数控机床十字滑台实训设备的研究与改进

汪相衡 杨亚琴

摘要：数控机床机械部件装调课是数控设备应用与维护专业的一门重要的专业核心课程。本文依据高技能人才培养目标，为解决实训设备不足的问题，满足人才培养的需要，结合企业实际需求，开发出一套实训用数控机床十字滑台模拟设备，解决了教学和实践过程中的装配难题。

关键词：机床装调;培养目标;整机装配;装配精度

中图分类号：TP273.2                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）07-0090-02

0  引言

機械制造业是一个国家的基础行业，是经济发展的支柱产业。目前我国机械制造业正处于发展关键期。当前的机械制造虽然规模庞大，但是自主知识产权少，制造产品多为仿制，高精尖装备制造能力差。高端产品制造需要高精度的机床加工设备，而高精度机床设备需要制造者拥有较高的技术水平。滑台在机床加工过程中起到重要作用，其依靠直线导轨实现水平方向的移动。导轨的装配精度直接影响到滑台的运动精度，也影响了工件的加工精度，因此在机床装调过程中，导轨与滑台的各项精度调节需要操作人员拥有较高的技术水平。作为数维专业的学生，需要熟练掌握各项机床装调技能，因此需要大量实践练习来提升技术水平，但由于真实机床导轨与滑台组合体型较大，且价格昂贵，如果在训练中操作不当导致设备损坏，造成的损失较过大，不适合直接当做实训设备。为解决实训设备不足的问题，满足人才培养的需要，结合企业实际需求，现需要开发出一套实训用数控机床十字滑台模拟设备。

1  实训目的

《数控机床机械部件的装调》是数控设备应用与维护专业一门专业核心课程。这门课将为毕业生从事机床机械装调工作打下一个坚实的实践和理论基础，也是后续从事数控机床维修和调试等技术工作所须职业能力培养的重要学习环节。课程的主要功能是在了解数控机床结构和工作原理的基础上，以实际数控机床机械部件装配为目标，掌握数控车床、加工中心的机械部件的装配技术技术，同时培养学生的质量意识、团队合作意识和工作敬业精神。

我国正在进行从制造大国变制造强国的转变，想要实现这一转变，需要大量拥有掌握高端制造技术的技能人才。大量高端机床被投入到了生产加工中。这些设备在日常需要进行维护升级和维修，这就需要我们数维专业依据企业的实际用人需要，培养出合格的数维技能人才。

2  现有设备情况

近年来随着数控技术的广泛应用，学校越来越注重培养生产、技术服务等岗位需求的实用型、技能型专门人才，进一步提高学生的动手能力和分析解决问题的能力，全面学习掌握数控系统的控制原理、数控编程、电气设计方法及安装调试与维修。但是，大多数高校面临缺乏此类的数控培训设备。

在机床滑台装调环节，通过使用实训用十字滑台实验设备，结合真实机床结构图，使学生了解机床滑台工作原理及装调过程，并进行动手实践。通过拆装和精度调节加深学习印象，同时提升学生动手能力。

目前的十字滑台实训设备主要是让学生了解了安装过程，对于一些精度调节过程没有设计实训环节，因此学生对于装调学习只有“装”而没有“调”。例如有些设备直接设计好了导轨槽，只需将导轨放入，再将螺栓拧紧就算完成了，对导轨直线度、水平度等精度完全没有涉及，对学生起不到一点实训效果。

有些实训设备虽设计了精度调节环节，但是在设计方面仍有欠缺，例如部分设备在直线导轨装调环节，导轨直接放在底板上，没有任何定位装置，完全依靠固定导轨的螺栓调节，如图1所示。这样设计造成导轨左右直线度与上下直线度不能同时兼顾调节，调节一项精度时必定对另一项精度造成破坏。这样的设备不能达到训练的目的，反而浪费学生大量时间。

目前存在的实训设备细节处与真实机床仍存在差别。例如在直线导轨两头未设置限位装置如图2所示，学生在调节导轨精度时，容易将滑块移出轨道，滑块内部的滚珠需要特殊机器安装，如发生滚珠掉落会导致滑块直接报废，影响下次使用。

在滚珠丝杆直线度调节测试时，没有合适的辅助工具，无法在不改变百分表与丝杆螺纹相对位置的情况下，测得滚珠丝杆与直线导轨的平行度;需将百分表表头与丝杆螺纹接触后直接来回拖动百分表，造成百分表侧头脱落，影响后续百分表的正常使用。市面上的实训设备有些设计与真实机床不符，反而会误导学生。例如在地脚调平环节上，未仿照真实机床的情况进行设计，仅仅用螺栓代替地脚，并且螺栓直接与平台接触，在水平调节时工具不易使用，给操作者带来不便。

