一種實(shí)訓(xùn)工廠的排屑器設(shè)計(jì)方法

梁 堃

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750002）

機(jī)械加工制造的過程會產(chǎn)生大量的切屑。傳統(tǒng)的解決辦法是由人工來進(jìn)行清理并最終將切屑匯至大的切屑箱內(nèi)，定期用天車將切屑箱吊至汽車上運(yùn)出。目前我校的實(shí)訓(xùn)工廠使用的大量數(shù)控機(jī)床均采用人力的方式處理切屑，在實(shí)訓(xùn)課結(jié)束后由學(xué)生集中清掃處理，這種方式與目前生產(chǎn)車間主流的切屑處理方式存在差距，不利于學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中掌握機(jī)加工車間的實(shí)際情況；由我院教師自行設(shè)計(jì)開發(fā)，轉(zhuǎn)而將設(shè)計(jì)完成的數(shù)據(jù)尋求廠家來完成制作，則會節(jié)省一筆可觀的設(shè)計(jì)費(fèi)用；并且配備自動排屑器后，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中也會掌握一些自動排屑器的使用要求，并且培訓(xùn)學(xué)生學(xué)會排除一些自動排屑設(shè)備的常見故障，增加了學(xué)生的技能。本文討論的是以寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)工廠中使用的數(shù)控機(jī)床、手動操作車床等機(jī)床為對象，為其設(shè)計(jì)一種排屑器，完成排屑器的三維模型制作。

1 排屑器設(shè)計(jì)方案

進(jìn)行排屑器相關(guān)資料收集與分析。先對現(xiàn)有的排屑器種類進(jìn)行收集分析，選擇適合我校實(shí)訓(xùn)工廠機(jī)床使用的排屑器種類，通過對比分析，考慮排屑器的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等，確定排屑器的種類。目前機(jī)床排屑器分為鏈板式、刮板式、磁性刮板式、螺旋式、反沖滾筒式等。這些排屑器有各自的特點(diǎn)和使用范圍：

（1）螺旋式。通過減速機(jī)驅(qū)動帶有螺旋葉的旋轉(zhuǎn)軸推動物料向前（向后），集中在出料口，落入指定位置，該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，安裝使用方便，傳動環(huán)節(jié)少，故障率極低，適用于排屑空間狹小，其他排屑形式不易安裝的機(jī)床。

（2）刮板式。刮板排屑器的輸送速度選擇范圍廣，工作效率高，有效排屑寬度多樣化，可提供充足的選用范圍。在處理磨削加工中的金屬砂粒、磨粒，以及汽車行業(yè)中的鋁屑效果比較好，刮板兩邊裝有特制鏈條，刮屑板的高度及分布間距可隨機(jī)設(shè)計(jì)，因而傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度好。并可根據(jù)用戶需要加鋼網(wǎng)反沖、刮屑器、渦流分離器、油水分離器等形成綜合過濾系統(tǒng)提高產(chǎn)品表面加工精度，節(jié)約冷卻液，降低工人勞動強(qiáng)度，是一種應(yīng)用比較廣泛的機(jī)床輔助裝置。但是存在刮板受所使用的材料限制強(qiáng)度有限，容易出現(xiàn)變形導(dǎo)致排屑器卡死等故障發(fā)生；并且只適用于碎屑、顆粒狀切屑等，無法適應(yīng)多種切屑。

因此，經(jīng)過實(shí)際考察實(shí)訓(xùn)工廠機(jī)床設(shè)備平時加工的工件種類和產(chǎn)生的切屑類型，考慮到鏈板排屑器的使用壽命長、鏈板不易變形卡死，可承受較大的載荷等有點(diǎn)，綜合考慮使用成本、制造成本以及日后的維護(hù)使用便利性，本項(xiàng)目決定采用鏈板式排屑器的設(shè)計(jì)方案。

2 確定排屑器的具體參數(shù)

根據(jù)實(shí)際使用情況，確定排屑器的主要參數(shù)，包括外形尺寸、電機(jī)功率等參數(shù)。考慮到實(shí)訓(xùn)工廠目前常用的機(jī)床在學(xué)生實(shí)訓(xùn)時多為干式切削加工，因此不需要考慮排屑器的排水問題；另外考慮鏈板采購成本，采用最常用的鏈板寬度為343mm的鏈板情況下，排屑器的主體寬度為413mm（如圖1所示）。

圖1 排屑器主體寬度

考慮到排屑器需要排出的切屑大小、切屑是否容易爬升及排屑器所占空間等因素，將排屑器的主體角度定為60°（如圖 2所示）。

考慮配套使用的集屑小車的高度和大小（主要通過每天所需鐵屑處理量的多少決定），確定主體高度為650mm。因?yàn)閷?shí)訓(xùn)工廠所使用的機(jī)床種類較多，為了降低排屑器設(shè)計(jì)、制造的成本，在設(shè)計(jì)時把排屑器的主體長度作為一個可變值，以L表示，如圖3所示。

