铝塑门窗双角锯床的设计毕业设计说明书

毕业设计题 目 铝塑门窗双角锯床的设计学 院 机械工程学院专 业 机械设计制造及其自动化姓 名 学 号 2004041295指导教师 二OO八 年 六 月 十 日铝塑门窗双角锯床的设计The Design For Double-head Saw For Aluminum-plastic Doors and Windows 专 业：机械设计制造及其自动化学 生：指导教师：#大学机械工程学院二零零八年六月摘 要iABSTRACTii第一章 绪论11.1 金属锯切加工概述11.2 锯床的种类11.3 锯床的国内外研究现状、发展水平2第二章 铝塑门窗双角锯床的设计思想与方案确定32.1 铝塑门窗双角锯床的设计思想32.2 铝塑门窗双角锯床的设计任务32.2.1 铝塑门窗双角锯床的设计内容32.2.2 铝塑门窗双角锯床的设计要求与数据32.3 铝塑门窗双角锯床整体设计方案的确定4第三章 铝塑门窗双角锯床的结构设计53.1 铝塑门窗双角锯床床身的设计53.1.1 机架常用材料53.1.2 焊接机架设计中一般应注意的问题53.1.3 焊接机架的结构型式63.1.4铝塑门窗双角锯床床身的设计63.2 床身在基础上的固定和调整73.2.1床身固定方式的选择73.2.2铝塑门窗双角锯床床身的固定73.3 铝塑门窗双角锯床导轨的设计73.4 铝塑门窗双角锯床工作台的设计83.5 铝塑门窗双角锯床45锯切角度工作台定位装置的设计83.6铝塑门窗双角锯床夹紧装置的设计93.6.1设计夹紧机构时应满足的基本要求93.6.3铝塑门窗双角锯床夹紧机构的设计103.7铝塑门窗双角锯床刀具进给系统的设计113.7.1进给传动系统常用的机构113.7.2对进给传动系统的基本要求113.7.3铝塑门窗双角锯床刀具进给系统的设计113.8切削力与切削功率的计算133.8.1切削力的来源133.8.2切削功率133.8.3铝塑门窗双角锯床切削力、切削功率的计算133.9铝塑门窗双角锯床主传动系统的设计143.9.1电动机的选择143.9.2带轮的设计153.9.3主轴的设计19第四章 总结与展望244.1总结244.2展望24致 谢25参考文献26- ii -摘 要切割下料是塑窗加工中必不可少的工序，铝塑门窗双角锯床是主要的塑窗加工设备，主要用于锯切铝塑型材。近几年来几乎所有的建筑都使用铝塑门窗，而铝塑门窗双角锯床的应用也越来越广泛。本设计完成了锯床的机械结构部分的设计，着重从锯床的床身、导轨、工作台、夹紧装置、刀具进给系统、锯床主传动系统等几部分详细论述了该锯床的设计过程，通过计算及反复试验确定各个零件的尺寸，并对一些主要零件如主轴、键等进行了相关的校核计算。该锯床结构紧凑，操作简单，能够准确锯削4590的角；性能可靠，易于维护和保养；切削速度高，生产率高，加工精度高；通过气缸实现刀具的进给和材料的夹紧，工作介质是空气，来源广且无污染；用行程开关控制切削深度，使用起来比较方便。关键词： 锯床；切削；铝塑门窗 ABSTRACTCutting the material is essential for producing plastic windows in the process, and aluminum-plastic doors and windows double-head saw is the main equipment for producing plastic windows, specially for cutting aluminum-plastic material. In recent years,almost all the buildings have aluminum-plastic doors and windows,and aluminum-plastic doors and windows double-head saw is used more and more widely.The paper completes the design of the mechanical structure of the saw, and introduces the design process in detail focusing on the bed, rails, table, clamping device, feed system, main driven system, and other parts of the saw. The size of every parts are made by calculating and doing experiment repeatly,and the relevant calculation of some of the major components such as the spindle, keys, etc,are checked. The saw is compact