学位论文—铝塑门窗型材仿形钻孔机—总体与仿形铣设计论文.doc

济南大学毕业论文
1 前言
1.1铝塑门窗型材的优点
铝塑门窗型材的优点主要有以下几个方面：
1.隔热保温性能优越。多数多层建筑，70～50％的热量是通过门窗来传导的，也就是说，保温效果的好坏很大程度上取决于选用的门窗材料。其中，主要包括玻璃和型材。在框材上说，可以通过对型材传热量看出各自的保温效果（K值越小，保温效果越好）。 型材的平均传热系数（K值）比较如表1-1所示，单位W/m2·K。

表1.1　型材平均传热系数

成窗后，如其他因素不计，传热系数见表1-2。
表1.2　成窗后型材平均传热系数

可从表中看出，铝塑复合型材的导热系数约是铝型材的1／872，接近于塑料异型材的导热系数；同时铝塑复合型材整体采用三腔结构，能够有效地隔断外层铝型材的热传导，使铝塑复合门窗达到最佳的保温效果。
以温度提升（或降低）至室内适宜人类居住温度（25℃）过程为例：在北方冬季，设室外温度为-7℃，如供暖系统释放的热量为600W，用双玻铝塑复合窗，房间温度比铝合金窗提升约9～10℃；反之，在南方炎热的夏季，在同等外界温度条件下，比使用铝合金及隔热冷桥窗可降低室内温度1～2℃，使用空调可节电28％左右。
2.组装灵活、方便、投资成本低。塑料门窗在制作中采用焊接方式，门窗组装企业需购买焊接机、清角机等设备，而且还需提供很大场地来安置设备，对焊接工人的技术要求也较高，须能在不同外界因素影响下，熟练地掌握焊接时间、温度控制等，企业投资投入大。
铝塑复合门窗在制作中采用插件式连接，制作工具主要为组角机、双头锯、端面铣，避免了焊接等繁琐工艺，还能减少对场地、设备和人员的投资，节约成本，节省时间，提高工作效率。以设备投入为例：如需达到铝塑复合门窗中级制作水平，设备投资在5～6万元；达到同等技术水平，制作塑料门窗设备投资额要在20万元以上，加上其它方面的投资，相比之下，制作铝塑复合门窗可有较高的附加价格。
3.装饰效果好。现代生活中，人们的消费讲求多彩和个性。铝塑复合型材可通过粉沫喷涂、电泳涂漆等方式将外层铝型材妆扮成各种颜色，不仅增强型材防腐、耐污、耐候性能，而且更具装饰性。内层的塑料异型材，也可加工成为仿木纹和彩色型材，满足不同的需求。
4.水密性、气密性、隔声性高。综合考虑了影响空气渗透性和水渗漏性的各种主要因素后（如：排水孔、上下挡风块、毛条、组角部位的密封性、型材受风压影响的变形、胶条接口等），经过严格细致的分析和设计，已开发上市复合型材专用组角胶，设计出符合要求的排水孔，保证了门窗的水密性和气密性。
专用铝塑复合型材组角胶具有良好的膨胀性，少量就可以将组角密封，而且该胶粘度适中，易于处理，无门窗表面的污损之虞。加之塑料异型材本身具有良好的密封效果，可使复合门窗气密性达到最佳效果。
在门窗制作中，采用异位排水法，并根据门窗的规格、尺寸，设计排水孔的数量、位置及尺寸大小。严格而合理的排水设计，不仅可防止雨水浸入，同时雨水一旦浸入也能迅即排出。
铝塑复合门窗因室内采用塑料型材，大幅度地降低了声音分贝（噪声）。实验证明，双玻铝塑复合窗能够达到隔音37分贝以上。距离繁华闹市街道３米左右安装铝塑复合门窗的住宅可等同于距离街道10米安装铝合金门窗住宅的效果。
5.性价比高。铝塑复合门窗不仅在制作中可节约投资成本，在销售中也能占据优势。以市场上具有同等保温功效的铝合金隔热冷桥窗与铝塑复合窗比较，假如：铝合金隔热冷桥门窗销售价为100元／m２，铝塑复合门窗销售价为95元／m２，表面看来前者价格高。在同样窗型（1500mm×1500mm），选用同一档次的五金配件，在成本上铝合金隔热冷桥窗比铝塑复合窗可能高出15～20元／m２，去除销售差价，一扇铝合金隔热冷桥窗比一扇铝塑复合窗要多花费20～40元。
我国一些企业已经在沈阳、济南、郑州、承德等地建有铝塑复合门窗样板工程，实际已经证明，铝塑复合型材能够最大限度的结合和发挥铝型材和塑料异型材的优点，在抗紫外线、抗老化、保温性、装饰性、水密性、气密性等方面都占据优势地位、可以满足人们日益增长的物质文化需求，给现有的门窗加工业带来新的生机与活力。而且，同纯铝合材质门窗相比，还可减少铝的使用量，从而节省资源、减少用电量、减轻空气污染和减少废水排放。有利于国计民生。预计，其市场前景十分乐观。
