教学型龙门刨床的研制

梁自成

（顺德区胡宝星职业技术学校，顺德 528325）

国家工业的振兴与发展是验证先进科学技术不可缺少的物质基础，直接关系到国家综合实力的整体提高。广大职业技术院校师生则是工业技术发展的有力保障，由于生产型龙门刨床存在价格高昂、体积庞大等现象，应用于职业院校的教学会带来经济负担，不能有效地发挥出机床的实用效能，易造成资源浪费。教学型龙门刨床的研制有效地解决了这一难题，通过对龙门刨床的仿真运动来帮助师生走出传统单调的理论讲教，推进理论与实践立体式教学模式发展。通过激烈的市场竞争，顺德区胡宝星职业技术学校自主研制的仿真龙门刨床获得广大师生的一致好评，充分满足了职业技术院校的实验性教学要求。

1 教学型龙门刨床的研制

作为横向科研产品，它有着更高的技术要求，龙门刨床是机械行业中不可缺少的部分，独特的机床特点具有不可替代的作用。主要表现在对体积较大、不易移动的零件余量去除效果较好，不但操作灵活、方便，而且生产效率较高。教学型龙门刨床的研制技术难点主要有：如何有效实现垂直刀架的灵活控制、横梁的垂直升降运动以及水平刀架的运动，合理优化机械结构使其具有完善的实用性能。自主研制的龙门刨床立体造型如图1所示。

图1 教学型龙门刨床

2 横梁、垂直刀架换向机构分析

横梁和刀架是刨床中不可缺少的组成部分，如何有效灵活地控制两个刀架同向、相向、反向和单个刀架的多种运动方式是重要环节，经过细致分析研究，其控制原理如图2所示。

图2 横梁刀架换向装置示意图

伺服电机正转带动双联齿轮2旋转，同时齿轮1与齿轮2、齿轮3与齿轮4啮合，光轴1与光轴2同时转动，使之齿轮5与齿轮6、齿轮7与齿轮8在U型槽的限制作用下啮合，齿轮7与齿轮5分别通过键与键槽的配合来实现齿轮的周向旋转，在固定丝杠做导向的作用下实现刀架同时水平运动。

若将齿轮2整体拨动至右侧，使之齿轮3与齿轮1啮合，电机正转将带动光轴1旋转，从而实现光轴1与配合刀架的灵活移动；将齿轮2整体拨动至左侧，使之齿轮2与齿轮4啮合，通过电机的正转旋转带动光轴2转动，实现光轴2与配合刀架的灵活移动；电机反转，通过齿轮2的位置变化实现与以上运动方式反向运动，达到设计要求，符合刨床刀架控制工作原理。

3 横梁垂直升、降机构研究

灵活有效地控制龙门刨床横梁的上升、下降是关键环节，工件尺寸不同，方便人们灵活地控制其刨削高度，有效地实现刨削功能。笔者采用的横梁升降控制机构如图3所示。

图3 横梁升降控制示意图

该机构能有效控制横梁的上升、下降，不但机构简单，操作方便，而且能有效地控制横梁刀架任意位置的刨削加工。两个轴承座有效地支撑传动光轴，保持平稳的动力传递。光轴承受扭矩会出现变形现象，传动光轴动力系统通过光轴将其传递给两端锥齿轮，通过两对锥齿轮的啮合再将其运动传递给垂直丝杠，通过垂直丝杠与横梁上螺母的配合来带动横梁的上升与下降，通过轴承压盖来限制垂直丝杠的轴向窜动。

值得注意的是，两侧丝杠旋向应相反，左端为右旋，右端为左旋，方能使横梁同向运动，通过丝杠顶部固定滚动轴承来进一步减少摩擦，增大动力的传递。丝杠的固定方式为一端固定一端自由，其特点是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠。为了达到机械运动的平衡性，减轻电机的负担，人们可以通过配重来提升横梁上升与下降的运动自由性。多次实践证明，该机构的研制达到了理想效果。

4 水平刀架运动调整

实践表明，水平刀架在去除加工工件的侧壁时具有重要、高效的功能，有效地调节控制水平刀架运动至关重要。

4.1 水平刀架垂直进给控制

根据零件待加工侧壁高度的不同，有效调节水平刀架垂直运动来实现刨削刀架定位，将电机固定于刀架之上，通过电机的旋转带动齿轮转动，进而带动与丝杠配合的螺母齿轮。丝杠两端固定，使水平刀架垂直运动，齿轮之间的啮合通过齿轮挡圈来进行齿轮轴向方向运动限位，如图4所示。

图4 水平刀架垂直进给控制

4.2 刀架自身微量调整

为了灵活、方便地控制刀具伸缩量，笔者采用刀架自身微量手动调整方式，操作简单，使用灵活，便于调整，内部结构通过一对锥齿轮啮合来调整刀架小溜板的运动，与锥齿轮配合的丝杠作为传动导向元件，通过手轮的旋转来调整刀架小溜板的运动，如图5所示（小溜板与螺母固定）。

图5 刀架微量调节控制示意图

5 工作台的运动设计

5.1 工作台运动要求

一是工作台移动速度7～9m/min，二是传动二级减速，三是实现平稳往复移动。

5.2 确定传动路线

传动路线为：电机→—级减速器→链传动→二级减速→齿条（工作台）。综合考虑工作要求、安装、机械结构、控制原理、生产制造及经济性等因素，设计如下：一是电机选取三相异步电动机Y160M-4，额定功率15kW，额定转速1460r/min；二是一级减速器采用涡轮蜗杆90°减速器（转速比i12=10∶1）；三是链传动：转速比i34=8∶1；四是二级减速，采取简单二级齿轮系作为二级减速（转速比i56=2∶1）；五是齿条，齿条与工作台固定，通过齿轮齿条传动，工作台平稳地实现往复移动。

6 结论

当前，广大职业院校师生对龙门刨床的了解程度存在差异，难以充分掌握其加工方法、运动方式、刨削原理以及控制原理等。教学型龙门刨床的成功研制有效地解决了这一难题，仿真型龙门刨床的多种运动方式使广大学生对刨床有了更进一步的认识。经过多次实践教学验证，该龙门刨床具有性能可靠、运动平稳等优点，对于广大职业技术院校实验性教学具有重大意义。