机械设计毕业论文--塑钢门窗自动组装机结构设计

1、-a 修毕业设计（论文）题目名 称塑钢门窗白动组装机结构设计题目类別指导老师课题学院（系）机械工程学院专业班 级 机械设计制造及其自动化班 学生姓名指导教师zzzzzzzzzzzzz辅导教师zzzzzzzzzzzzz开题报告日期20011-4j5至20011422目 录第一章前言2第二章铝塑门窗加工设备8第三章铝塑门窗加工中心的设计方案1111第四章床身的设计第五章工作台的设计14参考文献 19弟一早刖吞1.1塑钢门窗的发展状况：塑钢门窗是一种新型化学建筑材料，它是继木、钢、铝等门窗之后在国际上 广泛应用的新一代建材，己被国家建设部指定为绿色节能产品。塑钢门窗在西方 发达国家已有40多年的历史

2、，使用率已在70%以上，个别国家和地区高达 95%,在我国市场用量亦呈大幅上升的良好趋势。早在多年前，我国化学工业部 等五部委联合签发了国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年发展规划 纲领，其中要求在2000年前，东北、西北、华北地区的塑钢门窗普及率必 须达到15%以上，沿海地区达到30%以上，而全国平均使用率必须达到15%以 上，同时还规定在腐蚀性环境的建筑物要尽量采用塑钢门窗。按此要求，有关部 门据目前建筑情况推算，到2010年，全国塑钢门窗的市场平均应用量达到30% 以上，需要塑钢门窗1.5亿平方米，而目前市场占有率仅为5%,因此，从事塑 钢门窗加工将会有很好的前景。但是，目前我国

3、塑钢门窗的加工组装设备多为单 机、手动或半自动机械，其牛产效率和质量稳定性不高，在一定程度上制约了塑 料门窗发展。开发研制锯铳组合加工中心是提高塑窗制造和应用水平的客观要 求。采用高度机械化和自动化的方式生产塑钢门窗五金件，尽管初期投入大，技 术要求复杂，但能形成规模化大生产，劳动生产率高，综合生产成本低，特别是 产品质量可靠，精度高。国际上先进的塑钢门窗五金件生产企业，基本上都采用 高度机械化和自动化的牛产方式。因此，塑钢门窗加工组装设备的自动化，数控 化对我国塑钢门窗市场快速发展具有重大意义。1.2塑钢门窗面临的机遇：我国己将房地产业作为国家的支柱产业，随着奥运会的临近，2 0 1 0年世

4、博会在上海的举办，以及其他建设工程的开工，都为建筑门窗的发展 创造了机遇。中国是全球门窗的最大市场，每年约有5亿多平方米的门窗建 设任务，是整个欧洲每年门窗建设面积的四倍以上。因此，我国塑钢门窗企业 应抓住机遇，全面提升技术水平和产品质量，尽快由塑钢门窗大国向塑钢门窗 强国边进。第二章塑钢门窗及其加工设备的概述2.1塑钢门窗的定义门窗是建筑物的重要组成部分，其作用是采光、通风，同时也对建筑起到装 饰作用。传统的门窗主要是木质材料。随着新材料的不断出现，钢门窗、铝合金 门窗、塑料门窗的应用也越来越广泛。塑钢门窗是以聚氯已烯（upvc）树脂为主耍原料，加上一定比例的稳定剂、着色剂、 填充剂、紫外线

5、吸收剂等，经挤出成型材，然后通过切割、焊接或螺接的方式制成门窗框扇, 配装上密封胶条、毛条、五金件等，同时为增强型材的刚性，超过一定长度的型材空腔内需 要填加钢衬（加强筋），这样制成的门户窗，称之为塑钢门窗。目前塑钢门窗的种类很多，按开启方式分类：平开窗、平开门、推拉窗、推拉门、固定 窗、中旋窗、下旋窗等。按构造分类:单玻、双玻、三玻门窗。按颜色分类：单色（白色或彩色）、双色（共挤、覆膜或喷涂）。2.2塑钢门窗的特点随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对居住质量要求也 在提高。塑钢门窗作为新型的建筑环保材料，也就越来越得到人们的重视。塑钢 门窗具有的特点如下：1）外观精密塑门窗的型

6、材和制造用进口设备加工其质色内外一致材质细密平滑加工尺 寸精度由电脑控制误差小。2）保温性好塑料的导热系数低，隔热效果比铝材优1250倍，加上有良好的气密性，在 寒冷地区尽管室外零下几十度，室内却是另一个世界。3）隔音性好其结构经精心设计，接缝严密，试验结果，隔音20db,符合didn4109之 规定。4）耐老化其结构经精心设计，接缝严密，试验结果，隔音20db,符合didn4109之 规定。5）防火性好塑钢门窗为优良绝火材料、不自燃、不助燃、能自熄，是理想的选择。6）耐冲击使用特殊耐冲击配方，型材在10°c能承受1kg重锤从1米高自由下落的冷 冲击试验不破裂。7）水密性好吸水率0.

