車床絲（sī）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 宋傑
摘要：確定機架和活動構（gòu）件數（shù）及組成運動副兩構件（jiàn）間的相對（duì）運動特性。
關鍵詞：定位準確；安全可靠；高效
在現代金屬切削（xuē）機床中，工作台(溜（liū）板箱)進給中，常常（cháng）由於機床絲杠和光杠(以下簡稱兩杠)因其自重而產生彎曲變形，從而（ér）影響機床的加工精度以及產生爬（pá）行（háng）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（ér）產生的下垂量（liàng）約（yuē）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（liàng）約為（wéi）12 mm。兩杠彎曲（qǔ）變形，不僅影響傳遞運動的精度和平穩性（xìng），而且對機（jī）床的使用壽命也十分（fèn）不利，是產品設（shè）計中不容忽視的重要因素。為了解決這一問題（tí），須在（zài）兩杠下部（bù）適當部位增（zēng）加輔助支撐以提高其剛（gāng）度。輔助支（zhī）撐有多（duō）種形（xíng）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（tā）能在溜板箱接近時自動地脫開兩（liǎng）杠，縮進機床床身內，當溜板（bǎn）箱遠離後又自動地伸出並重新托住兩杠，整個過程完全自動，既保證了運動的（de）性能，又減輕了操作（zuò）者的勞動（dòng）強度。因此（cǐ），機動托架在長規格臥式車床上得到了廣（guǎng）泛的（de）應用。
1.托瓦運動軌跡
根據機動托架功能（néng），托（tuō）架上托（tuō）瓦的運動軌跡如圖1所示。
其中：4一B，托瓦下降脫開兩（liǎng）杠（gàng）；B_c，托瓦縮進床身內。當溜板箱遠離托架一定距離後，托瓦的（de）運動軌跡與上述相反，即：C’一B’，托瓦伸出床身外；曰’一（yī）A’，托瓦上升托住兩杠。當曰7一A’托瓦（wǎ）上升（shēng）複位後，托瓦重新托住兩杠。由於運動軌（guǐ）跡有一個明顯的轉折，故一般的四連杆機（jī）構(平麵)不易實現，我公司大型產品上（shàng）的機動托架為一個六連杆機構，如圖2所示（shì）。
(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（nì）時（shí）針旋轉，使E轉（zhuǎn）到E’位置，即由（yóu）實（shí）線位置移至虛線位置，如圖2a所示，即實現了托瓦（wǎ）下降，脫（tuō）開兩杠。
圖2托架機構（gòu）運動原理圖
(2)托瓦縮（suō）進
當構（gòu）件1繼續向右移動並推動構件2沿順（shùn）時針繼續轉動時，迫使構件（jiàn）3與構件4合為一體，此時構件便由六連杆轉化為五連杆，構成一個四（sì）連杆基本杆（gǎn）組，如適當選取各構件的長度(使（shǐ）其成為一個平行四（sì）連杆機構)，即可實現托瓦的（de）後退，縮到床身內適當位置，如（rú）圖2b所示。
2.托架設（shè）計要點
我（wǒ）們知道，要使平（píng）麵連杆機構按正（zhèng）確的運動（dòng）規（guī）律動作（zuò），其充分必要的條件是在全部運動過程中機構的（de）自（zì）由度（dù）數與起（qǐ）始構（gòu）件(主動件)數（shù）相等。對此機構來說，起始構件數為1個，所以在整（zhěng）個過程中（zhōng），其自由度數必須始終保持（chí）1。為了實現托瓦下降及後退的軌跡，機構在運動中存（cún）在一個由六連杆轉化為五連杆機構的過程，所以必須設計這（zhè）樣一種約束。它隻在（zài）機構運（yùn）動過程中的某一部分起約（yuē）束作用，而在另一部分應失去約束作用，以使運（yùn）動（dòng）全過程中機構的自由度始終保持為l，從而確（què）保運動的準（zhǔn）確（què）、可靠。
