車床絲光杠（gàng）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：確定機架和活動構件數及組成運動副兩構件間的相對運動（dòng）特性。
關鍵詞：定位（wèi）準確；安（ān）全可靠（kào）；高效（xiào）
在（zài）現代金屬切削機床中，工作台(溜板箱)進給中，常常由於機床絲杠和（hé）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（biǎo）明，當兩杠（gàng）長度為5 m時，因其彎曲變形而產生（shēng）的下（xià）垂量約為6 mm；當兩杠長度為8 m時，因其彎曲變形而（ér）產生（shēng）的下垂量約為12 mm。兩杠彎曲變形，不僅影響（xiǎng）傳遞運動（dòng）的精度和平穩性，而且對機床（chuáng）的（de）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（liǎng）杠下部適當部位增加輔助支撐以（yǐ）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（xiāng）接（jiē）近時自動地脫開兩杠，縮進機床床身內（nèi），當溜板箱遠離後又自動地伸出並重新（xīn）托住兩杠，整個過程完全自（zì）動，既保證了運動的性能，又減輕了（le）操（cāo）作（zuò）者的勞動強度。因此（cǐ），機動托架在長規（guī）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（gōng）能，托架上托瓦的運動軌跡如圖（tú）1所示。
其中：4一B，托瓦下（xià）降脫開兩杠；B_c，托瓦縮（suō）進床身內。當溜板箱遠離（lí）托架一定距離後，托瓦的運動軌（guǐ）跡與上述相（xiàng）反，即：C’一B’，托（tuō）瓦伸出床身（shēn）外；曰’一A’，托瓦上升托住兩杠。當曰7一A’托瓦上升複位後，托瓦重新托住兩杠。由於運動軌跡有一個明顯（xiǎn）的轉（zhuǎn）折，故一般的（de）四連杆機構（gòu）(平麵（miàn）)不易實現，我公司大型產品上的機動托架為（wéi）一個六連杆機構（gòu），如（rú）圖2所示。
(1)托（tuō）瓦下降
托架動作（zuò）過程，選定構件（jiàn）1為主動(起始)構件，當其向（xiàng）右（yòu）移動時，如設法（fǎ）使構件5不動，則構件2必然順時（shí）針旋轉，構（gòu）件3逆時針旋轉，構件（jiàn）4以D為中心逆時（shí）針旋轉，使（shǐ）E轉（zhuǎn）到E’位置，即由實線位置移至虛線位置，如圖（tú）2a所示，即（jí）實現了托瓦下（xià）降，脫開兩杠。
圖2托架機構運動原理圖
(2)托（tuō）瓦縮進
當構件1繼續向右移動並推動構件2沿順時針繼續轉動時，迫使構（gòu）件3與構（gòu）件4合為（wéi）一（yī）體，此時構件便由六連杆轉化為五連杆，構成一個四連杆基本杆組，如適當選取各構件的長度(使（shǐ）其成為一（yī）個平行（háng）四（sì）連杆機構)，即可實現托瓦的後退，縮到床（chuáng）身內適（shì）當位置，如圖2b所示。
2.托架設計要點
我（wǒ）們（men）知道，要使平麵連杆機構按正確的運動規律動作，其充分必要的條件是在全（quán）部（bù）運動過程中機構的自由度數與起始（shǐ）構件(主動件)數相等。對此機構（gòu）來說，起始構件（jiàn）數（shù）為1個，所以在整個過（guò）程中，其自由度（dù）數必須（xū）始終保持1。為了實現托瓦下降（jiàng）及後退的軌跡，機構在運動中存在（zài）一個由六（liù）連杆轉（zhuǎn）化為五（wǔ）連（lián）杆機（jī）構的過程，所以必須設計（jì）這樣一種約束。它隻在機構運動過程中（zhōng）的某一部分起約束作用，而在另一部分（fèn）應失去約束作用，以使運動（dòng）全過程中（zhōng）機構的自由（yóu）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（zuò）原理
本機動托架安裝在床身上（shàng），並由安裝在溜板箱下麵的控製板7(如圖3)來控製托瓦（wǎ）的下降離開兩杠，或上升托住兩杠。當軸（zhóu）1向右移動時，使托瓦下降並縮進床身內（nèi）；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（tuō）住兩杠。我公司大型（xíng）臥式車床上所采用的伸縮式機動托架（jià），經過不斷改進和多年使（shǐ）用，實踐證明，這種托架是目前較為理（lǐ）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製板7，首先觸動滾子2，使軸1向右移動。此時，機構為一平麵六連杆機構，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（dī）副（fù），G點為一高（gāo）副。撞塊6固定在托架5上（shàng）(可調（diào）)，螺栓8和lO固定在床（chuáng）身上，螺栓8隻限製撞塊6，同（tóng）時也限製托架（jià）5水（shuǐ）平向（xiàng）右移動，而螺栓10隻限製連杆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，限製了機（jī）構水平方向的一個自由度。所以，機構（gòu）的自（zì）由度為：
此時，當軸1推動（dòng）連杆3，使其（qí）順時針轉動時，連杆9不動，所（suǒ）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（gàng）。在托架5上設（shè）計有
圖3機動拖架工作原理圖
一小凸台，通過計算，使其位（wèi）置滿足這樣的條件：當托瓦脫開（kāi）兩（liǎng）杠時，撞塊6有3．2 mm以上下降量，這時，使連杆4相對於托架5不可能繼（jì）續轉動，而視為一體，機構則轉化為（wéi）五連（lián）杆機（jī）構（gòu），活動構件數為4個（gè），即軸（zhóu）1、連（lián）杆3、連杆4(或托架5)和連杆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。由於此時撞塊6和螺栓8已脫離接觸，而連杆9的運動趨勢是順時針轉動，故螺栓10對它失去約束（shù）作用，所以此時隻剩G點（diǎn）一個（gè）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杆3順時（shí）針轉（zhuǎn）動時，由於連杆3、托架5、連杆9及機架構成一（yī）個平行四連杆機構，故托（tuō）瓦沿（yán）一（yī）斜線後移，直到移（yí）至床身內的預定（dìng）位置。
當溜（liū）板箱移過托（tuō）架位置後，控（kòng）製（zhì）板7向相反的方向推動滾子2，而在彈簧1l的作用（yòng）下也使軸1向左移動，與（yǔ）此同時，連杆4與托架5仍靠在一起，機（jī）構的自（zì）由度仍（réng）為l。所以，軸1帶動連（lián）杆（gǎn）3逆時針轉（zhuǎn）動（dòng），並通過托（tuō）架5帶動連杆9逆時針轉動（dòng），使托瓦（wǎ）移（yí）出床身。當托瓦移至兩（liǎng）杠下方後，連杆9與螺栓10接觸，使連杆9不能繼續轉（zhuǎn）動，連杆3在軸1的帶動下繼續逆時針轉動，使（shǐ）連杆4和托架（jià）5順時（shí）針轉動，托瓦抬起並重新托住（zhù）兩杠（gàng）。這樣（yàng）就完成了（le）一個動作循環（huán）。
4.結語
車床絲光杠（gàng）機動托架，經過我公司多年實踐驗證（zhèng），自（zì）動控製性能穩定，無（wú）衝擊，無（wú）振動，係統剛性強，加工零件精度高，質量好，為操（cāo）作者解脫了繁重的勞動，生產效率（lǜ）高。
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