基于技能實訓十字滑臺的研制與應用*

李慶達，丁俊健，劉慶倫，黃紅兵，張亞民

（中山火炬職業技術學院裝備智造學院，廣東中山 528436）

0 引言

近幾年來，數控機床裝調與技術改造競賽項目在中高職教育影響越來越大，十字滑臺機械裝調在中高職機電專業里是較為經典的技能實踐模塊[1-2]。由于十字滑臺選型多、尺寸不一、制造周期長、成本高，而且質量重不便移動，占用空間較大，在教學培訓操作不利便。為了滿足中高職院校機電專業實現一體化課程教學和競賽培訓的需要，研制一種設計制造周期短、制造成本低、技能知識豐富、操作方便、教學培訓直觀等優點于一體的十字滑臺（圖1），不但能滿足中高職院校技能實訓的教學需求，而且還適用于中高職數控機床裝調與技術改造項目競賽的裝調實訓[3-5]。該裝備通過3年的實踐驗證，不但圍繞教學內容，還以數控機床裝調技能競賽知識為導向，共經歷了3次升級改造和革新，使裝備機械結構和技能知識更加豐富、完善，更具有科學性、實踐性、實用性，并在教學競技實踐中發揮得淋漓盡致[6-7]。本文主要內容是以十字滑臺結構設計分解和實踐應用2個方面作闡述，進一步驗證其作品在實踐應用中更具有優越性和高性價比。

圖1 十字滑臺

1 十字滑臺結構設計

1.1 水平調試

設備床身機構由地腳、床身支承條、床身底板、檢測板、導軌支承座等零件組成，如圖2所示。將水平儀輕放在檢測區處，通過調節地腳以達到床身水平調試和檢驗的目的。其中床身支承條主要支承床身底板，提升剛性，根據組裝需求將床身底板（采用進口機玻璃制作，品質優良，透明可視，便于教學演示用）在常拆裝的螺紋孔套上不銹鋼牙套，目的是防止爛牙或生銹，便于日后維護，降低成本，提高維護能效。

圖2 Y軸導軌結構圖

1.2 Y軸導軌結構

水平調試完畢后，進行Y軸直線導軌裝調，如圖2所示。遵循基準導軌先行原則進行調試。本方案均可采用單導軌定位和雙導軌定位方式。

單導軌定位是將1條導軌作為基準導軌安裝在床身的導軌槽上，底面和側面均有定位，通過契塊和螺釘固定，另一條作為非基準導軌，單導軌定位裝調較為容易[8]。

雙導軌定位安裝是指2條導軌的側面均要定位，定位面要求的平行度誤差小，導軌槽底面高度設有微略偏差，其目的：一是調整導軌平行度誤差；二是調整墊調整導軌水平直線度誤差。當導軌滑行精度要求較高時，調整難度也將提高，以達到技能實訓的目的。

1.3 絲桿支承結構

絲桿的支承結構由電機座和軸承座組成。電機座主要連接電機（本案也可采用手輪連接方式代替電機驅動）和支承滾珠絲桿，另一端為滾珠絲桿游動支承的軸承座。將檢驗棒分別安裝在電機座和軸承座，通過杠桿千分表分別檢測其上母線和側母線，保證其同軸的精度，然后小心輕巧拆下檢驗棒，再根據滾珠絲桿、軸承的滑行精度要求進行安裝，最后再用杠桿千分表復檢一次，以保障預期技能實踐的質量。

1.4 軸導軌結構

在Y軸基層完成的基礎上，繼續進行X軸基板的安裝。然而X軸導軌要與Y軸導軌交叉成90°，可以借用三角尺和杠桿千分表檢測調試，保證X軸基準導軌與Y軸基準導軌達到垂直的精度要求，依次科學合理穩固好X軸基準導軌的螺絲，再進行X軸的另一條導軌安裝調試。

通過上述結構思路和方法依序安裝調試X軸導軌、絲桿支承及拖板等模塊，最后科學合理地完成十字滑臺的安裝與調試工作。裝調項目綜合性強，整體結構涵蓋如導軌的直線度、導軌間平行度、導軌與絲杠平行度、上下板之間的垂直度等內容，是培養和訓練學生裝調技能的重點。

2 實踐應用

2.1 應用優點

該設計緊扣崗位職業能力要求，結合機械裝調專業知識點、技能點，具有模式化和知識塊結構。既可單層直線滑臺技能實訓，也可以組成十字滑臺實訓實踐，內容可由簡單到復雜，循序漸進，層層深入，具有將科學性、選擇性、靈活性、復雜性等融為一體的學習模式。研制成本低，生產周期短，適應性、靈活性、實用性強。

2.2 裝調工藝

（1）裝調準備工作

在裝配調試前，首先備齊一套整機的零件及其緊固件；其次，準備齊全有關的裝配用的工量具（銅棒，扳手、螺絲刀、專業工具和儀表儀器等）；然后，可適當準備防銹清洗劑、專用抹布、手套等物品以備用。將Y軸底座放置在工作臺上并將安裝導軌的平面擦拭干凈。

（2）水平調試

主要采用水平儀器對床身基座進行水平調試和檢測。若基座水平出現偏差，可以科學有序地調節地腳上的螺母進行適當擰緊，預防在后續安裝出現擺動或變形現象。

（3）Y軸導軌安裝

安裝直線導軌時輕拿輕放，避免磕碰影響導軌的直線精度。將Y軸導軌置于導軌支承面上，注意基準方向。預緊導軌螺釘，接著有序預緊斜壓塊螺釘，最后用扭力扳手緊固導軌螺釘，保證螺釘穩固扭力一致。將水平尺安放在床身基座墊塊上，調整水平尺高度，使之兩端與導軌等高。將表座安放在滑塊上，表針接觸水平尺上表面，移動表座，檢測各位置的高度尺寸，偏差在0.03 mm（具體數值根據要求而定）之內。如導軌出現高低超差，并做好超差記錄。拆下導軌，用墊片（或塞尺）調整低點的高度，重復調試上述步驟，直至尺寸合格。同理，按相同的方法調試另外一條導軌。保證主副導軌的等高和平行等距，如圖3所示。預緊導軌螺釘安裝方法有2種：一種是從導軌一端向另一端有序進行；另一種是從中間向兩側逐步預緊。

