數(shù)控機床十字滑臺實訓(xùn)設(shè)備的研究與改進(jìn)

汪相衡 楊亞琴

摘要：數(shù)控機床機械部件裝調(diào)課是數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程。本文依據(jù)高技能人才培養(yǎng)目標(biāo)，為解決實訓(xùn)設(shè)備不足的問題，滿足人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合企業(yè)實際需求，開發(fā)出一套實訓(xùn)用數(shù)控機床十字滑臺模擬設(shè)備，解決了教學(xué)和實踐過程中的裝配難題。

關(guān)鍵詞：機床裝調(diào);培養(yǎng)目標(biāo);整機裝配;裝配精度

中圖分類號：TP273.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0090-02

0 ?引言

機械制造業(yè)是一個國家的基礎(chǔ)行業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。目前我國機械制造業(yè)正處于發(fā)展關(guān)鍵期。當(dāng)前的機械制造雖然規(guī)模龐大，但是自主知識產(chǎn)權(quán)少，制造產(chǎn)品多為仿制，高精尖裝備制造能力差。高端產(chǎn)品制造需要高精度的機床加工設(shè)備，而高精度機床設(shè)備需要制造者擁有較高的技術(shù)水平。滑臺在機床加工過程中起到重要作用，其依靠直線導(dǎo)軌實現(xiàn)水平方向的移動。導(dǎo)軌的裝配精度直接影響到滑臺的運動精度，也影響了工件的加工精度，因此在機床裝調(diào)過程中，導(dǎo)軌與滑臺的各項精度調(diào)節(jié)需要操作人員擁有較高的技術(shù)水平。作為數(shù)維專業(yè)的學(xué)生，需要熟練掌握各項機床裝調(diào)技能，因此需要大量實踐練習(xí)來提升技術(shù)水平，但由于真實機床導(dǎo)軌與滑臺組合體型較大，且價格昂貴，如果在訓(xùn)練中操作不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成的損失較過大，不適合直接當(dāng)做實訓(xùn)設(shè)備。為解決實訓(xùn)設(shè)備不足的問題，滿足人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合企業(yè)實際需求，現(xiàn)需要開發(fā)出一套實訓(xùn)用數(shù)控機床十字滑臺模擬設(shè)備。

1 ?實訓(xùn)目的

《數(shù)控機床機械部件的裝調(diào)》是數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)一門專業(yè)核心課程。這門課將為畢業(yè)生從事機床機械裝調(diào)工作打下一個堅實的實踐和理論基礎(chǔ)，也是后續(xù)從事數(shù)控機床維修和調(diào)試等技術(shù)工作所須職業(yè)能力培養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。課程的主要功能是在了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，以實際數(shù)控機床機械部件裝配為目標(biāo)，掌握數(shù)控車床、加工中心的機械部件的裝配技術(shù)技術(shù)，同時培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量意識、團(tuán)隊合作意識和工作敬業(yè)精神。

我國正在進(jìn)行從制造大國變制造強國的轉(zhuǎn)變，想要實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，需要大量擁有掌握高端制造技術(shù)的技能人才。大量高端機床被投入到了生產(chǎn)加工中。這些設(shè)備在日常需要進(jìn)行維護(hù)升級和維修，這就需要我們數(shù)維專業(yè)依據(jù)企業(yè)的實際用人需要，培養(yǎng)出合格的數(shù)維技能人才。

2 ?現(xiàn)有設(shè)備情況

近年來隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，學(xué)校越來越注重培養(yǎng)生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)等崗位需求的實用型、技能型專門人才，進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力和分析解決問題的能力，全面學(xué)習(xí)掌握數(shù)控系統(tǒng)的控制原理、數(shù)控編程、電氣設(shè)計方法及安裝調(diào)試與維修。但是，大多數(shù)高校面臨缺乏此類的數(shù)控培訓(xùn)設(shè)備。

在機床滑臺裝調(diào)環(huán)節(jié)，通過使用實訓(xùn)用十字滑臺實驗設(shè)備，結(jié)合真實機床結(jié)構(gòu)圖，使學(xué)生了解機床滑臺工作原理及裝調(diào)過程，并進(jìn)行動手實踐。通過拆裝和精度調(diào)節(jié)加深學(xué)習(xí)印象，同時提升學(xué)生動手能力。

