車床絲光杠機動托架
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 宋杰
摘要：確定機架和活動構件數及組成運動副兩構件間的相對運動特性。
關鍵詞：定位準確；安全可靠；高效
在現代金屬切削機床中，工作臺(溜板箱)進給中，常常由于機床絲杠和光杠(以下簡稱兩杠)因其自重而產生彎曲變形，從而影響機床的加工精度以及產生爬行等現象。統計資料表明，當兩杠長度為5 m時，因其彎曲變形而產生的下垂量約為6 mm；當兩杠長度為8 m時，因其彎曲變形而產生的下垂量約為12 mm。兩杠彎曲變形，不僅影響傳遞運動的精度和平穩性，而且對機床的使用壽命也十分不利，是產品設計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：手動托架、隨動托架和機動托架。其中以機動托架為最佳，它能在溜板箱接近時自動地脫開兩杠，縮進機床床身內，當溜板箱遠離后又自動地伸出并重新托住兩杠，整個過程完全自動，既保證了運動的性能，又減輕了操作者的勞動強度。因此，機動托架在長規格臥式車床上得到了廣泛的應用。
1.托瓦運動軌跡
根據機動托架功能，托架上托瓦的運動軌跡如圖1所示。
其中：4一B，托瓦下降脫開兩杠；B_c，托瓦縮進床身內。當溜板箱遠離托架一定距離后，托瓦的運動軌跡與上述相反，即：C’一B’，托瓦伸出床身外；曰’一A’，托瓦上升托住兩杠。當曰7一A’托瓦上升復位后，托瓦重新托住兩杠。由于運動軌跡有一個明顯的轉折，故一般的四連桿機構(平面)不易實現，我公司大型產品上的機動托架為一個六連桿機構，如圖2所示。
(1)托瓦下降
托架動作過程，選定構件1為主動(起始)構件，當其向右移動時，如設法使構件5不動，則構件2必然順時針旋轉，構件3逆時針旋轉，構件4以D為中心逆時針旋轉，使E轉到E’位置，即由實線位置移至虛線位置，如圖2a所示，即實現了托瓦下降，脫開兩杠。
圖2托架機構運動原理圖
(2)托瓦縮進
當構件1繼續向右移動并推動構件2沿順時針繼續轉動時，迫使構件3與構件4合為一體，此時構件便由六連桿轉化為五連桿，構成一個四連桿基本桿組，如適當選取各構件的長度(使其成為一個平行四連桿機構)，即可實現托瓦的后退，縮到床身內適當位置，如圖2b所示。
2.托架設計要點
我們知道，要使平面連桿機構按正確的運動規律動作，其充分必要的條件是在全部運動過程中機構的自由度數與起始構件(主動件)數相等。對此機構來說，起始構件數為1個，所以在整個過程中，其自由度數必須始終保持1。為了實現托瓦下降及后退的軌跡，機構在運動中存在一個由六連桿轉化為五連桿機構的過程，所以必須設計這樣一種約束。它只在機構運動過程中的某一部分起約束作用，而在另一部分應失去約束作用，以使運動全過程中機構的自由度始終保持為l，從而確保運動的準確、可靠。
3.機動托架工作原理
本機動托架安裝在床身上，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。當軸1向右移動時，使托瓦下降并縮進床身內；當溜板箱移過機動托架后，軸1向左移動，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動托架，經過不斷改進和多年使用，實踐證明，這種托架是目前較為理想的一種結構，其工作原理如圖3所示。大拖板在運動過程中，當溜板箱接近兩杠托架時，固定在溜板箱上的控制板7，首先觸動滾子2，使軸1向右移動。此時，機構為一平面六連桿機構，其中軸1、連桿3、連桿4、托架5、連桿9為5個活動構件，相當于圖2a中構件l、2、3、4、5。即A、B、C、D、E、F為6個平面低副，G點為一高副。撞塊6固定在托架5上(可調)，螺栓8和lO固定在床身上，螺栓8只限制撞塊6，同時也限制托架5水平向右移動，而螺栓10只限制連桿9水平向左移動。因此，撞塊6、螺栓8和10共同構成了一個高副，限制了機構水平方向的一個自由度。所以，機構的自由度為：
此時，當軸1推動連桿3，使其順時針轉動時，連桿9不動，所以，連桿4逆時針轉動，托架5逆時針轉動，實現了托瓦的下降，脫開兩杠。在托架5上設計有
圖3機動拖架工作原理圖
一小凸臺，通過計算，使其位置滿足這樣的條件：當托瓦脫開兩杠時，撞塊6有3．2 mm以上下降量，這時，使連桿4相對于托架5不可能繼續轉動，而視為一體，機構則轉化為五連桿機構，活動構件數為4個，即軸1、連桿3、連桿4(或托架5)和連桿9，低副數為5個，即圖2b中構件l、2、3(或4)、5。即A、曰、c、D和，點。由于此時撞塊6和螺栓8已脫離接觸，而連桿9的運動趨勢是順時針轉動，故螺栓10對它失去約束作用，所以此時只剩G點一個高副，機構的自由度數仍為：
所以，當軸1繼續向右移動而推動連桿3順時針轉動時，由于連桿3、托架5、連桿9及機架構成一個平行四連桿機構，故托瓦沿一斜線后移，直到移至床身內的預定位置。
當溜板箱移過托架位置后，控制板7向相反的方向推動滾子2，而在彈簧1l的作用下也使軸1向左移動，與此同時，連桿4與托架5仍靠在一起，機構的自由度仍為l。所以，軸1帶動連桿3逆時針轉動，并通過托架5帶動連桿9逆時針轉動，使托瓦移出床身。當托瓦移至兩杠下方后，連桿9與螺栓10接觸，使連桿9不能繼續轉動，連桿3在軸1的帶動下繼續逆時針轉動，使連桿4和托架5順時針轉動，托瓦抬起并重新托住兩杠。這樣就完成了一個動作循環。
4.結語
車床絲光杠機動托架，經過我公司多年實踐驗證，自動控制性能穩定，無沖擊，無振動，系統剛性強，加工零件精度高，質量好，為操作者解脫了繁重的勞動，生產效率高。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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