6.门窗的使用寿命长。塑料异型材在紫外线照射下和硫污染环境中，日久年深会老化、变色，缩短使用寿命。而铝塑复合型材外侧采用铝合金，内侧采用塑料异型材，结构独特。塑料异型材面向室内，不会受到硫化物污染，因有铝材和玻璃的阻挡，日光照射幅度也小，不易发生光催化反应，型材的使用寿命必然会延长。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 铝塑型材设备类型与特点
铝塑型材加工设备一般分为水槽铣、仿形铣、端面铣、封盖铣、缩孔槽加工机等，以圆柱棒铣刀或组合圆盘铣刀作为切削刀具，主要以刀具圆周上的切削刃进行铣削，同时垂直于刀杆方向进给，实现铝塑型材各类槽孔、端面的铣削加工。
铝塑型材加工设备一般用来加工铝塑型材门窗的各类型孔、槽、流水口等。现如今的加工设备有机构紧凑、体积小、型材夹紧采用气压传动，而且靠模制造更换简单、效率高、、可以实现垂直和水平方向连续加工，操作简单安全。
1.2.2 铝塑型材设备的现状与发展
塑钢门窗最早出现于西德，六十年代在西欧有较大发展，目前德国、地利的塑窗普及率在50%以上，英法在30%左右。我国自80年代引进塑钢门窗以来，经过消化吸收，生产技术己经成熟，为其发展提供了物质条件，国家建设部将塑钢门窗指定为绿色节能产品。自1992年起，我国塑钢门窗的发展逐渐兴旺起来，己进入一个兴盛时期。目前，我国塑钢门窗型材生产线己达1000条，组装生产线2000条，生产厂家1400多家，而且生产塑钢门窗的各类设备和模具，我国己能全部制造。铝塑型材加工工艺中主要的几个加工工序是型材下料、各种孔型钻铣、组装等，针对这些工序国内外型材加工设备制造公司主要生产的设备有数控切割锯、多轴数控钻铣床、多轴加工中心等，加工具体内容主要是锯切、铣、镗、攻螺丝、组角等工序
目前，我国型材生产能力突破100万吨，铝塑门窗组装能力在9000万平方以上。国产铝塑型材设备、模具的技术水平在迅速提高，生产设备性能、生产效率和自动化程度有了很大提高，可以适应多种生产需求。
1.3 选题的目的及意义
铝塑门窗型材设计充分利用铝合金型材的高强度、外观装饰性、耐低温性、耐老化性和PVC塑料型材热阻高的优点，改善了断桥铝合金型材保温性能差的不足。铝塑型材产品具有较高的尺寸、几何形状及相互位置精度、较高的表面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，导致其形状多样化。但目前我国对铝塑型材的加工组装设备多为单机、手动或半自动机械，铝塑型材的加工组装设备精度和加工性能受到限制，其生产效率和质量稳定性也不高，在一定程度上制约了铝塑型材的发展。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。所以此次设计的目的是根据给定的技术参数对铝塑门窗型材仿形钻孔机体与仿形铣的结构进行设计，得出最优的设计方案，使之达到高自动化、高柔性、高精度、高效率的性能并且研发的装备能满足各种尺寸、几何形状、位置精度、高的表面质量要求，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。
1.4 设计的主要内容
铝塑门窗型材以其所独有的节能优势和良好性能，应用广泛。铝塑门窗为了安装各种五金件需要许多孔、槽，其形状多样，既有规则形状同时也有不规则形状。铝塑型材仿形钻孔机是自动化程度较高、控制准确方便，可以加工铝塑型材的各类孔、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。铝塑门窗型材仿形钻孔机主要由电动机、传动部分、夹头部分、钻孔装置组成，仿形铣削部分通过仿形板设计、仿形加工可以实现多种规则及异性孔槽的加工，同时一次装夹还可完成锁孔加工。
设计内容为铝塑门窗型材仿形钻孔机—总体与仿形铣设计，设备要求结构紧凑、体积小、并遵守国家相关行业标准，国家标准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330×85×100；
（2）可以加工直径10~20mm不同孔径的锁孔；
（3）仿形铣床能实现25×25~120×120截面型材的仿形铣削；
（4）仿形铣削装置移动范围为290×90mm。
铝塑门窗型材仿形钻孔机机床需有一个合理紧凑的总体结构，而加工出合格的产品，则需要有一个具有良好的运动学及动力学参数的仿形铣装置，装置能满足高精度、高刚度、振动小、热变形小及低噪声的性能要求。仿形运动是指一物体模仿着另一物体的形状与结构运动，最常见的例子就是“配钥匙”。仿形运动与铣削的结合就是仿形铣。

