蔡佰成 陳常標(biāo) 徐宇洋 湯詩(shī)倩 周珂佳

（1.陜西理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，漢中 723000；2.陜西理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，漢中 723000）

數(shù)控車床是一種高精度、高效率的機(jī)械加工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和制造業(yè)。在加工過程中，廢屑的產(chǎn)生不可避免，而傳統(tǒng)的處理方法通常會(huì)造成環(huán)境污染和衛(wèi)生問題。為了解決這些問題，綠色型排屑收集技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過一系列的處理和回收技術(shù)，收集再利用生產(chǎn)過程中排放的廢屑，達(dá)到減少?gòu)U棄物、保護(hù)環(huán)境的目的。這一技術(shù)的核心在于創(chuàng)新的廢屑收集裝置設(shè)計(jì)。目前，數(shù)字化制造技術(shù)在數(shù)控車床中得到日益廣泛的應(yīng)用，為廢屑排屑設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造提供了新的機(jī)遇。如何將該技術(shù)應(yīng)用于廢屑排屑設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，提高設(shè)備的性能和效率，是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

通過結(jié)合數(shù)字化制造技術(shù)與廢屑排屑設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)更加智能化和高效的廢屑管理。例如，通過傳感器和自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制廢屑的產(chǎn)生和收集過程，避免了手動(dòng)操作的不準(zhǔn)確性和低效率。此外，數(shù)字化制造技術(shù)可以與數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢屑產(chǎn)生和利用過程的精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高資源利用效率?？梢姡瑪?shù)字化制造技術(shù)和綠色型排屑收集技術(shù)為數(shù)控車床的廢屑管理帶來了新的發(fā)展方向。通過充分應(yīng)用數(shù)字化制造技術(shù)，設(shè)計(jì)和制造智能化的廢屑排屑設(shè)備，可以提高設(shè)備的性能和效率，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，對(duì)于推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)向綠色環(huán)保方向發(fā)展具有積極意義。

1 設(shè)計(jì)方案

該排屑收集裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括支撐架、收集箱、傳送帶和過濾結(jié)構(gòu)4個(gè)部分。

（1）支撐架。支撐架需要為裝置提供穩(wěn)定的支撐，因此必須設(shè)計(jì)堅(jiān)固，以承受整個(gè)裝置的重量和加工過程中的振動(dòng)應(yīng)力[1]。

（2）收集箱。收集箱位于加工區(qū)下方，可容納較多的廢屑。它采用鋼板加工而成，底部開口，方便鐵屑落入。收集箱上方覆蓋一層濾網(wǎng),用于過濾粗大的廢屑，防止鐵屑進(jìn)入下方的排屑傳送帶[2]。

（3）傳送帶。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將過濾后的廢屑從收集箱中輸送出來，方便后續(xù)處理。傳送帶采用模塊化設(shè)計(jì)和平直式的結(jié)構(gòu)，方便組裝和維護(hù)。

（4）過濾結(jié)構(gòu)。采用大面積鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)組合而成的濾網(wǎng)，具有較高的過濾精度和處理能力，可有效過濾廢屑。濾網(wǎng)材料選用耐磨性能好的不銹鋼絲繩和鋼板絲網(wǎng)，可長(zhǎng)時(shí)間使用[3]。

通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使該裝置在加工過程中穩(wěn)定支撐、高效過濾和收集排屑，并能夠適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)加工需求。綠色型排屑收集裝置的主體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 主體結(jié)構(gòu)圖

1.1 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)過程分析

傳動(dòng)裝置是數(shù)控車床廢屑排屑設(shè)備中的核心部件，它的設(shè)計(jì)和制造對(duì)設(shè)備的運(yùn)行性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。在數(shù)字化制造技術(shù)的支持下，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)可以更加精確和高效。

傳動(dòng)裝置包括主體機(jī)構(gòu)和排屑設(shè)備兩部分，其中：主體機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、傳動(dòng)輥等部分；排屑設(shè)備包括清理組件和集屑箱等部分。傳動(dòng)輥之間通過鏈板輸送帶傳動(dòng)連接，在啟動(dòng)減速電機(jī)后傳動(dòng)輥開始轉(zhuǎn)動(dòng)，輸送廢屑到集屑箱，同時(shí)減速電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)傳動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)皮帶輪的背面固定有與第一齒輪嚙合的第二齒輪，清理輥與套筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，通過刷毛來清理鏈板輸送帶的表面。優(yōu)選的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方式：安裝板的頂部固定連接減速電機(jī)，減速電機(jī)的輸出軸固定連接主動(dòng)皮帶輪，其中一個(gè)傳動(dòng)輥的轉(zhuǎn)軸貫穿至機(jī)架的外側(cè)并固定連接從動(dòng)皮帶輪，主動(dòng)皮帶輪與從動(dòng)皮帶輪之間通過皮帶傳動(dòng)連接。通過皮帶傳動(dòng)連接可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置更為精確和高效地傳動(dòng)，并減少共振和噪聲[4]。

1.2 清理組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

清理組件是廢屑排屑設(shè)備中非常關(guān)鍵的部分，能夠有效降低設(shè)備故障率和維修成本，主要由清理輥、套筒、刷毛和擋板等部分構(gòu)成。其中，清理輥表面套筒上設(shè)置了刷毛，可利用它來清除殘留在鏈板輸送帶表面的碎屑。同時(shí)，清理輥的表面固定連接有兩個(gè)對(duì)稱的凸條，套筒內(nèi)壁面開設(shè)有與凸條相適配的滑槽。通過凸條和滑槽的配合使用，可對(duì)清理輥和套筒起到限位作用，使得清理輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)套筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，便于套筒從清理輥的表面快速拆卸。