in structure and easy to operate;It have the ability to accurately sawing 45 90 of angle; It can perform reliably and be keeped in good maintaince; It affords high cutting speed, high productivity, and high precision; It achieves the tool feed and materials clamping through the cylinder, and the power is the air which is easily obtained and pollution-free ;It controls the depth of cut by stroke valve, so it is more convenient to use.KEY WORDS: Saw;Cutting;Aluminum-plastic Doors and Windows- 27 -#大学毕业论文第一章绪论 第一章 绪论1.1 金属锯切加工概述近十几年来，随着科学技术的日新月异，切削理论也得到了很大的发展，但主要集中在车削、磨削、钻削和铣削等方面，锯切技术的发展却很缓慢。这主要是由于人们对锯切技术重视不够，通常认为锯切只是简单的切断下料，锯切技术的进步与否对整个生产过程影响不大。但随着当今现代化大生产的不断深入和世界科学技术的飞速发展，机械工业对锯切技术的需求是前所未有的，从而促进了锯切技术的迅猛发展。金属锯切加工有三种基本形式：往复运动的弓子锯、单向运动的带锯和做旋转运动的圆盘锯。弓子锯是靠锯条的往复直线运动来切断工件的，由于锯条做往复直线运动，有一半时间不做功，且锯条切削速度较慢，所以生产率较低，已逐渐被淘汰；带锯是靠环状带锯条的直线运动来切断金属的，带锯由于速度高、切削量小，以及加工精度高等原因，逐渐得到了较为广泛的应用；圆盘锯是靠圆盘状的圆锯做旋转运动来进行切削的，虽然圆盘锯锯齿较厚，切除量大，浪费材料，但由于它的切削速度很高，线速度每分钟可达几千米，甚至上万米，所以目前应用比较广泛，尤其是在冶金行业，特别是在焊管生产线中更是得到了广泛的应用1。1.2 锯床的种类锯切加工是整个机械加工的起点，它在整个机械加工行业中占有重要的地位。锯床的种类也是多种多样的，它主要包括弓形锯床、带锯床、圆盘锯床和用于V管生产线上的飞锯机。弓形锯床是将弓子锯置于机架之上，由马达和曲柄驱动，使之做直线往复运动来切断工件的。此锯床具有切削速度慢、不能精密加工、锯带的松紧度不易调整、且容易损坏等缺点。这些缺点决定了弓形锯床不能被广泛应用，己逐渐被淘汰。带锯床是将薄而长的环形带锯条张紧在主、从动轮上，由主动轮带动带锯条连续运转进行锯切的，它分为立式带锯床和卧式带锯床两种类型。立式带锯床的锯架垂直设置，锯切时，工件作进给运动，可用于板状，工件内、外轮廓的加工，特别适用于模具的加工。卧式带锯床的锯架横向倾斜布置，以设在锯架一端的轴为支点，沿转动方向实现进给，工作时，带锯条借助导向块被扭转一定的角度，使锯齿垂直于工件切入。由于带锯床具有速度高、切除量小以及加工精度高等优点，逐渐得到了较为广泛的应用。圆盘锯床是将圆盘锯片安装在可以高速旋转的主轴上，圆盘锯一面做旋转运动，一面做进给运动，从而将工件切断。虽然圆盘锯锯齿较厚，切除量较大，浪费材料，但由于它的切削速度很高，线速度每分钟可达几千米，甚至上万米，所以目前应用比较广泛，尤其是在冶金行业，特别是在焊管生产线中更是得到了广泛的应用。飞锯机是在线定长切割系统，它是冶金企业各种型材生产线尤其是焊管生产线上必不可少的重要设备。1.3 锯床的国内外研究现状、发展水平国外对锯床设备的研究工作进行的比较早，从弓形锯床、带锯床到圆盘锯床，从低速到高速锯床的发展过程中不断更新换代，逐步形成了一些有代表性的产品。我国锯切技术同国外发达国家相比，起步较晚。在很长的一段时间内，我国的锯床生产行业始终只能生产锯切速度较低的弓形锯床。这种锯床虽然结构简单，但它的切削速度、切削精度以及生产率都远远满足不了目前技术进步和生产实际的需要。直至八十年代初，我国一些大型的机床生产企业陆续引进了一些国外的先进生产技术，才使得我国的锯床生产现状有了一些好转。同时，国内的一些科研院所在借鉴国外先进技术的基础上，发挥自己的才能自行设计和制造了各种类型的带锯床和圆盘锯床。经过国内许多单位众多的科研工作者的共同努力，我国在锯床技术的开发应用上取得了很大的成绩，对推动这个领域的技术进步作出了很大的贡献。然而必须看到，我国目前所做的工作，无论是锯床的电控设计方面还是机械设计方面，仍旧是仿制国外七、八十年代的同类产品。众多的国内锯床生产厂家,总体上又以中低档产品居多，存在设备返修率高和锯口粗糙、加工范围较窄等问题。由于设备生产商的检修费用较高，用户又缺少必要的技术手段与资料，导致设备一直不能正常工作。