2 总体设计方案确定
2.1 铝塑型材仿形钻孔机—基本性能要求
铝塑门窗为了安装各式各样的五金件需要许多的孔、槽，其形状多样。铝塑型材仿形钻孔机是自动化程度较高、控制准确方便并且在铝塑型材加工中应用较多的加工设备，可以加工铝塑型材的各类、槽，并且可以适应于流水口的加工，具有良好的柔性加工性能。
本设备具有结构紧凑、体积小、型材加紧采用气压传动、靠模调整更换简单、适应范围广、效率高、可实现连续加工、操作简单安全的优点。铝塑型材仿形钻孔机的仿形铣削部分通过仿形加工可以实现不规则及异型孔槽的加工，同时一次装夹钻孔装置部分能够完成孔的加工。
机床需要有一个合理紧凑的总体结构，而加工出合格的产品，则需要有具有良好的运动学及动力学参数的钻孔装置和仿形铣削装置，装置能满足高精度、高刚度、振动小、热变形小及低噪声的性能要求。
2.2铝塑型材仿形钻孔机—功能参数
本设备属于铝塑型材门窗加工专用设备，适用于各类铝塑型材门窗上的各种类型安装孔、长圆孔、槽的加工。
本设备主要由仿形、三孔钻和基座三部分组成，并且可以实现水平方向上三个孔的钻削及垂直方向长圆孔、不规则形状槽的仿形铣削，一次装夹可挖成两道工序，保证了槽与孔的相对位置精度。本机结构间凑、效率高、操作简单安全。
本设备的主要性能参数如下：
工作气压 0.5—0.8Mpa
耗气量 30L/min
输入电源 380V 50Hz(三相四线制)
输入功率 2KW
三孔钻钻头直径 Ø10—Ø12mm
三孔钻调整范围 330×85×100mm(长×宽×高)
仿形铣铣刀直径 Ø5mm Ø8mm
仿形触头直径 Ø5mm Ø8mm
仿形铣仿形范围 垂直方向 90×290mm
水平方向 100×290mm
机床外形尺寸 1000×1130×1400mm(长×宽×高)
净重 250kg
2.3铝塑型材仿形钻孔机—总体结构
本设备主要结构由机身、气动系统、定位机构、仿形铣部分、压紧装置、三孔钻部分等几部分组成。铝塑型材仿形钻孔机总体结构简图2.1如下：

