牛頭刨床六桿機構(gòu)簡介

[摘 要]連桿機構(gòu)在機械制造特別是在加工機械制造中占有無法取代的重要地位。深入研究平面六桿機構(gòu)運動綜合理論，建立適當?shù)臄?shù)學模型和誤差評定方法進行平面六桿機構(gòu)的運動綜合，從而實現(xiàn)期望的間歇運動，是一個有著重要意義和實用價值的課題.另外，關(guān)于牛頭刨床運動過程的分析計算也是我們機械原理課的課程設(shè)計題目之一，我們需要一個快捷準確的方式來驗證不同參數(shù)下設(shè)計計算的準確性。這些原因就促使了這個課題的誕生。

[關(guān)鍵詞]六桿機構(gòu) MATLAB 仿真 運動分析

[中圖分類號]TH17 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5489(2009)09-0123-02

一、緒論

1.連桿機構(gòu)的應(yīng)用

作為在機械制造特別是在加工機械制造中主要用作傳動的機構(gòu)型式-連桿機構(gòu)，同其他型式機構(gòu)特別是凸輪機構(gòu)相比具有很多優(yōu)點。連桿機構(gòu)采用低副連接，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、安裝并能保證精度要求。連桿機構(gòu)可以將主動件的運動通過連桿傳遞到與執(zhí)行機構(gòu)或輔助機構(gòu)直接或間接相連的從動件，實現(xiàn)間歇運動，滿足給定的運動要求，完成機器的工藝操作。

連桿機構(gòu)在機械制造特別是在加工機械制造中占有無法取代的重要地位，間歇運動機構(gòu)是自動化機械的重要組成部分，對后者的運動精度、動態(tài)特性、和生產(chǎn)效率等均有直接和顯著的影響，而要實現(xiàn)多種間歇運動，至少應(yīng)為六桿機構(gòu)。因此，深入研究平面六桿機構(gòu)運動綜合理論，建立適當?shù)臄?shù)學模型和誤差評定方法進行平面六桿機構(gòu)的運動綜合從而實現(xiàn)期望的間歇運動，是一個有著重要意義和實用價值的課題。本文將通過分析牛頭刨床六桿機構(gòu)的運動，建立數(shù)學模型，實現(xiàn)將科學運算工具引進到六桿機構(gòu)的計算分析及優(yōu)化設(shè)計。

2.平面六桿機構(gòu)的分類

六桿機構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)、制造、研究過程都比四桿機構(gòu)復(fù)雜，但可實現(xiàn)四桿機構(gòu)無法實現(xiàn)的運動要求。六桿機構(gòu)的分類是建立在六桿轉(zhuǎn)動副鏈的基礎(chǔ)之上，而六桿轉(zhuǎn)動副鏈是由四桿轉(zhuǎn)動副鏈加上一個雙桿組擴展而成。

按照雙桿組連接到四桿轉(zhuǎn)動副鏈的相對桿還是連接到相鄰桿的兩種不同情況，可以產(chǎn)生兩種六桿轉(zhuǎn)動副鏈，一種是具有相對的三副桿的六桿轉(zhuǎn)動副鏈(斯蒂芬遜鏈)，另一種是具有相鄰的三副桿的六桿轉(zhuǎn)動副鏈(瓦特鏈)。

如果瓦特運動鏈固定任一個二副桿做機架，則稱為瓦特I型六桿機構(gòu)，固定任意一個三副桿做機架，則稱為瓦特II型六桿機構(gòu)。對于斯蒂芬遜型，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型六桿機構(gòu)之分，它們分別固定兩端均與三副桿相連的任意一個二副桿互相鄰接的任意一個二副桿和任意一個三副桿為機架。從瓦特鏈派生出來的瓦特型六桿機構(gòu)可視為兩個四桿機構(gòu)的串接，第一個四桿機構(gòu)的從動運動即是第二個四桿機構(gòu)的主動運動。采用這類機構(gòu)型式的六桿機構(gòu)能產(chǎn)生某一階段勻速運動或具有很大擺角(最大約為210°)的擺動。為了實現(xiàn)大的擺角也可采用主動件不做整周轉(zhuǎn)動的四桿機構(gòu)，例如活塞泵驅(qū)動裝置機構(gòu)。兩個子機構(gòu)之間的串接角對機構(gòu)的特性有很大的影響。由斯蒂芬遜鏈派生出來的三種機構(gòu)是在一個四桿機構(gòu)的連接點處連接上一個雙桿組(有兩個桿組成的桿組)所形成。

斯蒂芬遜I型傳動機構(gòu)特別適于產(chǎn)生停歇以及具有四個折返或極限位置的動。

斯蒂芬遜Ⅱ型傳動機構(gòu)適于產(chǎn)生大擺角(約為180°)或大行程的從動運動，同時又可獲得有利的機構(gòu)空間尺寸。

由斯蒂芬遜鏈導出的I型和11型是具有兩個機架鉸接點的六桿傳動機構(gòu)，即所謂雙座連桿機構(gòu)或雙座機構(gòu)。雙座機構(gòu)可用來實現(xiàn)具有停歇和中間停歇的傳動函數(shù)以及用來產(chǎn)生大擺角(約180°)的擺動。這種機構(gòu)的特點在于有緊湊的結(jié)構(gòu)，占用較小的空間尺寸。但構(gòu)件支撐比較困難。