所以锯床返修率高的问题已成为制约许多国内锯床企业发展的一个重要因素。另一制约因素是对于有色金属及特硬难加工材料的锯切往往倚赖于进口国外先进锯床。所以我国锯床产业急需提高制造档次，向着生产中、高档锯床产品的方向发展。#大学毕业论文第二章 铝塑门窗双角锯床的设计思想与方案确定第二章 铝塑门窗双角锯床的设计思想与方案确定2.1 铝塑门窗双角锯床的设计思想近几年来几乎所有的建筑都使用铝塑门窗，铝塑门窗锯床的应用也越来越广泛，它的实用性和发展前景激起了设计本课题兴趣。另外我国的锯床制造水平也存在很多问题，为了提高我国锯床的制造档次，以适应现代社会生活对锯床的需求，本课题试着设计一台切削速度高、生产率高、加工精度高，使用起来非常方便的小型锯床。铝塑门窗双角锯床虽然其结构较为简单，但切削速度高，生产率高，加工精度高；通过气缸实现刀具的进给和材料的夹紧，用行程开关控制切削深度。通过设计该机床可进一步加深自己对专业知识的了解，使大学四年的知识得以巩固，也把所学的理论知识与实际联系起来，为将来走向工作岗位作了很好的铺垫。2.2 铝塑门窗双角锯床的设计任务2.2.1 铝塑门窗双角锯床的设计内容铝塑门窗的广泛应用，为铝塑门窗双角锯床的发展前景提供了广阔的发展空间。为适应我国铝塑门窗事业的发展，参考国外机型而开发设计新的双角锯床。设计的机床刀具使用硬质合金齿锯片；切削速度高，生产率高，加工精度高；锯头可转动90角，可以加工出与型材端面成4590的任意角。本设计的主要设计内容包括：（1）铝塑门窗双角锯床总体方案与装备结构设计；（2）运动部件的运动分析和结构优化；（3）传动系统的动力计算与运动分析计算，关键件的选型或强度计算；（4）相应零部件的设计。2.2.2 铝塑门窗双角锯床的设计要求与数据机床的结构紧凑，操作简单，性能可靠，技术先进，且要易于维护和保养；切削速度高，生产率高，加工精度高；通过气缸实现刀具的进给和材料的夹紧，用行程开关控制切削深度。主电机：功率 kW 转速 1400r/min工作压力：MPaMPa供气量：大于200L/min最大锯切长度：4000mm最大锯切宽度：120mm最大锯切高度：200mm锯切角度；4590进刀速度：无级调速650mm/s锯片规格：外形尺寸：4500mmmmmm 2.3 铝塑门窗双角锯床整体设计方案的确定参考国内外其它锯床的设计经验和试验结果，根据双角锯床的设计思想，吸取它们的优点，试着设计一台新型双角锯床。从降低成本，提高性能方面看，是采用机电一体化设计的一个典型范例。从总体结构上分为机械部分和控制系统两大部分，本设计重点介绍机械部分，即机床的机械结构设计。机械设计时，通过对双角锯床的工作机理的研究，侧重对机器的整体结构、夹具、传动装置和锯切系统等主要部分进行系统分析，对其结构进行具体设计，参数进行优化。#大学毕业论文第三章 铝塑门窗双角锯床的机械设计第三章 铝塑门窗双角锯床的结构设计任何一台机床都包括机械部分和控制部分，为了使所设计的锯床满足各项技术要求，同时又满足结构紧凑，操作简单，性能可靠，且要易于维护和保养，切削速度高，生产率高，加工精度高等要求，本文详细介绍了锯床的机械结构设计过程。整个机械设计部分采用CAXA电子图板绘图，CAXA电子图板绘图，是一种高效、专业水准的开发工具，可服务于所有需要绘图和设计的领域。同传统的手工绘图相比，CAXA电子图板绘图近读高、速度快，大大提高了绘图效率，缩短了设计周期。具有开放式的体系结构。本课题设计的锯床的机械部分主要有以下几部分组成：（1）床身，其上装有两个锯头。左锯头用螺钉固定在导轨上，右锯头可用手摇手柄在导轨上左右移动，并可锁定在需要的位置上；（2）刀具进给装置，锯头靠气缸和行程开关实现刀具的进给；（3）工件夹紧装置，工件的上面和侧面分别由两个小气缸实现夹紧；（4）锯切45角工作台锁紧装置；（5）工作台，工作台由两部分组成，中间的圆盘围绕中心转动，实现不同角度的锯切。3.1 铝塑门窗双角锯床床身的设计3.1.1 机架常用材料材料的选用，主要是根据机架的使用要求。多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好、低廉和吸振能力强，所以应用最广。重型机架常采用铸钢，当要求重量较轻时，可以用铸造或压铸铝合金等轻金属制造。焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点，故在机器制造业中，焊接机架日益增多。焊接机架主要有钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。有的机架则易用非金属材料。3.1.2 焊接机架设计中一般应注意的问题（1）材料的可焊性：焊接件钢材的选择要考虑可焊性，可焊性差的材料会造成焊接困难，是焊缝可靠性降低。一般碳含量0.25的碳钢（如Q235-A,20及25钢）和含碳量0.2的低合金钢（如Q345及Q390等）可焊性良好。