7、1%,门窗设计有防雨板、排水槽孔，能将雨水完全隔绝于室外, 水密性符合didn18055之规定。8）保养容易塑料异型材不受侵蚀，又不会变黄、退色、不受灰、水泥及胶合剂影响，几 乎不必保养；脏污时，可用任何清洗剂，清洗后洁白如初。9）不腐蚀塑料门窗不受任何酸碱药物的侵蚀，不受废气及盐份的影响，非常适合沿海 地区、重工业区使用。10）气密性好塑钢门窗明隙缝处均装有三元一炳胶密封条，隙缝单位长度透气在 4m3/mmhni以下，在有冷暧设备屋内，可充分发挥空调效应，并可节约能源。11）电绝缘性好塑钢门窗所用的材料是优良的电绝缘体绝不导电安全性高12）防盗性好塑钢门窗配置优良金属构件，窗内设计装有玻璃卡

8、条，使偷盗者束手无策。13）质轻、高强铝合金材料多是空芯薄壁组合断面，方便使用，减轻重量，且截面具有较高 的抗弯强度，做成的门窗耐用，变形小14）科学设计塑钢门窗采用合理节能型材，经过科学设计可为传统、现代建筑增添光彩。23各种门窗材料的性能比较在一般房屋建筑中，窗户传热量约占22%,再加上窗户缝隙的传热损失约 占建筑物全部耗能的50%左右。各种材料的不同，门窗保温、隔音、密封、防 腐等性能也不同。2. 3. 1木门窗我国最早使用的门窗都是木门窗，木门窗的价格虽低，但由于制作门窗的红、 白松资源枯竭，再加上优质红、白松100年才能成材，口容易发生火灾，截面尺 寸大，透光率小，虽然保温，但户外易

9、腐烂，需要涂漆维护等，因此我国在20 世纪70年代开始启用钢门窗(主要是钢窗)。2.3.2钢门窗目前的钢门窗主要有空腹、实腹等类型，其中空腹钢窗应用较广。这种窗虽 有截面小、透光率大等优点，但也存在易变形、密闭性差、密封不好，尤其是在 沿海盐雾大的地区、湿度大的南方地区易锈蚀等缺点，其用量不断下降，近年来 出现的彩色钢板门窗，虽然密封性、防腐性、装饰效果均优于普通钢门窗，但 因其价格高而无法大量采用。2 3 3铝合金门窗铝合金门窗是门窗中的高档产品，因其造价犬大高于其它门窗型材，故多用 于高档宾馆、写字楼、商厦，大量建造的房屋则无法问津。此外，铝合金门窗保 温性差，尤其对于寒冷地区更不适应。一

10、般市场上的铝合金门窗，价格虽便宜， 但质量很差，目前，已限制生产。2. 3. 4塑料门窗塑料门窗比其它门窗在节能和改善室内环境方面有更为优越的技术特性。塑 料门窗的生产能耗最低，生产1吨钢材的能耗为生产1吨塑料(pvc)的4.5 倍;生产1吨铝材的能耗则为1吨塑料(pvc)的8倍;即塑料(pvc)：钢：铝 =1： 4.5： 8o塑料在使用过程中，是一种热损失最小的材料，如upvc窗材的 导热系数为铝窗材的1 / 1250、钢窗材的1 / 357,加之pvc窗可制 成多空腔结 构，其中的死空腔中空气的导热系数仅为0. 04cal /mh°co由此可见，塑料门窗 是热损失最小的窗种。优质

11、塑料窗的隔声性能达到30db以上，钢铝窗的隔声性 能约为19db,据日本资料介绍，要达到同样降低噪声的要求，安装铝窗的建筑 物与交通干道必须相距50叫而安装塑料门窗后，距离可缩短到16m。另外塑料 门窗耐腐蚀，可用于沿海、化工厂等腐蚀严重的环境中。普通用户使用，也能减 少油漆维护费用。塑料门窗外观好，能和国内的装饰要求相适应，而且人体接 触感觉比金属门窗舒适。虽然塑料门窗具有上述优点，但要达到实用要求，必须 克服一般塑料的弱点，如变形、老化等问题，这也是一般人所担心的问题。下表5-1给出了不同材料门窗的优缺点性能比较；表5-2给出了塑料门窗与其他材质门 窗的建筑2性能比较。*5-1不同材料门窗

12、的优缺点比较优 点缺点木门闻加工制作简e导煦系数低保温性好绝缘性好邀价低廉z瀰湿、雨水易引尽腐烂、变形 巒封性羞油麻、维护费用高资源有限钢门窗强度高不易变形断面细小，采光面大价格低嫌耳热索效大，保咼性養 岳封性差易镌谊,堆沪费离 绝缘性差生产睫耗高装怖性强 襦封性好 新血轻巧 组装简便 价格适中导热系数大，保温性差 不耐腐憧统缘性左生产能耗离开关时有噪咅毀料门窗 （戾 pvc）密拥性最佳导热系数低保温性好 耐宥烛性强 能阻燃、直熄 网老化性能好寿命长 绝缘性好 装饰性强，质感舒适 资慷充足 价格适中安装工艺要求高 长期离热环境不宜采用 异型结构组装困难表52 88料门窗与其他材质门窗的建氛性能

