劉春英

【摘 要】中小型牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)，大多采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，故滑枕的移動(dòng)速度是不均勻的。在運(yùn)動(dòng)方面，由曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成具有急回特性的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，且要求執(zhí)行件行程較大，速度變換平緩；在受力方面，由于執(zhí)行件（刨刀）受到較大的切削力，故要求機(jī)構(gòu)具有較好的傳力特性。根據(jù)對(duì)牛頭刨床主體刨削運(yùn)動(dòng)特性的要求，列出四種運(yùn)動(dòng)方案，對(duì)所構(gòu)思出的機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行討論論證及評(píng)比，選出較佳方案。

【關(guān)鍵詞】急回特性 高副接觸 壓力角 極位夾角

牛頭刨床的滑枕帶動(dòng)刨刀，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刨床，因滑枕前部的刀架仿似牛頭。刨床主要用于單件小批生產(chǎn)中刨削中小型工件上的平面、成形面和溝槽。牛頭刨床工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程：牛頭刨床是一種用于切削平面的加工機(jī)床，它是依靠刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和支承并固定工件的工作臺(tái)的單向間歇移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)平面的切削加工。刨刀向左運(yùn)動(dòng)時(shí)切削工件，向右運(yùn)動(dòng)時(shí)為空回程。

1牛頭刨床主體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

由設(shè)計(jì)要求可知，刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的特點(diǎn)是，在運(yùn)動(dòng)方面，由曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成具有急回特性的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，且要求執(zhí)行件行程較大，速度變換平緩；在受力方面，由于執(zhí)行件（刨刀）受到較大的切削力，故要求機(jī)構(gòu)具有較好的傳力特性。根據(jù)對(duì)牛頭刨床主體刨削運(yùn)動(dòng)特性的要求，可以列出以下四種運(yùn)動(dòng)方案。

方案（a）采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖1所示。機(jī)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，能承受較大載荷，但其存在較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，要求有較長(zhǎng)的曲柄，從而帶來(lái)機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大；二是機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變差。

圖1 圖2

方案（b）由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊串聯(lián)而成，如圖2所示。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K的增大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。

方案（c）由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，如圖3所示。該方案克服了方案（b）的缺點(diǎn)，傳力特性好，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。

圖3

方案（d）由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成。由于導(dǎo)桿往復(fù)變速擺動(dòng)，在空回行程中導(dǎo)桿角速度變化劇烈，雖然回程中載荷不大，但齒輪機(jī)構(gòu)會(huì)受到較大的慣性沖擊，而且在工作行程開(kāi)始也會(huì)突然受到較大切削力的沖擊，由此容易引起輪齒的疲勞折斷，而且還會(huì)引起噪聲和振動(dòng)。此外，扇形齒輪和齒條的加工也較復(fù)雜，成本較高。

比較以上四個(gè)方案，從全面衡量得失來(lái)看，方案（c）作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)教為合理。

2確定牛頭刨床主體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

詳細(xì)設(shè)所計(jì)確定的機(jī)構(gòu)，按比例繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖4所示。

圖4 刨削主體機(jī)構(gòu)（六桿導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）

（1）根據(jù)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求（K=2），可得到該機(jī)構(gòu)的極位夾角為

（2）由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性可知，導(dǎo)桿的角行程 ，由此可得到導(dǎo)桿的兩個(gè)極限位置CD1和CD2。

（3）根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求，可得到刨刀的行程H為

H=L+2X0.05XL=180+2X0.05X180=198=200mm

由此可確定鉸鏈D的相應(yīng)位置D1和D2（D1和D2兩點(diǎn)的水平距離為H）。

（4）為使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有良好的傳力特性，要求設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)構(gòu)的最大壓力角具有最小值，因此經(jīng)分析得出：只有使構(gòu)件5的移動(dòng)導(dǎo)路中心線取在圖示的位置（即D1和D2兩點(diǎn)鉛垂距離的中心位置），才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的最大壓力角 具有最小值。

（5）選定機(jī)構(gòu)的許用壓力角[a]=30°，則構(gòu)件4的長(zhǎng)度為

（6）合理選擇固定鉸鏈A的位置（Lac=100mm），則即可確定曲柄AB的長(zhǎng)度為

3結(jié)語(yǔ)

機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有良好的傳力特性，保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的最大壓力角 具有最小值，成本且合理。