1-机身 2-气动系统 3-定位机构
4-仿形铣部分 5-压紧装置 6-三孔钻部分
图2.1 铝塑型材仿形钻孔机总体结构简图
2.3.1 主要结构及工作原理
(1) 仿形铣削部分：铣削刀具为垂直方向的铣刀，通过一手操作仿形操纵杆沿仿形板轮廓运动，另一手操作垂直进给操纵杆垂直方向进给，在仿形触头沿仿形模板的轮廓运动的同时，滑块带动铣刀实现对型材关于仿形模板轮廓的仿形铣削，通过选择不同的仿形板轮廓，可以实现不同形状孔槽的加工。
(2) 三孔钻装置部分：钻孔装置部分由一台电动机通过齿轮箱中三个齿数相同的齿轮带动三个位置相对固定的钻刀旋转，通过进给手柄带动连接架在双导轨上滑动，实现铝塑门窗上的三个安装锁孔的钻削加工。
(3) 压紧装置:压紧装置由两个汽缸、汽缸支架、压紧压头组成，用以实现型材的压紧。可以实现垂直和水平方向的加紧，其工作稳定可靠。
(4) 机座:有支架箱和调整水平 座等部分组成，支撑仿形铣和装控制装置。
(5) 定位机构：定位杆的伸出长度可以调整，用来保证铣削深度。
(6) 机身：由支座箱和调整水平座等部分组成。
2.3.2 结构的精度要求及作用
要加工出合格的产品，不仅需要有具有良好的运动学及动力学参数的钻孔装置和仿形铣削装置，而且其他机构，如工作台、机头都有精度要求，其几何关系和作用如下：
1. 水平工作台与垂直工作台垂直，保证型材获得正确的定位；
2. 垂直铣头纵向运动轨迹与垂直工作台的平行度，保证铣削加工面相对于型材定位基准的几何关系；
3. 水平机头主轴与垂直工作台面垂直，保证安装锁孔的三个孔的铣削加工面垂直于型材定位；
4. 水平机头主轴的端面圆跳动，保证安装锁孔的三个孔的铣削加工面的粗糙度；
5. 水平机头主轴的径向圆跳动，保证安装锁孔的三个孔的铣削加工面的粗糙度；
6. 垂直机头主轴的径向圆跳动，保证孔槽的仿形铣削加工面的粗糙度；
7. 水平工作台面、垂直工作台面平面度，使得型材获得准确的定位；
8. 垂直铣头纵向运动轨迹与垂直工作台面的，保证铣削加工面相对于型材定位基准的几何关系；
9. 垂直铣头主轴孔的斜向圆跳动，保证铣削加工面的粗糙度。
2.4 铝塑型材仿形钻孔机总体方案设计
总体是描述的整台设备的一个框架，而一个良好的总体方案的确定对机床的功能和加工精度至关重要，设计力求做到结构紧凑，外观漂亮，工作可靠，质量能达到行业标准。
2.4.1 方架的结构设计
方架是用来支撑仿形铣装置的零件，通过两根导柱相对于床身作纵向运动，实现被加工工件的铣削工作。方架的技术要求主要是静刚度要求，包括自身的变形及局部变形，抗震性要好。故采用铸铁材料。铸铁材料的铸造性能使其容易获得复杂的形状，阻尼大，震动衰减性能好，成本低，选用HT200，其抗弯曲能力大。
2.4.2 床身与机座设计
床身与机座是主要的支撑件，他的变形主要包括三部分：自身变形、局部变形、接触变形。其中接触变形是通过导轨面施加在床身上的。局部变形与接触变形是不可忽略的，是影响机床的主要因素。支撑建的刚度，抗变形能力成为支撑件自身的刚度，他主要取决于支撑件材料、形状、尺寸等的设计。
在支撑件的构造满足工作性能的同时，在工艺上要便于铸造、焊接和机械加工。铸造时的多种工艺如：铸件形状简单，拔模容易，壁厚均匀，拐角采用圆角加工，尽量在同一平面内。