圖3 Y軸導軌調測

（4）Y軸絲桿軸承座裝調

絲桿驗棒的安裝，將絲桿驗棒分別置于絲桿軸承座孔中，用螺釘緊固；將裝配驗棒的軸承座組件分別安放在Y軸底座上，用螺釘預緊；檢查兩驗棒主母線高度，先調整主母線偏高的軸承座，使主母線與導軌平行（在軸承座底部墊墊片或塞尺，平行度數據按要求調整）；再調整另一個軸承座（在軸承座底部墊墊片或塞尺），使兩驗棒主母線等高（同軸度數據按要求調整）；調整兩軸承座位置，使軸承座側母線同軸，并與兩導軌對此（同軸度、對稱度數據按要求調整）；用扭力扳手將螺釘緊固到規定要求。

（5）Y軸絲桿裝配

從絲桿軸承座上拆下驗棒，將Y軸絲桿置于軸承座孔內，軸承依標準加入適當牛油，軸承采用背靠背的裝配方式，故先將第一個軸承內較寬的朝下需到底，再用專用工裝壓一下；再裝入第二個軸承，且“箭頭”須對齊（鎖扣朝下）；裝配軸套，鎖緊螺母；安裝軸承壓蓋，安裝另一端軸承、卡簧、軸承壓蓋。

（6）X軸基座安裝

將X軸底座面擦拭干凈，安置在Y軸滑塊上并將安裝導軌的平面也擦拭干凈。同樣采用水平儀將X基座調試水平，調試好X軸底座與Y軸絲桿座精密連接裝配，并科學有序地預緊螺釘，反復測試Y軸絲桿的轉動順暢度和穩定極小的摩擦系數。最后緊固螺釘達到要求。

（7）X軸導軌安裝

將X軸導軌置于安裝面上，注意基準方向，從導軌一端向另一端有序進行預緊導軌螺釘，接著安裝導軌滑塊備用。為了讓X軸導軌與Y軸導軌相互垂直，需要進行如下步驟調測：第一，采用水平尺進行檢測調試導軌的水平度；第二，利用直角尺的短邊緊貼Y軸基準導軌，百分表（或千分表）座磁吸在X軸導軌滑塊上，表頭指針對直角尺的長邊進行移動檢測X軸導軌與Y軸基準導軌的垂直度（圖4），如X軸基準導軌直線度出現直線超差，做好對應位置超差記錄。

圖4 檢測X軸與Y軸基準導軌的垂直度

松開導軌螺釘，用墊片（或塞尺）進行調試，并與斜壓塊預緊有機相結合，調測好導軌的直線度，直至達到與Y軸基準導軌規定的垂直要求；然后穩固X軸基準導軌的螺釘；最后再進行X軸副導軌的調測，其操作步驟方法與Y軸主副導軌裝調方法一致，保證X軸主副導軌的等高和平行等距。

（8）X軸絲桿軸承座及絲桿安裝

在X軸主副導軌調測好的基礎上，進行X軸絲桿軸承座裝調，其操作步驟檢測方法與上述步驟（4）和步驟（5）中Y軸絲桿軸承座、絲桿裝調一樣，在此不再重復描述。但值得注意的是：當將軸承座上的檢驗棒拆下來時，注意不能大力敲擊，以免影響軸承座的同軸精度；絲桿安裝完畢后，再用百分表（或千分表）進行絲桿的徑向跳動（旋轉兩圈）檢測和絲桿與導軌的平行度、等高度檢測。

（9）工作臺裝調

在安裝工作臺（拖板）時，要注意絲桿螺母固定座與拖板的安裝，如有間隙可采用塞尺進行調整；在擰緊螺釘時，不能直接擰固，要通過轉動絲桿來帶動拖板，讓拖板在導軌上有效的行程內來回往返測試，調整和消除螺母座與拖板連接的誤差間隙，降低調測過程所產生的內應力和摩擦系數，提高絲桿螺母副、導軌、滑塊等之間順暢度。

（10）X、Y滑臺檢驗

在完成十字滑臺的裝調基礎上，分別在X、Y軸電機座處安裝步進電機（或伺服電機），利用電控系統進行電機驅動。在工作臺上放置直角尺，用百分表（或千分表）檢測，使直角尺的一邊與X軸基準導軌平行，然后通過X、Y軸電控系統分別驅動相應軸滑動，檢測X、Y軸的直線度、垂直度、X、Y軸的重復定位精度等。

2.3 教學效果

在知識、能力和情感目標上，學生均能從中了解直線導軌、滾珠絲杠安裝精度對機床精度和使用的影響，并能正確對其安裝以達到技能訓練的目的，訓練中還可以使學生養成嚴謹認真、規范操作和安全文明生產的良好習慣[9]。

3 結束語

本文圍繞著職業技能、競賽、教學培訓的思路，展開技能實訓十字滑臺的結構設計。經過3年教學競技實踐與檢驗，教學實踐作品不斷完善，機械裝調課程的改革得到穩步推進，學生對理論知識的理解能力和技能競技的動手能力有著顯著提高，學生整體綜合素質也逐步提升。學生參加相應的數控裝調技能競賽獲得佳績，驗證了十字滑臺的研制及其應用具有良好的借鑒意義。