13、比较门6?材质隔热性密封性隔音性耐候性- -耐水性防腐性阻燃性结露性塑料门窗aaabaaba木？maddbdbdb«n®db- ,cabcad钢门窗cccb 'cdad注:性從优劣:优a>b>c>d劣从表中可以看出，塑料门窗的性能虽然不是样样最优，但却能兼具各种门窗的优点，并 能满足建筑和使用需求，而h在节约能源，保护环境，美化建筑，改善居住条件方血更胜一 筹，因此可称之为建材领域的新秀。2.4塑钢门窗相关技术数据见表碘n技术要求1. 囱开、关过稈中移动窗尉的力不大于5on2. 悬瑞吊虫：在5oon力作用下、残余变形应不大干30mm试件应不损坏，仍

14、保持使用功能3. 忍曲或弯曲：在3uon力作用下，允许有不形响使用的残余变形，试件不允许破裂，仍保持使用功 能4. 扭曲及对角线变形：在200n力作用下，试件不允许描坏，不允许有形响使用功能的残余变形5. 开关技劳：平开由开关速度为1020次/min,绘不少于1万次的开关，试件及五金不应扭坏，莫 固泄处及玻璃压条不应损坏；推拉窗开关連度为i5m/min.开关不应少于一万次.试件及五金不应松脱6. 经棋拟7级风连续开关10次（大力关闭）.试件不损坏.仍保持檢有开关功能7. 窗搏应能支持200n力，不允许移位.联接处型材不应破裂&开启用位hho次试件不应损坏9.角强度平均值不低t3ooon

15、jft小值不低于平均值的70%机械力学性能耐候性窗经人工老化（外宙不少于loooh,内窗不少于500h）或自能晒两年疳，其外观无气泡、裂纹写； 变退色不应趨过3级灰度；简支梁冲击强度保阳率不低于70%在建筑物上使用两年后.其耐候性能同上组装质允许尺寸公差（mm）» 17-15项目允杵18 龙优等品一等品二等品300 -900±1.5±1.5±2.0门窗框、眉外形尺寸901-1500±1.5±2.0±2.5（离度与宽度）1501*2000±2.0±2.5±3.0>2000+ 2.5±

16、;3.0±4.0<10002.03.03.5门！0对角线长度1000 - 20003.03.54.0>20004.05.06.0门窗腥、剧相邻构件装配间隙<0.3<0.4<0.5两相邻构件焊接处同一平面髙低羞<0.5<0.6w0.8门窗柜、扇装配钗傅st隙il.o±1.5±2.0门宙框、扇四周搭接宽度±1.0±1.5±2.0窗质玻璃等分格±2.0项目!质 畝 指 标 窗两对角线误罡(al)lw2000 alw3rnm; l >2000 al5mm垂h度谋差(ah)hw2000

17、ahc2mm; h>2000 ah<3mm窗型林无开焊.断裂现象五金配件齐全、位眩正确.便用灵活窗表面无严重划伤、光洁无污染物傍封悄况关闭时、窗扇与窗框间无明显臬隙压条接头处无期显间隙开关灵活.无用滞、回禅和咼曲变形现象2.5安装塑钢门窗的施工要点1. 检查门窗空口是否符合安装尺寸，如不符合应给以修整。按不同门窗的要求选定直径 不同的螺丝进行安装。2. 把塑钢门窗按规定位置立好，并将门窗框一侧的螺钉或螺丝拧入塑钢胀管。3. 将塑钢门窗暂时安装在框中，当门窗与框的配合位置找正后，将门从框中拆下，然后 再将矿的另一侧固定好。4. 用塑胶条或矿棉条填满缝隙，然后用密封膏嵌实。5. 在门框

18、上安装合页和五金件。6. 最后进行修整，保证门窗开闭自如，安装牢固。使用时除去保护膜。2.6塑钢门窗的质量鉴定在家庭装修川，塑钢门窗一般不由装潢公司的施工队伍安装，而是由安装製钢门窗的专 业人员，进行现场测量后制作安装。塑钢门窗安装的尺寸要求是：门窗框、门窗扇的外形尺 寸在1.5米以内的，误差不得超过2毫米；相邻构件装配间隙小于0.4毫米，焊接处高低差 不得超过0.6亳米，装配合页缝隙小于1.5毫米，门窗的框与扇搭接误差不得大于1毫米， 窗扇玻璃误差不得超过2毫米。按照国家标准，安装后的塑钢门窗应符合下表要求。塑钢门窗安装质要求和检验方法表项目质戢要求检验方法门窗表面洁净、平攸光滑，大面无划痕

19、、碰伤用材无开 焊、断裂观察h金件齐全，位實正确安装牢固，使用灵活，达到备 什的使用功能观察 t尺玻璃密封条密封条与玻隅及玻璃槽11的接触应平紡不得 卷边、脱槽观察密封质詰f j窗关闭时皿与框无明显缝隙密封面1;的 密封条应处尸压缩状态观察2. 7国外门窗现状国外的门主要以金屈、木质等为主，还有一些是按要求制作的特种门，一般外 门需具有防火、防盗、保温等性能。窗一般以塑钢和带热隔断的铝合金为主，少量采用彩板钢窗，高级木窗在高 档建筑中也有需求。国际上的塑钢门窗开始应用于本世纪50年代末，首先由前西德开发而成的。 1959年在徳国杜塞尔多夫举行的世界塑料展览会上，该国的赫特公司首先展岀 了塑料窗