（2）合理布置焊缝：焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；为减小焊缝应力集中和变形，焊缝布置尽可能对称，最好至中性轴的距离相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝不要布置在加工面和需要表面处理的部位上；若条件允许应将工作焊缝变成联系焊缝；避免焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断，主要焊缝连续。3.1.3 焊接机架的结构型式（1）型钢结构：机架主要由槽钢、角钢、矩形钢、工字钢等型钢焊接而成。这种结构的质量轻、成本低、材料利用充分。适用于中小型机架。（2）板焊结构：机架主要由钢板拼焊而成，广泛应用于各类机床，如锻压设备的床身、水压机、金属切削机床的床身、立柱以及柴油机机身等。3.1.4铝塑门窗双角锯床床身的设计本锯床主要切削塑窗设备，工件相对较轻，切削力也不大，故床身承受的力不大，为达到质量轻、成本低、材料利用充分的目的，本锯床床身采用焊接机架，结构型式采用型钢结构。选用的型钢为矩形钢，材料为焊接性良好的Q235，横截面尺寸有三种，如下图3-1所示：图3-1 型钢截面形状机架上要放导轨，与导轨相接触的面需要精加工，由于导轨长度是4500mm，不好加工，采取在机架上每隔一定距离焊接一凸台来安装导轨，这样只需对凸台进行精加工即可满足要求。机架上每隔500mm设置一凸台，长度方向共设9个凸台的加工面粗糙度要求为1.6um。导轨与凸台用M10的外六角螺钉联结。3.2 床身在基础上的固定和调整3.2.1床身固定方式的选择机床在基础上的固定可分为用地脚螺栓固定和不用地脚螺栓固定两大类。不用地脚螺栓固定，系指将机床直接安放在基础或混凝土地面上。适用范围：（1）机床刚性好、稳定性好、切削力也较小的机床。（2）机床工作状态平稳、切削时振动小的机床。（3）楼面上安装的机床。用地脚螺栓固定，是将机床床身底座紧固在基础或混凝土地面上。机床固定到基础上可用死螺栓、可卸式螺栓及锚固式螺栓。适用范围：（1）机床的刚性、稳定性较差，且振动也较大。（2）机床外形狭长，部件重量偏于一侧，或机床加工部位对底面偏心较大时。（3）机床加工时，有较大的往复载荷，或产生垂直或水平方向的冲击；或机床具有高速旋转的不平衡部件，离心力较大时。3.2.2铝塑门窗双角锯床床身的固定铝塑门窗双角锯床床身采用Q235材料的矩形钢焊接成，机床重心较低，偏心量也不大，床身稳定性好，且切削力小，工作状态平稳，切削时振动小，故本锯床采用不用底脚螺栓的安装结构，其床身高度调节结构采用下图3-2结构：图3-2 底脚螺栓3.3 铝塑门窗双角锯床导轨的设计导轨应满足下列要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大；摩擦阻力小，运动平稳；结构简单，便于加工、装配、调整、维修；成本低。用于导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小和动摩擦系数差校。加工和使用时的内应力小，尺寸稳定性好等性能。机床导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。本锯床的导轨为固定导轨，选用材料HT200。本锯床导轨截面形状如下图3-3所示：图3-3 导轨截面形状本锯床的滑动工作台通过四个滚动轴承沿导轨的两外侧面滚动达到导向目的，依靠四个滚轮与导轨上表面接触，床身上方所有装置的重量都通过这四个滚轮传递到导轨上。则导轨上表面以及两侧面的加工精度要求都比较高，要求其粗糙度值为1.6um。几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度、垂直度等，具体要求见图纸LSJC-4000-16。3.4 铝塑门窗双角锯床工作台的设计本锯床的工作台包括方形工作台座和中间圆盘状工作台两部分，材料选HT200。具体结构设计见总装配图：圆盘工作台竖直方向靠方形座的大的圆盘定位，横向靠方形座的中间小圆孔定位，由于圆盘状工作台经常转动，故两者之间配合选间隙配合H7/f6。3.5 铝塑门窗双角锯床45锯切角度工作台定位装置的设计在铝塑型材的切割中，角度的选择是经常遇到问题，普通的角度定位装置调整比较困难，目前没有既能方便操作、又能快速准确地对回锯切角度进行的修正的角度定位装置。45锯切角度为塑窗加工中常用的角度，根据济南德佳机器有限公司的江玉超发明的专利（200510104467.1）锯床锯切角度定位装置7，本锯床也专门设计了45锯切角度工作台位置定位装置。结构件如下图3-4所示：图3-4 45锯切角度工作台位置定位装置1. 活动工作台2. 固定工作台3. 装置固定座4. 定位销轴5. 压缩弹簧6. 把手本锯床45锯切角度工作台位置定位装置：固定工作台上安装着该装置的固定座，固定座上部固定一把手，内部设有锁紧触头，所述锁紧触头上部设有一位于固定座内的压缩弹簧。