摘要：實(shí)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(jì)并制作一種機(jī)床切屑清理機(jī)解決這一問(wèn)題。本設(shè)計(jì)其工作原理與氣動(dòng)拋光機(jī)類似。采用高壓空氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)葉片式氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)一個(gè)可更換的刷頭，對(duì)機(jī)床不同部位如工作臺(tái)，機(jī)床內(nèi)壁、外殼和操作面板進(jìn)行有效清理，同時(shí)設(shè)計(jì)有自動(dòng)剎車裝置，安全可靠，對(duì)于機(jī)床內(nèi)部角落也可以增加加長(zhǎng)桿，提高工作距離。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證滿足使用要求，解決了生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題。

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

0? 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)控機(jī)床已成為學(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)生產(chǎn)所常見(jiàn)的必要的設(shè)備。對(duì)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(huì)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(shí)、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(shí)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(guó)內(nèi)外機(jī)床切屑清理工具現(xiàn)狀

對(duì)一些企業(yè)、學(xué)校參觀調(diào)研及交流，目前對(duì)于數(shù)控機(jī)床的清理，主要以使用毛刷、氣槍為主，對(duì)于較難清理的厚重切屑配合使用鏟子等，但在實(shí)際使用中存在很多問(wèn)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(jià)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(shí)際情況，設(shè)計(jì)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(dòng)拋光機(jī)（如圖1），通過(guò)車間使用的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)刷頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清理切屑的目的。氣動(dòng)拋光機(jī)的技術(shù)目前已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒欤梢灾苯咏栌盟脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這樣就在研究和制作上可以少走很多彎路，同時(shí)也為產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用上提供很好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)參考。

2? 切屑清理機(jī)的具體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)借鑒氣動(dòng)拋光機(jī)，其動(dòng)力來(lái)源為壓縮空氣，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要分以下幾部分：清理機(jī)工作時(shí)由機(jī)床自帶壓縮空氣提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而作為氣動(dòng)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(shí)不會(huì)松動(dòng)。為調(diào)整刷頭轉(zhuǎn)速，在其氣源接口閥后串聯(lián)一個(gè)節(jié)流閥，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速。對(duì)于工作臺(tái)較長(zhǎng)及內(nèi)部角落的清理，設(shè)計(jì)時(shí)將清理機(jī)的連接閥口端部附帶一根加長(zhǎng)金屬氣管。為了防止刷頭上的液體飛濺對(duì)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(shí)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(shí)為防止高速旋轉(zhuǎn)的毛刷頭誤傷操作者，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)抱死的剎車裝置，只有在打開(kāi)高壓氣體開(kāi)關(guān)時(shí)才會(huì)使刷頭自由旋轉(zhuǎn)，只需松開(kāi)開(kāi)關(guān)，刷頭立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

典型部件自動(dòng)剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：自動(dòng)剎車系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新點(diǎn)之一，由于空間有限，故設(shè)計(jì)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。可以實(shí)現(xiàn)類似步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功能，即通過(guò)打開(kāi)氣閥開(kāi)關(guān)的同時(shí)剎車柄松開(kāi)剎車片，使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，剎車柄收緊，抱死剎車片，使馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使整體動(dòng)作停止，從而保證了使用后及時(shí)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(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)同時(shí)按下錐形滑桿4，錐形滑桿4下行時(shí)和左右剎車柄2、6的斜面接觸并產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，使左右剎車柄2、6向兩側(cè)撐開(kāi)，這時(shí)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(dòng)，葉片式馬達(dá)的偏心軸與剎車片7通過(guò)螺紋和鍵槽連接，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和停止。當(dāng)松開(kāi)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)，錐形滑桿4也將會(huì)松開(kāi)，在彈簧1的作用下使左右剎車柄2、6收緊，此時(shí)在斜面分力作用下，錐形滑桿4將向上移動(dòng)，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(shí)現(xiàn)在使用清理工具時(shí)，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(guò)了前期設(shè)計(jì)、三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證效果，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)初想要實(shí)現(xiàn)的功能。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行零件的拆畫(huà)，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(shí)際制作的成本等問(wèn)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(yùn)行的穩(wěn)定性及運(yùn)行的精度，是從設(shè)計(jì)圖到產(chǎn)品的非常重要的一個(gè)過(guò)程。主要加工部件見(jiàn)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(yùn)動(dòng)部件，也是核心部件，其制作精度直接影響到整個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)會(huì)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(gè)密封的工作容積，這樣馬達(dá)就能轉(zhuǎn)動(dòng)。由于上、下密封蓋外形類似，所以只簡(jiǎn)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(gè)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(pán)裝夾，圓弧進(jìn)氣槽需要有Ф1立銑刀銑削，注意加工時(shí)切削參數(shù)的選擇即可。

3.2 剎車部件的制作

自動(dòng)剎車部件主要考慮到在實(shí)際使用中，可能會(huì)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(dòng)剎車部件主要由剎車倉(cāng)、剎車片、左右剎車柄及橡膠片組成。這里只對(duì)剎車倉(cāng)和剎車柄這兩個(gè)典型的零件的加工過(guò)程和工裝夾具進(jìn)行分析。

剎車倉(cāng)是整個(gè)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(cāng)內(nèi)，保證它們相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的剛性和運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，圖5為剎車倉(cāng)。

左右剎車柄是兩個(gè)半圓環(huán)，左右對(duì)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(dòng)，圖6為左剎車片。

剎車柄外形為半環(huán)形，加工比較簡(jiǎn)單，主要解決的是裝夾問(wèn)題。制作時(shí)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(wú)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(jì)的夾具，它由夾具本體、圓弧壓板、螺釘組成。使用時(shí)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(guò)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(jì)圖紙，完成所有零件的加工，檢驗(yàn)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(yàn)證，末端接口處可以直接連接加工中心的氣管作為動(dòng)力，手持清理機(jī)很方便的進(jìn)行機(jī)床工作臺(tái)、內(nèi)壁、導(dǎo)軌等處的切屑、油污的清理，方便實(shí)用。如圖8所示，實(shí)際使用檢驗(yàn)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(jì)制作，借鑒氣動(dòng)拋光機(jī)原理，經(jīng)過(guò)了對(duì)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(gè)裝置的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了制作，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)其實(shí)用性，能夠滿足日常使用。本設(shè)計(jì)從日常生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，解決了實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)兼顧實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、使用的便捷性，解決了實(shí)際問(wèn)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(shí)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(shí)用，經(jīng)濟(jì)可靠的產(chǎn)品，現(xiàn)在正在積極推廣，同時(shí)本設(shè)計(jì)申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，獲得授權(quán)，正在申請(qǐng)發(fā)明專利，希望在學(xué)校、工廠及其他場(chǎng)合能夠得到推廣和應(yīng)用。

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