3仿形铣设计方案确定
仿形运动是指一物体模仿着另一物体的形状与结构运动，最常见的例子就是“配钥匙”。仿形运动与铣削的结合就是仿形铣。铣床的主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是工件的直线运动。 在有些铣床上，进给运动也可以是工件的回转运动或是曲线运动。仿形铣床加工特别适合于加工具有曲面结构的型腔。
3.1 仿形铣工作原理与部件
3.1.1仿形铣加工方式
按样板轮廓仿形，铣削时靠模销沿着靠模外形运动，不作轴向运动， 铣刀也只沿工件的轮廓铣床，不作轴向运动， 如图3.1 所示。 可用于加工负责轮廓形状，但需深度不变。a) 按样板轮廓仿形 b) 按立体轮廓水平分形仿形 c) 按立体轮廓垂直分形仿形

图3.1 按样板轮廓仿形
按立体模型仿形，周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向平行，如图3.2a所示。周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向垂直，如图3.2b所示。

图3.2 按立体模型仿形
3.1.2仿形加工用的铣刀
铣刀端头的形状，如图3.3 所示。铣刀端部的圆弧半径必须小于被加工,表面凹入部分的最小半径，如图3.4 所示。

图3.3 仿形加工用的铣刀

图3.4 铣刀端部圆角
3.2确定仿形铣设计方案
方案一：利用仿形运动的基本原理，铣削出所需要的孔槽。其仿形钻孔机总体结构简图与传动机构简图分别如图3.5，图3.6所示：

1-铣刀 2-仿形板 3-操纵手柄 4-仿形触头机构
5-电机 6-机头外壳 7-操纵杆 8-方架
图3.5　仿形钻孔机总体结构简图

1—皮带 2—铣刀 3—小带轮 4—大带轮 5—电机
图3.6 带传动机构结构简图
简要说明：简要说明：由于仿形触头4与铣刀1固联在一起且仿形触头的运动又受仿形板限制，所以铣刀的水平运动轨迹与触头的相同；即水平横向与纵向运动通过操纵杆7，仿形触头4与仿形板2的相互作用实现。操纵手柄7控制铣刀垂直方向上的运动；同时，电机5通过皮带-皮带轮传动机构带动铣刀旋转。这样以来，铣刀可以在工件上加工出与仿形板上孔槽形状相同的孔槽来。
方案二：将液压技术应用于铣削加工中,由液压控制器控制铣刀加工出所需要的孔槽。其结构简图如图3.7所示：

1. 夹具体 2. 活塞 3. 底座 4. 支架 5. 开关阀
6. 弯板 7. 摇臂 8. 伺服阀 9. 十字进给机构
图3.7 液压仿形铣结构
简要说明：在仿形工作时,首先打开开关阀5，使伺服阀8 的A、B 油口与夹具体1油缸的大、小腔连通，并转动伺服阀控制手柄，使伺服阀处于快进位置。此时夹具体油缸小腔压力始终为供油压力，大腔压力为零，所以夹具体通过摇臂带动伺服阀一起快进（左移），当伺服阀触头碰到样件后，触头摆动，并推动伺服阀芯上移，使油缸大腔压力升高，直至两腔油压相等时，油缸停止运动,即夹具体停止运动。然后使铣床纵向工作台自动进给，则伺服阀触头随铣床工作台沿进给方向在样件表面上滑动。
两种方案比较：由于本机床是应用于中小型企业且数控机床的价位较高，并且利用普通仿形加工可以满足精度与效率要求，所以从经济适用性与使用性角度来看方案一比方案二好
最优方案的确定：经过上述比较后可知，最优方案为方案一，并且拟定采用此方案画装配图。

