基于技能实训十字滑台的研制与应用*

李庆达，丁俊健，刘庆伦，黄红兵，张亚民

（中山火炬职业技术学院装备智造学院，广东中山 528436）

0 引言

近几年来，数控机床装调与技术改造竞赛项目在中高职教育影响越来越大，十字滑台机械装调在中高职机电专业里是较为经典的技能实践模块[1-2]。由于十字滑台选型多、尺寸不一、制造周期长、成本高，而且质量重不便移动，占用空间较大，在教学培训操作不利便。为了满足中高职院校机电专业实现一体化课程教学和竞赛培训的需要，研制一种设计制造周期短、制造成本低、技能知识丰富、操作方便、教学培训直观等优点于一体的十字滑台（图1），不但能满足中高职院校技能实训的教学需求，而且还适用于中高职数控机床装调与技术改造项目竞赛的装调实训[3-5]。该装备通过3年的实践验证，不但围绕教学内容，还以数控机床装调技能竞赛知识为导向，共经历了3次升级改造和革新，使装备机械结构和技能知识更加丰富、完善，更具有科学性、实践性、实用性，并在教学竞技实践中发挥得淋漓尽致[6-7]。本文主要内容是以十字滑台结构设计分解和实践应用2个方面作阐述，进一步验证其作品在实践应用中更具有优越性和高性价比。

图1 十字滑台

1 十字滑台结构设计

1.1 水平调试

设备床身机构由地脚、床身支承条、床身底板、检测板、导轨支承座等零件组成，如图2所示。将水平仪轻放在检测区处，通过调节地脚以达到床身水平调试和检验的目的。其中床身支承条主要支承床身底板，提升刚性，根据组装需求将床身底板（采用进口机玻璃制作，品质优良，透明可视，便于教学演示用）在常拆装的螺纹孔套上不锈钢牙套，目的是防止烂牙或生锈，便于日后维护，降低成本，提高维护能效。

图2 Y轴导轨结构图

1.2 Y轴导轨结构

水平调试完毕后，进行Y轴直线导轨装调，如图2所示。遵循基准导轨先行原则进行调试。本方案均可采用单导轨定位和双导轨定位方式。

单导轨定位是将1条导轨作为基准导轨安装在床身的导轨槽上，底面和侧面均有定位，通过契块和螺钉固定，另一条作为非基准导轨，单导轨定位装调较为容易[8]。

双导轨定位安装是指2条导轨的侧面均要定位，定位面要求的平行度误差小，导轨槽底面高度设有微略偏差，其目的：一是调整导轨平行度误差；二是调整垫调整导轨水平直线度误差。当导轨滑行精度要求较高时，调整难度也将提高，以达到技能实训的目的。

1.3 丝杆支承结构

丝杆的支承结构由电机座和轴承座组成。电机座主要连接电机（本案也可采用手轮连接方式代替电机驱动）和支承滚珠丝杆，另一端为滚珠丝杆游动支承的轴承座。将检验棒分别安装在电机座和轴承座，通过杠杆千分表分别检测其上母线和侧母线，保证其同轴的精度，然后小心轻巧拆下检验棒，再根据滚珠丝杆、轴承的滑行精度要求进行安装，最后再用杠杆千分表复检一次，以保障预期技能实践的质量。

1.4 轴导轨结构

在Y轴基层完成的基础上，继续进行X轴基板的安装。然而X轴导轨要与Y轴导轨交叉成90°，可以借用三角尺和杠杆千分表检测调试，保证X轴基准导轨与Y轴基准导轨达到垂直的精度要求，依次科学合理稳固好X轴基准导轨的螺丝，再进行X轴的另一条导轨安装调试。

通过上述结构思路和方法依序安装调试X轴导轨、丝杆支承及拖板等模块，最后科学合理地完成十字滑台的安装与调试工作。装调项目综合性强，整体结构涵盖如导轨的直线度、导轨间平行度、导轨与丝杠平行度、上下板之间的垂直度等内容，是培养和训练学生装调技能的重点。

2 实践应用

2.1 应用优点

该设计紧扣岗位职业能力要求，结合机械装调专业知识点、技能点，具有模式化和知识块结构。既可单层直线滑台技能实训，也可以组成十字滑台实训实践，内容可由简单到复杂，循序渐进，层层深入，具有将科学性、选择性、灵活性、复杂性等融为一体的学习模式。研制成本低，生产周期短，适应性、灵活性、实用性强。

2.2 装调工艺

（1）装调准备工作

在装配调试前，首先备齐一套整机的零件及其紧固件；其次，准备齐全有关的装配用的工量具（铜棒，扳手、螺丝刀、专业工具和仪表仪器等）；然后，可适当准备防锈清洗剂、专用抹布、手套等物品以备用。将Y轴底座放置在工作台上并将安装导轨的平面擦拭干净。

（2）水平调试

主要采用水平仪器对床身基座进行水平调试和检测。若基座水平出现偏差，可以科学有序地调节地脚上的螺母进行适当拧紧，预防在后续安装出现摆动或变形现象。

（3）Y轴导轨安装

安装直线导轨时轻拿轻放，避免磕碰影响导轨的直线精度。将Y轴导轨置于导轨支承面上，注意基准方向。预紧导轨螺钉，接着有序预紧斜压块螺钉，最后用扭力扳手紧固导轨螺钉，保证螺钉稳固扭力一致。将水平尺安放在床身基座垫块上，调整水平尺高度，使之两端与导轨等高。将表座安放在滑块上，表针接触水平尺上表面，移动表座，检测各位置的高度尺寸，偏差在0.03 mm（具体数值根据要求而定）之内。如导轨出现高低超差，并做好超差记录。拆下导轨，用垫片（或塞尺）调整低点的高度，重复调试上述步骤，直至尺寸合格。同理，按相同的方法调试另外一条导轨。保证主副导轨的等高和平行等距，如图3所示。预紧导轨螺钉安装方法有2种：一种是从导轨一端向另一端有序进行；另一种是从中间向两侧逐步预紧。