当活动工作台转到45位置时正好有一个圆锥形的孔正对销轴，这时靠压缩弹簧的弹力把销轴顶到活动工作台的圆锥孔里，这时拧紧工作台锁紧手柄，这样就把工作台位置准确固定了。该定位装置，既方便操作，又能快速准确的对回锯切角度进行的修正，具有定位准确、调整方便的特点。3.6铝塑门窗双角锯床夹紧装置的设计3.6.1设计夹紧机构时应满足的基本要求机床夹具是一种能保证加工质量和加速生产过程的一种工艺装备。设计夹紧机构应满足以下要求：（1）应具有足够夹紧力，并有较高的加紧刚度，以保证整个加工过程中不应由于切削力和自重的作用而产位移，从而保证加工精度。夹紧力的大小应能调节。（2）应具有自锁性能，在动力源切断后，还能可靠的加紧，以保证安全。（3）夹紧时不应使被夹紧部件产生过大的变形，为此应正确选择夹紧力的作用点。（4）夹紧时，被夹紧部件不应产生额外的移动，以保证定位精确。（5）夹紧机构松开时，被夹紧部件移动时的阻力应很小。操纵方便，易于实现集中或远距离操纵。3.6.3铝塑门窗双角锯床夹紧机构的设计本锯床采用自动夹紧装置，为满足设计要求，同时为了保证加工精度，本锯床采用气动夹具。此夹具易控制，可按照具体情况控制夹紧力大小且夹紧力均匀，满足设计要求。（1）气压夹具的组成能源装置：为系统提供压缩空气，作为气压传动系统的动力源。定位部分：夹具固定部分，作用使工件在夹具中处于正确位置。夹紧部分：气压缸，作用是保证加工过程中工件定位的稳定性和可靠性。辅助部分：是对压缩空气进行净化、润滑、消声以及用于元件之间连接等所需辅件，如各种过滤器、油雾器、消声器、管件等。（2）夹紧部分夹紧部分是在气压缸的驱动下实现夹紧，夹紧部分应满足下列基本要求：有足够的夹紧力，较多的夹紧刚度，保证整个加工过程中不应由于切削力而产生位移。夹紧工件时，不应使工件受力产生过大变形。夹紧动作应迅速。（3）定位部分的设计定位部分直接由工作台中间的挡板定位，该挡板用螺钉固定在总作台座上，它的位置不动，起定位作用。其结构如下图3-5所示：图3-5 工件定位板（4）工件的夹紧把要加工的型材放到该机工作台面上，将两锯头的夹紧气缸调整至对工件夹紧最合适的位置，电磁阀通电后，压缩空气进入单作用气缸，工件被夹紧；当锯片切割完毕退回时，碰到行程开关，电磁阀断电，换向，控制夹紧气缸松开，整个加工工序完毕。3.7铝塑门窗双角锯床刀具进给系统的设计3.7.1进给传动系统常用的机构不同类型的机床，由于加工对象、成形运动、进给精度和平稳性以及生产率等要求不同，实现进给运动的传动方案类型很多，由机械传动、液压传动、气压传动、伺服进给传动等。机械进给传动系统虽其结构一般较复杂，制造及装配工作量较大，但由于工作可靠，便于检查和维修，因而仍是很多机床最常用的。3.7.2对进给传动系统的基本要求（1）保证实现规定的进给量。（2）能传递要求的扭矩（恒扭矩传动）。（3）有足够的静刚度和动刚度。（4）保证要求的进给传动精度。（5）低速、微量进给系统要保证运动的平稳性和灵敏度。（6）结构紧凑、便于操纵，容易维修，加工及装配工艺性好。3.7.3铝塑门窗双角锯床刀具进给系统的设计刀具进给采用液压系统完成。液压传动用液体作为传动介质，能在运行中实行无级调速，调速方便且调速范围比较大，可达100:12000:1，在同等体积和重量下能产生更多动力，适于传递较大的力和转矩。液压油具有吸振和润滑作用，能低速稳定运转，且润滑良好，液压装置简单，易于实现复杂动作。但液压传动损失较大，效率较低；且液压传动对油温和负载变化敏感，不宜在低、高温度下使用，对污染很敏感，出现故障也不易排查。刀具进给采用气压系统完成。气压传动系统的介质是空气，它取之不尽用之不竭，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境，则气压传动系统成本较液压系统低。气压传动的工作介质粘度很小，流动阻力很小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送，因此使用方便。气压传动工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强辐射、振动等恶劣工作环境下，仍能可靠地工作。气压传动有较好的自保持能力。气压传动在一定的超负载工况下运行也能保证系统安全工作，并不易发生过热现象。气压传动系统的工作压力低，因此气压传动装置的推力一般不宜大于1040kN，仅适用于小功率场合，在相同输出力的情况下，气压传动装置比液压传动装置尺寸大。但由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，这样会给位置和速度控制精度带来很大影响。由于锯削切断的铝塑型材还要进行焊接，对切削精度要求不是很严格。则本设计对锯床刀具进给速度控制精度要求不高，则本设计可以采用气压传动装置实现对刀具进给的控制；若只进行小量切割，也可以采用手动进给。气压传动进给系统的设计方案：气源装置的选用： 气源装置的主体是空气压缩机，选用空气压缩机的依据是气动系统所需的工作压力和流量。