Y12 以及Q235 - A ，减少了材料的种类，降低了成本。 自动铣削机作为塑窗加工中心的重要组成部分，可对36种型材进行自动的定位、夹紧、铣削，它的成功的研制填补了我国塑钢门窗行业同类加工设备的空白，提高了我国塑钢门窗加工的水平，但是它还存在着很大的不足，需要企业和科研单位密切合作，进一步提高我国塑窗加工设备的水平。 参 考 文 献 [1] 苏明. 塑钢门窗国内外应用概况[J]. 机械开发,1995 1 :5-7 [2] 韩紫霞. 论塑钢门窗的发展[J]. 中国建材,1999 7 :60- 62 [3] 王娜，李国平，赵方，昃向博，艾长胜. 铝塑型材锯铣加工中心锯切机的气动系统设计[J].液压与气动,2006 8 :18- 20 [4] 王慧, 侯志坚, 王洪增, 尺向博, 赵方. 基于柔性化的塑窗自动铣削机的研制[J]. 济南大学机械工程学院,2004,1 9 :67-69 [5] 王慧, 昃向博等. 基于绿色设计准则的塑料门窗铣削机设计[J]. 济南大学学报,2002, 16 2 :162-164 [6] 王慧, 昃向博, 侯志坚，赵方, 艾长胜. 机电气一体化柔性塑窗锯铣加工中心的研制[J]. 济南大学机械工程学院,2005,24 2 :53-59 [7] 艾长胜, 昃向博, 赵方, 李国平, 王娜. 铝塑型材锯铣组合加工中心[J]. 组合机床与自动化加工技术,2003,25 10 :74-78 [8] 王慧, 侯志坚，昃向博, 王娜，时圣勇. 气动控制技术在塑窗自动铣削机中的应用[J]. 液压与气动,2004,5 11 65-67 [9] 张辉, 艾长胜, 赵方, 昃向博. 塑窗型材锯铣加工中心数控系统开发[J]. 中国机械工程，2008,19 16 :1962-1965 [10] 王慧, 李刚炎, 崔卫华, 杨丽颖. 数字化设计制造技术在塑窗锯铣加 工设备中的应用[J].制造业自动化,2003,25 10 :60-62 [11] 李青. 机床夹具的设计[J]. 机械工程与自动化,2004,23 6 :99-103 [12] 林巨广. 基于准则的绿色设计方法研究[J].机械设计,2001, 9 :4-6 [13] 赵方, 昃向博, 艾长胜，王慧. 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