教學型龍門刨床的研制

梁自成

（順德區胡寶星職業技術學校，順德 528325）

國家工業的振興與發展是驗證先進科學技術不可缺少的物質基礎，直接關系到國家綜合實力的整體提高。廣大職業技術院校師生則是工業技術發展的有力保障，由于生產型龍門刨床存在價格高昂、體積龐大等現象，應用于職業院校的教學會帶來經濟負擔，不能有效地發揮出機床的實用效能，易造成資源浪費。教學型龍門刨床的研制有效地解決了這一難題，通過對龍門刨床的仿真運動來幫助師生走出傳統單調的理論講教，推進理論與實踐立體式教學模式發展。通過激烈的市場競爭，順德區胡寶星職業技術學校自主研制的仿真龍門刨床獲得廣大師生的一致好評，充分滿足了職業技術院校的實驗性教學要求。

1 教學型龍門刨床的研制

作為橫向科研產品，它有著更高的技術要求，龍門刨床是機械行業中不可缺少的部分，獨特的機床特點具有不可替代的作用。主要表現在對體積較大、不易移動的零件余量去除效果較好，不但操作靈活、方便，而且生產效率較高。教學型龍門刨床的研制技術難點主要有：如何有效實現垂直刀架的靈活控制、橫梁的垂直升降運動以及水平刀架的運動，合理優化機械結構使其具有完善的實用性能。自主研制的龍門刨床立體造型如圖1所示。

圖1 教學型龍門刨床

2 橫梁、垂直刀架換向機構分析

橫梁和刀架是刨床中不可缺少的組成部分，如何有效靈活地控制兩個刀架同向、相向、反向和單個刀架的多種運動方式是重要環節，經過細致分析研究，其控制原理如圖2所示。

圖2 橫梁刀架換向裝置示意圖

伺服電機正轉帶動雙聯齒輪2旋轉，同時齒輪1與齒輪2、齒輪3與齒輪4嚙合，光軸1與光軸2同時轉動，使之齒輪5與齒輪6、齒輪7與齒輪8在U型槽的限制作用下嚙合，齒輪7與齒輪5分別通過鍵與鍵槽的配合來實現齒輪的周向旋轉，在固定絲杠做導向的作用下實現刀架同時水平運動。

若將齒輪2整體撥動至右側，使之齒輪3與齒輪1嚙合，電機正轉將帶動光軸1旋轉，從而實現光軸1與配合刀架的靈活移動；將齒輪2整體撥動至左側，使之齒輪2與齒輪4嚙合，通過電機的正轉旋轉帶動光軸2轉動，實現光軸2與配合刀架的靈活移動；電機反轉，通過齒輪2的位置變化實現與以上運動方式反向運動，達到設計要求，符合刨床刀架控制工作原理。

3 橫梁垂直升、降機構研究

靈活有效地控制龍門刨床橫梁的上升、下降是關鍵環節，工件尺寸不同，方便人們靈活地控制其刨削高度，有效地實現刨削功能。筆者采用的橫梁升降控制機構如圖3所示。

圖3 橫梁升降控制示意圖

該機構能有效控制橫梁的上升、下降，不但機構簡單，操作方便，而且能有效地控制橫梁刀架任意位置的刨削加工。兩個軸承座有效地支撐傳動光軸，保持平穩的動力傳遞。光軸承受扭矩會出現變形現象，傳動光軸動力系統通過光軸將其傳遞給兩端錐齒輪，通過兩對錐齒輪的嚙合再將其運動傳遞給垂直絲杠，通過垂直絲杠與橫梁上螺母的配合來帶動橫梁的上升與下降，通過軸承壓蓋來限制垂直絲杠的軸向竄動。

值得注意的是，兩側絲杠旋向應相反，左端為右旋，右端為左旋，方能使橫梁同向運動，通過絲杠頂部固定滾動軸承來進一步減少摩擦，增大動力的傳遞。絲杠的固定方式為一端固定一端自由，其特點是結構簡單，軸向剛度低，適用于短絲杠及垂直布置絲杠。為了達到機械運動的平衡性，減輕電機的負擔，人們可以通過配重來提升橫梁上升與下降的運動自由性。多次實踐證明，該機構的研制達到了理想效果。

4 水平刀架運動調整

實踐表明，水平刀架在去除加工工件的側壁時具有重要、高效的功能，有效地調節控制水平刀架運動至關重要。

4.1 水平刀架垂直進給控制

根據零件待加工側壁高度的不同，有效調節水平刀架垂直運動來實現刨削刀架定位，將電機固定于刀架之上，通過電機的旋轉帶動齒輪轉動，進而帶動與絲杠配合的螺母齒輪。絲杠兩端固定，使水平刀架垂直運動，齒輪之間的嚙合通過齒輪擋圈來進行齒輪軸向方向運動限位，如圖4所示。

圖4 水平刀架垂直進給控制

4.2 刀架自身微量調整

為了靈活、方便地控制刀具伸縮量，筆者采用刀架自身微量手動調整方式，操作簡單，使用靈活，便于調整，內部結構通過一對錐齒輪嚙合來調整刀架小溜板的運動，與錐齒輪配合的絲杠作為傳動導向元件，通過手輪的旋轉來調整刀架小溜板的運動，如圖5所示（小溜板與螺母固定）。

圖5 刀架微量調節控制示意圖

5 工作臺的運動設計

5.1 工作臺運動要求

一是工作臺移動速度7～9m/min，二是傳動二級減速，三是實現平穩往復移動。

5.2 確定傳動路線

傳動路線為：電機→—級減速器→鏈傳動→二級減速→齒條（工作臺）。綜合考慮工作要求、安裝、機械結構、控制原理、生產制造及經濟性等因素，設計如下：一是電機選取三相異步電動機Y160M-4，額定功率15kW，額定轉速1460r/min；二是一級減速器采用渦輪蝸桿90°減速器（轉速比i12=10∶1）；三是鏈傳動：轉速比i34=8∶1；四是二級減速，采取簡單二級齒輪系作為二級減速（轉速比i56=2∶1）；五是齒條，齒條與工作臺固定，通過齒輪齒條傳動，工作臺平穩地實現往復移動。

6 結論

當前，廣大職業院校師生對龍門刨床的了解程度存在差異，難以充分掌握其加工方法、運動方式、刨削原理以及控制原理等。教學型龍門刨床的成功研制有效地解決了這一難題，仿真型龍門刨床的多種運動方式使廣大學生對刨床有了更進一步的認識。經過多次實踐教學驗證，該龍門刨床具有性能可靠、運動平穩等優點，對于廣大職業技術院校實驗性教學具有重大意義。