4 仿形关键零件与机构设计
为了保证机床能够安全、可靠地工作，需要对一些重要的零件进行详细具体的设计。经过仔细研究发现，对仿形铣床加工精度与工作可靠性影响较严重的零件有带轮、主轴与弹簧夹头。 下面对这些重要零件的结构及设计过程进行详述。
4.1带轮设计
在传动时，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能提供更大的摩擦力，并且V带传动允许的传动比比较大，其结构也比较紧凑；仿形铣床体积较小。综合考虑上述各种因素并且满足机床的设计要求，最终选用V带传动。
4.1.1电动机的选择
通过参考类似的机床，选择电动机的额定功率为0.75kW。电动机的型号为YS8024，此类电动机具有优良的启动和运行性能，结构简单，使用、维修方便，适用于使用三相电源的小型机械，其满载转速为1400 r/min。由于电动机与大带轮通过键连接在一起，故大带轮的转速为n2 =1400r/min。
4.1.2铣刀转速的选择
根据设计要求，该仿形钻孔机能实现25×25mm~120×120mm截面型材的仿形铣削，选定铣刀的转速为2800r/min。所以小带轮的转速为n1=2800r/min。因此，传动比i===2。
4.1.3 V带传动的计算
根据上述分析可知已知条件为：所需传递的额定功率为P=0.75 kW，小带轮转速转速n1=2800r/min，大带轮转速n2 =1400r/min，传动比i=2；工作时有轻微的振动，每天工作十小时。
1． 确定计算功率Pca
根据《机械设计》表8-7，选择工作情况系数KA =1.1
所以Pca =KA P=1.1×0.75=0.825KW 。
2． 选择V带的带型
根据计算功率和小带轮转速，查普通V带的选型图得，选用Z型。
3．确定带轮的基准直径d1与d2，并演算带速v。
1) 初选小带轮的基准直径d1
根据V带的最小基准直径相关图表，d1≥dmin=63mm，调整后取d1＝71mm。
2) 验算带的速度v
v===10.4m/s
因为5 m/s<v<30 m/s ，故带速合适。
3) 计算大带轮的基准直径d2
d2=i d1=2×71=142mm，查表后取d2=140mm。
4) 确定中心距a和带的基准长度
根据式0.7(d1+ d2)＜a0＜2(d1+ d2)，初步确定中心距a0=200mm
计算带所需的基准长度
=2a0+(d1+ d2)+=737mm
查V带长度系列表得基准长=710mm
根据公式a=a0+计算实际中心距a
a=a0+ =( 200+)mm=187mm
5) 验算小动轮上的包角
根据公式=1800-×57.30得=1800-×57.30 =1600≥900
所以包角合适。
6) 计算并确定胶带的根数Z
计算单根V带的额定Pr
由d1＝71mm和n1=2800r/min，查单根普通V带的基本额定功率表
得P0 =0.50KW；
根据n1=2800r/min，i=2和Z型带，查单根普通V带额定概率的增量△P0表
得△P0=0.04KW；
查包角修正系数表、与长度系数表得=0.95，=0.99
根据公式Z=得Z==1.6，取Z=2
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。
7) 确定带轮宽B
查带轮轮槽截面尺寸表表得槽对称面至端面的距离fmin=7mm,取f=7mm;则B=(Z-1)e+2f=(2-1)12+2×7=26mm。
4.1.4轮槽尺寸的计算
为了计算带轮的尺寸，需要确定轮槽的结构。其基本参数确定如下：
节宽bd=8.5mm；
基准线上槽深ha=2 mm；
基准线下槽深hf=7mm；
轮缘厚δ=8mm；
轮槽角=380。
4.1.5小带轮尺寸的计算
由节圆直径与槽数可以选取轮孔直径D1=28mm，由于B=26mm<1.5d=42mm轴向长度L=B=126mm；外径de1＝d1+2ha=71+2×2=75mm；结构型式确定为实心轮。
4.1.6大带轮尺寸的计算
由Y8024型电动机可知，轴伸直径D=19mm；故取D2=19mm。同样其轴向长度L=B=26mm；外径de2=d2+2 ha＝142+2×2=146mm；结构型式确定为辐板式；辐板厚度为S＝8mm。
4.2弹簧夹头设计
弹簧夹头与刀具（工件）的相对转动或相对轴向移动都会使加工工件尺寸的一致性和几何精度受到影响。因此就与要研究影响夹紧力的因素；以下介绍几个影响夹紧力的主要因素：
1.轴向作用力。在弹簧夹头的使用中，轴向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明显，大的轴向拉力将产生大的夹紧力，反之亦然。一般拉杆的轴向拉力可由操作员进行调整。
2.锁紧角(或头部倾角)大小将决定着夹紧力经扩大后能达到的指标。
3.刀具（或工件）与弹簧夹头之间的总摩擦力将直接影响夹紧力。小的摩擦值将导致小的夹紧力，反之亦然 。可采取在弹簧夹头内孔有意制出锯齿形状或将硬质合金微晶粒浸渍在夹紧表面等措施来增大夹紧力。
4.主轴锥面与弹簧夹头在锁紧角处的擦力大小也直接影响弹簧夹头对刀具（或工件）的夹紧力大小。摩擦力太小时夹紧力不够，太大的夹紧力，会加快弹簧夹头磨损。使用中弹簧夹头要经常松开实行工件交换，例如在车削加工中心上使用，需在松开时在弹簧夹头内孔表面喷涂一薄层润滑剂。有条件采用冷却剂润滑更好，因为冷却剂提供可冲洗弹簧夹头，而且润滑性效果好。尤其在锁紧角处定期施加冷却剂，则能减少长期磨损和增加夹紧力。一些更多润滑效果更好的材料也可以使用，包括有EP（极限压力）特性的高质量润脂油或蜡基材料。

