金属切削机床 第12章 机床操纵机构设计

第十二章第十二章 操纵机构设计操纵机构设计第一节 单独操纵机构 单独操纵机构是一个操纵件控制一个被操纵件，其结构简单，制造容易，单独操纵机构是一个操纵件控制一个被操纵件，其结构简单，制造容易，但被操纵件较多时，会使操纵件增多，不易布置。单独操纵机构的结构形式很但被操纵件较多时，会使操纵件增多，不易布置。单独操纵机构的结构形式很多，按执行件拨动被操纵件的方式，可分为摆动式和移动式两种。多，按执行件拨动被操纵件的方式，可分为摆动式和移动式两种。一、摆动式操纵机构 摆动式操纵机构结构简单，在机床上应摆动式操纵机构结构简单，在机床上应用很普遍。结构如图。用很普遍。结构如图。由手柄由手柄4 4经转轴经转轴5 5、摆杆、摆杆3 3、滑块、滑块2 2使齿轮使齿轮1 1沿花键轴移动。当操纵力较大或被操纵件距沿花键轴移动。当操纵力较大或被操纵件距离较远时，应设置中间传动装置。机械传动离较远时，应设置中间传动装置。机械传动装置可以是杠杆、齿轮、链轮等。如果因操装置可以是杠杆、齿轮、链轮等。如果因操纵力太大而设置传动装置时，传动比应小于纵力太大而设置传动装置时，传动比应小于1 1；因距离较远设置传动装置时，传动比常取为因距离较远设置传动装置时，传动比常取为1 1。二、移动式操纵机构 当移动件移动距离当移动件移动距离L L较长时，用摆动式操纵机构会使偏移量较长时，用摆动式操纵机构会使偏移量a a 太大或摆杆长太大或摆杆长度太长，这时采用移动式操纵机构较适宜。度太长，这时采用移动式操纵机构较适宜。手柄转动齿轮手柄转动齿轮4 4、经齿条、经齿条3 3，使拨叉，使拨叉1 1沿导杆沿导杆2 2移动，这时手柄的转角移动，这时手柄的转角a a 可可大于大于9090。这种结构比摆动式要复杂一些。这种结构比摆动式要复杂一些。为了使操纵机构尽量集为了使操纵机构尽量集中在一起，有时还可以把两中在一起，有时还可以把两个转轴套装，使两个操纵手个转轴套装，使两个操纵手柄安装在同一个轴线上，如柄安装在同一个轴线上，如图所示。手柄图所示。手柄6 6通过套通过套7 7、摆、摆杆杆8 8和滑块和滑块9 9控制齿轮控制齿轮1010；捏；捏手手5 5通过转轴通过转轴4 4、摆杆、摆杆3 3和滑和滑块块2 2控制齿轮控制齿轮1 1。一种一种直接装在滑移齿轮上的直接装在滑移齿轮上的钢球定钢球定位机构，位机构，定位锥坑只能在装配前加工，定位锥坑只能在装配前加工，就很难保证定位准确。就很难保证定位准确。第二节 集中操纵机构 集中操纵机构是用一个操纵件控制多个被操纵件，因而其结构紧凑，使用集中操纵机构是用一个操纵件控制多个被操纵件，因而其结构紧凑，使用方便省时，有利于提高生产效率，但结构较复杂。方便省时，有利于提高生产效率，但结构较复杂。集中变速操纵机构可分为顺序变速、选择变速和预选变速集中变速操纵机构可分为顺序变速、选择变速和预选变速3 3种类型。种类型。一、顺序变速操纵机构 顺序变速是指各级转速的变换按一定的顺序变速是指各级转速的变换按一定的顺序进行，即从某一转速转换到按顺序为非顺序进行，即从某一转速转换到按顺序为非相邻的另一种转速时，滑移齿轮必须按顺序相邻的另一种转速时，滑移齿轮必须按顺序经过中间各级转速的啮合位置。经过中间各级转速的啮合位置。1.工作原理 图为平面凸轮集中操纵的四级变速传动图为平面凸轮集中操纵的四级变速传动原理图。轴原理图。轴上有两个双联滑移齿轮上有两个双联滑移齿轮A A与与B B。这两个滑移齿轮由一个平面凸轮上的一条曲这两个滑移齿轮由一个平面凸轮上的一条曲线槽同时控制。该曲线槽称公用凸轮曲线。线槽同时控制。该曲线槽称公用凸轮曲线。2.公用凸轮曲线方案的确定 图为某机床主传动系统及其转速图。图为某机床主传动系统及其转速图。A A和和B B分别表示轴分别表示轴、上的三联滑移上的三联滑移齿轮，两个滑移齿轮在不同啮合位置时轴齿轮，两个滑移齿轮在不同啮合位置时轴的转速按由低到高的顺序排列。另的转速按由低到高的顺序排列。另一图为凸轮曲线图，这个方案虽然能实现转速由低到高的顺序变速，但定位点一图为凸轮曲线图，这个方案虽然能实现转速由低到高的顺序变速，但定位点多（多（29291818），具有大行程的曲线段多，压力角大，所以凸轮曲线工作性能），具有大行程的曲线段多，压力角大，所以凸轮曲线工作性能不好。不好。3.其他参数的确定 1 1）滚子中心在凸轮圆周上的起始位置。）滚子中心在凸轮圆周上的起始位置。2 2）凸轮行程量及凸轮半径。）凸轮行程量及凸轮半径。3 3）杠杆比。）杠杆比。