基于機加實訓教學銑床操作安全保護裝置的研究

朱四海

（長沙航空職業技術學院，長沙 410014）

1 銑工實訓教學的背景與現狀

在機械制造行業中，普通銑床是應用最廣泛的機床之一。因此，在各大工科類院校以及高、中職院校的實踐教學課程中，普通銑床操作是重要實訓項目，也是機械類學生必須掌握的基本技能[1]。“機加實訓”課程中普通銑削實訓占整個課程時間的50%。在這樣一個以學生自主學習、自主操作為主的學習環境中，學生的人身安全問題不可忽視，也是實踐教學主管部門、具體實施單位和實訓指導教師需要首要關注的問題[2]。由于該課程教學任務重、教學時間較短以及學生人數較多，且學生大多是第一次接觸機械加工設備，還沒有形成良好的安全操作意識和規范動作，常常出現操作不當等問題，經常會造成人身傷害和設備損壞的安全事故[3]。據統計，出現安全問題最多的原因包括：裝夾零件及測量零件時忘記停主軸，導致事故；高溫廢屑飛濺燙傷，導致事故；清理廢屑或打掃機床衛生時被廢屑割傷[4]。為了避免這幾種事故的發生，除了加強學生的安全教育外，還應研究事故現象，加裝安全保護裝置，以保障學生的實訓安全。

本次研究基于機加實訓普通銑床實訓教學設備研究，設計制作了既能消除安全隱患又能快速清理廢屑和提高加工效率的安全保護裝置。該裝置既能為實訓教學和學生操作提供安全保障，又能使學生養成良好的安全操作意識和動作規范，從而避免在實訓中發生安全事故，為培養應用型、創新型人才打下了堅實基礎。

2 解決方案

在申請號為CN201611248732.8、授權公告日為2019年1月22日的專利文件中，公開了一種具有擋屑、集屑、可自動調整高度的擋屑板及銑床。擋屑板包括后擋板組件、左擋板組件和右擋板組件；后擋板組件包括后擋板和自動調節組件；銑床包括底座、床身、銑頭、工作臺和擋屑板。該方案的擋屑板能始終與床身的橫臂接觸，不僅不會出現干涉現象，而且擋屑效果較好[5]。但是，該方案的擋屑板沒有設置前擋屑組件，廢屑會從裝置前側飛出；擋屑板阻擋的廢屑在擋屑板圍成的范圍內會無規則堆積，人工清理較為麻煩。該擋屑板要實現好的擋屑效果，需要設置一定的高度，一定程度上阻礙了工件的裝卸，不方便操作。鑒于以上原因，將在以下幾個方面對銑床進行改進與研究。

2.1 安全裝置

設置在觀察窗導軌上的安全裝置包括微動開關。微動開關通過觀察窗框的移動控制主軸啟停。只有觀察窗框到達設定位置后主軸才能開啟，可有效防止學生誤操作而發生安全事故。

2.2 擋屑裝置

設置在銑床銑頭底部且環繞銑床主軸安裝的擋屑裝置包括安裝座。在安裝座的前側設有觀察窗組件，另外3個側面均設有擋屑簾組件，并設有觀察窗便于操作人員觀察工作狀況。擋屑裝置能有效防止高溫廢屑四處飛濺。

2.3 集屑裝置

設置在銑床工作臺上且圍繞機用平口鉗安裝的集屑裝置包括集屑盒。集屑盒的底板后側向工作臺的上表面傾斜，并設有落屑孔。在落屑孔下方設有可拆卸的倒屑盒，能有效收集廢屑，且避免了廢屑的飛濺，既能保證操作者的安全，又提高了機床維護保養的效率。

3 裝置結構與作用

3.1 整體結構

本次研究提供了一種安全且免拆裝的立式銑床擋屑和集屑裝置，如圖1所示。該裝置包括環繞銑床主軸安裝的擋屑裝置和圍繞機用平口鉗安裝的集屑裝置。其中：擋屑裝置包括安裝座，安裝座的前側設有觀察窗組件，另外3個側面均設有擋屑簾組件，如圖2所示；集屑裝置包括集屑盒，集屑盒的底板后側向工作臺的上表面傾斜，并設有落屑孔，在落屑孔下方設有可拆卸的倒屑盒，如圖3所示。

