車床絲光杠機(jī)動(dòng)托架
2016-11-14 來源:蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司 作者:張海強(qiáng) 宋杰
摘要:確定機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件數(shù)及組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)特性。
關(guān)鍵詞:定位準(zhǔn)確;安全可靠;高效
在現(xiàn)代金屬切削機(jī)床中,工作臺(溜板箱)進(jìn)給中,常常由于機(jī)床絲杠和光杠(以下簡稱兩杠)因其自重而產(chǎn)生彎曲變形,從而影響機(jī)床的加工精度以及產(chǎn)生爬行等現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)資料表明,當(dāng)兩杠長度為5 m時(shí),因其彎曲變形而產(chǎn)生的下垂量約為6 mm;當(dāng)兩杠長度為8 m時(shí),因其彎曲變形而產(chǎn)生的下垂量約為12 mm。兩杠彎曲變形,不僅影響傳遞運(yùn)動(dòng)的精度和平穩(wěn)性,而且對機(jī)床的使用壽命也十分不利,是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不容忽視的重要因素。為了解決這一問題,須在兩杠下部適當(dāng)部位增加輔助支撐以提高其剛度。輔助支撐有多種形式,如:手動(dòng)托架、隨動(dòng)托架和機(jī)動(dòng)托架。其中以機(jī)動(dòng)托架為最佳,它能在溜板箱接近時(shí)自動(dòng)地脫開兩杠,縮進(jìn)機(jī)床床身內(nèi),當(dāng)溜板箱遠(yuǎn)離后又自動(dòng)地伸出并重新托住兩杠,整個(gè)過程完全自動(dòng),既保證了運(yùn)動(dòng)的性能,又減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此,機(jī)動(dòng)托架在長規(guī)格臥式車床上得到了廣泛的應(yīng)用。
1.托瓦運(yùn)動(dòng)軌跡
根據(jù)機(jī)動(dòng)托架功能,托架上托瓦的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示。

其中:4一B,托瓦下降脫開兩杠;B_c,托瓦縮進(jìn)床身內(nèi)。當(dāng)溜板箱遠(yuǎn)離托架一定距離后,托瓦的運(yùn)動(dòng)軌跡與上述相反,即:C’一B’,托瓦伸出床身外;曰’一A’,托瓦上升托住兩杠。當(dāng)曰7一A’托瓦上升復(fù)位后,托瓦重新托住兩杠。由于運(yùn)動(dòng)軌跡有一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折,故一般的四連桿機(jī)構(gòu)(平面)不易實(shí)現(xiàn),我公司大型產(chǎn)品上的機(jī)動(dòng)托架為一個(gè)六連桿機(jī)構(gòu),如圖2所示。
(1)托瓦下降
托架動(dòng)作過程,選定構(gòu)件1為主動(dòng)(起始)構(gòu)件,當(dāng)其向右移動(dòng)時(shí),如設(shè)法使構(gòu)件5不動(dòng),則構(gòu)件2必然順時(shí)針旋轉(zhuǎn),構(gòu)件3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),構(gòu)件4以D為中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),使E轉(zhuǎn)到E’位置,即由實(shí)線位置移至虛線位置,如圖2a所示,即實(shí)現(xiàn)了托瓦下降,脫開兩杠。