图3 Y轴导轨调测

（4）Y轴丝杆轴承座装调

丝杆验棒的安装，将丝杆验棒分别置于丝杆轴承座孔中，用螺钉紧固；将装配验棒的轴承座组件分别安放在Y轴底座上，用螺钉预紧；检查两验棒主母线高度，先调整主母线偏高的轴承座，使主母线与导轨平行（在轴承座底部垫垫片或塞尺，平行度数据按要求调整）；再调整另一个轴承座（在轴承座底部垫垫片或塞尺），使两验棒主母线等高（同轴度数据按要求调整）；调整两轴承座位置，使轴承座侧母线同轴，并与两导轨对此（同轴度、对称度数据按要求调整）；用扭力扳手将螺钉紧固到规定要求。

（5）Y轴丝杆装配

从丝杆轴承座上拆下验棒，将Y轴丝杆置于轴承座孔内，轴承依标准加入适当牛油，轴承采用背靠背的装配方式，故先将第一个轴承内较宽的朝下需到底，再用专用工装压一下；再装入第二个轴承，且“箭头”须对齐（锁扣朝下）；装配轴套，锁紧螺母；安装轴承压盖，安装另一端轴承、卡簧、轴承压盖。

（6）X轴基座安装

将X轴底座面擦拭干净，安置在Y轴滑块上并将安装导轨的平面也擦拭干净。同样采用水平仪将X基座调试水平，调试好X轴底座与Y轴丝杆座精密连接装配，并科学有序地预紧螺钉，反复测试Y轴丝杆的转动顺畅度和稳定极小的摩擦系数。最后紧固螺钉达到要求。

（7）X轴导轨安装

将X轴导轨置于安装面上，注意基准方向，从导轨一端向另一端有序进行预紧导轨螺钉，接着安装导轨滑块备用。为了让X轴导轨与Y轴导轨相互垂直，需要进行如下步骤调测：第一，采用水平尺进行检测调试导轨的水平度；第二，利用直角尺的短边紧贴Y轴基准导轨，百分表（或千分表）座磁吸在X轴导轨滑块上，表头指针对直角尺的长边进行移动检测X轴导轨与Y轴基准导轨的垂直度（图4），如X轴基准导轨直线度出现直线超差，做好对应位置超差记录。

图4 检测X轴与Y轴基准导轨的垂直度

松开导轨螺钉，用垫片（或塞尺）进行调试，并与斜压块预紧有机相结合，调测好导轨的直线度，直至达到与Y轴基准导轨规定的垂直要求；然后稳固X轴基准导轨的螺钉；最后再进行X轴副导轨的调测，其操作步骤方法与Y轴主副导轨装调方法一致，保证X轴主副导轨的等高和平行等距。

（8）X轴丝杆轴承座及丝杆安装

在X轴主副导轨调测好的基础上，进行X轴丝杆轴承座装调，其操作步骤检测方法与上述步骤（4）和步骤（5）中Y轴丝杆轴承座、丝杆装调一样，在此不再重复描述。但值得注意的是：当将轴承座上的检验棒拆下来时，注意不能大力敲击，以免影响轴承座的同轴精度；丝杆安装完毕后，再用百分表（或千分表）进行丝杆的径向跳动（旋转两圈）检测和丝杆与导轨的平行度、等高度检测。

（9）工作台装调

在安装工作台（拖板）时，要注意丝杆螺母固定座与拖板的安装，如有间隙可采用塞尺进行调整；在拧紧螺钉时，不能直接拧固，要通过转动丝杆来带动拖板，让拖板在导轨上有效的行程内来回往返测试，调整和消除螺母座与拖板连接的误差间隙，降低调测过程所产生的内应力和摩擦系数，提高丝杆螺母副、导轨、滑块等之间顺畅度。

（10）X、Y滑台检验

在完成十字滑台的装调基础上，分别在X、Y轴电机座处安装步进电机（或伺服电机），利用电控系统进行电机驱动。在工作台上放置直角尺，用百分表（或千分表）检测，使直角尺的一边与X轴基准导轨平行，然后通过X、Y轴电控系统分别驱动相应轴滑动，检测X、Y轴的直线度、垂直度、X、Y轴的重复定位精度等。

2.3 教学效果

在知识、能力和情感目标上，学生均能从中了解直线导轨、滚珠丝杠安装精度对机床精度和使用的影响，并能正确对其安装以达到技能训练的目的，训练中还可以使学生养成严谨认真、规范操作和安全文明生产的良好习惯[9]。

3 结束语

本文围绕着职业技能、竞赛、教学培训的思路，展开技能实训十字滑台的结构设计。经过3年教学竞技实践与检验，教学实践作品不断完善，机械装调课程的改革得到稳步推进，学生对理论知识的理解能力和技能竞技的动手能力有着显著提高，学生整体综合素质也逐步提升。学生参加相应的数控装调技能竞赛获得佳绩，验证了十字滑台的研制及其应用具有良好的借鉴意义。