目前这些现有数控设备装调实验台配备的十字工作台存在设计不当或设计错误，不仅不能对提高学生技能水平，而且会对学生留下错误印象，为日后工作生活留下隐患。

3  新型实训设备的开发与设计

为了适应市场需求，提升国家数控设备维护专业整体技术水平，需要对数维专业学生进行精确培养，通过数控机床装调实训，使学生对机床有所了解认识，并通过实践加强记忆。这将为学生毕业后从事机床机械装调工作打下一个坚实的实践和理论基础，也是后续从事数控机床维修和调试等技术工作所须职业能力培养的重要学习环节。

机床在加工中，主要依靠工件与刀具的相对移动，通过切削去除毛坯上多余的材料，从而获得符合需要的零件。刀具或工件的运动由滑台带动实现，因此滑台的运动精度直接影响到机床加工进度，是机床性能的重要指标之一。因此在装调时需要安装人员有较高的技术水平和丰富的经验，才能制造出符合设计的机床产品。

目前市面上现有实训设备大多存在一些設计缺陷，无法培养学生正确的装配意识，养成严谨认真的工作态度。甚至有些会误导学生。在此结合TRIZ理论基础，通过参考40种发明原理，开发一台符合实训需求的十字滑台实训设备。

3.1 直线导轨辅助定位

在现有设备中，直线导轨的定位精度普遍较差，甚至有些不存在定位，无法使学生在装调过程中准确掌握各项精度调节技能了解相关知识。在十字滑台装配过程中，导轨直线度与平行度尤为重要，但有的设备上无法调节，有的无法做到各项精度兼顾调整直线度（上下）时会破坏直线度（左右）。在本设计中，通过底板台阶与侧面定位螺栓的配合，为导轨直线度（左右）提供辅助定位，在直线度（左右）确定后，对直线导轨侧的定位螺栓进行预紧，再调节直线度（上下），避免在调整直线度（上下）时破坏先前调好的精度。如图3为定位螺栓二维图。

3.2 导轨末端限位装置

现有设备中导轨末端缺少限位装置，滑块容易超出轨道造成滚珠掉落，带来不必要的麻烦和损失。在本设计中，通过在直线导轨两端加装限位装置，防止滑块超程，脱离轨道。为此设计了限位挡块，紧贴直线导轨安装在导轨两头，使用螺栓固定在底板台阶面，通过前方的挡片对直线导轨上的滑块进行阻拦。并通过有限元分析验证，将材料由铝_6061更改为工程塑料，不仅降低了重量，同时还减小了受到撞击时的形变量和最大应力。

3.3 地脚水平调节装置

现有设备中，底板采用螺栓直接支撑，通过旋转螺栓控制底板上下调节水平。在调节过程中，由于螺栓头部与工作台直接接触，使用工具调节时操作困难。在本设计中，在拖板下底面添加添加螺纹通孔，并设计了一款小型地脚底座，在底座上有螺纹孔。通过双头螺杆连接底板与底座，螺杆上端高出底板上顶面，并用螺母固定，螺杆下端与底座通过螺母将螺杆锁紧，防止松动。在双头螺杆中部铣出一段外六角，方便与扳手配合，便于精度调节，图4为双头螺杆二维图。

4  结论

本文观察了现有十字滑台实训设备的设计结构和使用方法，通过与真实机床的比较并结合学生实操时出现的情况，总结出了当前实训设备存在的问题与不当之处。结合超级发明术设计出多种实训用十字滑台组合，并根据试错法挑选出最合适的设计进行加工。最终设计的特色在于：①提升直线导轨安装精度;②限制滑块移动防止超程;③地脚调平装置符合实际。通过这些对原有设备问题的改进创新，使数控设备机械部件装调实训更加贴合实际，为学生培养扎实专业技能，养成良好工作习惯做好坚实铺垫。

参考文献：

[1]刘文涛.机床滚动直线导轨副装配方法和装配误差评定[J].机械工程师，2018，8：74-76.

[2]宋文学.构建高职数控技术应用专业课程体系的改革与实践[J].西安航空技术高等专科学校学报，2005（5）：l8-20.

[3]杨峻峰.深化课程教学改革，强化应用能力培养[J].济南职业学院学报，2005（2）：46-48.

[4]熊志卿.机械制造专业应用型人才培养方案的改革与实践[J].南京工程学院学报（社会科学版），2007（9）：49-53.

[5]张辉，于长亮，王仁彻.机床支撑地脚结合部参数辨识方法[J].清华大学学报：自然科学版，2014，54（6）：815-821.

[6]田红亮，余媛，张屹.机床支撑地脚结合部法向粗糙接触建模[J].浙江大学学报工学版，2015，49（11）：2111-2118.