一种实训工厂的排屑器设计方法

梁 堃

（宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750002）

机械加工制造的过程会产生大量的切屑。传统的解决办法是由人工来进行清理并最终将切屑汇至大的切屑箱内，定期用天车将切屑箱吊至汽车上运出。目前我校的实训工厂使用的大量数控机床均采用人力的方式处理切屑，在实训课结束后由学生集中清扫处理，这种方式与目前生产车间主流的切屑处理方式存在差距，不利于学生在实训中掌握机加工车间的实际情况；由我院教师自行设计开发，转而将设计完成的数据寻求厂家来完成制作，则会节省一笔可观的设计费用；并且配备自动排屑器后，学生在实训中也会掌握一些自动排屑器的使用要求，并且培训学生学会排除一些自动排屑设备的常见故障，增加了学生的技能。本文讨论的是以宁夏工商职业技术学院实训工厂中使用的数控机床、手动操作车床等机床为对象，为其设计一种排屑器，完成排屑器的三维模型制作。

1 排屑器设计方案

进行排屑器相关资料收集与分析。先对现有的排屑器种类进行收集分析，选择适合我校实训工厂机床使用的排屑器种类，通过对比分析，考虑排屑器的实用性和经济性等，确定排屑器的种类。目前机床排屑器分为链板式、刮板式、磁性刮板式、螺旋式、反冲滚筒式等。这些排屑器有各自的特点和使用范围：

（1）螺旋式。通过减速机驱动带有螺旋叶的旋转轴推动物料向前（向后），集中在出料口，落入指定位置，该机结构紧凑，占用空间小，安装使用方便，传动环节少，故障率极低，适用于排屑空间狭小，其他排屑形式不易安装的机床。

（2）刮板式。刮板排屑器的输送速度选择范围广，工作效率高，有效排屑宽度多样化，可提供充足的选用范围。在处理磨削加工中的金属砂粒、磨粒，以及汽车行业中的铝屑效果比较好，刮板两边装有特制链条，刮屑板的高度及分布间距可随机设计，因而传动平稳，结构紧凑，强度好。并可根据用户需要加钢网反冲、刮屑器、涡流分离器、油水分离器等形成综合过滤系统提高产品表面加工精度，节约冷却液，降低工人劳动强度，是一种应用比较广泛的机床辅助装置。但是存在刮板受所使用的材料限制强度有限，容易出现变形导致排屑器卡死等故障发生；并且只适用于碎屑、颗粒状切屑等，无法适应多种切屑。

因此，经过实际考察实训工厂机床设备平时加工的工件种类和产生的切屑类型，考虑到链板排屑器的使用寿命长、链板不易变形卡死，可承受较大的载荷等有点，综合考虑使用成本、制造成本以及日后的维护使用便利性，本项目决定采用链板式排屑器的设计方案。

2 确定排屑器的具体参数

根据实际使用情况，确定排屑器的主要参数，包括外形尺寸、电机功率等参数。考虑到实训工厂目前常用的机床在学生实训时多为干式切削加工，因此不需要考虑排屑器的排水问题；另外考虑链板采购成本，采用最常用的链板宽度为343mm的链板情况下，排屑器的主体宽度为413mm（如图1所示）。

图1 排屑器主体宽度

考虑到排屑器需要排出的切屑大小、切屑是否容易爬升及排屑器所占空间等因素，将排屑器的主体角度定为60°（如图 2所示）。

考虑配套使用的集屑小车的高度和大小（主要通过每天所需铁屑处理量的多少决定），确定主体高度为650mm。因为实训工厂所使用的机床种类较多，为了降低排屑器设计、制造的成本，在设计时把排屑器的主体长度作为一个可变值，以L表示，如图3所示。

图2 排屑器主体角度、高度

图3 排屑器主体长度（图中L表示主体长度）

通过实际测量、资料收集的经验尺寸等方法，一一确定好排屑器的尺寸，完成排屑器的方案，通过科研团队的讨论后最终确定好排屑器的所有数据，进行下一步工作。

（1）进行排屑器的三维模型设计。本次项目使用的三维设计软件为Solidworks2014版本。SolidWorks是世界上第一个基于Windows开发的三维 CAD系统，为达索系统公司（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品，在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。

由于Solidworks的种种优点，并且实际的机械制造相关业务的公司使用率也非常高，为了保证后期寻找合作制造排屑器公司的便利性，因此本次项目设计的三维模型使用Solidworks软件来进行。

（2）进行排屑器的仿真验证。完成排屑器的三维模型设计后，需要进行的仿真主要是避免排屑器在运转过程中发生运动干涉，导致排屑器卡死损坏，因此排屑器的运动仿真主要针对排屑器链板的运动轨迹，具体方法是将排屑器链板的运动轨迹在模型中画出，然后对照链板的尺寸沿链板在排屑器中运动的轨道进行一一确认，保证链板在运动中不会发生干涉，如图4所示。

另外，为了防止排屑器制造完成后与所配套的机床配合是发生干涉，需要确认机床出屑位置与排屑器的收集切屑位置尺寸相配合，避免出现无法安装的情况。

通过最后的干涉检查的仿真后，整个排屑器的设计研制随即完成。

图4 链板运动轨迹

3 结语

（1）主要考虑了实用性和经济性，因此创新性不足。本次项目考虑到排屑器后续如果批量制作供实训工厂使用，应尽量使用目前市场上的成熟技术，避免采用很多没有经过验证的结构而导致排屑器制造出来以后无法正常使用而导致资源的浪费等问题。相应的建议：在下一步的工作中，团队应着重研究学习目前三维设计软件中所附带的一些类似有限元分析、运动仿真分析等功能，在完成三维设计后就可以对所设计的排屑器设备进行有限元受力分析，对分析出的薄弱环节进行加强，保证排屑器的可靠性和使用寿命；同时进行运动仿真分析，避免出现运动干涉问题，并且可以消除异常的震动等问题，使排屑器在采用新结构的情况下避免对可靠性、使用寿命等带来的影响。

（2）目前实训工厂的设备无法自己制作排屑器成品。本项目中的排屑器设备需要进行激光切割、数控折弯两种金属加工方式是目前学校实训工厂不具备的，其他的金属加工工艺，如数控机加工、焊接、涂装等都可以实现，所以无法完全靠实训工厂实现排屑器成品的生产制作。相应的建议：联系相关的企业，提供切割和数控折弯代加工，将加工好的半成品钣金件带回学校，使用学校现有的设备完成后续的制造工艺，这样可以进一步降低排屑器生产的成本；并且学生在焊接实训、数控机加工实训时可以去制作排屑器的相关零部件，这样既减少了废料的产生，又锻炼了学生实际制造产品的能力，如果能实现这种方式去制作排屑器，将会是一举多得的项目。

（3）产生的经济效益无法体现。因为本次项目的成果是一套三维模型，虽然锻炼了参与项目的老师们的CAD软件使用能力，但是没有体现出实际的经济效益。相应的建议：目前学校已经成立了许多技术中心，尤其机械工程系创立了现代装备技术研究中心，参与过项目的教师可以把项目学到的软件使用方法应用在研究中心的一些机械设计等需要进行三维设计的项目上，多进行横向课题，使学到的软件使用技能产生经济效益。