優(yōu)選的清理組件設(shè)計(jì)方式：矩形槽內(nèi)置矩形塊，其中一個(gè)矩形塊固定連接擋板，另一個(gè)矩形塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接活動(dòng)板，并與第一齒輪相連，第一齒輪遠(yuǎn)離擋板的一側(cè)同樣通過軸承連接固定板。利用該設(shè)計(jì)方式可以更好地實(shí)現(xiàn)清理輥與套筒的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，也可對(duì)清理輥進(jìn)行拆卸作業(yè)。清理組件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 清理組件結(jié)構(gòu)

1.3 集屑箱設(shè)計(jì)

集屑箱是數(shù)控車床廢屑排屑設(shè)備中的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)直接決定設(shè)備的維修成本和維護(hù)周期。在數(shù)字化制造技術(shù)的支持下，集屑箱的設(shè)計(jì)更加人性化和智能化[5]。

優(yōu)選的集屑箱設(shè)計(jì)方式采用柵欄式干濕分離箱，實(shí)現(xiàn)廢屑固液分離。集屑箱內(nèi)部固定安裝可拆卸式柵欄，在收集狀態(tài)下，廢屑可通過密度差異自然沉降到液態(tài)收集箱，實(shí)現(xiàn)固液分離。在回收狀態(tài)下，排出液體即可得到潔凈的廢屑，大大降低了設(shè)備維修和清潔的成本，縮短了設(shè)備維修和清潔的周期。

2 性能分析

該裝置采用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和便捷的操作方式，能夠高效收集鐵屑，并通過合理的過濾結(jié)構(gòu)分離鐵屑。在實(shí)際應(yīng)用中，該裝置的性能表現(xiàn)較為理想，能夠滿足一般數(shù)控加工的需要。

與傳統(tǒng)的數(shù)控車床排屑處理方法相比，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了實(shí)現(xiàn)裝置的便攜性和操作簡(jiǎn)單性，利用數(shù)控車床的剩余空間設(shè)計(jì)了一種便攜、易操作的排屑收集裝置。

（2）省時(shí)省力。該裝置采用手動(dòng)控制方式，操作簡(jiǎn)單方便，無須特殊的電氣設(shè)備和操作技能，省去了傳統(tǒng)處理方法中復(fù)雜的操作步驟。

（3）收集效率高。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和過濾裝置能夠高效收集鐵屑，提高收集效率和精度。

（4）廢屑回收利用。采用了綠色型排屑收集技術(shù)，通過一系列的處理和回收技術(shù)，收集并回收利用生產(chǎn)過程中排放的廢屑，發(fā)揮了廢棄物資源的利用價(jià)值。

（5）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。在傳統(tǒng)排屑裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，成本較低。

（6）環(huán)保健康。傳統(tǒng)的處理方法通常會(huì)造成環(huán)境污染和衛(wèi)生問題，而該裝置可以有效避免這些問題，保護(hù)了環(huán)境和人體健康[6]。

3 操作和維護(hù)

排屑裝置是數(shù)控機(jī)床的必備附屬裝置，其主要作用是將切屑從加工區(qū)域排出數(shù)控機(jī)床，只有迅速、有效地排除切屑才能保證數(shù)控機(jī)床正常加工。排屑裝置的安裝位置一般盡可能靠近刀具切削區(qū)域。例如：車床的排屑裝置裝于回轉(zhuǎn)工件下方；銑床和加工中心的排屑裝置裝于床身的回水槽上或工作臺(tái)邊側(cè)，以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，減少機(jī)床的占地面積，提高排屑效率。排出的切屑一般落入切屑收集箱或小車，有些則直接排入車間排屑系統(tǒng)。

使用該裝置時(shí)，需要啟動(dòng)減速電機(jī)。減速電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)主動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)皮帶輪通過皮帶帶動(dòng)從動(dòng)皮帶輪和傳動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)。由于傳動(dòng)輥位于機(jī)架內(nèi)腔，鏈板輸送帶順著它們輸送，將排屑口處的碎屑輸送至集屑箱內(nèi)，利用干濕分離式設(shè)計(jì)，將碎屑從液體中分離出來，便于后期清除和處理。

隨著從動(dòng)皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪也開始轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪的齒牙與第一齒輪相嚙合，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給擋板、矩形塊、矩形槽、清理輥以及套筒等配件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鏈板輸送帶表面的清理。 刷毛能夠使殘留在鏈板輸送帶表面的碎屑快速掉落至集屑箱內(nèi)，大大提高了排屑效率和環(huán)保水平。

在清理輥需要拆卸和維修時(shí)，可通過旋動(dòng)手輪帶動(dòng)螺桿，螺桿帶動(dòng)活動(dòng)板水平移動(dòng)，進(jìn)而從機(jī)架中取出清理輥和套筒。該裝置的拆卸和維修非常方便，未來也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)[7]。另外，應(yīng)定期對(duì)排屑裝置的重要部件如減速器、鏈條等進(jìn)行一般潤(rùn)滑，以延長(zhǎng)排屑裝置的壽命。

4 結(jié)語

盡管綠色型排屑收集裝置在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，能夠?yàn)閿?shù)控加工提供更多的技術(shù)支持和保障，但是通過研究排屑裝置的發(fā)展方向，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段設(shè)計(jì)中仍存在一些需要完善的地方。例如，可采用更高效的過濾材料和更便捷的構(gòu)造設(shè)計(jì)，改進(jìn)現(xiàn)有裝置的性能和交互體驗(yàn)。在未來的研究中，需要進(jìn)一步探索數(shù)控車床的排屑收集方式和技術(shù)，研究新型的收集裝置和工藝流程，有效優(yōu)化排屑過程，從而實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的綠色化和可持續(xù)制造。