二、牛頭刨床六桿機構(gòu)

1.牛頭刨床

刨床類機床主要用于加工各種平面(如水平面、垂直面、斜面等)和溝槽(如T形槽、燕尾槽、v形槽)，此外.在刨床上還可以加工一些簡單的直線成形面。

刨床類機床的主運動是刀具或工件所作的往復(fù)直線運動。刀具或工件進行切削時的運動稱為工作行程，刀具或工件返回時不進行切削，稱為空行程。進給運動由刀具或工件完成，其方向與主運動方向相垂直，它是在空行程結(jié)束后的短時間內(nèi)進行的，因而是一種間歇運動。

刨床類機床所用的刀具和夾具都比較簡單，加工方便，且生產(chǎn)渡備工作較為簡單。但由于這類機床的進給運動是間歇進行的，所以在每次工作行程中當?shù)毒咔腥斯ぜr要發(fā)生沖擊，其主運動反向時還需克服較大的慣性力，這些因家限制了切削速度和空行程速度的提高。

刨床類機床主要有牛頭刨床、龍門刨床和插床三種類型。這里以牛頭刨床為例來介紹。

牛頭刨床是刨削類機床中應(yīng)用最廣泛的一種，主要用來加工中小型零件。刨削的長度一般不超過1000mm。

2.牛頭刨床的工作運動

牛頭刨床的工作運動如圖1所示。

工件安裝在工作臺上，牛頭刨床的主運動是裝夾在刀架上的刨刀沿著工件機所作的往復(fù)直線運動。當刨刀向前運動時(工作行程)，刀具在工件表面切削金屬;當刨刀作返回運動時(空行程)，刀具在工件的上面滑回原來的位置。牛頭刨床的進給運動，是工件在工作臺上的橫向移動。主運動和給運動反復(fù)進行，就能在工件表面切除多余的金屬，從而得到所要求的加工表面。

3.牛頭刨床的組成

牛頭刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作臺、橫梁、進給機構(gòu)和變速機構(gòu)等組成。

(1)床身 床身內(nèi)部有變速機構(gòu)和曲柄搖桿機構(gòu)。床身的頂面有水平導軌，滑枕沿水平導軌作往復(fù)直線運動。在床身前面有垂宜導軌，橫梁帶動工作臺沿垂直導軌升降。

(2)滑枕 滑枕的前端有環(huán)狀T形槽，用來安裝刀架和調(diào)節(jié)刀架的偏轉(zhuǎn)角度:滑枕的內(nèi)部裝有調(diào)整滑枕行程位置的機構(gòu)，它是由一對錐齒輪和絲杠組成?；淼南虏坑袃蓷l燕尾型導軌，它與床身上部的水平導軌配合。在曲柄搖桿機構(gòu)的帶動下，滑枕在床身水平導軌上作往復(fù)直線運動。

(3)橫梁與工作臺 校梁安裝在床身前部垂直導軌上。橫梁的底部裝有升降絲杠，使校梁能沿著床身前部的垂直導軌作上下移動。工作臺和滑板連接在一起，安裝在橫梁水平導軌上，轉(zhuǎn)動安裝在校梁凹框內(nèi)的橫向進給絲杠，工作臺就沿著橫梁的水平導軌作橫向移動。工作臺的前部底下裝有支架，以防止工作臺在刨削過程中產(chǎn)生向下傾斜和振動現(xiàn)象。工作臺的上平面和兩側(cè)面均制有T形槽、v形槽和圓孔，用來固定不同形狀的工件或夾具。

(4)刀架 刀架用于裝夾刨刀，并使刨刀沿著垂直方向和傾斜方向移動。刀架由手柄、絲杠、刻度轉(zhuǎn)盤、夾刀座、拍板、拍板座、滑板等組成?？潭绒D(zhuǎn)盤6用T形職栓5緊固在滑枕前端的“環(huán)”狀T形槽內(nèi)?？砂醇庸さ男枰?60’的回轉(zhuǎn)?？潭绒D(zhuǎn)盤6與滑板13通過導軌相配合，只要搖動絲杠3上端的手柄1，就可使滑板13沿著刻度轉(zhuǎn)盤6上的導軌移動，通過刻度環(huán)2來控制背吃刀量的大小。拍板10與拍板座11的凹槽相配合，用鉸鏈銷7連接。在拍板10的孔內(nèi)裝有夾刀座8刨刀就裝在它的槽孔內(nèi)，拍板10可以繞鉸鏈銷7向前上方拾起，這樣可避免滑枕回程時刨刀與工件已加工。

(5)進給機構(gòu) 進給機構(gòu)主要用來控制工作臺橫向進給運動的大小。

(6)變速機構(gòu) 操縱變速機構(gòu)的手柄，可以把各種不同的轉(zhuǎn)速傳遞到曲柄擺桿機構(gòu)而改變格桿在相同時間間隔內(nèi)的擺動次數(shù)。

(7)曲柄搖桿機構(gòu) 主要作用是把電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑枕的往復(fù)直線運動。

[參考文獻]

[1]孫恒:《機械原理》，高等教育出版社出版。

[2]師忠秀、王繼容:《機械原理課程設(shè)計》，機械工業(yè)出版社出版。

[3]〔德〕J#8226;伏爾默，石則昌等譯:《連桿機構(gòu)》，機械工業(yè)出版社出版。

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