20、样品，并受到了广大消费者和政府的重视。从70年代开始，该国对塑 料窗的发展实行了扶持政策，使这种新型门窗得到了迅速发展。到1978年塑料 门窗所占比例已达40%左右，到1986年达到44%,居各类门窗z首。此外， 欧洲的奥地利、意大利、英国、法国、瑞典、瑞士等国家也积极地开展了塑料 门窗的研 制与生产，到本世纪80年代末期己达到了相当大的市场占有率和生 产规模。其中奥地利塑料门窗占有率已超过90%。美国虽然起步较晚，但年增 长速度超过15%,是所有建材产品中增长速度最快的。日木在其最寒冷的地区 北海道，大力推广防寒塑料窗，目前普及率已达35%。2. 8我国门窗现状改革开放以来，我国建筑门窗行业

21、形成了以工程塑料、建筑铝材、彩色涂层 钢板、不锈钢板为主的多元化，多层次的产品结构体系。目前，我国己成为建筑门窗产量最多的国家，全国城镇建筑市场门窗需求量 已经达到1亿忆 比1978年增长两倍。2000年，我国建筑门窗市场的总需求 量达到12亿nr'左右。市场潜力很大。目前，塑料门窗年产量1500万na市 场占有率15%左右；铝门窗、铝幕墙年产量4500万忙，市场占有率45%左右; 彩板 门窗年产量500万忙，市场占有率5%；钢门窗（包括 钢复合门、钢防火 门、钢防盗门等）年产量1500m2左右，市场占有率15%；其它门窗（包括木门窗、木复合门、不锈钢门窗、卷帘门窗、玻璃钢门窗等）年产

22、 量2000万昭 市 场占有率20%左右。门窗使用性能要求的提高，促使新材料的发展取代传统的门窗材料，特别是 进入到80年代后，全国掀起了引进国外塑料门窗生产技术和装备热。据不完全 统计，全国有150多个厂家从德国、奥地利、意大利等国家引进了具有国际80 年代先进水平的塑料挤岀机生产线670多条，形成型材设计生产能力约为20万 吨/年，门窗 组装线1400多条，形成组装能力1500万到90年代经济高速发展，建筑业水平不断提高，建筑节能已提到重要的议 事日程，随着玻璃钢行业自身技术的进步，建筑用产品的开发和应用有了新进 展。这时，我国开始研制玻璃钢门窗，玻璃钢门窗的问世，弥补了塑钢门窗强 度低、

23、易老化等欠缺。我国玻璃钢门窗的研制是从90年代初开始，到1994年黑龙江省美城集团引 进6条生产线，因材料、设备、模具不配套，一肓没有投入生产。我国研制开 发玻璃钢门窗已经7年了，现已面市。经国家玻璃钢制品质量监督检验中心 和国家建筑工程质量监督检验屮心分别对玻璃钢型材和窗户的检测结果均达 到了国家门窗标准。塑钢门窗是以钢衬为骨架，来增加其型材钢性的。塑钢门窗是新代的门窗 材料，因其抗风压强度高、气密性水密性好，空气、雨水渗透量小，传热系数低, 保温节能，隔咅隔热，不易老化等优点，近年来，随着国家产业政策和节能政 策的实施，塑钢门窗得到迅猛发展，正在迅速取代钢窗、铝合金窗，成为了我 国建筑门窗

24、行业的主导产品之一。我国发展塑料（pvc）节能窗的有利条件原料。我国在石油化工的开发利用方面取得了举世瞩目的进展，作为塑料窗的基本原料 pvc产量已达90万吨/年。以原苏联帮德国为例（其塑料窗发展居世界领先地位），全国有 塑料窗发展厂30（）（）多家、异型材厂7（）多家，每年耗用pvc树脂仅为15-16万吨。设备。90年代，我国先后从西欧引进了 180条生产线，又分别从德国的莱芬豪塞、威 波，以及奥地利的辛辛那提公司等世界厂家引进了软件图纸，从而具备了能生产具有世界先 进水平塑料窗的全套生产设备。问题是，目前各厂尚充分发挥其生产能力。技术。自1990年以來，化学工业部北京化工研究院先后承担了国

25、家科委“六五、”“七 五”五项国家攻关项目，女口：中寒地区塑料窗、高寒地区塑料窗、防腐窗（工厂用）、塑料 门、高抗冲耐低温窗用配方等。目前，在塑料窗制造的11个技术环节上，我国已完全掌握 并发出一整套适合我国国情，经济上可以承受，有较长使用寿命（20年以上）的塑料窗生 产技术。这-成果，特别适用于发展中国家，因而博得联合国工业发展组织的好评。据了解，欧美等许多国家已把塑料作为一种带革命性变革的新型建筑材料，以収代传 统建材，不仅有利于建筑节能保温，而且缓解了能源紧缺的矛盾。因此，大力发展我国的塑 料窗，无疑是一条节能效益显著的战略措施。从历史上，发达国家对于塑料窗的开发与推广, 都采用过各种经

