教學(xué)型龍門刨床的研制

梁自成

（順德區(qū)胡寶星職業(yè)技術(shù)學(xué)校，順德 528325）

國(guó)家工業(yè)的振興與發(fā)展是驗(yàn)證先進(jìn)科學(xué)技術(shù)不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接關(guān)系到國(guó)家綜合實(shí)力的整體提高。廣大職業(yè)技術(shù)院校師生則是工業(yè)技術(shù)發(fā)展的有力保障，由于生產(chǎn)型龍門刨床存在價(jià)格高昂、體積龐大等現(xiàn)象，應(yīng)用于職業(yè)院校的教學(xué)會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，不能有效地發(fā)揮出機(jī)床的實(shí)用效能，易造成資源浪費(fèi)。教學(xué)型龍門刨床的研制有效地解決了這一難題，通過(guò)對(duì)龍門刨床的仿真運(yùn)動(dòng)來(lái)幫助師生走出傳統(tǒng)單調(diào)的理論講教，推進(jìn)理論與實(shí)踐立體式教學(xué)模式發(fā)展。通過(guò)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，順德區(qū)胡寶星職業(yè)技術(shù)學(xué)校自主研制的仿真龍門刨床獲得廣大師生的一致好評(píng)，充分滿足了職業(yè)技術(shù)院校的實(shí)驗(yàn)性教學(xué)要求。

1 教學(xué)型龍門刨床的研制

作為橫向科研產(chǎn)品，它有著更高的技術(shù)要求，龍門刨床是機(jī)械行業(yè)中不可缺少的部分，獨(dú)特的機(jī)床特點(diǎn)具有不可替代的作用。主要表現(xiàn)在對(duì)體積較大、不易移動(dòng)的零件余量去除效果較好，不但操作靈活、方便，而且生產(chǎn)效率較高。教學(xué)型龍門刨床的研制技術(shù)難點(diǎn)主要有：如何有效實(shí)現(xiàn)垂直刀架的靈活控制、橫梁的垂直升降運(yùn)動(dòng)以及水平刀架的運(yùn)動(dòng)，合理優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)使其具有完善的實(shí)用性能。自主研制的龍門刨床立體造型如圖1所示。

圖1 教學(xué)型龍門刨床

2 橫梁、垂直刀架換向機(jī)構(gòu)分析

橫梁和刀架是刨床中不可缺少的組成部分，如何有效靈活地控制兩個(gè)刀架同向、相向、反向和單個(gè)刀架的多種運(yùn)動(dòng)方式是重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)細(xì)致分析研究，其控制原理如圖2所示。

圖2 橫梁刀架換向裝置示意圖

伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)齒輪1與齒輪2、齒輪3與齒輪4嚙合，光軸1與光軸2同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，使之齒輪5與齒輪6、齒輪7與齒輪8在U型槽的限制作用下嚙合，齒輪7與齒輪5分別通過(guò)鍵與鍵槽的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)齒輪的周向旋轉(zhuǎn)，在固定絲杠做導(dǎo)向的作用下實(shí)現(xiàn)刀架同時(shí)水平運(yùn)動(dòng)。

若將齒輪2整體撥動(dòng)至右側(cè)，使之齒輪3與齒輪1嚙合，電機(jī)正轉(zhuǎn)將帶動(dòng)光軸1旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光軸1與配合刀架的靈活移動(dòng)；將齒輪2整體撥動(dòng)至左側(cè)，使之齒輪2與齒輪4嚙合，通過(guò)電機(jī)的正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光軸2與配合刀架的靈活移動(dòng)；電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪2的位置變化實(shí)現(xiàn)與以上運(yùn)動(dòng)方式反向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，符合刨床刀架控制工作原理。

3 橫梁垂直升、降機(jī)構(gòu)研究

靈活有效地控制龍門刨床橫梁的上升、下降是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工件尺寸不同，方便人們靈活地控制其刨削高度，有效地實(shí)現(xiàn)刨削功能。筆者采用的橫梁升降控制機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖3 橫梁升降控制示意圖

