鉗工銼削輔助找平銼刀裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘" 要：銼刀是在鉗工加工中廣泛應(yīng)用的工具之一。使用時(shí)，可能出現(xiàn)金屬表面銼削加工的平面度和直線度不符合要求、銼刀過(guò)度磨損等問(wèn)題。對(duì)此，文章提出了一種鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)計(jì)，主要通過(guò)裝置上設(shè)計(jì)的多種傳感器感知使用者的用力情況，并及時(shí)對(duì)使用者錯(cuò)誤使用銼刀的問(wèn)題及時(shí)提醒更正，保證了前、后刀身受力基本一致、銼削量基本一致，使工件能夠更好地達(dá)到銼削要求，提高工件的合格率。

關(guān)鍵詞：手工銼刀；輔助找平；銼削

中圖分類號(hào)：TP368.1；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2025）04-0185-04

Design and Implementation of Filing Auxiliary Leveling File Device for Fitters

DONG Wenjun， SUN Changyong， WANG Xuejun， MI Canhao， LI Chenwei

（School of Mechanical Engineering， Shandong Huayu University of Technology， Dezhou" 253034， China）

Abstract： The file is one of the widely used tools in fitter processing. During the use， there may be issues with the flatness and straightness of the metal surface filing process that do not meet the requirements， as well as excessive wear of the file. In this regard， this paper proposes a design of filing auxiliary leveling file device for fitters， which mainly senses the user's force situation through various sensors designed on the device， and timely reminds and corrects the problem of incorrect use of the file by the user. It ensures that the force on the front and rear of the file body is basically consistent and the filing amount is basically consistent， so that the workpiece can better meet the filing requirements and the qualified rate of the workpiece can be improved.

Keywords： handmade file; auxiliary leveling; filing

0" 引" 言

手工操作是鉗工的主要工作方式，具有工藝范圍廣、靈活性與適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而銼刀是鉗工常用工具之一，是一種非常實(shí)用的手工工具，用途廣泛，例如在機(jī)械加工技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中作為該機(jī)械的技能訓(xùn)練實(shí)踐項(xiàng)目、綜合貫穿實(shí)踐項(xiàng)目“鏨口錘子制作”項(xiàng)目等也需要銼刀的使用[1]；根管預(yù)備的臨床實(shí)踐中，也需要銼削插入角實(shí)驗(yàn)[2]；在脈沖熔融-紅外吸收/熱導(dǎo)法測(cè)定高鈷鑄造高溫合金中超低氧和氮中采用線切割-銼刀打磨、水冷切割-銼刀打磨進(jìn)行制樣[3]。

現(xiàn)在，鉗工銼刀的材料研究主要集中在尋求更佳的材料，傳統(tǒng)的銼刀材料如高速鋼、碳素工具鋼等已逐漸被新型材料如陶瓷碳化硅、金剛石等所取代。碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基（Cf/SiC）復(fù)合材料是一種應(yīng)用普遍的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，針對(duì)Cf/SiC復(fù)合材料復(fù)雜曲面難加工問(wèn)題提出了超聲振動(dòng)銼削加工方法[4]。采用金剛石砂輪磨削技術(shù)對(duì)碳纖維復(fù)合材料加工具有技術(shù)成熟、成本低和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)[5]。新材料雖具有更好的性能，能顯著提高銼刀的使用壽命和工作效率，但高效率的銼削工件還是需要人為操控加工，例如常用的三種鋼軌端面機(jī)械加工流程最終都需要精銼來(lái)完成[6]，手工誤差不易控制，現(xiàn)在機(jī)器尚不能完全取代鉗工。鉗工在操作過(guò)程中，難免會(huì)受到多種因素的影響，從而影響工件精度[7]。鉗工在初步實(shí)操中由于操作不當(dāng)容易出現(xiàn)銼削平面凹凸不平、塌角等現(xiàn)象。在實(shí)際銼削工作中，需使用適當(dāng)?shù)牧Χ葘S刀放在材料上，避免使用過(guò)大力量造成工件的磨損量過(guò)大，這要求鉗工反復(fù)觀察工件狀態(tài)并適時(shí)做出相應(yīng)整改措施，對(duì)初學(xué)者對(duì)于力度的控制較難，學(xué)習(xí)難度增大。