圖1 新型銑床部分結構分解示意圖

圖2 圖1中A處放大圖

圖3 圖1中B處放大圖

3.2 裝置作用

觀察窗組件包括設置在安裝座前側外部的導軌，在導軌內設有可滑動的觀察窗框，觀察窗框的移動控制主軸啟停的微動開關，只有當觀察窗框到達設定位置后主軸才能開啟，可有效保證操作人員的安全。在觀察窗框內設有透光板，在導軌和安裝座上設有驅動觀察窗框沿導軌升降的升降驅動裝置。設置觀察窗組件便于操作人員觀察零件的加工情況，使操作人員可快速發現加工過程中的問題，從而及時作出相應處理。

升降驅動裝置包括設置在觀察窗框豎直方向邊框內側的齒條和設置在安裝座前側凹槽內的升降電機。在升降電機的輸出軸上設有齒輪，且齒輪與齒條嚙合。將升降電機設置在安裝座前側凹槽內，能夠節省安裝空間，并且能夠有效保護升降電機。采用齒輪與齒條嚙合傳動的方式，動力傳輸較為可靠。

導軌的數量為兩條，在兩條導軌的頂端之間設有導軌連桿。設置兩條導軌能使觀察窗框的升降運動平穩可靠。設置導軌連桿能連接兩條導軌，增強結構的穩定性。

擋屑簾組件包括安裝支架，在安裝支架上設有可旋轉的卷軸，卷軸上設有柔性卷簾和卷簾電機，且分別位于安裝支架兩側。其中：卷簾電機控制卷簾的升降，機床工作時降下卷簾；機床停止工作時，可以將卷簾收起，隱藏至凹槽內。這種設置能夠使機器更加規整，且能保護擋屑簾組件。

集屑盒包括左集屑盒和右集屑盒。其中，左集屑盒底板的外表面設有左固定支架，右集屑盒底板的外表面設有右固定支架，且左固定支架和右固定支架均通過工作臺上的T形槽與工作臺相連。以上設置中，集屑盒通過壓板或螺栓螺母固定在工作臺上，收集廢屑時拆卸更加方便。

在落屑孔的下方相對設有兩條L形的滑軌，滑軌與集屑盒形成滑槽；在倒屑盒頂部的兩側沿長度方向設有兩條凸緣，且凸緣伸入滑槽內。以上設置中，倒屑盒可在滑槽內滑動，當倒屑盒內的廢屑裝滿后，可將倒屑盒抽出，從而快速清理廢屑。倒屑盒的底板上設有一個漏液孔，當切削液流入集屑盒后，會從漏液孔流出。倒屑盒的端部設有拉手，方便抽拉倒屑盒。

該方案中，觀察窗組件與設置在安裝座左側的凹槽內、右側的凹槽內和后側的凹槽內的擋屑簾組件將銑刀的四周封閉起來，能有效防止廢屑隨銑刀的旋轉運動四處飛濺，從而全方位解決擋屑的問題，且能保障操作人員的安全，保護地面。由于擋屑裝置設置在銑床銑頭底部，不影響工件的裝卸。集屑裝置能使廢屑沿傾斜的集屑盒底板通過落屑孔落入倒屑盒中，便于清理廢屑，且切削液流入倒屑盒后可從漏液孔流出。

4 結語

本改進措施著重于解決銑工實訓教學中初學者在操作中可能出現的安全問題，根據教學中發現的問題針對性研制改進了普通銑床實訓教學設備，初步設計制作出既能消除安全隱患又能快速清理廢屑和提高學生學習效率的安全保護裝置。該裝置不僅能為實訓教學和學生操作提供安全保障，而且能使學生養成良好的安全操作意識和動作規范。實訓教學過程中不僅要對學生進行安全教育，還要針對事故現象加裝安全保護裝置，從而保障學生的實訓安全，避免在實訓中發生安全事故。