車床絲光杠機(jī)動(dòng)托架

張海強(qiáng)　宋　杰

(①蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅 蘭州 730314；②天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司技術(shù)中心，甘肅 天水 741024)

?

車床絲光杠機(jī)動(dòng)托架

張海強(qiáng)①宋杰②

(①蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅 蘭州 730314；②天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司技術(shù)中心，甘肅 天水 741024)

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(duì)運(yùn)動(dòng)特性。

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(tái)(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(duì)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：A→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′→B′,托瓦伸出床身外；B′→A′，托瓦上升托住兩杠。

當(dāng)B′→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。

(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(duì)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1，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1、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10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：

F=3×n-2×p5-1×p4

式中：n=5，p5=6，p4=2，則

F=3×5-2×6-1×2=1

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)有一小凸臺(tái)，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(duì)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1、2、3(或4)、5。即A、B、C、D和F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(shì)是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故螺栓10對(duì)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：

F=3×n-2×p5-1×p4

式中：n=4，p5=5，p4=1,則

F=3×4-2×5-1×1=1

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11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1。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。

[1]戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

[2]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)(3)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[3]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4]CW61100臥式車床[Z].天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司，2000.

(編輯汪藝)

如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法，請(qǐng)將文章編號(hào)填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置。

Powered brackets of ballscrew and lead screw in lathe

ZHANG Haiqiang①, SONG Jie②

(①Lanzhou LS Energy Equipment Engineering Institute Co., Ltd., Lanzhou 730314, CHN; ②Tianshui SPARK Machine Tool Co.,Ltd., Tianshui 741024, CHN)

This article defines the numbers of bracket and mobile parts, and introduces relatively motion characters between two parts composed of motion set.

accurate positioning; reliability; high efficiency

TH122

B

張海強(qiáng)，男，1976年生，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)，已發(fā)表論文3篇，獲得實(shí)用新型專利5項(xiàng)。

2015-09-09)

160133