基于技能實訓(xùn)十字滑臺的研制與應(yīng)用*

李慶達(dá)，丁俊健，劉慶倫，黃紅兵，張亞民

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備智造學(xué)院，廣東中山 528436）

0 引言

近幾年來，數(shù)控機床裝調(diào)與技術(shù)改造競賽項目在中高職教育影響越來越大，十字滑臺機械裝調(diào)在中高職機電專業(yè)里是較為經(jīng)典的技能實踐模塊[1-2]。由于十字滑臺選型多、尺寸不一、制造周期長、成本高，而且質(zhì)量重不便移動，占用空間較大，在教學(xué)培訓(xùn)操作不利便。為了滿足中高職院校機電專業(yè)實現(xiàn)一體化課程教學(xué)和競賽培訓(xùn)的需要，研制一種設(shè)計制造周期短、制造成本低、技能知識豐富、操作方便、教學(xué)培訓(xùn)直觀等優(yōu)點于一體的十字滑臺（圖1），不但能滿足中高職院校技能實訓(xùn)的教學(xué)需求，而且還適用于中高職數(shù)控機床裝調(diào)與技術(shù)改造項目競賽的裝調(diào)實訓(xùn)[3-5]。該裝備通過3年的實踐驗證，不但圍繞教學(xué)內(nèi)容，還以數(shù)控機床裝調(diào)技能競賽知識為導(dǎo)向，共經(jīng)歷了3次升級改造和革新，使裝備機械結(jié)構(gòu)和技能知識更加豐富、完善，更具有科學(xué)性、實踐性、實用性，并在教學(xué)競技實踐中發(fā)揮得淋漓盡致[6-7]。本文主要內(nèi)容是以十字滑臺結(jié)構(gòu)設(shè)計分解和實踐應(yīng)用2個方面作闡述，進(jìn)一步驗證其作品在實踐應(yīng)用中更具有優(yōu)越性和高性價比。

圖1 十字滑臺

1 十字滑臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 水平調(diào)試

設(shè)備床身機構(gòu)由地腳、床身支承條、床身底板、檢測板、導(dǎo)軌支承座等零件組成，如圖2所示。將水平儀輕放在檢測區(qū)處，通過調(diào)節(jié)地腳以達(dá)到床身水平調(diào)試和檢驗的目的。其中床身支承條主要支承床身底板，提升剛性，根據(jù)組裝需求將床身底板（采用進(jìn)口機玻璃制作，品質(zhì)優(yōu)良，透明可視，便于教學(xué)演示用）在常拆裝的螺紋孔套上不銹鋼牙套，目的是防止?fàn)€牙或生銹，便于日后維護(hù)，降低成本，提高維護(hù)能效。

圖2 Y軸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖

1.2 Y軸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

水平調(diào)試完畢后，進(jìn)行Y軸直線導(dǎo)軌裝調(diào)，如圖2所示。遵循基準(zhǔn)導(dǎo)軌先行原則進(jìn)行調(diào)試。本方案均可采用單導(dǎo)軌定位和雙導(dǎo)軌定位方式。

單導(dǎo)軌定位是將1條導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝在床身的導(dǎo)軌槽上，底面和側(cè)面均有定位，通過契塊和螺釘固定，另一條作為非基準(zhǔn)導(dǎo)軌，單導(dǎo)軌定位裝調(diào)較為容易[8]。

雙導(dǎo)軌定位安裝是指2條導(dǎo)軌的側(cè)面均要定位，定位面要求的平行度誤差小，導(dǎo)軌槽底面高度設(shè)有微略偏差，其目的：一是調(diào)整導(dǎo)軌平行度誤差；二是調(diào)整墊調(diào)整導(dǎo)軌水平直線度誤差。當(dāng)導(dǎo)軌滑行精度要求較高時，調(diào)整難度也將提高，以達(dá)到技能實訓(xùn)的目的。

1.3 絲桿支承結(jié)構(gòu)

絲桿的支承結(jié)構(gòu)由電機座和軸承座組成。電機座主要連接電機（本案也可采用手輪連接方式代替電機驅(qū)動）和支承滾珠絲桿，另一端為滾珠絲桿游動支承的軸承座。將檢驗棒分別安裝在電機座和軸承座，通過杠桿千分表分別檢測其上母線和側(cè)母線，保證其同軸的精度，然后小心輕巧拆下檢驗棒，再根據(jù)滾珠絲桿、軸承的滑行精度要求進(jìn)行安裝，最后再用杠桿千分表復(fù)檢一次，以保障預(yù)期技能實踐的質(zhì)量。

1.4 軸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

在Y軸基層完成的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行X軸基板的安裝。然而X軸導(dǎo)軌要與Y軸導(dǎo)軌交叉成90°，可以借用三角尺和杠桿千分表檢測調(diào)試，保證X軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌與Y軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌達(dá)到垂直的精度要求，依次科學(xué)合理穩(wěn)固好X軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌的螺絲，再進(jìn)行X軸的另一條導(dǎo)軌安裝調(diào)試。