26、济上的扶持政策，我国政府有关部门也应采取必要的经济措施，如减免税、 经济补助等扶持政策以促进我国塑料窗事业的大发展。2.9数控门窗加工设备发展现状门窗幕墙加工工艺中主要的几个加工工序是型材下料、各种孔型钻铳、组装 等，针对这些工序国内外门窗加工设备制造公司主要生产的设备有数控切割锯、 多轴数控钻铳床、多轴加工中心等，加工具体内容主要是锯切、铳、镇、攻螺丝、 组角等工序。一般来说3轴钻铳床只能加工正上而的孔形,4轴可绕型材进行180 度角度加工，5轴钻铳床可在360角度内进行斜孔加工。国外专业从事门窗加工设备制造的公司有德国和意利合资安美百事达 （ame pressta）,德国叶鲁（elumat

27、ec）意大利飞幕（fom）等，这些公 司这些年来相续生产，研制出数控门窗加工设备，包括可达6个控制轴的加工中 心，技术已达相当水平。国内目前只有几家设备生产厂能够生产数控设备，北京市平和机器制造公司 （pinghe）在国内率先推岀了数控双头切割锯、数控摆角双头切割锯、数控钻铳 床、单头加工中心、双头加工中心，数控摆角双头切割锯，实现三轴运动控制。 双头加工中心及数控钻铳床采用3x2轴运动控制，可双头同吋操作，大大提高 工作效率。数控钻铳床、加工屮心可完成六轴运动控制。在控制软件的方便性， 人性化方面已达到国际先进水平，而且国内生产的设备物美价廉，将在国内外市 场上占有一席之地。2.10数控门窗

28、加工设备发展方向a）字化、网络化：将来的企业，需要通过提高管理水平、技术水平、运营方 法等來增强企业参与市场竞争的能力，以后生产管理逐步实现计算机网络化生产 和管理，并逐步提出电子商务的概念，从订单开始，到设计、加工、组装、储存、 交货的所有流程通过网络化实现。现在只具备这种生产形式的雏形，只实现了单 个工序或部分工序组合的自动化。产品制造的全过程也具有网络化和数字化的 特性，在这种环境下，网络数控成为各种先进制造系统的基本单元，是各种先进 制造系统的技术基础。b）柔性加工系统：多台数控机床在统一的管理下，实现统一输送、统 一下料、统一钻铳、统一组装、入库等工序，这样就构成柔性加工系统（fms

29、）, 这样发展必然要求数控设备进行通信联网。这与网络化、数字化发展相互促进、 相互制约。虽然数控技术在门窗幕墙加工行业的应用是最近几年才以展起來的，但 随着我国经济建设的发展，科技水平的进步，门窗加工技术也将有一个崭新的发 展空间，数控技术的应用也将越来越广，各个工序实现自动化或半自动化控制， 通过传输皮带就可以组成自动化牛产线，并且通过网络系统将整个控制系统连入 公司局域网中，在办公室即可完成程序设计、参数输入、程序执行等功能，还能 监控现场生产情况，等等，这样可以大提高生产效率、节约成本、减少人力，这 样全自动化或半自动化生产车间的出现将会有力地促进门窗幕墙加工业的发展。第三章塑钢门窗组装

30、机的总体设计方案3.1设计原始数据纵向行路程（x轴）：1400mmx轴运行速度：050m/min工件最大受力1800n夹具形式：气动夹具、手动定位锁紧加工尺寸范围（宽x高x长）：200x200x 1400mm系统功能：钻孔、攻丝.3. 2确定主传动系统3. 2. 1主传动系统结构特点。数控钻床的主传动系统一般采用直流或交流主轴电动机，通过带传动和主轴 箱的变速齿轮带动主轴旋转。由于这种电动机调速范围广，又可以无级调速，使 得主轴箱的结构大为简化。主轴电动机在额定转转速时输岀全部功率和最大转 矩，随着转速的变化，功率和转矩将发牛变化。在调压范围内（从额定转速调到 最低转速）为恒转矩，功率随转速成

31、正比下降，在调速范围内（从额定转速调到 最高转速）为恒功率，转矩随转速升高成正比减少。这种变化规律是符合正常加 工要求的。为了满足主传动系统的高精度、高刚度和低噪声的要求，主轴箱的传动齿轮 都要经过高速滑移齿轮（一般都用花键传动），采用内径定心、侧面定心的花键 对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专 门的刀具和花键磨床。带传动容易产生振动，在传动带长度不一致的情况下更为 严重。因此，在选择传动带时，应尽可能缩短带的长度。如图结构限制，带长度 无法缩短时，可增设压紧轮，将带张紧，以减少振动。322主传动系统的分类为了适应不同的加工要求，目前主传动大致可以分为三类：