目前的十字滑臺實訓(xùn)設(shè)備主要是讓學(xué)生了解了安裝過程，對于一些精度調(diào)節(jié)過程沒有設(shè)計實訓(xùn)環(huán)節(jié)，因此學(xué)生對于裝調(diào)學(xué)習(xí)只有“裝”而沒有“調(diào)”。例如有些設(shè)備直接設(shè)計好了導(dǎo)軌槽，只需將導(dǎo)軌放入，再將螺栓擰緊就算完成了，對導(dǎo)軌直線度、水平度等精度完全沒有涉及，對學(xué)生起不到一點實訓(xùn)效果。

有些實訓(xùn)設(shè)備雖設(shè)計了精度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，但是在設(shè)計方面仍有欠缺，例如部分設(shè)備在直線導(dǎo)軌裝調(diào)環(huán)節(jié)，導(dǎo)軌直接放在底板上，沒有任何定位裝置，完全依靠固定導(dǎo)軌的螺栓調(diào)節(jié)，如圖1所示。這樣設(shè)計造成導(dǎo)軌左右直線度與上下直線度不能同時兼顧調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)一項精度時必定對另一項精度造成破壞。這樣的設(shè)備不能達(dá)到訓(xùn)練的目的，反而浪費學(xué)生大量時間。

目前存在的實訓(xùn)設(shè)備細(xì)節(jié)處與真實機床仍存在差別。例如在直線導(dǎo)軌兩頭未設(shè)置限位裝置如圖2所示，學(xué)生在調(diào)節(jié)導(dǎo)軌精度時，容易將滑塊移出軌道，滑塊內(nèi)部的滾珠需要特殊機器安裝，如發(fā)生滾珠掉落會導(dǎo)致滑塊直接報廢，影響下次使用。

在滾珠絲桿直線度調(diào)節(jié)測試時，沒有合適的輔助工具，無法在不改變百分表與絲桿螺紋相對位置的情況下，測得滾珠絲桿與直線導(dǎo)軌的平行度;需將百分表表頭與絲桿螺紋接觸后直接來回拖動百分表，造成百分表側(cè)頭脫落，影響后續(xù)百分表的正常使用。市面上的實訓(xùn)設(shè)備有些設(shè)計與真實機床不符，反而會誤導(dǎo)學(xué)生。例如在地腳調(diào)平環(huán)節(jié)上，未仿照真實機床的情況進(jìn)行設(shè)計，僅僅用螺栓代替地腳，并且螺栓直接與平臺接觸，在水平調(diào)節(jié)時工具不易使用，給操作者帶來不便。

目前這些現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備裝調(diào)實驗臺配備的十字工作臺存在設(shè)計不當(dāng)或設(shè)計錯誤，不僅不能對提高學(xué)生技能水平，而且會對學(xué)生留下錯誤印象，為日后工作生活留下隱患。

3 ?新型實訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)與設(shè)計

為了適應(yīng)市場需求，提升國家數(shù)控設(shè)備維護(hù)專業(yè)整體技術(shù)水平，需要對數(shù)維專業(yè)學(xué)生進(jìn)行精確培養(yǎng)，通過數(shù)控機床裝調(diào)實訓(xùn)，使學(xué)生對機床有所了解認(rèn)識，并通過實踐加強記憶。這將為學(xué)生畢業(yè)后從事機床機械裝調(diào)工作打下一個堅實的實踐和理論基礎(chǔ)，也是后續(xù)從事數(shù)控機床維修和調(diào)試等技術(shù)工作所須職業(yè)能力培養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。

機床在加工中，主要依靠工件與刀具的相對移動，通過切削去除毛坯上多余的材料，從而獲得符合需要的零件。刀具或工件的運動由滑臺帶動實現(xiàn)，因此滑臺的運動精度直接影響到機床加工進(jìn)度，是機床性能的重要指標(biāo)之一。因此在裝調(diào)時需要安裝人員有較高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗，才能制造出符合設(shè)計的機床產(chǎn)品。

