梁 堃

（寧夏工商職業(yè)技術學院，寧夏 銀川 750002）

機械加工制造的過程會產(chǎn)生大量的切屑。傳統(tǒng)的解決辦法是由人工來進行清理并最終將切屑匯至大的切屑箱內(nèi)，定期用天車將切屑箱吊至汽車上運出。目前我校的實訓工廠使用的大量數(shù)控機床均采用人力的方式處理切屑，在實訓課結束后由學生集中清掃處理，這種方式與目前生產(chǎn)車間主流的切屑處理方式存在差距，不利于學生在實訓中掌握機加工車間的實際情況；由我院教師自行設計開發(fā)，轉而將設計完成的數(shù)據(jù)尋求廠家來完成制作，則會節(jié)省一筆可觀的設計費用；并且配備自動排屑器后，學生在實訓中也會掌握一些自動排屑器的使用要求，并且培訓學生學會排除一些自動排屑設備的常見故障，增加了學生的技能。本文討論的是以寧夏工商職業(yè)技術學院實訓工廠中使用的數(shù)控機床、手動操作車床等機床為對象，為其設計一種排屑器，完成排屑器的三維模型制作。

1 排屑器設計方案

進行排屑器相關資料收集與分析。先對現(xiàn)有的排屑器種類進行收集分析，選擇適合我校實訓工廠機床使用的排屑器種類，通過對比分析，考慮排屑器的實用性和經(jīng)濟性等，確定排屑器的種類。目前機床排屑器分為鏈板式、刮板式、磁性刮板式、螺旋式、反沖滾筒式等。這些排屑器有各自的特點和使用范圍：

（1）螺旋式。通過減速機驅動帶有螺旋葉的旋轉軸推動物料向前（向后），集中在出料口，落入指定位置，該機結構緊湊，占用空間小，安裝使用方便，傳動環(huán)節(jié)少，故障率極低，適用于排屑空間狹小，其他排屑形式不易安裝的機床。

（2）刮板式。刮板排屑器的輸送速度選擇范圍廣，工作效率高，有效排屑寬度多樣化，可提供充足的選用范圍。在處理磨削加工中的金屬砂粒、磨粒，以及汽車行業(yè)中的鋁屑效果比較好，刮板兩邊裝有特制鏈條，刮屑板的高度及分布間距可隨機設計，因而傳動平穩(wěn)，結構緊湊，強度好。并可根據(jù)用戶需要加鋼網(wǎng)反沖、刮屑器、渦流分離器、油水分離器等形成綜合過濾系統(tǒng)提高產(chǎn)品表面加工精度，節(jié)約冷卻液，降低工人勞動強度，是一種應用比較廣泛的機床輔助裝置。但是存在刮板受所使用的材料限制強度有限，容易出現(xiàn)變形導致排屑器卡死等故障發(fā)生；并且只適用于碎屑、顆粒狀切屑等，無法適應多種切屑。

因此，經(jīng)過實際考察實訓工廠機床設備平時加工的工件種類和產(chǎn)生的切屑類型，考慮到鏈板排屑器的使用壽命長、鏈板不易變形卡死，可承受較大的載荷等有點，綜合考慮使用成本、制造成本以及日后的維護使用便利性，本項目決定采用鏈板式排屑器的設計方案。

2 確定排屑器的具體參數(shù)

根據(jù)實際使用情況，確定排屑器的主要參數(shù)，包括外形尺寸、電機功率等參數(shù)?？紤]到實訓工廠目前常用的機床在學生實訓時多為干式切削加工，因此不需要考慮排屑器的排水問題；另外考慮鏈板采購成本，采用最常用的鏈板寬度為343mm的鏈板情況下，排屑器的主體寬度為413mm（如圖1所示）。

圖1 排屑器主體寬度

考慮到排屑器需要排出的切屑大小、切屑是否容易爬升及排屑器所占空間等因素，將排屑器的主體角度定為60°（如圖 2所示）。

考慮配套使用的集屑小車的高度和大小（主要通過每天所需鐵屑處理量的多少決定），確定主體高度為650mm。因為實訓工廠所使用的機床種類較多，為了降低排屑器設計、制造的成本，在設計時把排屑器的主體長度作為一個可變值，以L表示，如圖3所示。

