田 野，賈泓學(xué)，籍占虎，姜春澤，蘇深源，邢 政

(1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校 a.工業(yè)技術(shù)中心；b.機(jī)械工程系，河北 承德 067000; 2.吉林機(jī)械工業(yè)學(xué)校，吉林 吉林 132000)

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的環(huán)境中，逐步凸顯工程技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的互動(dòng)性，高等工程教育也開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暪こ虒?shí)際。用人單位越來(lái)越看重具有跨學(xué)科、綜合性知識(shí)，工程實(shí)際能力強(qiáng)的工程技術(shù)人才[1]。高等教育提倡學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，車(chē)工實(shí)訓(xùn)作為培養(yǎng)工科學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐能力的基本技能訓(xùn)練課程，不僅能培養(yǎng)學(xué)生良好的普通車(chē)床操作職業(yè)習(xí)慣，使學(xué)生熟悉常用的車(chē)削方法和車(chē)削加工工藝，掌握普通車(chē)床操作必備的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能；同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)、工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定實(shí)踐基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才起到不可替代的作用。

1 裝置的設(shè)計(jì)原則

普通車(chē)床主要是指用車(chē)刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車(chē)削加工的機(jī)床。多用于一般的常規(guī)工件加工，也適合加工復(fù)雜工件、維修配件或數(shù)控加工前的粗加工。

目前，受到教學(xué)體系和實(shí)訓(xùn)手段限制，高校車(chē)工實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果不夠理想。例如，因參訓(xùn)學(xué)生陡增導(dǎo)致整個(gè)車(chē)工實(shí)訓(xùn)時(shí)間縮減；剛剛接觸車(chē)床設(shè)備的學(xué)生安全意識(shí)缺乏，好奇心理和畏懼心理并存；初學(xué)者因雙手動(dòng)作不協(xié)調(diào)過(guò)度搖動(dòng)溜板箱手柄，使其超出行程，撞到防護(hù)罩上或手柄；用金屬毛坯進(jìn)行雙手配合練習(xí)，浪費(fèi)原材料，刀具損壞嚴(yán)重；教師授課一言堂、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容枯燥乏味、考試考核方法單一、“嚴(yán)防死守”避免學(xué)生發(fā)生事故等。因此，必須設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安全可靠、利于學(xué)生操作、可迅速熟悉普通車(chē)床組成結(jié)構(gòu)和基本操作的裝置，力爭(zhēng)在較短的時(shí)間內(nèi)促使初次接觸設(shè)備的學(xué)生快速克服恐懼心理，增強(qiáng)自身的安全意識(shí)，提高車(chē)工實(shí)訓(xùn)效率。

2 裝置的工作原理

參考《教學(xué)儀器設(shè)備安全要求 總則》(GB 21746—2008)和《機(jī)床安全 工件卡盤(pán)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的安全要求》(ISO 16156-2004)等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，河北某高校原創(chuàng)設(shè)計(jì)了普通車(chē)床溜板箱模擬練習(xí)裝置[2-4]。如圖1所示，通過(guò)雙手配合操作溜板箱縱滑板縱向進(jìn)刀手柄和橫滑板橫向進(jìn)刀手柄(或橫滑板橫向進(jìn)刀手柄和小滑板縱向進(jìn)刀手柄)模擬“雙手控制法”加工成形面，熟悉普通車(chē)床的工作原理和基本操作，不僅提高安全操作意識(shí)，節(jié)省原材料，而且減少刀具和設(shè)備的損壞造成的浪費(fèi)。同時(shí)結(jié)合“LED數(shù)顯”與“延時(shí)斷電報(bào)警”等技術(shù)以及旋轉(zhuǎn)跳舞機(jī)器人等，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)和趣味提醒等功能，方便了考核量化，增加了練習(xí)趣味性，實(shí)現(xiàn)了寓教于樂(lè)。

3 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是2 480×1 630×1 630 mm的鍍鋅板材柜、模擬成形面加工的“S”形金屬槽和帶抽拉桿的虛擬車(chē)刀。其中柜體正面開(kāi)有尺寸適宜的通孔，安裝總電源開(kāi)關(guān)、LED數(shù)顯屏幕、蜂鳴器、激光計(jì)數(shù)器控制面板、延時(shí)循環(huán)定時(shí)器控制面板；柜體頂部為配合緊密的開(kāi)合頂蓋，方便修整內(nèi)部電路，同時(shí)在頂蓋上通過(guò)金屬萬(wàn)向定性軟管連接安裝旋轉(zhuǎn)跳舞機(jī)器人，整體內(nèi)部走線(xiàn)；柜體側(cè)面設(shè)有鋰電瓶充電插口和激光感應(yīng)頭連接線(xiàn)。而金屬槽則采用4 mm的鋁合金板為主要制作材料，將其加工成兩段曲率相同的“S”形，通過(guò)兩端的滑道以及三個(gè)帶編號(hào)的銷(xiāo)孔實(shí)現(xiàn)可量化調(diào)節(jié)“S”形槽的寬度，為練習(xí)者提供不同難度等級(jí)；板材兩端分別使用螺釘固定鋁制連接軸，其中將右端連接軸鉆削中心孔，便于活頂尖裝夾；在金屬板兩端分別安裝水平泡，方便調(diào)節(jié)找平。此外，裝置所使用的虛擬車(chē)刀主體為20×20 mm的方鋼仿制而成，在虛擬車(chē)刀左側(cè)加工M4的螺紋孔，在其中心加工8.2×10.2 mm的通孔，能夠使8×10 mm的方鋼桿自由抽拉；在抽拉桿的頂端焊接能夠安裝激光發(fā)射器的連接板；與金屬板滑道的三個(gè)銷(xiāo)孔對(duì)應(yīng)，在抽拉桿表面劃刻三個(gè)編號(hào)的刻度線(xiàn)，通過(guò)頂絲控制車(chē)刀至成形面的距離與“S”形槽中激光至兩端的距離。