此系统选用额定压力为1Mpa的低压空气压缩机。气动执行元件的选用：气动执行元件的作用是将压缩空气的压力能转变成机械能的能量转换并对外做功的元件。包括气缸和气动马达，气缸用以实现直线运动或摆动，气马达用于实现连续的回转运动。本锯床的锯头进给过程：气源由橡胶管接入机床的气源处理器，通过内部管道分接到各处需气点。其工作原理可简述如下：电磁阀通电后换向，压力空气进入气缸后腔使锯片前进，到位后电磁阀断电，二位五通电磁阀复位，压力空气进入气缸前腔，锯片退回。刀具进给过程中刀具的安全护罩随着刀具下降而逆时针转动，使得护罩不会妨碍切削，这一过程靠一四杆机构实现，该机构具体结构如下图所示：图3-6 护罩旋转机构3.8切削力与切削功率的计算3.8.1切削力的来源在金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：（1）克服被加工材料弹性变形的抗力；（2）克服被加工材料塑性变形的抗力；（3）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。上述各力的总和形成作用在刀具上的合力F。为了实际应用，F可分解为相互垂直的（进给力）、（背向力）和（主切削力或切向力）三个分力。 由于加工条件及加工过程中受力情况较复杂，切削力的精确值最好能根据实际加工条件测定，也可以利用已有的切削数据计算确定。计算主铣削力（指平均铣削力）的经验公式如下（工件材料是钢、铝合金、可锻铸铁等）：高速钢刀具铣削时，计算式为： （3-1） 硬质合金刀具铣削时， （3-2）每齿进给量，单位为mm； 背吃刀量，刀宽，单位为mm；铣削宽度，加工深度，单位为mm；Z 铣刀齿数；铣刀直径，单位为mm；转速，单位为r/min。3.8.2切削功率消耗在切削过程中的切削功率称为切削功率。切削功率为力和所消耗的功率之河，因方向没有位移，所以不消耗功率。由于在进给中消耗功率，他相对于所消耗的功率很小，一般为1%2%，因此可以略去不计，则切削功率计算式为：3.8.3铝塑门窗双角锯床切削力、切削功率的计算本锯床选用硬质合金刀具，齿数Z是75，故计算切削力应选用上述公式（3-2）。上述公式的使用条件是切削材料是钢或铸铁，当锯削铝塑材料时，根据经验在应在公式前乘以四分之一，则本锯床的切削力为： =54.057(N)本锯床的铣削速度为：(m/s) （3-3）本锯床的切削功率为： （3-4） =1.189(kW) 3.9铝塑门窗双角锯床主传动系统的设计主传动系统由电机、锯片、皮带等部件组成，主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，他的功用是把动力源的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动。3.9.1电动机的选择本锯床的切削功率为1.189kW，由电动机到刀具主轴，中间只经过一级带传动，带的传动效率选0.96，则所需电动机的功率为：P= （3-5） = =1.238 (kW) Y系列三相异步电动机是按照国际电工委员会标准设计的，具有国际互换性的特点。该系列电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，适用于无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。故根据以上计算结果选择本锯床的主电动机的型号为Y90L-4，其额定功率为1.5kW，满载转速为1400r/min。电动机的安装型式为B3，为此设计电动机座的具体结构如下图3-7所示：图3-7 电动机座3.9.2带轮的设计在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。并且V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，V带多已标准化并且大量生产，使得V带传动应用比平带传动广泛得多。V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等多种类型，其中普通V带应用最广，近年来窄V带也得到广泛应用。普通V带的截型分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，窄V带的截型分为SPZ、SPA、SPB、SPC四种。本锯床的主运动由电机经皮带传动到锯片，传动过程中有打滑现象，瞬时传动比不固定，但传动结构简单，传动平稳，费用较齿轮传动少，还可以缓冲吸振。锯切铝塑棒料运动简单，不需要准确的传动比，从经济方面考虑可以选用带传动，而且当进给量过大或其他原因引起夹锯现象时， 皮带可以打滑，从而避免了锯片打齿、电机损毁等事故的发生。设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。