摘要：實際生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床內(nèi)部及各角落切屑通常較難清理，為解決這一難題，設(shè)計并制作一種機(jī)床切屑清理機(jī)解決這一問題。本設(shè)計其工作原理與氣動拋光機(jī)類似。采用高壓空氣為動力，驅(qū)動葉片式氣動馬達(dá)帶動一個可更換的刷頭，對機(jī)床不同部位如工作臺，機(jī)床內(nèi)壁、外殼和操作面板進(jìn)行有效清理，同時設(shè)計有自動剎車裝置，安全可靠，對于機(jī)床內(nèi)部角落也可以增加加長桿，提高工作距離。通過實踐驗證滿足使用要求，解決了生產(chǎn)實際問題。

關(guān)鍵詞：清理機(jī);數(shù)控機(jī)床;氣動馬達(dá);自動剎車;車間應(yīng)用

0? 引言

隨著時代的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)控機(jī)床已成為學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)生產(chǎn)所常見的必要的設(shè)備。對于數(shù)控加工機(jī)床，零件的切削加工，刀具及工件的冷卻都會造成機(jī)床內(nèi)部大量的切屑、油污等，并且一些角落、側(cè)邊、機(jī)床內(nèi)壁等部位很難清理。特別是乳化液冷，如果清理不及時、不徹底，很容易造成機(jī)械部件生銹，影響機(jī)床工作甚至是整體的使用壽命。結(jié)合實際生產(chǎn)需求，非常需要一種可以方便清理油污和切屑的設(shè)備。

1? 國內(nèi)外機(jī)床切屑清理工具現(xiàn)狀

對一些企業(yè)、學(xué)校參觀調(diào)研及交流，目前對于數(shù)控機(jī)床的清理，主要以使用毛刷、氣槍為主，對于較難清理的厚重切屑配合使用鏟子等，但在實際使用中存在很多問題，如清理不徹底、造成二次污染等。一些大型企業(yè)，也有使用切屑吸塵器進(jìn)行切屑清理切屑的，但是吸塵器體積大，操作不便，價格昂貴，不適合在學(xué)校和普通中小企業(yè)車間的使用。

結(jié)合實際情況，設(shè)計一種數(shù)控機(jī)床切屑清理機(jī)，在工作原理和結(jié)構(gòu)上借鑒氣動拋光機(jī)（如圖1），通過車間使用的壓縮空氣驅(qū)動氣動馬達(dá)帶動刷頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清理切屑的目的。氣動拋光機(jī)的技術(shù)目前已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，可以直接借用它的設(shè)計經(jīng)驗，這樣就在研究和制作上可以少走很多彎路，同時也為產(chǎn)品在實際應(yīng)用上提供很好的實踐經(jīng)驗參考。

2? 切屑清理機(jī)的具體設(shè)計

總體設(shè)計借鑒氣動拋光機(jī)，其動力來源為壓縮空氣，同時根據(jù)實際需要分以下幾部分：清理機(jī)工作時由機(jī)床自帶壓縮空氣提供動力，驅(qū)動馬達(dá)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而作為氣動執(zhí)行元件。為完成不同位置切屑的清理，將刷頭與清潔器之間為可更換的螺紋連接，并使用左旋螺紋連接，保證工作時不會松動。為調(diào)整刷頭轉(zhuǎn)速，在其氣源接口閥后串聯(lián)一個節(jié)流閥，從而實現(xiàn)無極變速。對于工作臺較長及內(nèi)部角落的清理，設(shè)計時將清理機(jī)的連接閥口端部附帶一根加長金屬氣管。為了防止刷頭上的液體飛濺對機(jī)床或操作者的二次污染，將刷頭的外周包裹上一圈橡膠軟殼，使用時隨著按壓而緊貼在機(jī)床上，防止液體飛濺。在使用結(jié)束時為防止高速旋轉(zhuǎn)的毛刷頭誤傷操作者，設(shè)計一個自動抱死的剎車裝置，只有在打開高壓氣體開關(guān)時才會使刷頭自由旋轉(zhuǎn)，只需松開開關(guān)，刷頭立即停止轉(zhuǎn)動。

