液压牛头刨床YB6100

液压牛头刨床YB610

牛头刨床

滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。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。中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。

一种刨床，利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件〔一般用来加工较小工件)。机床的刀架1犬似牛头，故名。

1.牛头刨床的滑枕的直线运动不能说是偏心轮的作用。

牛头刨床的动力，经过减速后，在大齿轮的一面有一个固定短轴，短轴和齿轮中心有一定距离，套装一个方形滑块。

2.在齿轮的下方，有一个轴承座，安装了一个长槽摇杆，齿轮上的方形滑块始终在长槽内滑动。

3.摇杆的上端长槽内，有滑枕的方形滑块，也是在槽内滑动，摇杆就使得滑枕前后运动。这两个滑块都是能够转动的。

4.当大齿轮转动时，由滑块带动摇杆前后扇形摆动。滑块位置在中心下面时，同等的转动圆心角，摇杆可以运动较大的角度，带动滑枕快速后退。

5.当大齿轮滑块在上方时，同样的圆心角，摇杆的运动就慢得多，这样滑枕就能够有较大的切削力。

调整大齿轮滑块的中心距，就能够调整滑枕行程。

6.滑枕是慢进快退，这样符合工作要求。

1. 操做规程:适用机型：B690（737），B6090。

一、认真执行《金属切削机床通有操作规程》有关规定。

二、认真执行下述有关补充规定：（一）空运转试车前，应先开动油泵和用手拨动滑枕行程转换开关，

确认油泵运转正常，转换开关灵活后，方可板动液压总开关开动机床。

（二）工作中认真作到：

1、滑枕行程不得超过规定范围，使用较长行程不准开高速。

2、滑枕运行时，不得调正滑枕行程。分级变速手柄的板动，必须在液压总开关位于"停止"位置时进

行。

3、装卸虎钳时应轻放轻拿，以免碰伤工作台。

（三）工作后，须先将液压总开关扳到"停止"位置后再停油泵；把工作台停在横梁的中间位置上。

任务:本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮转惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。

二、工作原理与结构组成

牛头刨床的简介

牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。

为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。

图1为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。

图1

三、设计方案的确定

方案（a）采用偏置曲柄滑块机构。结构最为简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，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，使传力特性变坏。方案（b）由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。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。

（C）方案（c）由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。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。

比较以上三种方案，从全面衡量得失来看，方案?作为刨削主体机构系统较为合理。

四、减速方案的确定

1. 构思一个合理的传动系统。它可将电机的高速转动（960 转/分）变换为执行机构的低速转动。构思机构传动方案时，能较为合理地分配各部分的传动比，最后绘出机构传动示意图。

齿轮箱中齿轮的齿数Z1=10；Z2=20；Z3=10；Z4=20；

根据传动比i14=所有从动轮的齿数积/所有主动轮的齿数积

所以 i14=20x20/10x10=4

所以总的传动比 i=4X4=16

符合条件要求

五、确定传动机构的尺寸

已知条件：刨刀的行程H=310 mm；行程速比系数K=1.46；最大切削阻力 Pr=6000；

1）.根据所给数据确定机构尺寸

极位夹角：

导杆长度： mm

连杆长度： =0.28 =150mm

曲柄长度: mm

为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性；即要求设计时使得机构的最大压力角具有最小，,应此分析得出:只有将构件5即B点移到两极限位置连线的中垂线上,才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值。分析如下：

解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为，刨头可能的最大压力角位置是导杆B和，设压力角为，（见下图）。根据几何关系 = 。由于与，呈背离关系，即增加则，减小且＞。则要使机构整体压力最小，只要有 = ，当刨头处于导杆摆弧平均置处 = ，则所以

牛头刨床动力学分析及方案评估

摘要：为了支持制造业的创新，必须评估更多的可选择方案，并且在设计过程中根据以往的经验获取得的知识更早的作出关

键性的决策，以获得成本缩减以及收入和利润持续增加之间的平衡。利用动力学仿真软件Pro/mechanism对两种牛头刨床的机构进行分析，并通过虚拟样机技术，对牛头刨床速度和加速度以及压力角进行分析．为实际的机构设计方案评估依据。

如果用较为传统的解析法进行这种连杆机构的设计及对比，那么推导出的运动方程将很复杂，因此在应用上会受到较大的限制，利用Pro／Mechanism的强大功能可以方便地实现牛头刨床的设计、运动仿真及运动分析、该方法是一种高效可行的设计与评估的方法。

