普通車床溜板箱模擬練習裝置的設計制作

田 野，賈泓學，籍占虎，姜春澤，蘇深源，邢 政

(1.承德石油高等專科學校 a.工業技術中心；b.機械工程系，河北 承德 067000; 2.吉林機械工業學校，吉林 吉林 132000)

在市場競爭和技術競爭越來越激烈的環境中，逐步凸顯工程技術與社會經濟發展的互動性，高等工程教育也開始轉變為重視工程實際。用人單位越來越看重具有跨學科、綜合性知識，工程實際能力強的工程技術人才[1]。高等教育提倡學生工程實踐能力和創新能力培養，車工實訓作為培養工科學生生產實踐能力的基本技能訓練課程，不僅能培養學生良好的普通車床操作職業習慣，使學生熟悉常用的車削方法和車削加工工藝，掌握普通車床操作必備的基礎知識和基本技能；同時也可以培養學生的職業素質、工程意識和創新意識，為后續課程學習奠定實踐基礎，對培養適應現代化生產要求的高素質技術技能型人才起到不可替代的作用。

1 裝置的設計原則

普通車床主要是指用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。多用于一般的常規工件加工，也適合加工復雜工件、維修配件或數控加工前的粗加工。

目前，受到教學體系和實訓手段限制，高校車工實訓教學效果不夠理想。例如，因參訓學生陡增導致整個車工實訓時間縮減；剛剛接觸車床設備的學生安全意識缺乏，好奇心理和畏懼心理并存；初學者因雙手動作不協調過度搖動溜板箱手柄，使其超出行程，撞到防護罩上或手柄；用金屬毛坯進行雙手配合練習，浪費原材料，刀具損壞嚴重；教師授課一言堂、實訓內容枯燥乏味、考試考核方法單一、“嚴防死守”避免學生發生事故等。因此，必須設計一種結構簡單、造價經濟、安全可靠、利于學生操作、可迅速熟悉普通車床組成結構和基本操作的裝置，力爭在較短的時間內促使初次接觸設備的學生快速克服恐懼心理，增強自身的安全意識，提高車工實訓效率。

2 裝置的工作原理

參考《教學儀器設備安全要求 總則》(GB 21746—2008)和《機床安全 工件卡盤設計和結構的安全要求》(ISO 16156-2004)等相關國家標準，河北某高校原創設計了普通車床溜板箱模擬練習裝置[2-4]。如圖1所示，通過雙手配合操作溜板箱縱滑板縱向進刀手柄和橫滑板橫向進刀手柄(或橫滑板橫向進刀手柄和小滑板縱向進刀手柄)模擬“雙手控制法”加工成形面，熟悉普通車床的工作原理和基本操作，不僅提高安全操作意識，節省原材料，而且減少刀具和設備的損壞造成的浪費。同時結合“LED數顯”與“延時斷電報警”等技術以及旋轉跳舞機器人等，可實現計數計時和趣味提醒等功能，方便了考核量化，增加了練習趣味性，實現了寓教于樂。

3 裝置的結構設計

3.1 裝置的機械結構設計

本裝置的機械結構主要是2 480×1 630×1 630 mm的鍍鋅板材柜、模擬成形面加工的“S”形金屬槽和帶抽拉桿的虛擬車刀。其中柜體正面開有尺寸適宜的通孔，安裝總電源開關、LED數顯屏幕、蜂鳴器、激光計數器控制面板、延時循環定時器控制面板；柜體頂部為配合緊密的開合頂蓋，方便修整內部電路，同時在頂蓋上通過金屬萬向定性軟管連接安裝旋轉跳舞機器人，整體內部走線；柜體側面設有鋰電瓶充電插口和激光感應頭連接線。而金屬槽則采用4 mm的鋁合金板為主要制作材料，將其加工成兩段曲率相同的“S”形，通過兩端的滑道以及三個帶編號的銷孔實現可量化調節“S”形槽的寬度，為練習者提供不同難度等級；板材兩端分別使用螺釘固定鋁制連接軸，其中將右端連接軸鉆削中心孔，便于活頂尖裝夾；在金屬板兩端分別安裝水平泡，方便調節找平。此外，裝置所使用的虛擬車刀主體為20×20 mm的方鋼仿制而成，在虛擬車刀左側加工M4的螺紋孔，在其中心加工8.2×10.2 mm的通孔，能夠使8×10 mm的方鋼桿自由抽拉；在抽拉桿的頂端焊接能夠安裝激光發射器的連接板；與金屬板滑道的三個銷孔對應，在抽拉桿表面劃刻三個編號的刻度線，通過頂絲控制車刀至成形面的距離與“S”形槽中激光至兩端的距離。

3.2 裝置電路結構設計

考慮到使用者安全，裝置總電源采用可反復充電的24 V鋰電瓶供電，不破壞車床原有電路，通過總電源開關控制，分配給“延時循環定時器”、“激光計數器”與旋轉跳舞機器人，通過延時循環定時器后連接“斷電報警器”，當使用者違規操作時激光計數器計數，并且蜂鳴器報警，預設考核時間到后“延時循環定時器”切斷斷電報警器電路實現斷電報警。

4 裝置的操作方法

安裝時，將裝置放置于普通車床主軸箱上方，激光頭安裝在虛擬車刀上；金屬板的左端裝夾于普通車床的三爪卡盤，右端通過活頂尖和中心孔夾緊，保證軸心線和車床主軸重合，再通過水平泡保證金屬板的水平。將虛擬車刀裝夾于方刀架內，參照金屬板的編號調節固定抽拉桿的位置。

練習和考核時，首先開啟裝置總電源，將計數器設置為“零”，設置規定時間。然后保證車床主軸靜止的狀態下，操作者使用雙手搖動縱滑板和橫滑板的進刀操作手柄，始終保持虛擬刀尖沿金屬板槽所模擬的路線做往復的復合運動。在保持所要求的間隙的情況下，完成車刀從右到左，再從左到右的往返行程。為增加趣味性，可調節金屬槽的寬度和抽拉桿位置，由易而難。一旦出現違規行為，即虛擬刀尖與金屬板槽邊緣過近或者過遠，計數器將記錄1次，同時蜂鳴器報警，以此類推。到達規定時間時，延時循環定時器裝置將自動斷電同時斷電報警器報警，提示結束。

5 裝置的特點

1)以本裝置為載體，通過模擬“雙手控制法”加工成形面熟悉車床原理和基本操作，不僅節省原材料，且減少刀具損壞造成的浪費；2)裝置設計貼近實踐，操作簡便易行，制造成本低廉，裝卸方便練習完畢后可直接拆卸，不影響車床的正常使用；3)采用聲光電報警方式，當操作者操作失誤時，裝置會自動報警并累計計數，且可提供時間顯示，便于考核量化；4)“S”形槽的寬度可按照寬度自由選取，操作者可以由初級階段逐級提升難度，便于考核學習訓練效果；5)有利于消除初學者的畏懼心理和培養操作者的安全意識，還能大大減輕管理者的壓力，減少對車床減少傷害；6)適用于院校的車削認識實訓，也適用于制造企業員工培訓，具有較好的經濟效益和社會效益。

6 結語

本實訓裝置設計科學合理，體現了科學知識和科學方法相統一的原則，簡單便捷實用，技術改造容易實現，造價低廉，裝卸方便，既豐富實訓內容提高教學質量，又能達到降低教學成本的效果，對學生掌握車削知識，樹立安全意識，掌握科學的學習方法和實踐操作技能有巨大的促進作用[5-6]。