典型部件自動剎車系統(tǒng)的設(shè)計：自動剎車系統(tǒng)是本次設(shè)計中的創(chuàng)新點之一，由于空間有限，故設(shè)計必須十分緊湊。它主要由剎車片7，左、右剎車柄2、6，橡膠片3，錐形滑桿4，圓形彈簧1等組成?？梢詫崿F(xiàn)類似步進(jìn)電動機(jī)的功能，即通過打開氣閥開關(guān)的同時剎車柄松開剎車片，使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)松開開關(guān)時，剎車柄收緊，抱死剎車片，使馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，從而使整體動作停止，從而保證了使用后及時停止，避免高速旋轉(zhuǎn)的刷頭的意外擦傷。如圖2所示。

按下清理工具氣閥開關(guān)時，會同時按下錐形滑桿4，錐形滑桿4下行時和左右剎車柄2、6的斜面接觸并產(chǎn)生相對滑動，使左右剎車柄2、6向兩側(cè)撐開，這時橡膠片3與剎車片7分離，不再有摩擦力作用，剎車片即可自由轉(zhuǎn)動，葉片式馬達(dá)的偏心軸與剎車片7通過螺紋和鍵槽連接，可實現(xiàn)同時轉(zhuǎn)動和停止。當(dāng)松開氣閥開關(guān)時，錐形滑桿4也將會松開，在彈簧1的作用下使左右剎車柄2、6收緊，此時在斜面分力作用下，錐形滑桿4將向上移動，橡膠片3抱緊剎車片7，在摩擦力的作用下使其減速直至停止。這樣即可實現(xiàn)在使用清理工具時，刷頭是可以自由旋轉(zhuǎn)的，使用結(jié)束后剎車起作用，使刷頭停止旋轉(zhuǎn)，保證使用安全。

3? 切屑清理機(jī)主要零部件的制作

數(shù)控機(jī)床切屑清理機(jī)在經(jīng)過了前期設(shè)計、三維建模、運動仿真驗證效果，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計初想要實現(xiàn)的功能。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行零件的拆畫，主要考慮各零件之間的配合關(guān)系，合理制定零件加工方法及工藝，既能滿足使用要求，也考慮了實際制作的成本等問題。零件的加工制作決定了清理工具后續(xù)的裝配效果和運行的穩(wěn)定性及運行的精度，是從設(shè)計圖到產(chǎn)品的非常重要的一個過程。主要加工部件見表1所示。

3.1 葉片式馬達(dá)主要部件的加工

葉片式馬達(dá)的主要結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、上、下密封蓋和偏心軸。作為運動部件，也是核心部件，其制作精度直接影響到整個機(jī)構(gòu)的工作情況。它們都是回轉(zhuǎn)體，所以用數(shù)控車床先加工外形，再使用數(shù)控加工中心進(jìn)行銑削，打孔等。由于組成本裝置部件較多，本文選擇定子和上密封蓋這兩個典型零件進(jìn)行工藝分析和加工工序的描述。

定子是葉片式馬達(dá)的最重要的部件，其余的部件都是以它為基準(zhǔn)進(jìn)行裝配，所以在加工時一定要保證它的加工精度，如圖3為定子。工件外形為圓柱形，內(nèi)部一個偏心孔，側(cè)面有階梯孔及斜孔，一般的數(shù)控車床，加工中心就可以完成加工。加工時所選用的毛坯為Ф60×30的2A12材料。先在數(shù)控車床上進(jìn)行外形及偏心孔的加工，保證尺寸精度，在加工中心上完成R12.5圓弧及Ф3銷孔，側(cè)面Ф6孔端面Ф2孔的加工，注意孔的貫通，這里工作時會有氣體流通，孔的加工位置很重要。

定子的加工工藝如表2所示。

上、下密封蓋安裝在定子的上、下兩端，密封蓋的外側(cè)均安裝有軸承，內(nèi)側(cè)銑有圓弧的進(jìn)氣槽，壓縮空氣從定子的進(jìn)氣孔進(jìn)入圓弧的氣槽，將轉(zhuǎn)子上的葉片推出，形成若干個密封的工作容積，這樣馬達(dá)就能轉(zhuǎn)動。由于上、下密封蓋外形類似，所以只簡單的介紹上密封蓋的工藝，如圖4為上密封蓋。

