基于MATLAB的牛头刨床连杆机构运动分析

牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的控制。本文中只分析纵向运动的运动特性。牛头刨床有很多机构组成， 其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。当刨刀处于返回行程时， 刨刀不工作， 称为空行程， 此时要求刨刀的速度较高以提高生产率。由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的影响。

1 牛头刨床的六连杆机构

牛头刨床有很多机构组成， 其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。杆1为原动件，刨刀装在C点上。假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨刀C点的位移、速度和加速度的变化情况。

表1   六连杆机构的尺寸参数（单位：mm）

2 六连杆机构的运动分析方程

1）位置方程

3 程序流程图

4 运动曲线与机构运动特性分析    用Matlab作出六连杆机构运动—时间曲线，如下：

1. 从图2a和图2b可知，3、4均为摇杆，均不做完整的圆周运动。
2. 当vc>0时，刨刀处于工作行程内，当vc<0时，刨刀处于空行程（非工作行程）内。从图2d和图3d容易看出，当刨刀处于工作行程时，刨刀运动平稳，速度较低，保证了加工质量，当刨刀处于空行程时，刨刀运动较快，提高了加工效率。
3. 从加速度变化曲线图知，3杆、4杆没有刚性冲击（加速度发生突变）和柔性冲击（加速度的斜率发生突变），在工作行程阶段杆件受力较为稳定。