圖2 排屑器主體角度、高度

圖3 排屑器主體長度（圖中L表示主體長度）

通過實際測量、資料收集的經(jīng)驗尺寸等方法，一一確定好排屑器的尺寸，完成排屑器的方案，通過科研團隊的討論后最終確定好排屑器的所有數(shù)據(jù)，進行下一步工作。

（1）進行排屑器的三維模型設計。本次項目使用的三維設計軟件為Solidworks2014版本。SolidWorks是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維 CAD系統(tǒng)，為達索系統(tǒng)公司（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設計軟件的視窗產(chǎn)品，在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。

由于Solidworks的種種優(yōu)點，并且實際的機械制造相關業(yè)務的公司使用率也非常高，為了保證后期尋找合作制造排屑器公司的便利性，因此本次項目設計的三維模型使用Solidworks軟件來進行。

（2）進行排屑器的仿真驗證。完成排屑器的三維模型設計后，需要進行的仿真主要是避免排屑器在運轉過程中發(fā)生運動干涉，導致排屑器卡死損壞，因此排屑器的運動仿真主要針對排屑器鏈板的運動軌跡，具體方法是將排屑器鏈板的運動軌跡在模型中畫出，然后對照鏈板的尺寸沿鏈板在排屑器中運動的軌道進行一一確認，保證鏈板在運動中不會發(fā)生干涉，如圖4所示。

另外，為了防止排屑器制造完成后與所配套的機床配合是發(fā)生干涉，需要確認機床出屑位置與排屑器的收集切屑位置尺寸相配合，避免出現(xiàn)無法安裝的情況。

通過最后的干涉檢查的仿真后，整個排屑器的設計研制隨即完成。

圖4 鏈板運動軌跡

3 結語

（1）主要考慮了實用性和經(jīng)濟性，因此創(chuàng)新性不足。本次項目考慮到排屑器后續(xù)如果批量制作供實訓工廠使用，應盡量使用目前市場上的成熟技術，避免采用很多沒有經(jīng)過驗證的結構而導致排屑器制造出來以后無法正常使用而導致資源的浪費等問題。相應的建議：在下一步的工作中，團隊應著重研究學習目前三維設計軟件中所附帶的一些類似有限元分析、運動仿真分析等功能，在完成三維設計后就可以對所設計的排屑器設備進行有限元受力分析，對分析出的薄弱環(huán)節(jié)進行加強，保證排屑器的可靠性和使用壽命；同時進行運動仿真分析，避免出現(xiàn)運動干涉問題，并且可以消除異常的震動等問題，使排屑器在采用新結構的情況下避免對可靠性、使用壽命等帶來的影響。

（2）目前實訓工廠的設備無法自己制作排屑器成品。本項目中的排屑器設備需要進行激光切割、數(shù)控折彎兩種金屬加工方式是目前學校實訓工廠不具備的，其他的金屬加工工藝，如數(shù)控機加工、焊接、涂裝等都可以實現(xiàn)，所以無法完全靠實訓工廠實現(xiàn)排屑器成品的生產(chǎn)制作。相應的建議：聯(lián)系相關的企業(yè)，提供切割和數(shù)控折彎代加工，將加工好的半成品鈑金件帶回學校，使用學?，F(xiàn)有的設備完成后續(xù)的制造工藝，這樣可以進一步降低排屑器生產(chǎn)的成本；并且學生在焊接實訓、數(shù)控機加工實訓時可以去制作排屑器的相關零部件，這樣既減少了廢料的產(chǎn)生，又鍛煉了學生實際制造產(chǎn)品的能力，如果能實現(xiàn)這種方式去制作排屑器，將會是一舉多得的項目。

（3）產(chǎn)生的經(jīng)濟效益無法體現(xiàn)。因為本次項目的成果是一套三維模型，雖然鍛煉了參與項目的老師們的CAD軟件使用能力，但是沒有體現(xiàn)出實際的經(jīng)濟效益。相應的建議：目前學校已經(jīng)成立了許多技術中心，尤其機械工程系創(chuàng)立了現(xiàn)代裝備技術研究中心，參與過項目的教師可以把項目學到的軟件使用方法應用在研究中心的一些機械設計等需要進行三維設計的項目上，多進行橫向課題，使學到的軟件使用技能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。