此外，鉗工姿勢(shì)在鉗工工作中同樣重要，需要不斷反復(fù)規(guī)范的操作姿勢(shì)，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)難以時(shí)刻保持規(guī)范操作并把握判斷銼削使用力度，這不僅需大量工件練習(xí)，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而在銼削工作時(shí)，人眼和手部動(dòng)作也難以保證精準(zhǔn)角度。

目前雖然已經(jīng)出現(xiàn)了電動(dòng)的銼刀，卻僅達(dá)到省力的作用效果。而本文所述的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置能夠及時(shí)提醒使用者用力、角度，有及時(shí)矯正的效果，能夠更快更好地幫助初學(xué)者掌握銼削工作，養(yǎng)成良好規(guī)范的操作習(xí)慣，降低銼削工件的廢品率，達(dá)成銼削工作能夠更加省時(shí)、經(jīng)濟(jì)、規(guī)范的效果。而本文所提出的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)計(jì)能夠有效強(qiáng)化銼削基本操作練習(xí)訓(xùn)練，針對(duì)鉗工在銼削工作時(shí)的鉗工用力大小、操縱銼刀角度進(jìn)行設(shè)定提醒，可以輔助初學(xué)者矯正姿勢(shì)、快速上手。

1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置，裝置部分由板銼刀刀柄和板銼刀刀身兩部分組成。板銼刀刀身通過(guò)其兩端兩個(gè)承孔，通過(guò)兩個(gè)埋頭螺釘克服3個(gè)彈簧的彈力固定在板銼刀刀柄上，使用埋頭螺釘避免剮蹭到銼削材料。當(dāng)板銼刀刀身固定在板銼刀刀柄上時(shí)，兩個(gè)埋頭螺釘?shù)牧匾笠粯?，這樣可以保證板銼刀刀身與兩個(gè)壓力傳感器的壓力值基本一致，在銼削工作時(shí)消除信號(hào)誤差，防止誤報(bào)警。

鉗工銼削輔助找平銼刀裝置主要包括控制單元、功能開關(guān)、語(yǔ)音播報(bào)器、壓力傳感器1和壓力傳感器2、傾角傳感器1和傾角傳感器2、電源等。

本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)計(jì)通過(guò)控制單元對(duì)語(yǔ)音播報(bào)器、壓力傳感器1和壓力傳感器2、傾角傳感器1和傾角傳感器2進(jìn)行自動(dòng)控制。為提醒和及時(shí)糾正鉗工工作者的不當(dāng)操作設(shè)計(jì)了語(yǔ)音播報(bào)器，在檢測(cè)操作過(guò)程中如果出現(xiàn)異常情況，語(yǔ)音播報(bào)器工作，對(duì)操作者進(jìn)行提醒。通過(guò)預(yù)期功能設(shè)計(jì)，初步繪制鉗工銼削輔助找平銼刀裝置三維設(shè)計(jì)圖，如圖1所示。

2" 硬件設(shè)計(jì)

2.1" 壓力傳感器

本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)置了壓力傳感器1和壓力傳感器2，用于檢測(cè)板銼刀銼削過(guò)程中前（壓力傳感器1）、后（壓力傳感器2）刀身用力地變化情況是否符合要求范圍。在板銼刀前部刀身在工件上時(shí)，左手用力而右手保持平面；而到板銼刀后部刀身在工件上時(shí)，則右手用力而左手保持平衡，這樣就使板銼刀刀身在工件上銼削時(shí)，前、后刀身受力基本一致，從而使前、后刀身銼削量也基本一致，達(dá)到銼削的質(zhì)量要求。如果銼削過(guò)程前后刀身用力不符合設(shè)定要求范圍，就會(huì)語(yǔ)音提示操作者進(jìn)行調(diào)整。

每種銼削刀具有不同的銼削特點(diǎn)，所具有的銼削力也有所差異，在實(shí)際應(yīng)用銼削刀具時(shí)，刃傾角、主偏角及前角都會(huì)影響銼削力，當(dāng)工件平面受到分布不均的銼削力、過(guò)大或過(guò)小的銼削力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件銼削面凹凸不平、銼削量過(guò)大或需銼削時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，以下是本文鉗工銼削輔助找平銼刀裝置針對(duì)銼刀使用角度使用方面設(shè)計(jì)的兩個(gè)傾角傳感器。