32、（1）二级以上变速的主传动系统：变速装置多采用齿轮变速结构。图1 （a） 所示时使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统，滑移齿轮的移位大都釆 用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。因数控钻床使用可调无 级变速交流，调速范围增加，而口具有人范围调节速度的能力。但由于结 构复杂，需要增加润滑及温度控制装置，成本较高，此外制造和维修也比 较困难。图1 （a）是一个典型的二级齿轮变速主轴结构。（a）（b）（c）图1主传动系统的三种类型（2）一级变速器的主传动系统：目前多采用带（同步齿形带）传动装置，如图 1 （b）所示。其优点是结构简单，安装调试方便，且在一定条件下能满足 转速与扭矩的输出要求。但

33、系统的调速范围与电动机一样，受到电动机调 速范围的约束。这种传动方式可以避免齿轮传动吋引起的振动与噪声，适 应于低转矩特性要求的主轴。（3）调速电动机直接驱动的主传动系统如图1 （c）所示，其优点是结构紧凑, 占用空间少，转换效率高。但是主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的 输出特性完全一致，因而使用受到限制。综上所述，为了结构简单，安装调试方便，口在一定条件下能满足转速与扭矩的 输出要求和避免齿轮传动时引起的振动与噪声，应选用一级变速器的主传动系 统。3.2.3确定进给传动系统滑动丝杠螺母是指螺纹的表面育接接触的丝杠螺母机构。滑动丝杠螺母机构的特点：（1）降速比大：丝杠导程小，当丝杠转速较高

34、时，螺母的移动速度仍较低，因 此，在传动链中其他传动副降低比不大的情况下就能获得低速运动，换句 话说，可以缩短传动链，有利于提高传动精度。因此，这种机构适用于中、 低速进给运动o（2）运动平稳和传动精度高：适用于精密位移传动，如果与螺矩校正装置和消 除间隙机构配合应用，则可用于精密位移，位移精度可达0.001毫米，一 般在精密丝杠车床和螺纹磨床等内联系传动中广泛应用。（3）轴向单引力大：由于降速比大，在传递扭矩较小的境况下，可获得较大的 轴向牵引力。（4）自锁性能好：一般螺旋角小于摩擦角，有自锁性能。因此，适用于垂直移 动部件的传动（如转床工作台或衡量升降），可防止部件因自垂而下滑。（5）传动

35、效率低：螺旋面之间属于滑动摩擦，摩擦损失大，其机械效率一般为 0.2-0. 4,与滚动摩擦相比，其磨损较快。（6）刚度低，丝杠为细长轴，依靠两端支承，不能像齿条那样固定在床身或工 作台上，因此刚度较低。滚动丝杠螺母机构工作原理和特点：滚珠丝杠螺母机构是指在丝杠和螺母之间装有一定数量的等直径滚珠的机 构。当丝杠或螺母传动时，滚珠沿着丝杠螺旋滚道滚动。为了防止滚珠从螺母中 滚出來，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠逐个地又回到丝杠和螺 母之间，构成了一个闭合的循环回路。目前，滚珠丝杠螺母机构在精密机床，、数控机床中得到广泛应用。滚珠丝杠螺母机构有如下特点：（1）摩擦损失小，传动效率高：一般

36、情况下，传动效率可达90%以上，比普 通滑动丝杠螺母效率提高3-4倍。因此，在同样载荷中，驱动扭矩较滑动 丝杠大为减少。（2）动作灵敏，低速时无爬行现象。由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数和差很 小，所以启动力矩小，动作灵敏，而h在速度很低的情况下，不易出现爬 行现象。（3）磨损小，精度保持性好：滚动摩擦比滑动摩擦的磨损小很多，而且滚珠丝 杠和螺母的螺旋槽都是淬硕的，故使用寿命长，精度保持性好。（4）可消除轴向间隙，轴向刚度高。滚珠丝杠通过预紧，可完全消除轴向间隙, 使反向无空间隙，反向定位精度高。（5）摩擦系数小，无自锁现象：这种机构不仅能把旋转运动变为直线运动，还 可以将直线运动变为旋转运动，

37、即有运动的可逆性。因此，当用于垂直传 动时须有制动或自锁机构。（6）工艺复杂，成本高：滚珠丝杠、螺母等零件的形状复杂，加工精度和表面 质量要求高，所以制造工艺复杂、成木高。图（2）支架如图（2）所示，由于滑动丝杠螺母机构自锁性能好，一般螺旋角小于摩擦 角，有自锁性能，适用于垂直移动部件的传动（如转床工作台或衡量升降），可 防止部件因自垂而下滑，所以横梁的垂直运动利用滑动丝杠螺母机构（图中已经标出)o图(3)滚珠丝杠螺母机构由于滚珠丝杠螺母机构图(3)摩擦损失小，传动效率高、动作灵敏，低速 吋无爬行现象、磨损小，精度保持性好等好处，横梁的前后运动应通过滚珠丝杠 螺母机构(由于视图关系，图2屮没标

38、岀)。3.2.4支架两脚使用直线滚动导轨的选择支架两脚使用直线滚动导轨，是由于直线滚动导轨在滑块与导轨之间放入适 当的钢球，使滑块与导轨之间滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动 摩擦阻力，从而获得如下优点：a. 动、静摩擦力之差很小，随动性很好，既驱动信号与机械动作滞后的时 间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。b. 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。c. 与v型十字交叉导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。d. 适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约十倍。e. 能实现高定位精度和重复定位精度。第四章：工作台设计4. 1工作台外形设计：图(4)工作台如图所(