本锯床的主传动系统的带轮材料选用HT200，传动比为1:1。V带传动传递的功率P为1.5kW，带传动两端连接电机轴和刀具主轴，即带传动转速为1400 r/min。带轮的具体设计过程如下：（1）确定计算功率计算功率是根据传递的功率P，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即 （3-6）式中：计算功率，单位为kW； P 传递的额定功率（如电动机的额定功率），单位为kW； 工作情况系数。则本锯床的计算功率为：(kW)（2）选择带型根据计算功率和小带轮转速选定带型：窄V带SPZ型。（3）确定带轮的基准直径和初选小带轮的基准直径根据V带截型，查表选取。为了提高V带的寿命，宜选取较大的直径。由于=63mm,取=75 mm。验算带的速度v计算带的速度，并应使v。对于普通V带=2530m/s；对于窄V带，=3540 m/s。如，则离心力过大，即应减小；如v过小，则表示所选过小，这将使所需的有效拉力过大，即所需带的根数z过多，于是带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大。一般以v20 m/s为宜。带的速度：(m/s)35m/s （3-7）计算从动轮的基准直径=(mm) （3-8）（4）确定中心距和带的基准长度如果中心距未给出，可根据传动的结构需要初定中心距，取 （3-9）即 则 112m/s320m/s取mm。取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基准长度： （3-10）=835.6(mm)根据查表选取和相近的V带的基准长度=800mm。在根据来计算实际中心距。由于V带传动的中心距一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即 （3-11）=282.2 (mm)考虑安装调整和补偿预紧力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为：(mm)(mm)（5）验算主动轮上的包角对包角的要求应保证 （3-12）而符合要求。（6）确定带的根数z （3-13）式中：考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数；考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数； 单根V带的基本额定功率；计入传动比的影响时，单根额定功率的增量（因是按，即的条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就越比主动轮直径大，带绕上从动轮时的弯曲应力就越比绕上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高）。确定V带的根数z时 ，为了使各根V带受力均匀 ，根数不宜太多（通常），否则应改选带的截型，重新计算。则 z取z=2即可满足要求。（7）确定带的预紧力(N)（3-14）（8）确定带两边的拉力带轮所能传递的功率（单位为kW）为，式中为有效拉力，单位为N；为带的速度，单位为m/s。则，N，单根带的有效拉力为136.36N。所以，带两边的拉力分别为：(N) （3-15） （3-16）（9）V带轮的结构设计铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：（1）实心式；（2）腹板式；（3）孔板式；（椭圆轮辐式）。带轮基准直径（d为轴的直径，单位为mm）时，可采用实心式；mm时，可采用腹板式（当mm时，可采用孔板式）；mm时，可采用轮辐式。由于带轮基准直径是75mm，轮毂直径是24 mm，刚好满足做成腹板式的要求，但带轮总体尺寸不大，为了方便，也可做成实心式。其具体结构如下图3-8所示：图3-8 带轮（10）V带传动的张紧装置各种材质的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。常见的张紧装置有以下几种。定期张紧装置：采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。在水平或倾斜不大的传动中，可将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板上，旋动调节螺钉就可调节带的预紧力。本锯床的带传动装置就可采用此方法，具体结构见图纸LSJC-3700。在垂直的或接近垂直的传动中，可将装有带轮的电动机安装在可调的摆架上。自动张紧装置：将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。采用张紧轮的装置：当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于带轮的直径。