2.2" 傾角傳感器

根據(jù)工程的具體情況，選用適當(dāng)?shù)匿S削方式，不同的銼削方式有不一樣的角度要求。在測(cè)試FGH97鎳基粉末冶金高溫合金電鍍鉻鍍層性能時(shí)用銼刀便要求從基體沿45°角銼向鍍層或用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪對(duì)試樣邊緣進(jìn)行磨削[8]，在高溫合金表面Ni/Al2O3復(fù)合鍍層的性能測(cè)試中使用銼刀沿45°方向銼非主要面以露出基體金屬與鍍層的界面觀察鍍層的結(jié)合情況[9]。同時(shí)可用于檢測(cè)銼削平面的凸出不平的情況，例如在艉軸劃傷和修復(fù)中就有所應(yīng)用[10]。

針對(duì)水平方向上的角度檢測(cè)與控制，本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)置了傾角傳感器1，用于檢測(cè)裝置銼削過(guò)程的刀身橫向水平方向的傾角角度，保證刀身相對(duì)銼削材料橫向水平晃動(dòng)量不能太大，防止銼削橫向平面度和直線度不符要求。其有底座可以調(diào)整傾角傳感器的初始信號(hào)參數(shù)，例如交叉銼、順向銼等對(duì)于水平角度有一定要求的銼削方法。針對(duì)豎直方向上的角度檢測(cè)與控制，本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)置了傾角傳感器2，用于檢測(cè)裝置銼削過(guò)程的刀身縱向水平方向的傾角角度，保證刀身相對(duì)銼削材料縱向水平晃動(dòng)量不能太大，防止銼削縱向平面度和直線度不符要求，其有底座可以調(diào)整傾角傳感器的初始信號(hào)參數(shù)。

在實(shí)際工作中自身技術(shù)成熟度不夠會(huì)造成很大的損失，而本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)計(jì)在未設(shè)定X、Y、Z方向上的傾角大小和前后壓力大小時(shí)，可以通過(guò)鉗工銼削工作者的自由活動(dòng)尋找適合的方向，顯示屏可以讀取參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，不僅取用靈活方便，也可以用于檢測(cè)工件平面質(zhì)量如何，無(wú)論使用者自身技術(shù)如何，通過(guò)參數(shù)的設(shè)定、提醒等進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，可以降低損失。

2.3" 語(yǔ)音播報(bào)器

為提醒使用者及時(shí)更改，本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置設(shè)置了語(yǔ)音播報(bào)器，當(dāng)開機(jī)時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)器就會(huì)播報(bào)提醒“開機(jī)初始化中”；當(dāng)傾角參數(shù)或壓力參數(shù)偏離設(shè)定參數(shù)時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)器就會(huì)播報(bào)“X或Y或Z方向上傾角過(guò)大或過(guò)小”或“前或后壓力過(guò)大”，及時(shí)提醒使用者糾正銼削工作時(shí)的銼刀傾角及用力大小。

本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置的電路簡(jiǎn)圖，如圖2所示。

3" 程序設(shè)計(jì)

在使用本裝置時(shí)，先打開功能開關(guān)，初始化完成后顯示屏上顯示本裝置各項(xiàng)參數(shù)為0，若自由移動(dòng)銼刀，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傾角數(shù)據(jù)和所受壓力大小變化；若輸入?yún)?shù)后，在使用鉗工銼削輔助找平銼刀裝置銼削材料的過(guò)程中，其上面的傾角傳感器1檢測(cè)鉗工銼削輔助找平銼刀裝置銼削運(yùn)行橫向水平的傾角角度范圍，保證刀身相對(duì)銼削材料橫向水平晃動(dòng)量不能太大，否則橫向銼削平面度和直線度不符合要求，如果檢測(cè)的橫向水平傾角信號(hào)參數(shù)范圍超過(guò)設(shè)定參數(shù)范圍，控制單元得到信號(hào)后控制語(yǔ)音播報(bào)器提示操作者糾正鉗工銼削輔助找平銼刀裝置的橫向水平運(yùn)行位置狀態(tài)。其上面的傾角傳感器2檢測(cè)裝置銼削運(yùn)行縱向水平的傾角角度范圍，保證刀身相對(duì)銼削材料縱向水平晃動(dòng)量不能太大，否則縱向銼削平面度和直線度不符合要求，如果檢測(cè)的垂直水平傾角信號(hào)參數(shù)范圍超過(guò)設(shè)定參數(shù)范圍，控制單元得到信號(hào)后控制語(yǔ)音播報(bào)器提示操作者糾正裝置的縱向水平運(yùn)行位置狀態(tài)。這樣最終保證板銼刀與銼削材料無(wú)論是橫向還是縱向相對(duì)是平行的，使銼削過(guò)程達(dá)到要求。