上密封蓋加工工藝分析，首先在車床上加工階梯軸外圓，保證兩個外圓尺寸Ф50和Ф32，厚度3和7，內(nèi)孔Ф26，通孔Ф10，切斷，保證厚度，完成后在數(shù)控加工中心上打Ф4孔和銑鍵槽。工件外形為圓形，車削、銑削均可使用三爪卡盤裝夾，圓弧進(jìn)氣槽需要有Ф1立銑刀銑削，注意加工時切削參數(shù)的選擇即可。

3.2 剎車部件的制作

自動剎車部件主要考慮到在實際使用中，可能會遇到突發(fā)情況，當(dāng)有突發(fā)情況發(fā)生后能夠迅速有效的停止清理工具，有效保護(hù)操作者。自動剎車部件主要由剎車倉、剎車片、左右剎車柄及橡膠片組成。這里只對剎車倉和剎車柄這兩個典型的零件的加工過程和工裝夾具進(jìn)行分析。

剎車倉是整個剎車部件的承載體，位于清理器的頂部，左右剎車柄和錐形滑桿安裝在剎車倉內(nèi)，保證它們相對滑動時的剛性和運動準(zhǔn)確，圖5為剎車倉。

左右剎車柄是兩個半圓環(huán)，左右對稱。其外側(cè)是放圓形彈簧的球型槽，內(nèi)側(cè)粘有橡膠片可抱住剎車片使其在摩擦力的作用下停止轉(zhuǎn)動，圖6為左剎車片。

剎車柄外形為半環(huán)形，加工比較簡單，主要解決的是裝夾問題。制作時先在車床上做出環(huán)狀的毛坯，然后去除1/3，余下部分的銑削在加工中心上完成。通用夾具如平口鉗無法直接裝夾此工件，需先做一套專用夾具。如圖7為所設(shè)計的夾具，它由夾具本體、圓弧壓板、螺釘組成。使用時先將夾具本體裝夾在平口鉗上，再將工件安裝在本體上的圓弧槽內(nèi)，工件外形圓弧與夾具本體凹形圓弧面貼合定位，再用圓弧壓板壓緊，圓弧壓板下表面與工件貼合處經(jīng)過加工，能夠貼近內(nèi)圓表面，增加夾具與工件之間的摩擦力，保證夾緊的可靠性。

按照設(shè)計圖紙，完成所有零件的加工，檢驗合格后進(jìn)行裝配、調(diào)試。裝配好的清理機(jī)在機(jī)床上進(jìn)行了使用驗證，末端接口處可以直接連接加工中心的氣管作為動力，手持清理機(jī)很方便的進(jìn)行機(jī)床工作臺、內(nèi)壁、導(dǎo)軌等處的切屑、油污的清理，方便實用。如圖8所示，實際使用檢驗其使用效果。

4? 應(yīng)用與推廣

數(shù)控機(jī)床切屑清理機(jī)的設(shè)計制作，借鑒氣動拋光機(jī)原理，經(jīng)過了對其結(jié)構(gòu)分析改造，標(biāo)準(zhǔn)件選擇、部件的加工以及裝配和調(diào)試等工作，完成了整個裝置的設(shè)計并進(jìn)行了制作，通過實踐檢驗其實用性，能夠滿足日常使用。本設(shè)計從日常生產(chǎn)實際需求出發(fā)，解決了實際問題，同時兼顧實用性、經(jīng)濟(jì)性、使用的便捷性，解決了實際問題。

在應(yīng)用推廣方面現(xiàn)在已經(jīng)在作者所在單位使用，起到很好的效果，為了進(jìn)行推廣，讓其他院校實訓(xùn)車間或者中小型的加工企業(yè)能夠使用到這款方便實用，經(jīng)濟(jì)可靠的產(chǎn)品，現(xiàn)在正在積極推廣，同時本設(shè)計申請了實用新型專利，獲得授權(quán)，正在申請發(fā)明專利，希望在學(xué)校、工廠及其他場合能夠得到推廣和應(yīng)用。

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