鉗工銼削教學新型裝置設計與開發

導語：鉗工銼削教學新型裝置設計與開發一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

鉗工是機械加工的一個工種，在制造技術先進化、智能化的今天，依舊是各制造企業必設的一類重要崗位，人才需求量大。各大院校機械類、近機械類專業均開設有鉗工課程。在教師教授過程中，學生通常只能通過教師為數不多的親身演示，學習正確的銼削姿勢和方法；同時由于教師無法全面監控學生的銼削操作過程，從而無法及時地糾正學生可能出現的一些不規范甚至錯誤的操作方式，導致學生不能完全正確掌握正確、規范的銼削姿勢和方法。為解決這一問題，有必要提供一種能快速提高學生銼削姿勢的裝置，提高教學效率。安慶職業技術學院的趙夫超老師發明了《一種水平校準銼刀》（專利號CN103962648A）和長沙航空職業技術學院盛科老師發明了《一種能矯正銼刀水平的新型臺虎鉗》針對鉗工教學過程中存在的問題進行了有效的研究，填補了一些空白，但都沒能在規范學生的操作姿勢和練習評分上提出解決方法。本次研究通過創改專用鉗口、創設告警電路、創新傳感與軟件集成，運用多種傳感器融合、運動數據采集及數據顯示等先進技術，實現銼削運動數據采集、銼削姿勢監控和糾正等功能，自我改進銼削姿勢和方法，以提升學習效果。根據裝置采集的數據與軟件設置數據進行對比進行評分。

1專用鉗口設計

臺虎鉗專用鉗口：設計研制具有適合寬度的帶凹槽的專用鉗口，該鉗口需滿足以下要求：一是對銼刀運動軌跡的約束，以保證銼刀始終可在接觸點上方運動；二是控制加工工件垂直高度的限位要求，以保證銼削面與傳感器觸點的位置要求。臺虎鉗專用鉗口實物圖如圖1所示，臺虎鉗專用鉗口設計圖如圖2所示。

2傳感器布置與告警電路設計

如圖3所示，一種教學用銼削姿勢練習校正檢測裝置包括兩相互平行設置的側板，所述的側板為磁吸側板，在兩側板之間形成空間；在兩側板的前方安裝有臺虎鉗桌，在兩側板之間設有安裝到臺虎鉗桌上的臺虎鉗的中心，該中心是指通過固定鉗口、活動鉗口且通過絲桿中心的一條線。在兩側板之間設有二組以上的紅外傳感器組。在本裝置中，所述的紅外傳感器組包括初始狀態紅外傳感器組、中間狀態紅外傳感器組和終極狀態紅外傳感器組。每組紅外傳感器組包括二個對射紅外傳感器，所述的紅外傳感器包括設在其中一側板上的紅外發射器和設在另一側板上的紅外接收器。在裝置中，在側板上對應于前腳的腳板、前腳膝蓋、臀部前側、胸側、頸部前側、頭部前側、后腳的腳板、后腳膝蓋、臀部后側、背側、頸部后側、頭部后側、前手的前端和后手的肘部處分別對應設有紅外傳感器。紅外傳感器利用磁鐵吸附在磁吸側板上。這樣，根據不同的操作者可調節紅外傳感器的位置，以適用于不同人員的需求。如圖4所示，給出了四種狀態的銼削姿勢。在銼削過程中，教科書中規定了正確的銼削姿勢，銼削平面的正確姿勢為初始狀態，前腳的膝蓋略為彎曲，后腳繃直，讓操作者的背部與后腳在一條直線上，上身略前傾，抬頭，前手握銼刀前端，后手彎曲并握住銼刀柄。當需要進行銼削時，前腳的膝蓋彎曲，上身、后腳跟隨整體前傾，保持后腳和上身在同一直線上，兩只手跟隨平行運動。基于這樣的銼削姿勢，利用紅外傳感器來檢測操作者的位置，并至少設置初始、中間和終極狀態三個位置對應的紅外傳感器組，將檢測到的信號傳送到控制器中，利用顯示器、報警器等來確定銼削位置是否正確。這樣，學生自己根據信號能知曉銼削的姿勢是否正確，老師也能及時的發現，學生根據錯誤的銼削位置進行糾正，從而能讓學生更加快速的掌握銼削姿勢，提高了教學效率。在本實用新型中，紅外信號從傳感器傳輸到控制器并進行報警或顯示屬于現有技術。本實用新型的檢測原理是：當操作者達到相應位置時，人的相應部位會阻擋紅外傳輸，這樣，對應的紅外接收器不能接收到信號，說明姿勢正確，當對應的位置能接收到紅外信號，則說明姿勢不正確，另外，在本裝置中，一組紅外傳感器組形成一個信號，只有當一組紅外傳感器中的所有紅外傳感器的信號沒有接收到時，才說明該狀態的姿勢是正確的，否則，銼削姿勢不正確。比如，如圖4所示為初始狀態的銼削姿勢，在該狀態下，操作人員遮擋了初始狀態紅外傳感器組中所有紅外傳感器中紅外發射器發射到紅外接收器的紅外線，說明初始狀態的姿勢是正確的，如果有至少一初始狀態紅外傳感器組中的紅外接收器接收到對應的紅外發射器的紅外線，說明姿勢不正確。同理，在其他的位置也是一樣。在本研究中，通過檢測到的位置信號通過控制器進行處理，能對操作人員的姿勢是否正確進行評分。