39、4)示，工作台设计成总体平板型，中间开孔的形状，是因为要对零件进行钻孔、攻丝，将要加工的工件部分放在孔的上面，这样可以避免损坏工作台，影响工作台的精度。4.2工作台材料的选择：工作台的材料选用铝，是因为塑钢门窗材料比较轻，用铝工作台就可以满足 其要求，另外相对钢等重材料来说，还可以减轻重量的作用。4.3运动导轨的选择：选用滚动导轨套，它由直线运动球轴承，支撑座，导轨轴支撑座构成的圆柱 形直线滚动导轨套副，由于结构上的原因，直线滚动导轨套副只能在导轨上作轴 向直线往复运动，而不能旋转。负载滚珠与导轨轴外圆作凸圆之间的点接触，因 而作用载荷较小。这种轴承运动轻便，灵活，精度较高，价格较低，维护方便

40、， 更换省事。根据直线运动球轴承结构类型的不同，直线滚动导轨套副分为：标准型直线 滚动导轨套副(gtb,gtbt)，调整型直线滚动导轨套副(gtb-t),开放型直线滚 动导轨套副(gta, gtat).选用开放型直线滚动导轨套副，如图(5)所示，是因为其在直线运动球轴 承外套筒和挡圈上开有轴向扇形切口，可以调整间隙，适于加工过程屮载荷变化 较小，颠覆力矩较小的场合。gta 屡!，型开放:滚动直线导套副"导轨轴图(5)开放型直线滚动导轨套副4.4导轨的选择支撑工作台的导轨采用圆柱滚动直线导轨(圆柱型直线滚动导轨由直线运动球轴承、导轨轴、 直线运动球轴承支座及导轨支撑座组成)。这是因为圆

41、柱滚动直线导轨有以下优点：(1) 摩擦系数小，只有0.001-0.004,功率消耗低，节省电能。(2) 微量移动灵活、准确、低速时无蠕动爬行。(3) 具有结构自调整能力，可降低相配件加工精度。(4) 润滑简便，维修、更换快速方便。(5) 移动速度快，精度高，行程长。(6) 导轨轴采用优质合金钢制造，经中频感应淬硬hrc58-63,耐用，性 有良好的精度保持性。本设计采用gat40型。型号d(js6)d.d2d(h6)lliaa 1(02)a2jjigta40408960w20001508056.5386025kcwwibbiggihhhih215501009680537136581001420

42、h3mi*l额定 动载 荷额定 静载 荷74m8*1620503520表(6)因为工作台长1770 mm,所以选用lw2000 mm的gat40型导轨副。4.5工作台进给系统的设计：采用电动机带动齿轮，齿轮带动滚珠丝杠传动结构。图1 (a)所示时使用滑 移齿轮实现二级变速的进给传动系统，由于交流电动机比较常用，价格相对宜流 电动机较便宜，因此选用交流电动机，由于齿轮传动可调无级变速，调速范围增 加，具有大范围调节速度的能力，而且传动平稳，结构紧凑等优点，因此选用齿 轮传动。因为滚珠丝杠螺母机构相对滑动丝杠螺母机构来说有以下优点：摩擦损 失小，传动效率高，驱动扭矩较滑动丝杠大为减少。动作灵敏，低

43、速时无爬行现 象。磨损小，精度保持性好。可消除轴向间隙，轴向刚度高。摩擦系数小，无自 锁现象。所以选用滚珠丝杠螺母机构。4.6工作台的计算：4.6.1工作台板的计算：y = (1.67x0. 55-15x0. 25x0. 08) x0. 05 m3二(0.9185-0.3) x0. 05 m3二0. 0309 n?x y r =0.0673 x 2700 kg=181. 71 kgg匸二 mv x s=181. 71x9. 8n=178. 758n4. 6. 2导轨轴的计算：de0 04 eqa 2yf? =7ix (-)2=3. 14x ()2 x2 in3 =2. 5 x 10-3 m3m

44、导二 /?亍 x v导二7. 8x io3 x2. 5 x 1 ()-3 kg二 19. 5 kgg导二 m导 x g=19. 5x9. 8n=191. in4.6.3导轨支承座的计算：y承二0.071x0. 1x0. 014+0. 036x (100-74-14) xo. 15二 9.94x105 +6.48x105=1.64x10-5 m3m,=xi.64x10-5 kg=0.1279 kgq . = m . x g=0. 1279x9.8 n=l. 254 n用6个导轨支承座，所以，g总承=6x1.254 n=7. 522n因为工作台长1670 mm,所以选择l三2000 mm的gat4

45、0型导轨副，而1780.758 n<2050 n,所以直线滚动导轨套副满足要求。第五章床身结构设计5.1床身设计的技术要求：机身用來支承整个工作平台，驱动电机，工作气缸等，必须保证一定的强 度和刚度以保证零件的正常工作和部件的工作精度。耍求配合表面必须具有一定 的精度，以保证安装零部件的安装位置精度，其他表面的精度要求不高，可以不 加工。5. 2床身材料的选择：机身的材料多为铸铁或钢(1) 铸铁：容易铸成形状复杂的零件；价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有良好 的抗振性。其缺点是生产周期长，单件生产成本较高；铸件易产生废品，质量不 易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用大。常用的灰口铸铁有两种

