教学型刨床的研制

教学型刨床的研制

郭浩男何欣赵子涵

（天津职业技术师范大机械工程学院，天津300222）

摘要：自新中国成立以后，我国便着力发展制造业，民主工业的兴起，与我国职业院校的发展息息相关，而人才储备是制造业振兴与发展的核心。研制教学型刨床教具能够满足各高校的教学需求，完善职业院校教学条件，填补理论教学的短板，在科学的实验和实践教学体制、合理的实施方法指导下，提高学生的综合能力和创新实践能力。本文主要对刨床的导轨机构，运动方式，机构组成进行创新设计。

关键词：教学型刨；导轨机构；急回特性；运动分析

1.引言

刨床日渐消失在学生眼前，牛头刨床已经成为冷门。由于传统刨床体型较大，易造成资源浪费，有一些教学型的龙门刨床的研制[1]，然而并没有针对牛头刨床的设计，使得学生们只能通过理论的研究学习，无法从根本上学习和了解刨床的结构性和加工原理。改进传统教学方式，强化动手实践能力迫在眉睫。

2.教学型刨床的研制

2.1刨床的发展历程和趋势

19世纪初，1817年，第一台刨床诞生，解决了人类手工刨削，大大加强了工作效率，提高了劳动强度。1831年开始的40年里，设计出了牛头刨床。它能完成小平面工加工制造，使需要加工的物体固定在刨床上，刀具做往返运动完成刨削。近几年，随着国家综合实力的提升以及对制造业的高需求，使得国家工业的发展突飞猛进。然而刨床已经渐渐的消失，现在的工厂和学校的实训中心，大多数的设备都是数控：数控车床、加工中心，车铣复合，五轴机床等等这些机床，传统机床（牛头刨床）已经成为冷门。

2.2教学型刨床的重要性

通过研制教学型刨床，对机械类课程进行实质性创新教学。保证将理论与实践结合，以教具为辅助手段，采用多形式教学，将横向教学与纵向教学相结合，提高教学效果目标。[2]教学型刨床体型较小，材质较轻，采用透明的机床设计。能够便于教师携带，学生观察，通过操作教具和进行运动仿真，能帮助师生改变传统的理论教学方式，着重理论和实践操作一体化教学模式展开，加强设计类环节，提高学生工程设计能力以及学生动手动脑能力，激发学生独立思考的能力和品行。

3.设计及其内容

3.1具有急回特性的导轨机构的设计

在整个刨床结构中，六杆机构是牛头刨床主传动机构的简化机构，导轨机构是整个机床的主要运动的转动装置，由此导轨机构的设计尤为重要。首先，我们通过对导杆的运动情况分析，判断出行程的初始点及终止点，并且通过逆时针将滑块的运动轨迹进行等角划分，随后对其进行运动分析。做出任意时刻的点的速度与加速度多边形，通过“速度合成定理”与“加速度合成定理”。并且通过选取合适的比例尺画出各个点的速度与加速度的大小和方向。

导杆的受力分析。我们有必要对导杆进行静力分析，进一步了解整个机构的运动情况。研究方法是把整个构件的转动副取出，作为单独的构件进行分析，利用“达朗伯原理”附加惯性力，即将运动的构件当做静止的构件进行平衡力分析，选取合适的比例尺画出转动副的力多边形，以便求去各力及在曲柄上所需力矩。综上分析设计，如下图，由摇杆滑块机构和摆动导杆机构组合而成,传力特性提高,机构的工作空间占用较小，执行的速度也比较平稳。

3.2齿轮的选择

（1）压力角，重合度。齿轮的齿厚和节点处的齿廓曲率半径将会随着压力角的增大而增大，可以提高齿轮传动的接触强度和弯曲强度。选用国家规定的压力角α=20°，所设计的重合度应该大于1.2。

（2）小齿轮的齿数z1。在齿轮传动中中心距α应保持不变，如果适当的增加齿轮齿数，这样不但能够增大齿轮的重合度，而且还可提高齿轮传动的平稳性。闭式齿轮传动在一般情况下，转速均较高，使齿轮的传动平稳性变好，减少冲击给齿轮带来的振动，应选择齿轮齿数较多较好，所以小齿轮的齿数可取为z1=17~20。z2=i12∙z1。

（3）模数，齿轮的模数决定着齿轮的大小，减少齿轮的模数，这样减少了金属的切削量，降低了制造的费用。如果模数变小了，齿厚随之也会变窄，这样就降低齿轮的弯曲强度。我们根据齿面接触强度计算，设计齿轮模数m=2。

4.结论

当前，很多职业院校对牛头刨床的认识程度尚浅，并且对其运动方式，设计原理及加工原理没有深刻的理解，教学型牛头刨床的研制能够解决这一问题，使得广大院校学生对牛头刨床操作能力得到提高。此外仿真牛头刨床的多种运动形式，使学生对其结构能更进一步的认识，经过对此教学型牛头刨床的模拟教学验证，该刨床的设计符合设计要求，具有方便教学，便于携带，运动稳定的优点，适于院校的推广使用。

参考文献

[1]梁自成.教学型龙门刨床的研制[J].现代制造技术与装备,2018(6).

[2]王浩然.浅谈中职院校轮机管理专业《机械基础》课程教学研究[J].中国高新区,2018(14):105.

致谢

感谢指导教师何欣老师的细心指导及团队成员赵子涵同学的帮助，使得项目顺利完成。感谢天津职业技术师范大学对本大学生创新创业项目编号201910066084《教学型刨床的研制》的支持，使得项目顺利推进结题。