3.9.3主轴的设计轴的设计包括结构设计和工作能力计算方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。轴的材料主要是碳钢和合金钢。本锯床主轴材料选45钢调质处理，具体设计过程：（1）求轴上的功率、转速和转矩电动机功率为1.5kW，带轮传动效率取=0.96。则(kW)r/min (3-17) （2）初步确定轴的最小直径轴的材料为45钢，调质处理。查表取，于是得(mm) （3-18）轴的最小直径显然是安装带轮的地方，带传动比为1:1，两带轮直径应相同，与电动机轴配合得带轮孔径是24mm，为使两带轮完全相同，主轴上的带轮孔径也取24 mm，则主轴最小轴径是24mm。（3）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案如下图3-9所示：图3-9 轴的结构与装配根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a. 由前面所述轴的最右边为最小轴处，直径取24 mm。为了满足带轮的轴向定位要求，安装右边套筒的轴段需制出一轴肩，故该段轴径取为27 mm；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=32 mm。带轮与轴配合的轮毂孔长度L=28 mm，为了保证轴端挡圈只压在带轮上而不压在轴的端面上，故安装带轮的轴段的长度要比带轮轮毂略短一些，现取该轴段长度为26 mm。b. 初步选择滚动轴承。因轴承承受的力基本上都是径向力，故选用一对角接触轴承。由于轴承内径值均是5的倍数，而与该轴段相邻的安装套筒的轴段的轴径是27 mm，故取安装轴承的轴段直径为30 mm，再参照轴承工作要求，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承7206C，其尺寸为mmmmmm，两轴承背对背安装，之间用轴承座定位，两边分别用套筒定位，根据轴承座结构取安装轴承的轴段长度为52 mm。c. 由刀具与轴承座的距离、刀具宽度、刀具夹块宽度等多次试验取该轴段长度为54 mm，轴径为26 mm。d. 刀具靠与夹块之间的摩擦力随轴一块转动，左端夹块用一对小圆螺母定位。圆螺母的宽度为8 mm，外径为38 mm，内螺纹孔大径24 mm，故该轴段加工出外螺纹，螺纹大径取24 mm，该轴段宽度取为20 mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位采用平键联接。按安装带轮轴段的直径由手册查得平键截面尺寸为mmmm，键槽用键槽铣刀加工，长为16 mm（标准键长见），同时为了保证带轮与轴配合有良好的对种性，故选择带轮轮毂与轴的配合为；锯片、锯片夹块与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为；滚动轴承与轴的周向定位也是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。确定轴上圆角和倒角尺寸查阅相关表格，取轴端倒角为。（4）求轴上零件所受的载荷作用在带轮上下两边的拉力分别为N，N；刀具所受的切削力为=262(N)。根据轴的结构图做出轴的计算示意图如下图3-10所示：图3-10 轴的计算示意图垂直面的支反力：N，N；水平面的支反力：N，N。根据轴的计算简图及支反力，作出轴的弯矩图和扭矩图如下：图3-11 轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现计算出截面C处的总弯矩为： （3-19）扭矩： （5）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。轴的弯扭合成强度条件为 （3-20）式中： 轴的计算应力，单位为MPa； 轴所受的弯矩，单位为； 轴所受的扭矩，单位为； 轴的抗弯截面系数，单位为，其值由轴的截面形状决定； 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值查表可得。 为了考虑循环特性不同的影响引入的折合系数，当扭转切应力为静应力时，取；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取；若扭转切应力亦为对称循环变应力时，则取。由于本锯床轴所受扭转切应力为脉动循环变应力，取，则轴的计算应力为：(MPa)前面已选定轴的材料为45钢，调制处理，查表得MPa。因此，显然轴的强度符合要求。（6）相关的校核计算普通平键联接的强度条件为： （3-21）式中： T 传递的转转矩，单位为； 键与轮毂键槽的接触高度，此处h为键的高度，单位为mm； 键的工作长度，单位为mm； 轴的直径，单位为mm； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa。由于轮毂材料是铸铁，轴和键的材料都是钢，