3.2 裝置電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到使用者安全，裝置總電源采用可反復(fù)充電的24 V鋰電瓶供電，不破壞車(chē)床原有電路，通過(guò)總電源開(kāi)關(guān)控制，分配給“延時(shí)循環(huán)定時(shí)器”、“激光計(jì)數(shù)器”與旋轉(zhuǎn)跳舞機(jī)器人，通過(guò)延時(shí)循環(huán)定時(shí)器后連接“斷電報(bào)警器”，當(dāng)使用者違規(guī)操作時(shí)激光計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并且蜂鳴器報(bào)警，預(yù)設(shè)考核時(shí)間到后“延時(shí)循環(huán)定時(shí)器”切斷斷電報(bào)警器電路實(shí)現(xiàn)斷電報(bào)警。

4 裝置的操作方法

安裝時(shí)，將裝置放置于普通車(chē)床主軸箱上方，激光頭安裝在虛擬車(chē)刀上；金屬板的左端裝夾于普通車(chē)床的三爪卡盤(pán)，右端通過(guò)活頂尖和中心孔夾緊，保證軸心線(xiàn)和車(chē)床主軸重合，再通過(guò)水平泡保證金屬板的水平。將虛擬車(chē)刀裝夾于方刀架內(nèi)，參照金屬板的編號(hào)調(diào)節(jié)固定抽拉桿的位置。

練習(xí)和考核時(shí)，首先開(kāi)啟裝置總電源，將計(jì)數(shù)器設(shè)置為“零”，設(shè)置規(guī)定時(shí)間。然后保證車(chē)床主軸靜止的狀態(tài)下，操作者使用雙手搖動(dòng)縱滑板和橫滑板的進(jìn)刀操作手柄，始終保持虛擬刀尖沿金屬板槽所模擬的路線(xiàn)做往復(fù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。在保持所要求的間隙的情況下，完成車(chē)刀從右到左，再?gòu)淖蟮接业耐敌谐?。為增加趣味性，可調(diào)節(jié)金屬槽的寬度和抽拉桿位置，由易而難。一旦出現(xiàn)違規(guī)行為，即虛擬刀尖與金屬板槽邊緣過(guò)近或者過(guò)遠(yuǎn)，計(jì)數(shù)器將記錄1次，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，以此類(lèi)推。到達(dá)規(guī)定時(shí)間時(shí)，延時(shí)循環(huán)定時(shí)器裝置將自動(dòng)斷電同時(shí)斷電報(bào)警器報(bào)警，提示結(jié)束。

5 裝置的特點(diǎn)

1)以本裝置為載體，通過(guò)模擬“雙手控制法”加工成形面熟悉車(chē)床原理和基本操作，不僅節(jié)省原材料，且減少刀具損壞造成的浪費(fèi)；2)裝置設(shè)計(jì)貼近實(shí)踐，操作簡(jiǎn)便易行，制造成本低廉，裝卸方便練習(xí)完畢后可直接拆卸，不影響車(chē)床的正常使用；3)采用聲光電報(bào)警方式，當(dāng)操作者操作失誤時(shí)，裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警并累計(jì)計(jì)數(shù)，且可提供時(shí)間顯示，便于考核量化；4)“S”形槽的寬度可按照寬度自由選取，操作者可以由初級(jí)階段逐級(jí)提升難度，便于考核學(xué)習(xí)訓(xùn)練效果；5)有利于消除初學(xué)者的畏懼心理和培養(yǎng)操作者的安全意識(shí)，還能大大減輕管理者的壓力，減少對(duì)車(chē)床減少傷害；6)適用于院校的車(chē)削認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)，也適用于制造企業(yè)員工培訓(xùn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)科學(xué)合理，體現(xiàn)了科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法相統(tǒng)一的原則，簡(jiǎn)單便捷實(shí)用，技術(shù)改造容易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低廉，裝卸方便，既豐富實(shí)訓(xùn)內(nèi)容提高教學(xué)質(zhì)量，又能達(dá)到降低教學(xué)成本的效果，對(duì)學(xué)生掌握車(chē)削知識(shí)，樹(shù)立安全意識(shí)，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和實(shí)踐操作技能有巨大的促進(jìn)作用[5-6]。