通過上述結(jié)構(gòu)思路和方法依序安裝調(diào)試X軸導(dǎo)軌、絲桿支承及拖板等模塊，最后科學(xué)合理地完成十字滑臺的安裝與調(diào)試工作。裝調(diào)項目綜合性強，整體結(jié)構(gòu)涵蓋如導(dǎo)軌的直線度、導(dǎo)軌間平行度、導(dǎo)軌與絲杠平行度、上下板之間的垂直度等內(nèi)容，是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生裝調(diào)技能的重點。

2 實踐應(yīng)用

2.1 應(yīng)用優(yōu)點

該設(shè)計緊扣崗位職業(yè)能力要求，結(jié)合機械裝調(diào)專業(yè)知識點、技能點，具有模式化和知識塊結(jié)構(gòu)。既可單層直線滑臺技能實訓(xùn)，也可以組成十字滑臺實訓(xùn)實踐，內(nèi)容可由簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，層層深入，具有將科學(xué)性、選擇性、靈活性、復(fù)雜性等融為一體的學(xué)習(xí)模式。研制成本低，生產(chǎn)周期短，適應(yīng)性、靈活性、實用性強。

2.2 裝調(diào)工藝

（1）裝調(diào)準(zhǔn)備工作

在裝配調(diào)試前，首先備齊一套整機的零件及其緊固件；其次，準(zhǔn)備齊全有關(guān)的裝配用的工量具（銅棒，扳手、螺絲刀、專業(yè)工具和儀表儀器等）；然后，可適當(dāng)準(zhǔn)備防銹清洗劑、專用抹布、手套等物品以備用。將Y軸底座放置在工作臺上并將安裝導(dǎo)軌的平面擦拭干凈。

（2）水平調(diào)試

主要采用水平儀器對床身基座進(jìn)行水平調(diào)試和檢測。若基座水平出現(xiàn)偏差，可以科學(xué)有序地調(diào)節(jié)地腳上的螺母進(jìn)行適當(dāng)擰緊，預(yù)防在后續(xù)安裝出現(xiàn)擺動或變形現(xiàn)象。

（3）Y軸導(dǎo)軌安裝

安裝直線導(dǎo)軌時輕拿輕放，避免磕碰影響導(dǎo)軌的直線精度。將Y軸導(dǎo)軌置于導(dǎo)軌支承面上，注意基準(zhǔn)方向。預(yù)緊導(dǎo)軌螺釘，接著有序預(yù)緊斜壓塊螺釘，最后用扭力扳手緊固導(dǎo)軌螺釘，保證螺釘穩(wěn)固扭力一致。將水平尺安放在床身基座墊塊上，調(diào)整水平尺高度，使之兩端與導(dǎo)軌等高。將表座安放在滑塊上，表針接觸水平尺上表面，移動表座，檢測各位置的高度尺寸，偏差在0.03 mm（具體數(shù)值根據(jù)要求而定）之內(nèi)。如導(dǎo)軌出現(xiàn)高低超差，并做好超差記錄。拆下導(dǎo)軌，用墊片（或塞尺）調(diào)整低點的高度，重復(fù)調(diào)試上述步驟，直至尺寸合格。同理，按相同的方法調(diào)試另外一條導(dǎo)軌。保證主副導(dǎo)軌的等高和平行等距，如圖3所示。預(yù)緊導(dǎo)軌螺釘安裝方法有2種：一種是從導(dǎo)軌一端向另一端有序進(jìn)行；另一種是從中間向兩側(cè)逐步預(yù)緊。

圖3 Y軸導(dǎo)軌調(diào)測

（4）Y軸絲桿軸承座裝調(diào)

絲桿驗棒的安裝，將絲桿驗棒分別置于絲桿軸承座孔中，用螺釘緊固；將裝配驗棒的軸承座組件分別安放在Y軸底座上，用螺釘預(yù)緊；檢查兩驗棒主母線高度，先調(diào)整主母線偏高的軸承座，使主母線與導(dǎo)軌平行（在軸承座底部墊墊片或塞尺，平行度數(shù)據(jù)按要求調(diào)整）；再調(diào)整另一個軸承座（在軸承座底部墊墊片或塞尺），使兩驗棒主母線等高（同軸度數(shù)據(jù)按要求調(diào)整）；調(diào)整兩軸承座位置，使軸承座側(cè)母線同軸，并與兩導(dǎo)軌對此（同軸度、對稱度數(shù)據(jù)按要求調(diào)整）；用扭力扳手將螺釘緊固到規(guī)定要求。

（5）Y軸絲桿裝配

從絲桿軸承座上拆下驗棒，將Y軸絲桿置于軸承座孔內(nèi)，軸承依標(biāo)準(zhǔn)加入適當(dāng)牛油，軸承采用背靠背的裝配方式，故先將第一個軸承內(nèi)較寬的朝下需到底，再用專用工裝壓一下；再裝入第二個軸承，且“箭頭”須對齊（鎖扣朝下）；裝配軸套，鎖緊螺母；安裝軸承壓蓋，安裝另一端軸承、卡簧、軸承壓蓋。