目前市面上現(xiàn)有實訓(xùn)設(shè)備大多存在一些設(shè)計缺陷，無法培養(yǎng)學(xué)生正確的裝配意識，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度。甚至有些會誤導(dǎo)學(xué)生。在此結(jié)合TRIZ理論基礎(chǔ)，通過參考40種發(fā)明原理，開發(fā)一臺符合實訓(xùn)需求的十字滑臺實訓(xùn)設(shè)備。

3.1 直線導(dǎo)軌輔助定位

在現(xiàn)有設(shè)備中，直線導(dǎo)軌的定位精度普遍較差，甚至有些不存在定位，無法使學(xué)生在裝調(diào)過程中準(zhǔn)確掌握各項精度調(diào)節(jié)技能了解相關(guān)知識。在十字滑臺裝配過程中，導(dǎo)軌直線度與平行度尤為重要，但有的設(shè)備上無法調(diào)節(jié)，有的無法做到各項精度兼顧調(diào)整直線度（上下）時會破壞直線度（左右）。在本設(shè)計中，通過底板臺階與側(cè)面定位螺栓的配合，為導(dǎo)軌直線度（左右）提供輔助定位，在直線度（左右）確定后，對直線導(dǎo)軌側(cè)的定位螺栓進(jìn)行預(yù)緊，再調(diào)節(jié)直線度（上下），避免在調(diào)整直線度（上下）時破壞先前調(diào)好的精度。如圖3為定位螺栓二維圖。

3.2 導(dǎo)軌末端限位裝置

現(xiàn)有設(shè)備中導(dǎo)軌末端缺少限位裝置，滑塊容易超出軌道造成滾珠掉落，帶來不必要的麻煩和損失。在本設(shè)計中，通過在直線導(dǎo)軌兩端加裝限位裝置，防止滑塊超程，脫離軌道。為此設(shè)計了限位擋塊，緊貼直線導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)軌兩頭，使用螺栓固定在底板臺階面，通過前方的擋片對直線導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行阻攔。并通過有限元分析驗證，將材料由鋁_6061更改為工程塑料，不僅降低了重量，同時還減小了受到撞擊時的形變量和最大應(yīng)力。

3.3 地腳水平調(diào)節(jié)裝置

現(xiàn)有設(shè)備中，底板采用螺栓直接支撐，通過旋轉(zhuǎn)螺栓控制底板上下調(diào)節(jié)水平。在調(diào)節(jié)過程中，由于螺栓頭部與工作臺直接接觸，使用工具調(diào)節(jié)時操作困難。在本設(shè)計中，在拖板下底面添加添加螺紋通孔，并設(shè)計了一款小型地腳底座，在底座上有螺紋孔。通過雙頭螺桿連接底板與底座，螺桿上端高出底板上頂面，并用螺母固定，螺桿下端與底座通過螺母將螺桿鎖緊，防止松動。在雙頭螺桿中部銑出一段外六角，方便與扳手配合，便于精度調(diào)節(jié)，圖4為雙頭螺桿二維圖。

4 ?結(jié)論

本文觀察了現(xiàn)有十字滑臺實訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計結(jié)構(gòu)和使用方法，通過與真實機床的比較并結(jié)合學(xué)生實操時出現(xiàn)的情況，總結(jié)出了當(dāng)前實訓(xùn)設(shè)備存在的問題與不當(dāng)之處。結(jié)合超級發(fā)明術(shù)設(shè)計出多種實訓(xùn)用十字滑臺組合，并根據(jù)試錯法挑選出最合適的設(shè)計進(jìn)行加工。最終設(shè)計的特色在于：①提升直線導(dǎo)軌安裝精度;②限制滑塊移動防止超程;③地腳調(diào)平裝置符合實際。通過這些對原有設(shè)備問題的改進(jìn)創(chuàng)新，使數(shù)控設(shè)備機械部件裝調(diào)實訓(xùn)更加貼合實際，為學(xué)生培養(yǎng)扎實專業(yè)技能，養(yǎng)成良好工作習(xí)慣做好堅實鋪墊。

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