普通车床溜板箱模拟练习装置的设计制作

2019-06-03贾泓学籍占虎姜春泽苏深源

承德石油高等专科学校学报 2019年2期

田野，贾泓学，籍占虎，姜春泽，苏深源，邢政

(1.承德石油高等专科学校 a.工业技术中心；b.机械工程系，河北承德 067000; 2.吉林机械工业学校，吉林吉林 132000)

在市场竞争和技术竞争越来越激烈的环境中，逐步凸显工程技术与社会经济发展的互动性，高等工程教育也开始转变为重视工程实际。用人单位越来越看重具有跨学科、综合性知识，工程实际能力强的工程技术人才[1]。高等教育提倡学生工程实践能力和创新能力培养，车工实训作为培养工科学生生产实践能力的基本技能训练课程，不仅能培养学生良好的普通车床操作职业习惯，使学生熟悉常用的车削方法和车削加工工艺，掌握普通车床操作必备的基础知识和基本技能；同时也可以培养学生的职业素质、工程意识和创新意识，为后续课程学习奠定实践基础，对培养适应现代化生产要求的高素质技术技能型人才起到不可替代的作用。

1 装置的设计原则

普通车床主要是指用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。多用于一般的常规工件加工，也适合加工复杂工件、维修配件或数控加工前的粗加工。

目前，受到教学体系和实训手段限制，高校车工实训教学效果不够理想。例如，因参训学生陡增导致整个车工实训时间缩减；刚刚接触车床设备的学生安全意识缺乏，好奇心理和畏惧心理并存；初学者因双手动作不协调过度摇动溜板箱手柄，使其超出行程，撞到防护罩上或手柄；用金属毛坯进行双手配合练习，浪费原材料，刀具损坏严重；教师授课一言堂、实训内容枯燥乏味、考试考核方法单一、“严防死守”避免学生发生事故等。因此，必须设计一种结构简单、造价经济、安全可靠、利于学生操作、可迅速熟悉普通车床组成结构和基本操作的装置，力争在较短的时间内促使初次接触设备的学生快速克服恐惧心理，增强自身的安全意识，提高车工实训效率。

2 装置的工作原理

参考《教学仪器设备安全要求总则》(GB 21746—2008)和《机床安全工件卡盘设计和结构的安全要求》(ISO 16156-2004)等相关国家标准，河北某高校原创设计了普通车床溜板箱模拟练习装置[2-4]。如图1所示，通过双手配合操作溜板箱纵滑板纵向进刀手柄和横滑板横向进刀手柄(或横滑板横向进刀手柄和小滑板纵向进刀手柄)模拟“双手控制法”加工成形面，熟悉普通车床的工作原理和基本操作，不仅提高安全操作意识，节省原材料，而且减少刀具和设备的损坏造成的浪费。同时结合“LED数显”与“延时断电报警”等技术以及旋转跳舞机器人等，可实现计数计时和趣味提醒等功能，方便了考核量化，增加了练习趣味性，实现了寓教于乐。

3 装置的结构设计

3.1 装置的机械结构设计

本装置的机械结构主要是2 480×1 630×1 630 mm的镀锌板材柜、模拟成形面加工的“S”形金属槽和带抽拉杆的虚拟车刀。其中柜体正面开有尺寸适宜的通孔，安装总电源开关、LED数显屏幕、蜂鸣器、激光计数器控制面板、延时循环定时器控制面板；柜体顶部为配合紧密的开合顶盖，方便修整内部电路，同时在顶盖上通过金属万向定性软管连接安装旋转跳舞机器人，整体内部走线；柜体侧面设有锂电瓶充电插口和激光感应头连接线。而金属槽则采用4 mm的铝合金板为主要制作材料，将其加工成两段曲率相同的“S”形，通过两端的滑道以及三个带编号的销孔实现可量化调节“S”形槽的宽度，为练习者提供不同难度等级；板材两端分别使用螺钉固定铝制连接轴，其中将右端连接轴钻削中心孔，便于活顶尖装夹；在金属板两端分别安装水平泡，方便调节找平。此外，装置所使用的虚拟车刀主体为20×20 mm的方钢仿制而成，在虚拟车刀左侧加工M4的螺纹孔，在其中心加工8.2×10.2 mm的通孔，能够使8×10 mm的方钢杆自由抽拉；在抽拉杆的顶端焊接能够安装激光发射器的连接板；与金属板滑道的三个销孔对应，在抽拉杆表面划刻三个编号的刻度线，通过顶丝控制车刀至成形面的距离与“S”形槽中激光至两端的距离。

3.2 装置电路结构设计

考虑到使用者安全，装置总电源采用可反复充电的24 V锂电瓶供电，不破坏车床原有电路，通过总电源开关控制，分配给“延时循环定时器”、“激光计数器”与旋转跳舞机器人，通过延时循环定时器后连接“断电报警器”，当使用者违规操作时激光计数器计数，并且蜂鸣器报警，预设考核时间到后“延时循环定时器”切断断电报警器电路实现断电报警。

4 装置的操作方法

安装时，将装置放置于普通车床主轴箱上方，激光头安装在虚拟车刀上；金属板的左端装夹于普通车床的三爪卡盘，右端通过活顶尖和中心孔夹紧，保证轴心线和车床主轴重合，再通过水平泡保证金属板的水平。将虚拟车刀装夹于方刀架内，参照金属板的编号调节固定抽拉杆的位置。

练习和考核时，首先开启装置总电源，将计数器设置为“零”，设置规定时间。然后保证车床主轴静止的状态下，操作者使用双手摇动纵滑板和横滑板的进刀操作手柄，始终保持虚拟刀尖沿金属板槽所模拟的路线做往复的复合运动。在保持所要求的间隙的情况下，完成车刀从右到左，再从左到右的往返行程。为增加趣味性，可调节金属槽的宽度和抽拉杆位置，由易而难。一旦出现违规行为，即虚拟刀尖与金属板槽边缘过近或者过远，计数器将记录1次，同时蜂鸣器报警，以此类推。到达规定时间时，延时循环定时器装置将自动断电同时断电报警器报警，提示结束。

5 装置的特点

1)以本装置为载体，通过模拟“双手控制法”加工成形面熟悉车床原理和基本操作，不仅节省原材料，且减少刀具损坏造成的浪费；2)装置设计贴近实践，操作简便易行，制造成本低廉，装卸方便练习完毕后可直接拆卸，不影响车床的正常使用；3)采用声光电报警方式，当操作者操作失误时，装置会自动报警并累计计数，且可提供时间显示，便于考核量化；4)“S”形槽的宽度可按照宽度自由选取，操作者可以由初级阶段逐级提升难度，便于考核学习训练效果；5)有利于消除初学者的畏惧心理和培养操作者的安全意识，还能大大减轻管理者的压力，减少对车床减少伤害；6)适用于院校的车削认识实训，也适用于制造企业员工培训，具有较好的经济效益和社会效益。