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1、20070403102-林凡-铝塑门窗型材仿形钻孔机钻孔装置设计 1 前言1.1 铝塑门窗型材的概述及特点铝塑型材是新一代建筑门窗的主要材料之一，具有节能、环保、隔音等诸多优良特性，可替代金属和木材，适应当今人类对环保的要求并可进行大规模工业化生产，因而在世界范围内得到普及应用.生产塑料门窗的主体材料是经过配方改进的聚氯乙烯P V C挤出型材.随着国家大力推广塑料门窗，型材设备加工在我国经历了飞速成长期后，已渐渐步入了成熟阶段。铝塑型材产品具有较高尺寸、几何形状和相互位置精度、高的外表质量以及其他特殊性能。铝塑门窗为了安装各种五金件需要许多孔、槽，其形状多样。目前我国对铝塑型材的加工组装设备多
2、为单机、手动或半自动机械，其生产效率和质量稳定性不高，在一定程度上制约了铝塑型材的开展。对铝塑型材的加工组装设备精度和加工性能受限，生产效率和质量稳定性不高，在一定程度上制约了铝塑型材的开展。因此，开发研制铝塑型材加工装备是提高铝塑型材制造和应用水平的技术要求。研发的装备可以满足各种尺寸、几何形状、位置精度、高的外表质量要求，与传统铝塑型材加工设备相比具有更好的性能和加工柔性。按照市经济场规律，一个行业的生命周期可分为起步阶段、成长阶段、成熟阶段、衰退阶段，我国铝塑门窗型材行业未来的市场情况是将长期保持在成熟阶段还是将进如衰退阶段是全行业关心的问题。从国外铝塑窗行业的开展经历来看，如德国的铝塑
3、窗型材业已有40多年的历史，而我国只有不到20年，因此保持在成熟阶段的可能性还很大。由于我国整体经济正处于飞速开展时期，对铝塑门窗的需求量有持续增长的趋势，因此业内外人士普遍认为铝塑门窗及其型材行业的需求量在未来将长期保持较高的增长率。也就是说我国塑窗及型材行业将长期保持在成熟期的观点得到了普遍认可。经过多年的学习研究，我国铝塑型材加工设备的体系、规模、技术水平和自动化程度都有了很大的开展和提高。通过对国外相关装备的学习与研究，并根据装备使用商的需求，探索和掌握了设备的关键技术，进而开发研制出高性能、具有世界领先水平的设备，提高了我国装备制造业在国际上的地位和综合实力综上所述，我国的塑料门窗行
4、业已成为一个具有相当规模和水平的新行业。目前，我国塑料门窗将完成产业规模化得过程。1.2 铝塑门窗型材设备的研究现状 我国在铝塑门窗行业扩大的同时，铝塑门窗型材设备和产品的技术水平也在迅速的提高.窗型材设备的国内外现状铝塑门窗型材设备最早是在联邦德国开始生产和应用的，至今已经有几十年的历史，美国塑料门窗的应用量到90年代中期市场占有率到达了百分之30左右。在德国门窗型材设备也经历了一个逐步标准化的过程，到目前设备配套齐全，检测手段完备，可以全方位控制门窗产品质量。我国的塑料门窗型材设备是在20世纪80年代引进国外技术的根底上开展起来的。刚开始走了一段弯路，追求低造价，强调适应当时的经济水平。门
5、窗制造性能很低，在工程应用中出现了许多的问题。此后，有关部门加强了对引进技术的消化吸收工作，产品水平有了大幅度的提高，到达工程使用的要求，并且在80年代后期开始生产塑料门窗的组装设备。90年代初期逐渐形成了塑料门窗异型挤出生产设备和模具的生产能力。92年后，塑料门窗的应用量在不断的增长，行业也在快速开展。 铝塑门窗型材设备的开展趋势目前我国的门窗型材设备开展得很快，产品品种齐全配套，根本可以满足生产各种类型档次门窗的要求。有些企业还开发出了数控双角锯，锯切加工中心，数控角缝清理机和数控四角焊接机等有较高自动化程度的设备。今年来铝塑我国门窗型材的检测设备同样开展的很快，已经可以满足型材，门窗生产
