车床丝光杠机动托架

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      摘要：确定机架和活动构件数及组成运动副两构件间的相对运动特性。


      关键词：定位准确；安全可靠；高效

      在现代金属切削机床中，工作台(溜板箱)进给中，常常由于机床丝杠和光杠(以下简称两杠)因其自重而产生弯曲变形，从而影响机床的加工精度以及产生爬行等现象。统计资料表明，当两杠长度为5 m时，因其弯曲变形而产生的下垂量约为6 mm；当两杠长度为8 m时，因其弯曲变形而产生的下垂量约为12 mm。两杠弯曲变形，不仅影响传递运动的精度和平稳性，而且对机床的使用寿命也十分不利，是产品设计中不容忽视的重要因素。为了解决这一问题，须在两杠下部适当部位增加辅助支撑以提高其刚度。辅助支撑有多种形式，如：手动托架、随动托架和机动托架。其中以机动托架为最佳，它能在溜板箱接近时自动地脱开两杠，缩进机床床身内，当溜板箱远离后又自动地伸出并重新托住两杠，整个过程完全自动，既保证了运动的性能，又减轻了操作者的劳动强度。因此，机动托架在长规格卧式车床上得到了广泛的应用。
  
      1.托瓦运动轨迹


      根据机动托架功能，托架上托瓦的运动轨迹如图1所示。

  
      其中：4一B，托瓦下降脱开两杠；B_c，托瓦缩进床身内。当溜板箱远离托架一定距离后，托瓦的运动轨迹与上述相反，即：C’一B’，托瓦伸出床身外；曰’一A’，托瓦上升托住两杠。当曰7一A’托瓦上升复位后，托瓦重新托住两杠。由于运动轨迹有一个明显的转折，故一般的四连杆机构(平面)不易实现，我公司大型产品上的机动托架为一个六连杆机构，如图2所示。


      (1)托瓦下降


      托架动作过程，选定构件1为主动(起始)构件，当其向右移动时，如设法使构件5不动，则构件2必然顺时针旋转，构件3逆时针旋转，构件4以D为中心逆时针旋转，使E转到E’位置，即由实线位置移至虚线位置，如图2a所示，即实现了托瓦下降，脱开两杠。
  

图2托架机构运动原理图

  
      (2)托瓦缩进


      当构件1继续向右移动并推动构件2沿顺时针继续转动时，迫使构件3与构件4合为一体，此时构件便由六连杆转化为五连杆，构成一个四连杆基本杆组，如适当选取各构件的长度(使其成为一个平行四连杆机构)，即可实现托瓦的后退，缩到床身内适当位置，如图2b所示。


      2.托架设计要点


      我们知道，要使平面连杆机构按正确的运动规律动作，其充分必要的条件是在全部运动过程中机构的自由度数与起始构件(主动件)数相等。对此机构来说，起始构件数为1个，所以在整个过程中，其自由度数必须始终保持1。为了实现托瓦下降及后退的轨迹，机构在运动中存在一个由六连杆转化为五连杆机构的过程，所以必须设计这样一种约束。它只在机构运动过程中的某一部分起约束作用，而在另一部分应失去约束作用，以使运动全过程中机构的自由度始终保持为l，从而确保运动的准确、可靠。

      3.机动托架工作原理


      本机动托架安装在床身上，并由安装在溜板箱下面的控制板7(如图3)来控制托瓦的下降离开两杠，或上升托住两杠。当轴1向右移动时，使托瓦下降并缩进床身内；当溜板箱移过机动托架后，轴1向左移动，使托瓦伸出床身并上升托住两杠。我公司大型卧式车床上所采用的伸缩式机动托架，经过不断改进和多年使用，实践证明，这种托架是目前较为理想的一种结构，其工作原理如图3所示。大拖板在运动过程中，当溜板箱接近两杠托架时，固定在溜板箱上的控制板7，首先触动滚子2，使轴1向右移动。此时，机构为一平面六连杆机构，其中轴1、连杆3、连杆4、托架5、连杆9为5个活动构件，相当于图2a中构件l、2、3、4、5。即A、B、C、D、E、F为6个平面低副，G点为一高副。撞块6固定在托架5上(可调)，螺栓8和lO固定在床身上，螺栓8只限制撞块6，同时也限制托架5水平向右移动，而螺栓10只限制连杆9水平向左移动。因此，撞块6、螺栓8和10共同构成了一个高副，限制了机构水平方向的一个自由度。所以，机构的自由度为：

     


      此时，当轴1推动连杆3，使其顺时针转动时，连杆9不动，所以，连杆4逆时针转动，托架5逆时针转动，实现了托瓦的下降，脱开两杠。在托架5上设计有

图3机动拖架工作原理图

  
      一小凸台，通过计算，使其位置满足这样的条件：当托瓦脱开两杠时，撞块6有3．2 mm以上下降量，这时，使连杆4相对于托架5不可能继续转动，而视为一体，机构则转化为五连杆机构，活动构件数为4个，即轴1、连杆3、连杆4(或托架5)和连杆9，低副数为5个，即图2b中构件l、2、3(或4)、5。即A、曰、c、D和，点。由于此时撞块6和螺栓8已脱离接触，而连杆9的运动趋势是顺时针转动，故螺栓10对它失去约束作用，所以此时只剩G点一个高副，机构的自由度数仍为：

     


      所以，当轴1继续向右移动而推动连杆3顺时针转动时，由于连杆3、托架5、连杆9及机架构成一个平行四连杆机构，故托瓦沿一斜线后移，直到移至床身内的预定位置。


      当溜板箱移过托架位置后，控制板7向相反的方向推动滚子2，而在弹簧1l的作用下也使轴1向左移动，与此同时，连杆4与托架5仍靠在一起，机构的自由度仍为l。所以，轴1带动连杆3逆时针转动，并通过托架5带动连杆9逆时针转动，使托瓦移出床身。当托瓦移至两杠下方后，连杆9与螺栓10接触，使连杆9不能继续转动，连杆3在轴1的带动下继续逆时针转动，使连杆4和托架5顺时针转动，托瓦抬起并重新托住两杠。这样就完成了一个动作循环。


      4.结语


      车床丝光杠机动托架，经过我公司多年实践验证，自动控制性能稳定，无冲击，无振动，系统刚性强，加工零件精度高，质量好，为操作者解脱了繁重的劳动，生产效率高。
  
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