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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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