圖2托架機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理圖
(2)托瓦縮進(jìn)
當(dāng)構(gòu)件1繼續(xù)向右移動(dòng)并推動(dòng)構(gòu)件2沿順時(shí)針繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),迫使構(gòu)件3與構(gòu)件4合為一體,此時(shí)構(gòu)件便由六連桿轉(zhuǎn)化為五連桿,構(gòu)成一個(gè)四連桿基本桿組,如適當(dāng)選取各構(gòu)件的長度(使其成為一個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu)),即可實(shí)現(xiàn)托瓦的后退,縮到床身內(nèi)適當(dāng)位置,如圖2b所示。
2.托架設(shè)計(jì)要點(diǎn)
我們知道,要使平面連桿機(jī)構(gòu)按正確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作,其充分必要的條件是在全部運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)與起始構(gòu)件(主動(dòng)件)數(shù)相等。對此機(jī)構(gòu)來說,起始構(gòu)件數(shù)為1個(gè),所以在整個(gè)過程中,其自由度數(shù)必須始終保持1。為了實(shí)現(xiàn)托瓦下降及后退的軌跡,機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中存在一個(gè)由六連桿轉(zhuǎn)化為五連桿機(jī)構(gòu)的過程,所以必須設(shè)計(jì)這樣一種約束。它只在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的某一部分起約束作用,而在另一部分應(yīng)失去約束作用,以使運(yùn)動(dòng)全過程中機(jī)構(gòu)的自由度始終保持為l,從而確保運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確、可靠。
3.機(jī)動(dòng)托架工作原理
本機(jī)動(dòng)托架安裝在床身上,并由安裝在溜板箱下面的控制板7(如圖3)來控制托瓦的下降離開兩杠,或上升托住兩杠。當(dāng)軸1向右移動(dòng)時(shí),使托瓦下降并縮進(jìn)床身內(nèi);當(dāng)溜板箱移過機(jī)動(dòng)托架后,軸1向左移動(dòng),使托瓦伸出床身并上升托住兩杠。我公司大型臥式車床上所采用的伸縮式機(jī)動(dòng)托架,經(jīng)過不斷改進(jìn)和多年使用,實(shí)踐證明,這種托架是目前較為理想的一種結(jié)構(gòu),其工作原理如圖3所示。大拖板在運(yùn)動(dòng)過程中,當(dāng)溜板箱接近兩杠托架時(shí),固定在溜板箱上的控制板7,首先觸動(dòng)滾子2,使軸1向右移動(dòng)。此時(shí),機(jī)構(gòu)為一平面六連桿機(jī)構(gòu),其中軸1、連桿3、連桿4、托架5、連桿9為5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,相當(dāng)于圖2a中構(gòu)件l、2、3、4、5。即A、B、C、D、E、F為6個(gè)平面低副,G點(diǎn)為一高副。撞塊6固定在托架5上(可調(diào)),螺栓8和lO固定在床身上,螺栓8只限制撞塊6,同時(shí)也限制托架5水平向右移動(dòng),而螺栓10只限制連桿9水平向左移動(dòng)。因此,撞塊6、螺栓8和10共同構(gòu)成了一個(gè)高副,限制了機(jī)構(gòu)水平方向的一個(gè)自由度。所以,機(jī)構(gòu)的自由度為:

此時(shí),當(dāng)軸1推動(dòng)連桿3,使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),連桿9不動(dòng),所以,連桿4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),托架5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了托瓦的下降,脫開兩杠。在托架5上設(shè)計(jì)有

圖3機(jī)動(dòng)拖架工作原理圖
一小凸臺,通過計(jì)算,使其位置滿足這樣的條件:當(dāng)托瓦脫開兩杠時(shí),撞塊6有3.2 mm以上下降量,這時(shí),使連桿4相對于托架5不可能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),而視為一體,機(jī)構(gòu)則轉(zhuǎn)化為五連桿機(jī)構(gòu),活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為4個(gè),即軸1、連桿3、連桿4(或托架5)和連桿9,低副數(shù)為5個(gè),即圖2b中構(gòu)件l、2、3(或4)、5。即A、曰、c、D和,點(diǎn)。由于此時(shí)撞塊6和螺栓8已脫離接觸,而連桿9的運(yùn)動(dòng)趨勢是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故螺栓10對它失去約束作用,所以此時(shí)只剩G點(diǎn)一個(gè)高副,機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)仍為:

所以,當(dāng)軸1繼續(xù)向右移動(dòng)而推動(dòng)連桿3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于連桿3、托架5、連桿9及機(jī)架構(gòu)成一個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu),故托瓦沿一斜線后移,直到移至床身內(nèi)的預(yù)定位置。
當(dāng)溜板箱移過托架位置后,控制板7向相反的方向推動(dòng)滾子2,而在彈簧1l的作用下也使軸1向左移動(dòng),與此同時(shí),連桿4與托架5仍靠在一起,機(jī)構(gòu)的自由度仍為l。所以,軸1帶動(dòng)連桿3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),并通過托架5帶動(dòng)連桿9逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使托瓦移出床身。當(dāng)托瓦移至兩杠下方后,連桿9與螺栓10接觸,使連桿9不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),連桿3在軸1的帶動(dòng)下繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使連桿4和托架5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),托瓦抬起并重新托住兩杠。這樣就完成了一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。
4.結(jié)語
車床絲光杠機(jī)動(dòng)托架,經(jīng)過我公司多年實(shí)踐驗(yàn)證,自動(dòng)控制性能穩(wěn)定,無沖擊,無振動(dòng),系統(tǒng)剛性強(qiáng),加工零件精度高,質(zhì)量好,為操作者解脫了繁重的勞動(dòng),生產(chǎn)效率高。
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