4 4）验算凸轮压力角。）验算凸轮压力角。二、选择变速操纵机构 选择变速是指一个转速转换到另一个转速时，各滑移齿轮不经过中间各级选择变速是指一个转速转换到另一个转速时，各滑移齿轮不经过中间各级转速的啮合位置的变速方式。这样，齿轮顶住的机会减少，变速时间缩短，操转速的啮合位置的变速方式。这样，齿轮顶住的机会减少，变速时间缩短，操作省力，但结构稍复杂。作省力，但结构稍复杂。下面以孔盘式选择变速集中操纵机构为例，说明其工作原理和孔盘的设计。下面以孔盘式选择变速集中操纵机构为例，说明其工作原理和孔盘的设计。1.工作原理 图为铣床进给变速操纵机构。在孔盘图为铣床进给变速操纵机构。在孔盘1 1上分布着许多孔。有两种不同尺上分布着许多孔。有两种不同尺寸的孔：大孔和小孔。孔盘固定在轴寸的孔：大孔和小孔。孔盘固定在轴2 2上，可随轴转动，也可随轴作轴向移动。上，可随轴转动，也可随轴作轴向移动。每一对齿条轴带动一个拨叉，齿条轴移动时即拨动滑移齿轮移动。每一对齿条轴带动一个拨叉，齿条轴移动时即拨动滑移齿轮移动。铣床进给变速操纵机构铣床进给变速操纵机构 孔盘工作原理孔盘工作原理 孔盘上孔的分布孔盘上孔的分布 2.孔盘的设计 1 1）孔的大小和排列。）孔的大小和排列。2 2）孔的位置和尺寸。）孔的位置和尺寸。3 3）其他尺寸。）其他尺寸。三、预选变速操纵机构 预选变速是指机床在加工过程中就预先选好下道工序所需要的转速，在完预选变速是指机床在加工过程中就预先选好下道工序所需要的转速，在完成上道工序停车后，只进行变速，不需选速的一种变速方式。它与前述的选择成上道工序停车后，只进行变速，不需选速的一种变速方式。它与前述的选择变速的主要区别就是选速过程和加工过程重合。如果把上述孔盘式选择变速机变速的主要区别就是选速过程和加工过程重合。如果把上述孔盘式选择变速机构中的定位元件安置在滑移齿轮上，就成了预选变速机构。预选变速机构可分构中的定位元件安置在滑移齿轮上，就成了预选变速机构。预选变速机构可分为机械的、液压的、电气的三种。现以某摇臂钻床的液压预选变速集中操纵机为机械的、液压的、电气的三种。现以某摇臂钻床的液压预选变速集中操纵机构为例，介绍其工作原理和预选阀阀芯设计方法。构为例，介绍其工作原理和预选阀阀芯设计方法。1.工作原理 该摇臂钻床主传动系统共有四个双联滑移齿轮，可以变换该摇臂钻床主传动系统共有四个双联滑移齿轮，可以变换1616种转速。其中种转速。其中一个滑移齿轮有三个变换位置，中位为空档。主轴正反转靠摩擦离合器变换。一个滑移齿轮有三个变换位置，中位为空档。主轴正反转靠摩擦离合器变换。2.预选阀阀芯的设计 首先，根据传动系统图和转速图确定四个滑移齿轮首先，根据传动系统图和转速图确定四个滑移齿轮A A、B B、C C、D D在各级转速在各级转速下的啮合位置。下的啮合位置。再根据各级转速下滑移齿轮的啮合位置再根据各级转速下滑移齿轮的啮合位置，确定对相应油缸油路的要求，列确定对相应油缸油路的要求，列于表于表中中。最后，根据表中的要求绘出分配阀阀芯的展开图。最后，根据表中的要求绘出分配阀阀芯的展开图。四、齿轮顺利进入啮合措施 变速机构采用滑移齿轮或端齿离合器时，为了避免打齿，变速过程一般在变速机构采用滑移齿轮或端齿离合器时，为了避免打齿，变速过程一般在停车后进行。为了防止停车变速时两个齿轮齿的端面相互顶住，不能进入啮合停车后进行。为了防止停车变速时两个齿轮齿的端面相互顶住，不能进入啮合位置，把轮齿端面倒成圆角，即使这样，也不能完全避免齿端顶住，特别是集位置，把轮齿端面倒成圆角，即使这样，也不能完全避免齿端顶住，特别是集中变速操纵时，这种现象发生的可能性更大。因此，经常采取一些使齿轮缓慢中变速操纵时，这种现象发生的可能性更大。因此，经常采取一些使齿轮缓慢转动而实现顺利啮合的措施有：转动而实现顺利啮合的措施有：1）用手扳动主轴或其他传动轴）用手扳动主轴或其他传动轴。2）点动电机。）点动电机。一种是在操纵过程中发现顶齿时，由操作者点动按钮，使电机点动。一种是在操纵过程中发现顶齿时，由操作者点动按钮，使电机点动。另一种是，进行变速操作时让变速手柄与点动开关联动，即滑移齿轮移位另一种是，进行变速操作时让变速手柄与点动开关联动，即滑移齿轮移位之前，先触及点动开关，使点动机点动之前，先触及点动开关，使点动机点动。3）电动机低速运转而使传动轴保持连续缓慢转动。）电动机低速运转而使传动轴保持连续缓慢转动。4）控制离合器以实现齿轮缓慢转动。）控制离合器以实现齿轮缓慢转动。5）用专用小电机实现齿轮的缓慢转动）用专用小电机实现齿轮的缓慢转动。