圖2 排屑器主體角度、高度

圖3 排屑器主體長度（圖中L表示主體長度）

通過實(shí)際測量、資料收集的經(jīng)驗(yàn)尺寸等方法，一一確定好排屑器的尺寸，完成排屑器的方案，通過科研團(tuán)隊(duì)的討論后最終確定好排屑器的所有數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一步工作。

（1）進(jìn)行排屑器的三維模型設(shè)計(jì)。本次項(xiàng)目使用的三維設(shè)計(jì)軟件為Solidworks2014版本。SolidWorks是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維 CAD系統(tǒng)，為達(dá)索系統(tǒng)公司（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品，在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。

由于Solidworks的種種優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)際的機(jī)械制造相關(guān)業(yè)務(wù)的公司使用率也非常高，為了保證后期尋找合作制造排屑器公司的便利性，因此本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的三維模型使用Solidworks軟件來進(jìn)行。

（2）進(jìn)行排屑器的仿真驗(yàn)證。完成排屑器的三維模型設(shè)計(jì)后，需要進(jìn)行的仿真主要是避免排屑器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生運(yùn)動干涉，導(dǎo)致排屑器卡死損壞，因此排屑器的運(yùn)動仿真主要針對排屑器鏈板的運(yùn)動軌跡，具體方法是將排屑器鏈板的運(yùn)動軌跡在模型中畫出，然后對照鏈板的尺寸沿鏈板在排屑器中運(yùn)動的軌道進(jìn)行一一確認(rèn)，保證鏈板在運(yùn)動中不會發(fā)生干涉，如圖4所示。

另外，為了防止排屑器制造完成后與所配套的機(jī)床配合是發(fā)生干涉，需要確認(rèn)機(jī)床出屑位置與排屑器的收集切屑位置尺寸相配合，避免出現(xiàn)無法安裝的情況。

通過最后的干涉檢查的仿真后，整個排屑器的設(shè)計(jì)研制隨即完成。

圖4 鏈板運(yùn)動軌跡

3 結(jié)語

（1）主要考慮了實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，因此創(chuàng)新性不足。本次項(xiàng)目考慮到排屑器后續(xù)如果批量制作供實(shí)訓(xùn)工廠使用，應(yīng)盡量使用目前市場上的成熟技術(shù)，避免采用很多沒有經(jīng)過驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致排屑器制造出來以后無法正常使用而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)等問題。相應(yīng)的建議：在下一步的工作中，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)著重研究學(xué)習(xí)目前三維設(shè)計(jì)軟件中所附帶的一些類似有限元分析、運(yùn)動仿真分析等功能，在完成三維設(shè)計(jì)后就可以對所設(shè)計(jì)的排屑器設(shè)備進(jìn)行有限元受力分析，對分析出的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)，保證排屑器的可靠性和使用壽命；同時進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，避免出現(xiàn)運(yùn)動干涉問題，并且可以消除異常的震動等問題，使排屑器在采用新結(jié)構(gòu)的情況下避免對可靠性、使用壽命等帶來的影響。

（2）目前實(shí)訓(xùn)工廠的設(shè)備無法自己制作排屑器成品。本項(xiàng)目中的排屑器設(shè)備需要進(jìn)行激光切割、數(shù)控折彎兩種金屬加工方式是目前學(xué)校實(shí)訓(xùn)工廠不具備的，其他的金屬加工工藝，如數(shù)控機(jī)加工、焊接、涂裝等都可以實(shí)現(xiàn)，所以無法完全靠實(shí)訓(xùn)工廠實(shí)現(xiàn)排屑器成品的生產(chǎn)制作。相應(yīng)的建議：聯(lián)系相關(guān)的企業(yè)，提供切割和數(shù)控折彎代加工，將加工好的半成品鈑金件帶回學(xué)校，使用學(xué)校現(xiàn)有的設(shè)備完成后續(xù)的制造工藝，這樣可以進(jìn)一步降低排屑器生產(chǎn)的成本；并且學(xué)生在焊接實(shí)訓(xùn)、數(shù)控機(jī)加工實(shí)訓(xùn)時可以去制作排屑器的相關(guān)零部件，這樣既減少了廢料的產(chǎn)生，又鍛煉了學(xué)生實(shí)際制造產(chǎn)品的能力，如果能實(shí)現(xiàn)這種方式去制作排屑器，將會是一舉多得的項(xiàng)目。

（3）產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益無法體現(xiàn)。因?yàn)楸敬雾?xiàng)目的成果是一套三維模型，雖然鍛煉了參與項(xiàng)目的老師們的CAD軟件使用能力，但是沒有體現(xiàn)出實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。相應(yīng)的建議：目前學(xué)校已經(jīng)成立了許多技術(shù)中心，尤其機(jī)械工程系創(chuàng)立了現(xiàn)代裝備技術(shù)研究中心，參與過項(xiàng)目的教師可以把項(xiàng)目學(xué)到的軟件使用方法應(yīng)用在研究中心的一些機(jī)械設(shè)計(jì)等需要進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的項(xiàng)目上，多進(jìn)行橫向課題，使學(xué)到的軟件使用技能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。