刨床主體機構設計討論

劉春英

【摘 要】中小型牛頭刨床的主運動，大多采用曲柄搖桿機構傳動，故滑枕的移動速度是不均勻的。在運動方面，由曲柄的回轉運動變換成具有急回特性的往復直線運動，且要求執行件行程較大，速度變換平緩；在受力方面，由于執行件（刨刀）受到較大的切削力，故要求機構具有較好的傳力特性。根據對牛頭刨床主體刨削運動特性的要求，列出四種運動方案，對所構思出的機構方案進行討論論證及評比，選出較佳方案。

【關鍵詞】急回特性 高副接觸 壓力角 極位夾角

牛頭刨床的滑枕帶動刨刀，作直線往復運動的刨床，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作過程：牛頭刨床是一種用于切削平面的加工機床，它是依靠刨刀的往復運動和支承并固定工件的工作臺的單向間歇移動來實現對平面的切削加工。刨刀向左運動時切削工件，向右運動時為空回程。

1牛頭刨床主體機構設計方案

由設計要求可知，刨削主體機構系統的特點是，在運動方面，由曲柄的回轉運動變換成具有急回特性的往復直線運動，且要求執行件行程較大，速度變換平緩；在受力方面，由于執行件（刨刀）受到較大的切削力，故要求機構具有較好的傳力特性。根據對牛頭刨床主體刨削運動特性的要求，可以列出以下四種運動方案。

方案（a）采用偏置曲柄滑塊機構，如圖1所示。機構最為簡單，能承受較大載荷，但其存在較大的缺點。一是由于執行件行程較大，要求有較長的曲柄，從而帶來機構所需活動空間較大；二是機構隨著行程速比系數K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變差。

圖1 圖2

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

方案（c）由擺動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯而成，如圖3所示。該方案克服了方案（b）的缺點，傳力特性好，機構系統所占空間小，執行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。

圖3

方案（d）由擺動導桿機構和齒輪齒條機構組成。由于導桿往復變速擺動，在空回行程中導桿角速度變化劇烈，雖然回程中載荷不大，但齒輪機構會受到較大的慣性沖擊，而且在工作行程開始也會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，而且還會引起噪聲和振動。此外，扇形齒輪和齒條的加工也較復雜，成本較高。

比較以上四個方案，從全面衡量得失來看，方案（c）作為刨削主體機構系統教為合理。

2確定牛頭刨床主體機構設計方案

詳細設所計確定的機構，按比例繪制出機構的運動簡圖，如圖4所示。

圖4 刨削主體機構（六桿導桿機構）

（1）根據運動設計要求（K=2），可得到該機構的極位夾角為

（2）由導桿機構的運動特性可知，導桿的角行程 ，由此可得到導桿的兩個極限位置CD1和CD2。

（3）根據運動要求，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的相應位置D1和D2（D1和D2兩點的水平距離為H）。

（4）為使機構在運動過程中具有良好的傳力特性，要求設計時，機構的最大壓力角具有最小值，因此經分析得出：只有使構件5的移動導路中心線取在圖示的位置（即D1和D2兩點鉛垂距離的中心位置），才能保證機構運動過程的最大壓力角 具有最小值。

（5）選定機構的許用壓力角[a]=30°，則構件4的長度為

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

3結語

機構系統所占空間小，執行件的速度在工作行程中變化也較緩慢，在運動過程中具有良好的傳力特性，保證機構運動過程的最大壓力角 具有最小值，成本且合理。