虚拟样机技术和Pro/mechanism软件虚拟样机技术(Virtual Prototyping)是指在产品开发设计过程中，将分散的零件设计技术和分析技术揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的新技术．它具有模拟样机数值仿真、缩短设计周期、降低设计成本、在物理样机产生之前预先评估设计作用和功效口．Pro/mechanism软件是美国PTC公司开发的机械系统动力学仿真软件，它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线．Pro/mechanism 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、峰值等对牛头刨床的六杆机构建立虚拟样机，从而对建立的模型进行仿真计算、动画显示、优化设计、各种曲线图处理和结果分析，找出适合工业应用的最佳设计方案．

如图l所示，方案1中的al为原动件做匀速圆周运动，转速为60 r／min，a1b1为相同的两齿轮，Lb1e1一120 mm，Lc1e1一600 mm，Le1f1一150mm，刨头行程为360 mm，b1点、c1点到工作平台的垂直距离分别为150、550 mm。方案2中a2原动件做匀速圆周运动，转速为60 r／min，a2b2为相同的两齿轮Lb2c2一70 mm，Lc2e2一390 mm，刨头行程为360 mm。牛头刨床实现刨头切削运动时刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程；此时要求刨头的速度较低且平稳．以减小原动机的容量和提高切削质量。刨头左行时，刨刀不工作．称空行程，此时要求刨头的速度较高以提高生产率。另外，从改善传力性能和提高机械效率方面考虑，要求机构工作时的最大压力角a 尽可能小。按照传统的设计方法，选定较大的导杆摆角就可以得到较大的急回运动；选定合适的刨头导路位置就可以满足a 变小的要求；但是，如何实现刨头在切削行程中速度平稳，难以凭经验确定。而且，机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断．对上述六杆机构的设计进行了研究，运用Pro/mechanism设计方法和评估。图5表示的是机构速度和加速度的变化曲线。

图1 牛头刨床动力学分析及方案评估过程图

牛头刨床几何实体造型采用Pro/e软件建立，建立后在Pro/assmble和Pro/e模块里进行运动分析。

图1 牛头刨床机构简图

图牛头刨床方案1实体模型图牛头刨床方案2实体模型

牛头刨床实现刨头切削运动时刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程；此时要求刨头的速度较低且平稳．以减小原动机的容量和提高切削质量。刨头左行时，刨刀不工作．称空行程，此时要求刨头的速度较高以提高生产率。另外，从改善传力性能和提高机械效率方面考虑，要求机构工作时的最大压力角a 尽可能小。按照传统的设计方法，选定较大的导杆摆角就可以得到较大的急回运动；选定合适的刨头导路位置就可以满足a 变小的要求；但是，如何实现刨头在切削行程中速度平稳，难以凭经验确定。而且，机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断．对上述六杆机构的设计进行了研究，运用

Pro/mechanism设计方法和评估。图5表示的是机构速度和加速度的变化曲线。

图4 速度变化曲线图5 加速度变化曲线

由于在机构中，压力角与传动角互余，而传动角愈大对机构的传力愈有利。在连杆机构中常用传动角的大小及其变化情况来衡量机构传力性能的好坏．也就是说，压力角越小对传力愈有利。图5表示的是机构压力角的变化曲线。

图6 压力角变化曲线

方案2采用曲柄滑块机构。该结构简单，能承受较大的载荷，但存在较大的特点：一是由于从动件冲程较大，要有较大的曲柄，从而机构活动所所需要的空间也较大，二是机构随着从冲程速度比例因子k的增大，压力角也会增加，使得穿立特性变差。

方案1由摆动连杆机构和摇杆滑块机构串联而成，在传力特性和从动件的速度变化方面都比较缓慢，而且随着冲程速度比因子k 的增大，机构的压力角变化仍然变化较小。但缺点是该机构占用空间位置比较大，而且随着零件的增加机器的故障率也会有所增加。小结从工程实际出发，运用虚拟样机技术，利用动力学分析软件Pro/mechanism，依靠机构动力学的基本理论，对牛头刨床机构进行设计，做出速度和加速度压力角变化曲线图并进行比较，得出的结果为评估方案及决择提供了可行性依据。运用该技术

可以提高设计效率、选择合适的方案、减少产品试验周期、以获得成本缩减以及收入和利润持续增加之间的平衡。

本机床用于刨削各种平面和成型面，适于单件和小批生产。

机床的主切削运动和进给运动均为液压传动，可无级调速，具有液压过载保险装置，传动平稳，超程量小，启动和停止灵活可靠，机床刚性好，切削力大，换向精度高，油温低，热变形小，精度稳定，能适应强力切削和连续工作。

机床工作台能实现快速垂直和水平移动，刀架具有自动抬刀机构，机床手柄集中，操作方便。工作精度（第一个图的参数）