图4-1　弹簧夹头

上图所示为弹簧夹头的基本结构。下面详述Ø8铣刀夹头设计，Ø5铣刀夹头设计相似；故取d=8mm。从而取夹头数为i=3。由于装夹头的轴段外径最大为20mm，还要攻外螺纹，同时要保证轴的强度；故取d1=12mm。因此夹头其它相关尺寸如下：
t===3.5（mm）
D=d+2t1 =8+2×3.5=15（mm）
l=1.67=1.67×=11（mm）
h=0.37=0.37×=1（mm）
b=0.7=0.7×=1.5(mm）
K=2.2+0.5=2.2×+0.5=8（mm）
R=(0.03～0.06)d1 =(0.03～0.06)×12=0.5(mm)
L=+7=+7=35(mm）
l1 =2=2×=7(mm）
b1 ===3(mm)
m=3.8=3.8=13(mm)
夹头材料一般用的是T6A～T10A,薄壁的可用9SiCr。由于h=1mm，故材料选用9SiCr。
4.3铣刀夹具机构
为了扩大机床的使用范围并提高其性能，采用图3-1所示的铣刀夹具机构。该机构主要由轴、弹簧夹头，挡圈与拧紧螺母组成。其装配步骤为：
1.将铣刀放入弹簧夹头中；
2.将弹簧夹头塞进具有一定斜度的轴空内；
3.将垫有挡圈的螺母拧在轴上。
这样以来，可以利用拧紧螺母与弹簧夹头的共同作用将铣刀夹紧
。

1-挡圈 2-轴 3-弹簧夹头 4-拧紧螺母 5-铣刀
图4.2　铣刀夹具机构

该机构的主要特点有：
1. 能精确地定位与夹紧工件（或刀具），具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的功能。
2. 具有增大驱动力（拉力）和转换驱动力为工件（或刀具）夹紧力的功能。
3. 具有快速松开工件（或刀具）的功能。
4. 具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。
5. 具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。
6. 在高速切削中的转动惯量最小。
4.4仿形触头机构
如图4-3所示，该仿形触头机构的触头部分有Ø5与Ø8两部分，分别与Ø5，Ø8的铣刀配合使用。图中所示为直径为Ø5的触头部分起作用的状态。当使用Ø8的铣刀时，松开夹紧螺母，用手提拉上提螺母旋转1800后落下。这时在顶杆的作用下仿形触头杆处于整体下移到一定位置；然后拧紧夹紧螺母，使其与Ø8的铣刀配合使用。