46、：ht200适用于外形较简单，单位压力较大 (p>49n/cm2)的导轨，或弯曲应力较大的(o 2. 94x107cm2)床身等；ht150 的流动性较好，但机械性能稍差，适用于形状复杂而载荷不大的机座。若灰口铸 铁不能满足耐磨性要求，应采用耐磨铸铁。(2) 钢：用钢材焊接成机架。钢的弹性模量比铸铁大，焊接机架的壁厚较薄， 其重量比同样刚度的机座约轻20%50%；在单件小批量生产情况下，生产周期较 短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗振性能较差，在结构上需采取防振 措施；钳工工作量较大；成批生产时成本较高。焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较 短。焊接箱

47、体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。焊接箱体一般比铸造箱体轻，铸造箱体的热影响变形小，吸振能力较强，也 容易获得较好的结构刚度。考虑到铸铁件笨重，焊接机身壁厚薄，刚度高，重量轻，易加工，虽然焊缝 处抗震性较差，但仍能满足一般工业场合的特点，机身采用低碳钢（焊接性能良 好的q235）方形型钢和矩形型钢的焊接结构，手工电弧焊就可以满足需求，焊接 完成后在常温状态下进行时效处理，消除焊接应力。为了防止焊接后不方便加工, 在焊接应力引起的变形不足以影响设备性能的前提下，焊接之前开岀必要的安装 口。5.3床身（机座）的时效处理制造机座时，铸造（或焊接）、热处理及机加工等都会

48、产生高温，因各部分 冷却速度不同而收缩不均匀，使金属内部产生内应力。如果不进行时效处理，将 因内应力的逐渐重新分布而变形，使机座丧失原有的精度。为了消除剩余变形和剩余应力，保证箱体加工后的稳定性，必须进行一定的 时效处理。时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，提高其尺寸的 稳定性。常见的方法有自然时效、人工时效和振动时效等几种，其中以人工时效 应用最广。5. 4床身的结构设计：5. 4. 1隔板与加强筋封闭空心截面的刚度较好，但为了铸造清砂及其内部零部件的装配和调整， 必须在机座壁上开窗口，其结果使机座整体刚度大大降低。若单靠增加壁厚提 高刚度，势必使机座笨重、浪费材料，故常用

49、增加隔板和加强筋来提高刚度。加强筋常见的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四种（如图7）。直形筋的 铸造工艺简单，但刚度最小；米字筋的刚度最大，但铸造工艺最复杂。加强筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8倍。图（7） 箱体各加强筋5. 4. 2连接刚度为提高结合表面的连接刚度，可采取如下措施：1）根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及其位置。必要 时，可使螺钉产生预紧力，來提高连接刚度。2）提高结合表面的光洁度和形状精度，使结合表面上的接触点增多，从而提高 结合面的接触刚度。3）增加局部刚度来提高连接刚度，如图（8）,图（8） 增强刚度方式在安装螺钉处加厚凸缘；或用壁龛式螺钉孔；或用加强

50、筋等办法增加局部 刚度，从而提高连接刚度。（4）、结构的工艺性床身也属于箱体类零件，体积大，结构复杂，成本较高。设计时，应使其具有良 好的结构工艺性，以便于制造和降低成本。（5）、连接和固定箱体连接处的刚度主要是结合面的变形和位移，它包括结合面的接触变形，连接 螺钉的变形和连接部位的局部变形。为了保证连接刚度，应注意以下几个方而的 问题：1、）重要结合面表面粗糙度值ra应不大于3. 2um,接触表面粗糙度值越 小，则接触刚度越好。2、）通过合理的选择联结螺钉的直径和数量，保证结合面的预紧力。保证 结合而之间的压强，不使螺钉直径太大，结合而的实际接触而积必须在允许范围 内尽可能减小。5.4.3机

51、床的计算:o o. 1600o o ld50501图(9)y上二0.7 x 0. 1 x 0. 4 + 0. 4 x 0. 05 x 2 x 0. 4二 0. 028 + 0.016 m3=0. 044 m3= pv =7. 8x1o3 xo. 044 kg=343. 2 kgg上二 加上 x g =343. 2x9. 8n=3. 36x1o3 n图(10)长 2000 mm,宽 700 mm,高 600 mm,壁厚 50 mmv 第=2x0. 6x0. 5x2 + 0.6x0.6x2x0. 05二0. 12 + 0. 036=0. 156 m3加箱二q角 x v箱=7. 8x io3 xo. 156 kg二 1216. 8 kgg箱二 他 x g=1216.8x9.8n二l192x 104 n第六章夹紧形式的选择图（11）汽缸6. 1气缸的优点（1）与液压执行元件相比，气动执行元件的运动速度快，工作压力低，适用 于低输出力的场合。正常工作的环境温度也较宽，一般可在20。+80。（耐高温 的可达+150。）的环境下正常工作；2）相对机械传动来说，气动执行元件的结构简单，制