一般鉗工銼削輔助找平銼刀裝置在銼削過(guò)程中，當(dāng)板銼刀前部刀身在工件上時(shí)，左手用力而右手保持平面；而到板銼刀后部刀身在工件上時(shí)，則右手用力而左手保持平衡，這樣就使板銼刀刀身在工件上銼削時(shí)，前、后刀身受力基本一致，從而使前、后刀身銼削量也基本一致，達(dá)到銼削的質(zhì)量要求。如果在銼削過(guò)程，左、右手的轉(zhuǎn)換達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，從而使前、后刀身檢測(cè)受力的壓力傳感器1和壓力傳感器2的檢測(cè)數(shù)值相差較大，控制單元把得到的信號(hào)參數(shù)與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果判定銼削過(guò)程前、后刀身用力不符合設(shè)定要求范圍，控制單元控制語(yǔ)音播報(bào)器提示操作者進(jìn)行調(diào)整直至符合設(shè)定范圍。這樣使板銼刀刀身在單次銼削的量，刀身前、后基本是一致的，保證了銼削質(zhì)量。本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置的PLC部分總程序圖如圖3所示，流程圖如圖4所示。

4" 應(yīng)用效果及測(cè)試

本文所設(shè)計(jì)的鉗工銼削輔助找平銼刀裝置已經(jīng)初步做出實(shí)物裝置，在實(shí)物裝置測(cè)試階段，打開功能開關(guān)后，語(yǔ)音播報(bào)器“初始化”，各項(xiàng)數(shù)據(jù)初始化完成，輸入不同銼削方法的不同角度，設(shè)置測(cè)試角度偏離豎直平面0°、5°、10°、15°為測(cè)試角度，偏離水平平面0°、5°、10°、15°為測(cè)試角度，分為八組測(cè)量成品銼削面角度，每組測(cè)試分別進(jìn)行20次，取平均值為最后測(cè)試結(jié)果，每次測(cè)試完成后都將裝置關(guān)機(jī)重新開機(jī)（完成每次開機(jī)數(shù)據(jù)初始化，保證上一次的測(cè)試結(jié)果不會(huì)影響到下一次的測(cè)試），裝置均可完成上述預(yù)期設(shè)計(jì)功能，且在對(duì)所制工件進(jìn)行平面抹油檢測(cè)后，得出所制出的工件均符合使用要求標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果，初步制出的實(shí)物裝置圖如圖5所示，部分測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，經(jīng)測(cè)量，實(shí)際測(cè)量值與垂直平面偏離角度和水平平面偏離角度平均偏差角度均在0.05°內(nèi)，其中測(cè)量數(shù)據(jù)97.5%的測(cè)量角度數(shù)據(jù)均在0.05°內(nèi)，銼削工件精度較高，滿足鉗工實(shí)訓(xùn)所有角度誤差控制在1°以內(nèi)的要求。

5" 結(jié)" 論

本設(shè)計(jì)不僅從傳統(tǒng)意義上幫助鉗工初學(xué)者矯正、熟悉銼削角度、力度工作，而且在銼削加工中能提高工件的合格率。未來(lái)，鉗工銼刀行業(yè)將繼續(xù)朝著高性能、高效、安全性和高環(huán)保性的方向發(fā)展，不僅能夠保證銼削工件的合格率，更能夠幫助銼削工作者的整體姿勢(shì)規(guī)范化，銼刀工具的制造和使用過(guò)程將更加智能化和自動(dòng)化。

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作者簡(jiǎn)介：董文君（2001—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。

收稿日期：2024-04-15

基金項(xiàng)目：山東華宇工學(xué)院2023年校級(jí)重點(diǎn)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（XZ202313857038）