該機(jī)構(gòu)能有效控制橫梁的上升、下降，不但機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，而且能有效地控制橫梁刀架任意位置的刨削加工。兩個(gè)軸承座有效地支撐傳動(dòng)光軸，保持平穩(wěn)的動(dòng)力傳遞。光軸承受扭矩會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，傳動(dòng)光軸動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)光軸將其傳遞給兩端錐齒輪，通過(guò)兩對(duì)錐齒輪的嚙合再將其運(yùn)動(dòng)傳遞給垂直絲杠，通過(guò)垂直絲杠與橫梁上螺母的配合來(lái)帶動(dòng)橫梁的上升與下降，通過(guò)軸承壓蓋來(lái)限制垂直絲杠的軸向竄動(dòng)。

值得注意的是，兩側(cè)絲杠旋向應(yīng)相反，左端為右旋，右端為左旋，方能使橫梁同向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)絲杠頂部固定滾動(dòng)軸承來(lái)進(jìn)一步減少摩擦，增大動(dòng)力的傳遞。絲杠的固定方式為一端固定一端自由，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛度低，適用于短絲杠及垂直布置絲杠。為了達(dá)到機(jī)械運(yùn)動(dòng)的平衡性，減輕電機(jī)的負(fù)擔(dān)，人們可以通過(guò)配重來(lái)提升橫梁上升與下降的運(yùn)動(dòng)自由性。多次實(shí)踐證明，該機(jī)構(gòu)的研制達(dá)到了理想效果。

4 水平刀架運(yùn)動(dòng)調(diào)整

實(shí)踐表明，水平刀架在去除加工工件的側(cè)壁時(shí)具有重要、高效的功能，有效地調(diào)節(jié)控制水平刀架運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。

4.1 水平刀架垂直進(jìn)給控制

根據(jù)零件待加工側(cè)壁高度的不同，有效調(diào)節(jié)水平刀架垂直運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刨削刀架定位，將電機(jī)固定于刀架之上，通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與絲杠配合的螺母齒輪。絲杠兩端固定，使水平刀架垂直運(yùn)動(dòng)，齒輪之間的嚙合通過(guò)齒輪擋圈來(lái)進(jìn)行齒輪軸向方向運(yùn)動(dòng)限位，如圖4所示。

圖4 水平刀架垂直進(jìn)給控制

4.2 刀架自身微量調(diào)整

為了靈活、方便地控制刀具伸縮量，筆者采用刀架自身微量手動(dòng)調(diào)整方式，操作簡(jiǎn)單，使用靈活，便于調(diào)整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)一對(duì)錐齒輪嚙合來(lái)調(diào)整刀架小溜板的運(yùn)動(dòng)，與錐齒輪配合的絲杠作為傳動(dòng)導(dǎo)向元件，通過(guò)手輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整刀架小溜板的運(yùn)動(dòng)，如圖5所示（小溜板與螺母固定）。

圖5 刀架微量調(diào)節(jié)控制示意圖

5 工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

5.1 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求

一是工作臺(tái)移動(dòng)速度7～9m/min，二是傳動(dòng)二級(jí)減速，三是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)往復(fù)移動(dòng)。

5.2 確定傳動(dòng)路線

傳動(dòng)路線為：電機(jī)→—級(jí)減速器→鏈傳動(dòng)→二級(jí)減速→齒條（工作臺(tái)）。綜合考慮工作要求、安裝、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制原理、生產(chǎn)制造及經(jīng)濟(jì)性等因素，設(shè)計(jì)如下：一是電機(jī)選取三相異步電動(dòng)機(jī)Y160M-4，額定功率15kW，額定轉(zhuǎn)速1460r/min；二是一級(jí)減速器采用渦輪蝸桿90°減速器（轉(zhuǎn)速比i12=10∶1）；三是鏈傳動(dòng)：轉(zhuǎn)速比i34=8∶1；四是二級(jí)減速，采取簡(jiǎn)單二級(jí)齒輪系作為二級(jí)減速（轉(zhuǎn)速比i56=2∶1）；五是齒條，齒條與工作臺(tái)固定，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，工作臺(tái)平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)。

6 結(jié)論

當(dāng)前，廣大職業(yè)院校師生對(duì)龍門刨床的了解程度存在差異，難以充分掌握其加工方法、運(yùn)動(dòng)方式、刨削原理以及控制原理等。教學(xué)型龍門刨床的成功研制有效地解決了這一難題，仿真型龍門刨床的多種運(yùn)動(dòng)方式使廣大學(xué)生對(duì)刨床有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐教學(xué)驗(yàn)證，該龍門刨床具有性能可靠、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于廣大職業(yè)技術(shù)院校實(shí)驗(yàn)性教學(xué)具有重大意義。