6、中质量的需要。也可以说我国已经根本型材具有较高水平的从型材审查到门窗组装和质量控制所需要的各类设备的生产供给体系。在引进设备的同时，也引进了国外型材断面设计设备的最新成果，从各方面提高了我国整体铝塑门窗型材设备行业的技术水平。窗型材仿形钻孔设备的组成铝塑门窗型材仿形钻孔机主要由三孔钻局部、仿形铣局部、型材压紧装置、定位导向机构、机身机械传动系统以及电气系统、气动系统等局部组成。1三孔钻局部的组成 三孔钻由一台电动机经过过齿轮箱带动三个位置相对固定的轴转动，进而带动安装在轴上的钻头进行旋转，通过进给手柄带动连接架在导轴上移动完成铝塑门窗执手或者门锁上三个锁孔的钻削加工。2仿形铣局部的组成 通过操
7、作杆的移动，仿形触头沿着仿形模板的轮廓运动，同时滑块带动铣刀实现对型材关于仿形模板轮廓形状的仿形铣削。可以通过选择不同的仿形板轮廓进而实现不同的孔槽的加工，加工效率高，加工灵活。3压紧装置局部 压紧装置由两个气缸、气缸支架、压紧压头组成，用来实现对型材的夹紧。4定位导向机构 定位机构由定位杆、导轴连接板、导轴以及定位尺组成，定位杆可调整铣削深度，导轴以及定位尺用来控制钻削尺寸。5机身局部 机身由底座、箱体、支座箱和调整水平座等局部组成。窗型材仿形钻孔设备的特点铝塑门窗型材仿形钻孔机适用于各种铝塑型材类型的门窗安装孔、槽的加工，主要由三孔钻和仿形铣组成，可以实现水平方向的三个孔的钻削加工和垂直方
8、向的长圆孔的仿形铣削，一次装夹可以完成两道工序钻削和铣削，保证了槽与孔的相对位置精度。铝塑门窗型材仿形钻孔机体积小，结构紧凑、型材的夹紧装置采用气动夹紧，效率高，操作简单且平安。1.4 选题的意义和目的 在机械加工的程序中，钻孔是最主要的加工工序1。无论后续的加工是镗孔，扩孔，以致于研磨，都是把钻孔当作第一工序。因此后续加工的精度及效率，和钻孔工序的结果是密切相关的。本次毕业设计即针对仿形钻孔机进行结构设计。这个题目综合性比拟强，可以稳固加强所学的知识，提高本人的综合运用知识的能力和解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力。2 总体方案的设计钻孔装置的参数要求铝塑门窗为了要安装各种五金件需要许
9、多孔、槽，其形状多样。铝塑型材仿形钻孔机是一种自动化程度较高、控制准确方便且在铝塑型材加工中应用较多的加工设备，可以用来加工铝塑门窗型材的各类孔、槽，并可适用于流水口、榫槽等的加工，具有良好的柔性加工性能。该课题铝塑型材仿形钻孔机钻孔装置设计可实现多种规那么及异性孔槽的加工，同时一次装夹还可完成锁孔加工。按照国家标准设计、绘制装配图及相关零件图。其中设计参数要求：1、设备三孔钻装置调整范围为33085100；2、可以加工直径1020mm不同孔径的锁孔；3、要求设计方案合理，结构紧凑、工作可靠、质量到达行业标准。钻孔装置的设计预期结果此次设计的研究结果是经过方案论证选出最正确设计方案，得到加工中
10、心进给系统和工作台装配图及其零件图。毕业设计完成的主要内容如下1、相关外文翻译资料一份译文字数不少于2000汉字；2、毕业设计方案1份，且符合毕业设计标准；3、总设计图量不少于3.0张A0，装配图有充分的零件图支撑；4、设计说明书1份不少于1.2万字，查阅文献15篇以上，外文文献2篇以上。2.3 总体仿形钻孔机的设计方案确定通过查阅各方面关于铝塑型材仿形钻孔机钻孔装置设计的有关文献，包括书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数，了解这些知识，对国内外的开展、生产制造技术条件、研究水平和未来开展趋势有一个具体详细的了解。再通过外出进厂实习对其有了感性认识，对钻孔机设计有一个初步的构思。具体总体仿