1-方块　2-仿形触头杆　3-圆柱块　4-扁螺母　5-螺母　6-顶杆
图4.3　仿形触头机构

4.5导轨机构
为了使铣刀能够实现前后，左右及上下三个方向的顺利进给，那么就需要设计导轨机构。包括前后运动导轨，左右运动导轨与上下运动导轨。

1-箱体 　2-导轨座　 3-调隙条
图4.4　前后运动导轨机构

4.5.1前后运动导轨
铣刀前后进给的行程较短，为90mm，所以该机床采用的是T型导轨。考虑到机构的紧凑性要求，就直接在装有传动机构的箱体的底部加工出上导轨面，与导轨座配合使用。其结构示意图如图4-4所示；另外还要安装调间隙装置。
4.5.2左右运动导轨
由于铣刀左右进给的范围较长，就不能采用T型导轨。所以为了使左右运动更加省力，该机床采用的是导轴导套机构。将导套用螺钉固定在上述导轨座上；水平进给手柄通过向心关节轴承联接在箱体上。这样以来，水平进给手柄的作用下，铣刀就能够在水平二维方向上自由移动。
4.5.3上下运动导轨
安装在支架上的气缸用来支撑整个仿形装置的重量；上下进给手柄安装在支架上；切削力就要靠手柄来克服。因此该导轨同样采用的是导轴导套机构。

5 结 论
5.1设计总结
本次毕业设计为铝塑门窗型材仿形钻孔机—总体与仿形铣设计，主要从提高机床精度、扩大加工范围等方面进行设计。整个设计遵循以下几个步骤完成。
1.查找资料。通过查阅大量的中外文资料让我对当前国内外在仿形钻孔机方
面的研究状况有了大体的了解；让我感到收获最大的是让我明白了“什么是仿形铣”以及“怎样实现仿形铣加工”的问题。
2.参观实习。在这个时候，我就开始对自己要设计的仿形钻孔机基本结构进行构思，开始考虑通过核种机构来实现仿形铣削加工。每次到企业和机床展参观的时候，我都认真记录一些常用零件的材料，加工工艺，用途以及型号等。为以后的设计打下良好的基础。
3.设计总体装配草图。为了实现加工范围为290mm×290mm的仿形铣削，需要合理设计导轨机构，仿形触头机构，限位机构以及进给机构等。在设计出所需机构的大体机构后就需要将他们一一装配在一起构成装配草图。
4.设计零件。有些标准件（如轴承，螺栓等）需要相关标准来选；有些零零件（如带轮，弹簧夹头等）需要按照一定的设计规则通过计算来设计；有些零件（支架，导轴等）就有很大的自由性，可以根据需要来定出其结构及尺寸。
5.修改装配图。在设计完每个零件之后将他们按照装配草图装在一起是就会发现容易出现装配干涉问题。比如装螺栓的空间留的太小，箱体空间太小而不能使带轮自由转动等。这就需要调节一些自由尺寸或者改变一些标准件的型号。
6.画装配图与零件图。在解决了尺寸干涉问题并确保能实现所需要的加工后就要进行装配的绘制。最后就是要从装配图上拆画零件图。
5.2个人体会
很庆幸自己在大学生涯即将结束的时候能够进行此次毕业设计。起初，我就怀着“要么就不做，要做就要认真做”的态度开始准备毕业设计的。虽然，在刚看到自己的设计题目是铝塑型材仿形钻孔机—总体与仿形铣设计的时候感到比较迷茫，无从下手。但那丝毫没有打消我的积极性，相反却更加让我对此次毕业设计充满兴趣。很快在老师的指导下，我开始全身心投入到设计当中。
通过这次设计实践，我了解了仿形铣削的基本原理，熟悉了各种机构的原理，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此外我还学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该加倍学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国机械工业添上自己的微薄之力。

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