刨床主体机构设计讨论

刘春英

【摘 要】中小型牛头刨床的主运动，大多采用曲柄摇杆机构传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。在运动方面，由曲柄的回转运动变换成具有急回特性的往复直线运动，且要求执行件行程较大，速度变换平缓；在受力方面，由于执行件（刨刀）受到较大的切削力，故要求机构具有较好的传力特性。根据对牛头刨床主体刨削运动特性的要求，列出四种运动方案，对所构思出的机构方案进行讨论论证及评比，选出较佳方案。

【关键词】急回特性 高副接触 压力角 极位夹角

牛头刨床的滑枕带动刨刀，作直线往复运动的刨床，因滑枕前部的刀架仿似牛头。刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。牛头刨床工作原理及工艺动作过程：牛头刨床是一种用于切削平面的加工机床，它是依靠刨刀的往复运动和支承并固定工件的工作台的单向间歇移动来实现对平面的切削加工。刨刀向左运动时切削工件，向右运动时为空回程。

1牛头刨床主体机构设计方案

由设计要求可知，刨削主体机构系统的特点是，在运动方面，由曲柄的回转运动变换成具有急回特性的往复直线运动，且要求执行件行程较大，速度变换平缓；在受力方面，由于执行件（刨刀）受到较大的切削力，故要求机构具有较好的传力特性。根据对牛头刨床主体刨削运动特性的要求，可以列出以下四种运动方案。

方案（a）采用偏置曲柄滑块机构，如图1所示。机构最为简单，能承受较大载荷，但其存在较大的缺点。一是由于执行件行程较大，要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变差。

图1 图2

方案（b）由曲柄摇杆机构与摇杆滑块串联而成，如图2所示。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案（a）有所改进，但在曲柄摇杆机构ABCD中，随着行程速比系数K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（a）更大。

方案（c）由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成，如图3所示。该方案克服了方案（b）的缺点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。

图3

方案（d）由摆动导杆机构和齿轮齿条机构组成。由于导杆往复变速摆动，在空回行程中导杆角速度变化剧烈，虽然回程中载荷不大，但齿轮机构会受到较大的惯性冲击，而且在工作行程开始也会突然受到较大切削力的冲击，由此容易引起轮齿的疲劳折断，而且还会引起噪声和振动。此外，扇形齿轮和齿条的加工也较复杂，成本较高。

比较以上四个方案，从全面衡量得失来看，方案（c）作为刨削主体机构系统教为合理。

2确定牛头刨床主体机构设计方案

详细设所计确定的机构，按比例绘制出机构的运动简图，如图4所示。

图4 刨削主体机构（六杆导杆机构）

（1）根据运动设计要求（K=2），可得到该机构的极位夹角为

（2）由导杆机构的运动特性可知，导杆的角行程 ，由此可得到导杆的两个极限位置CD1和CD2。

（3）根据运动要求，可得到刨刀的行程H为

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

由此可确定铰链D的相应位置D1和D2（D1和D2两点的水平距离为H）。

（4）为使机构在运动过程中具有良好的传力特性，要求设计时，机构的最大压力角具有最小值，因此经分析得出：只有使构件5的移动导路中心线取在图示的位置（即D1和D2两点铅垂距离的中心位置），才能保证机构运动过程的最大压力角 具有最小值。

（5）选定机构的许用压力角[a]=30°，则构件4的长度为

（6）合理选择固定铰链A的位置（Lac=100mm），则即可确定曲柄AB的长度为

3结语

机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢，在运动过程中具有良好的传力特性，保证机构运动过程的最大压力角 具有最小值，成本且合理。