3站姿糾正控制設計站

姿糾正控制模塊：為使操作者有一個比較規范的操作姿勢，并達到減輕疲勞，提高銼削效率、質量的目的，需研究操作者左右腳與臺虎鉗中心線的角度、不同身高者左右腳的跨度距離等因素的影響，對站位姿勢及時加以糾正控制。站姿糾正控制模塊示意圖如圖5所示，站姿糾正控制模塊設計圖如圖6所示。

4銼削訓考評分軟件模型設計

創新訓考方式，研發平面銼削評分系統，實時采集多種傳感數據，通過智能算法實時計算訓考操作得分，并給出分析報告和改進意見，提升實訓考核管理水平。銼削訓考評分軟件系統操作界面如圖7所示。

5結論

本次研究針對基本鉗工平面銼削訓練學員練習難點對傳統的練習模式做出了改進和研發。通過改進適合寬度的帶凹槽的專用鉗口，對銼刀運動軌跡的約束，以保證銼刀始終可在接觸點上方運動；同時控制加工工件垂直高度的限位要求，以保證銼削面與傳感器觸點的位置要求。通過告警電路設計，觸點選位設計，平臺安裝及附件設計三方面研究搭建銼削偏移告警基礎平臺，并運用多種傳感器融合技術，對銼刀的運動軌跡往返次數、銼削用時、失誤次數等銼削核心數據進行實時監測，并通過數據采集系統輸出到數據終端，授課老師可直接通過數據分析進行教學糾正。為使操作者有一個比較規范的操作姿勢，并達到減輕疲勞，提高銼削質量的目的，需研究操作者左右腳與臺虎鉗中心線的角度、不同身高者左右腳的跨度距離等因素的影響，從而加裝站位腳模膠墊及壓力、位移等傳感器，對站位姿態加以控制和及時糾正。最后通過開發的訓考評分軟件，實時采集多種傳感數據，通過智能算法計算訓考操作得分，并給出分析報告和改進意見，提升實訓考核管理水平。

參考文獻

[1]盛科.一種矯正銼刀水平的虎鉗[P].(專利號ZL201720413833.X)2017.11.

[2]朱定見,洪曉東.金工實訓[M].成都:電子科技大學出版社,2014.6:21-36.

[3]徐穎.提高鉗工操作技能的對策思考[J].產業與科技論壇,2015,12:247-248.

作者:吳云 鋒盛科 單位:長沙航空職業技術學院