3.機（jī）動托架工（gōng）作原理
本機動托（tuō）架安裝在床身上，並由安裝在溜板箱下（xià）麵的控製板7(如圖3)來控製托瓦的下降離開兩杠，或（huò）上升托（tuō）住兩杠。當（dāng）軸（zhóu）1向右移動（dòng）時，使托瓦下降並（bìng）縮進床身（shēn）內；當溜板箱移過機動托架後，軸1向左移動，使托瓦伸出床身並上升托住兩杠。我（wǒ）公司大型臥式車床上所采用的伸縮式機動托（tuō）架，經過不斷（duàn）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（rú）圖（tú）3所示。大拖板（bǎn）在運動過程中，當溜板箱接近兩杠托架時，固定在溜板箱上（shàng）的控製板7，首先觸動滾子2，使軸1向右移動。此時，機構為一平（píng）麵六連杆機構，其中軸1、連杆3、連杆4、托架5、連杆9為5個活動構件，相當於圖2a中構件l、2、3、4、5。即A、B、C、D、E、F為6個平麵低副，G點為一高副。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隻限製撞塊6，同時（shí）也限製托架5水平（píng）向右移動，而螺（luó）栓10隻限製（zhì）連杆9水平向左移動。因此，撞塊6、螺栓8和10共同構成（chéng）了一（yī）個高副，限製了機構（gòu）水（shuǐ）平方向的一個自由度。所以（yǐ），機構的自由（yóu）度為：
此時，當軸1推（tuī）動連杆3，使其（qí）順時針轉動時，連杆9不動，所以，連杆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（shè）計有
圖3機動拖架工作原理圖
一小凸（tū）台，通過計算，使其位置滿足這樣的條件：當托瓦脫（tuō）開兩杠時，撞塊（kuài）6有3．2 mm以上下降量，這時，使連杆4相（xiàng）對於托架5不可能繼續轉（zhuǎn）動，而視為一體，機構則（zé）轉化為五連杆機構，活動構件數（shù）為4個，即軸1、連杆3、連杆4(或托架（jià）5)和連杆（gǎn）9，低副數為5個，即圖2b中構件l、2、3(或4)、5。即（jí）A、曰（yuē）、c、D和，點。由於此時撞塊6和螺栓8已（yǐ）脫離接觸（chù），而連杆（gǎn）9的運動趨（qū）勢是順（shùn）時針轉動，故螺（luó）栓10對它失去約束作用（yòng），所以此（cǐ）時隻剩G點一個高副（fù），機構的自（zì）由度數仍為：
所以，當軸1繼續向右移動而（ér）推（tuī）動連杆3順時針（zhēn）轉動時，由於連杆3、托（tuō）架5、連杆（gǎn）9及機架構成一個平行四連杆機構，故托瓦沿（yán）一斜線後移，直（zhí）到移至床身內的預定位置。
當溜板箱移過托架位置後，控製板7向相反的方向推動滾子2，而在彈簧1l的作用下（xià）也使軸1向左移動，與此同時，連（lián）杆4與托架5仍靠在一起，機構的自由度仍為（wéi）l。所以，軸1帶（dài）動連杆3逆時針轉動，並通過托（tuō）架5帶動連杆9逆（nì）時針轉動，使托瓦移出床身。當（dāng）托瓦移至兩杠下方後，連杆（gǎn）9與螺栓10接觸，使連杆9不能繼續轉動，連杆3在軸1的帶動下繼續（xù）逆時針轉（zhuǎn）動，使連杆4和托架5順時針轉動（dòng），托瓦抬起並重新托住兩杠。這樣就完成了一個動作循環。
4.結語
車床絲光（guāng）杠機動托架，經過我公司多年實踐驗證，自動控製性能穩定，無衝擊，無振動，係統剛性強，加工零件精度高（gāo），質量好，為操作者解脫了繁重的勞動，生產（chǎn）效率高。
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