铝塑型材加工中心进给装置及工作台设计

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1 前言

1.1 铝塑型材的特点

铝塑型材是将铝型材与塑料型材复合在一起，即其外部是铝合金，内部是塑料型材。铝塑型材是新型门窗材料，将铝型材和塑型材有机的结合在一起，集合了铝材的钢性、色彩多样、不变形、耐腐蚀性和塑材的密封性、隔热性、绝缘性等优点[1]。

铝塑型材的特点大致如下： 1）隔热、保温性能优良

铝塑型材的导热系数比较低，接近于塑料型材的导热系数，型材整体采用多腔结构，紧密复合设计，能够有效隔断热传导，达到隔热保温效果。

2）水密性、气密性、隔声性高

优异的隔声性能：使用中空玻璃，通过改变压条、增加空气层厚度等方法，可使空气层厚度显著加大，提高隔音效果。

优异的密封性能：双道密封结构，使用密封胶条及密封护角设计，显著提高水密性和气密性。

3）美观、经济、性价比好

铝塑型材可以通过电泳、氧化、喷涂等技术手段使外层显现不同颜色，满足建筑物对色彩和图案的需求。内里的塑型材避免了直接与外界接触，避免了紫外线照射，防止材料老化变形，提高寿命。外铝内塑的结构，保证各项物理性能满足使用要求，从而降低材料成本。

1.2 铝塑型材加工中心的特点

随着铝塑材料的发展，铝塑型材加工中心逐渐成为独立的加工中心门类。基于加工对象与加工工艺的独特性，铝塑型材加工中心在结构布局及数控系统的设计等方面，与通用加工中心有明显的区别。

其特点可以概括为以下几个方面[2]： 1）纵向行程大

铝塑型材多为细长类零件，工作台面多为窄长形状。一般而言，其宽度不超过500mm，长度大致在6000mm左右，可以根据加工零件的长度的大小而定。工作台面上装配有气动夹具和定位靠板，便于对工件进行定位、夹紧等操作。

2）定制的数控系统

基于铝塑型材加工中心与普通数控机床的不同，它的数控系统需要量身定做。其操作界面按照铝塑型材加工中心的应用特点规划设计。其中，主轴运转/静止、定位靠板抬起/落下、工件夹紧/松开等状态信息可以以动态形式表现在显示屏

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上，极大的方便了操作者在短时间内掌握加工中心的操作技术。 3）主轴转速高

通用加工中心主轴最高转速一般在8000rpm以下，而铝塑型材加工中心主轴最高转速远远大于通用加工中心。由于转速高，优先采用集成式永磁同步电主轴，将刀具夹持、吹气清洁、循环水冷却等功能集成在一起。

4）精度、刚度适中

铝塑型材多为薄壁件，其加工精度一般在IT10至IT12之间，因此铝塑型材加工中心不需要追求高的定位精度和刚性。床身等结构多采用钢板焊接，而不是普遍采用的铸件。

5）工作效率高

通过提高工件定位和装卡的自动化，可以提高工作效率。这写操作可以通过加工中心配备的气动夹具和定位靠板来实现。另外，随着对铝塑加工中心研究的深入，已开发出的多主轴加工中心，可以互不干扰的各自加工零件，又可以相互配合的加工同一个零件，进一步的提高了工作效率。

6）刀库容量小

刀库容量取决于加工材料及其加工特点。一般而言，铝塑型材对刀具磨损较小，不需要频繁刃磨和更换。加工中心主要用于加工孔和槽，因此不需要太多种类的刀具，一般容量设置为6到12把。

1.3 铝塑型材加工中心的研究现状及发展

1.3.1 研究现状

铝塑型材的广泛应用，使得对铝塑型材设备的应用研究技术日趋成熟，目前国外的铝塑型材加工中心已具有很高的加工精度，可自动实现加工的优化，将多种复杂的铣削、钻削工序集中在一起，提高了加工效率，具有明显的柔性加工性能[3]。我国经过对国外设备的引进与创新，使得加工设备的技术水平和自动化程度有了很大的发展，提高了国内铝塑型材的制造水平，拓宽了型材的应用范围。当前，在满足尺寸位置精度、几何形状、高的表面质量和其他特殊性能的前提下，进一步探索铝塑型材加工中心的关键技术，进而开发出更加优异的加工设备，提高我国装备制造业的整体水平，是我国铝塑型材行业急需解决的的重大课题[4]。 1.3.2 发展趋势

随着现代社会铝塑材料行业的不断发展，新型的高性能铝塑型材也即将应用在

人类的各种生产生活中。因而对目前现有的加工中心提出了更高的加工要求。总体而言，现代化得铝塑型材加工中心应该包括：

1）增加自动换刀装置，使工件一次装夹能够自动更换刀具并完成多种工序[5]； 2）选择性安装自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，实现在一次装夹中，

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可以完成多个平面或者多个角度位置的多工序加工；

3）安装交换工作台，可使工件在工作位置上进行加工的同时，使另外的工件在装夹位置上进行装卸操作，不干涉加工动作的进行。

1.4 设计研究内容

铝塑型材加工中心与数控金属切削机床相比,切削阻力小，但切削和进给速度高，同时自身的加工精度相对较低。 因而在进给系统和工作台的设计上也应有自己的特点。进给系统承担了加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，总体来说，其设计应该满足整机的要求[6]（稳定性、精度要求、快速响应），以达到整个系统工作时的相互匹配。

1.5 选题的目的与意义

铝塑型材加工中心的优化设计能有效提高设备利用率，减少生产时间，降低生产成本。进给系统和工作台的合理设计保证了加工中心能够较好的实现高精度、高效率、最优化的加工生产。本设计课题“铝塑型材加工中心进给装置及工作台设计”综合性比较强，可以巩固加强所学的知识，提高综合运用知识和解决一定程度的工程实际问题的能力。

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