11、形钻孔机如图2。1所示，该机主要由三孔钻局部、彷形铣局部、压紧装置、气动系统、电气系统、机身组成机身 2、气动系统 3、电气系统 4、仿形铣局部 5、压紧装置 6、三孔钻局部图2.1 整体钻孔装置2.4 钻孔装置的设计方案确定方案经过设计比照之后2 3钻孔装置采取如图2.2所示结构，由电机带动相互啮合的三个齿轮进行正反方向的旋转，进而带动与齿轮同轴安装的三个钻头旋转。利用操作手柄控制三个旋转的钻头相对于型材进行进给运动，完成门锁上的安装孔的钻削加工。加工结束后松开手动手柄，可以将三孔钻退回，停止电动机那么令三孔钻停止旋转。1辅助支架 2、导杆连接板 3、限位尺 4、进给手柄 5、电机 6、齿轮
12、箱7、三孔钻 8、连接杆 9、连接架 10、导轴图2 .2 三孔钻结构简图2.5 型材定位结构的设计与气动装置的设计1型材定位导向装置的设计通过查阅相关资料4，设计方案如图2.3所示，型材由两个水平固定汽缸带动水平固定滚轮3、6，两对垂直固定汽缸1、2以及有关的压紧装置5、支撑滚轮4引导入铣削机及锯切机。运动的汽缸采用了压差控制，它能在加工的时候产生高压夹紧型材而在输送型材时产生低压，以便于型材的输送。1、2 气缸 3、6定位滚轮 4、支撑滚轮 5、压紧装置图2.3 型材定位导向装置2气动装置设计如图2.4所示整个气动系统的汽缸全部采用节流阀调速；电磁阀采用二位五通阀。选用集装式电磁阀，将所有
13、电磁阀由汇流板集装在一起，以减小占用空间。各汽缸的到位信号由磁性开关产生，控制系统检测到信号后控制电磁阀做下一步动作。本设计气缸等为标准件，不是设计重点内容。图2.4 气动装置 3 钻孔装置的结构设计3.1 三孔钻孔装置设计 1 2 3 4 51、电动机 2、联轴器 3、轴 4、轴承 5、钻头三孔钻由电动机带动，通过联轴器和主轴传递到钻头上，使钻头旋转工作，工作寿命为10年每年工作360天，工作平稳可靠，转向固定。3.2 齿轮的设计 齿轮的选择 1由齿轮的设计方案选择直齿圆柱齿轮传动。2齿轮材料的选择：经过选择齿轮材料为40Cr 调质 ，由于强度、速度以及精度的要求都不是很高，应选用软齿面，其
14、硬度为300HBS3由于三孔钻装置为一般钻孔装置，精度要求不是很高，因此选用7级精度GB10095-884选择齿轮齿数为20 齿轮的强度设计计算 按齿面接触疲劳强度设计，由设计计算公式3.1进行试算，即 3.11确定公式内的各计算数值1试选载荷系数Kt 1.3。2计算齿轮传递的转矩。 3.23由机械设计课本表10-7选取齿宽系数。4由机械设计课本表10-6查的材料的弹性影响系数5 由图10-21按齿面硬度查的齿轮的接触疲劳极限为6 由公式计算应力循环次数 3.37由机械设计课本图10-19取接触疲劳寿命系数 8计算接触疲劳需用应力 取失效概率为1%，平安系数S 1，由公式得 3.42计算1计算齿轮的分度圆直径 ，代入的值。 3.5 2计算圆周速度 3.63计算齿宽b 3.7 4计算齿宽与齿高之比。模数 3.8 齿高 3.9 3.105计算载荷系数 根据v 3.58m/s，7级精度，由机械设计课本图10-8查得动载荷系数 直齿轮， 由机械设计课本表10-2查得使用