（6）X軸基座安裝

將X軸底座面擦拭干凈，安置在Y軸滑塊上并將安裝導(dǎo)軌的平面也擦拭干凈。同樣采用水平儀將X基座調(diào)試水平，調(diào)試好X軸底座與Y軸絲桿座精密連接裝配，并科學(xué)有序地預(yù)緊螺釘，反復(fù)測試Y軸絲桿的轉(zhuǎn)動順暢度和穩(wěn)定極小的摩擦系數(shù)。最后緊固螺釘達(dá)到要求。

（7）X軸導(dǎo)軌安裝

將X軸導(dǎo)軌置于安裝面上，注意基準(zhǔn)方向，從導(dǎo)軌一端向另一端有序進(jìn)行預(yù)緊導(dǎo)軌螺釘，接著安裝導(dǎo)軌滑塊備用。為了讓X軸導(dǎo)軌與Y軸導(dǎo)軌相互垂直，需要進(jìn)行如下步驟調(diào)測：第一，采用水平尺進(jìn)行檢測調(diào)試導(dǎo)軌的水平度；第二，利用直角尺的短邊緊貼Y軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌，百分表（或千分表）座磁吸在X軸導(dǎo)軌滑塊上，表頭指針對直角尺的長邊進(jìn)行移動檢測X軸導(dǎo)軌與Y軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌的垂直度（圖4），如X軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌直線度出現(xiàn)直線超差，做好對應(yīng)位置超差記錄。

圖4 檢測X軸與Y軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌的垂直度

松開導(dǎo)軌螺釘，用墊片（或塞尺）進(jìn)行調(diào)試，并與斜壓塊預(yù)緊有機相結(jié)合，調(diào)測好導(dǎo)軌的直線度，直至達(dá)到與Y軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌規(guī)定的垂直要求；然后穩(wěn)固X軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌的螺釘；最后再進(jìn)行X軸副導(dǎo)軌的調(diào)測，其操作步驟方法與Y軸主副導(dǎo)軌裝調(diào)方法一致，保證X軸主副導(dǎo)軌的等高和平行等距。

（8）X軸絲桿軸承座及絲桿安裝

在X軸主副導(dǎo)軌調(diào)測好的基礎(chǔ)上，進(jìn)行X軸絲桿軸承座裝調(diào)，其操作步驟檢測方法與上述步驟（4）和步驟（5）中Y軸絲桿軸承座、絲桿裝調(diào)一樣，在此不再重復(fù)描述。但值得注意的是：當(dāng)將軸承座上的檢驗棒拆下來時，注意不能大力敲擊，以免影響軸承座的同軸精度；絲桿安裝完畢后，再用百分表（或千分表）進(jìn)行絲桿的徑向跳動（旋轉(zhuǎn)兩圈）檢測和絲桿與導(dǎo)軌的平行度、等高度檢測。

（9）工作臺裝調(diào)

在安裝工作臺（拖板）時，要注意絲桿螺母固定座與拖板的安裝，如有間隙可采用塞尺進(jìn)行調(diào)整；在擰緊螺釘時，不能直接擰固，要通過轉(zhuǎn)動絲桿來帶動拖板，讓拖板在導(dǎo)軌上有效的行程內(nèi)來回往返測試，調(diào)整和消除螺母座與拖板連接的誤差間隙，降低調(diào)測過程所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和摩擦系數(shù)，提高絲桿螺母副、導(dǎo)軌、滑塊等之間順暢度。

（10）X、Y滑臺檢驗

在完成十字滑臺的裝調(diào)基礎(chǔ)上，分別在X、Y軸電機座處安裝步進(jìn)電機（或伺服電機），利用電控系統(tǒng)進(jìn)行電機驅(qū)動。在工作臺上放置直角尺，用百分表（或千分表）檢測，使直角尺的一邊與X軸基準(zhǔn)導(dǎo)軌平行，然后通過X、Y軸電控系統(tǒng)分別驅(qū)動相應(yīng)軸滑動，檢測X、Y軸的直線度、垂直度、X、Y軸的重復(fù)定位精度等。

2.3 教學(xué)效果

在知識、能力和情感目標(biāo)上，學(xué)生均能從中了解直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠安裝精度對機床精度和使用的影響，并能正確對其安裝以達(dá)到技能訓(xùn)練的目的，訓(xùn)練中還可以使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、規(guī)范操作和安全文明生產(chǎn)的良好習(xí)慣[9]。

3 結(jié)束語

本文圍繞著職業(yè)技能、競賽、教學(xué)培訓(xùn)的思路，展開技能實訓(xùn)十字滑臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。經(jīng)過3年教學(xué)競技實踐與檢驗，教學(xué)實踐作品不斷完善，機械裝調(diào)課程的改革得到穩(wěn)步推進(jìn)，學(xué)生對理論知識的理解能力和技能競技的動手能力有著顯著提高，學(xué)生整體綜合素質(zhì)也逐步提升。學(xué)生參加相應(yīng)的數(shù)控裝調(diào)技能競賽獲得佳績，驗證了十字滑臺的研制及其應(yīng)用具有良好的借鑒意義。