摘要：該項目是基於“高檔數控機床與基（jī）礎製造裝備”科技重大專項課題而提出的，主要針對“高速化臥式加工中心機（jī）床X向防護罩”為研究方向。研究通過構建理論模型（xíng）、靜力學、動力學仿真分析並通過實驗驗證了方案的可行性，最終得（dé）出高速（sù）化臥式（shì）加工中心x向防護罩的最優設計參數。
 
     關鍵詞：高速化臥式加工中心機床（chuáng）x向（xiàng）防護罩（zhào）；理論模型；靜力（lì）學分析（xī）；動力學仿真分析
 
      高速導軌防護罩是（shì）高速（sù）機床（chuáng）不可缺少的（de）組成部分，在保證數控機床高精度、高速度、低噪（zào）音方麵起到重要作用。數控機床的高（gāo）移動速（sù）度是機床發（fā）展（zhǎn）的趨勢，國外機床的快移速度一般都在40—60∥min，加速度0．6—19，高（gāo）的已達到（dào）90 In／min，加速度29。普通導（dǎo）軌防護罩已不能滿足機床高移動速度，高加、減速能力的要求，機床廠家對（duì）可（kě）滿足機床高（gāo）移動速度，高加、減速（sù）能力的導軌防護罩部件的（de）需求也越來越大。國際市場上隻有（yǒu）中國台灣、日本、德國等廠家生產高速自動伸縮式導軌防護罩，國內現在多為進口。機床的發（fā）展方向是高速、精密、複合、智能、環保，防護罩作為機床重要的功能部件之一（yī），其發展也（yě）是向著高速度、低噪聲、長壽命、節省空（kōng）間和能源，適應環境要求等以適應主機（jī）的發展需要，在技術層麵上主要表現在：高速化、組合（hé）化、節（jiē）約化（huà）、環保化（huà）。
 
       防護罩作為機床重要（yào）的功能部件，是阻礙我國數（shù）控機床向（xiàng）中高（gāo）檔次發展的瓶（píng）頸之一（yī），據了（le）解，國內機床配套防護罩廠家水平（píng）層（céng）次不齊（qí），雖然能製作高速自動（dòng）伸縮（suō）式導軌防護罩，但是大多做工質量差（chà）、技術含（hán）量低，不能滿足數控機床廠家的使用要求，傳統的臥式加工中心X向防護罩是由左右兩組護罩組（zǔ）成，與（yǔ）主軸連接。安裝時因兩（liǎng）組護罩相互獨立使（shǐ）安裝誤差（chà）累（lèi）積，從而導致護罩運行時不平行而造成結構損壞，機床在高速運行下甚至可能被瞬間撞損（sǔn）而造成機械受損、工件受損、人員受傷。低速運行時，因護罩不平行而產生抖（dǒu）動，機床的精加工往往在低速狀態下完成（chéng），護罩的抖動會帶動主軸振動，從而導致主軸在精加（jiā）工時使工件加工麵（miàn）產生花紋，從而影響工件的精度。漢川機床集（jí）團有限公司電（diàn）控公司目前能設計動柱（zhù）型臥（wò）式加工中心組合（hé）防護罩，將（jiāng）左右兩組護罩采（cǎi）用一體式設計，提高了安裝（zhuāng）精度，但是運行速度不高，快移速度僅40 m／“n，不能滿足高速化的要求。國內現在還沒有專業廠家生產這種為臥式加（jiā）工中心配套的高速化x向防（fáng）護罩，國內機床廠（chǎng）多依賴進口，中外合資機床（chuáng）廠的外方也多將此防（fáng）護罩作為較關（guān）鍵（jiàn）的技術和部件，由外方直接提供。我們正是從這點出發，為替代進口，在傳統組合式（shì）防護（hù）罩的基礎上著眼於降低安裝裝配難度，滿足更高速更高精度的機（jī）床需求。
   
      1、設計關（guān）鍵點控製
 
      臥式加工中心換（huàn）刀機構空（kōng）間限製，x、y軸防護（hù）裝置Z軸方向的有效空間（jiān）小，而受保護的麵積較大接近8 m2，防護罩板型尺（chǐ）寸較大，長2．5 m，高3．2 m，在高速高加速狀態（tài）下運行，所承受的衝擊力較大，防護罩需要高剛性、高強度，才不會導致主體變形，而產生不平行、幹涉等問題，才不會影響機床微小移動時的精度（dù）。在如此條件下采用何種方式的設計（jì），才能夠解決防護問題。
 
      在開發方案、技（jì）術路線（xiàn）、采用現（xiàn）代設計（jì）技術方法，進行高速防護裝置的設（shè）計，研究高速移動（dòng）中特定杆及防護（hù）件結構（gòu）、材料性能等因素對防護裝置的運動性、防護性及環保（bǎo）的影響，建立實驗測試研究平（píng）台，選擇合理的結構參數，優化設計（jì），提高高速防護裝置的設計質量，保證（zhèng）工件的加工精度，采用的總體技（jì）術路線，見圖1。
 

      圖1技（jì）術路線圖
   
      1．1材料選擇
 
      防護罩在高速高加速度引起的強度、共振下運行，要求防護罩主體（tǐ）材料剛性、強度足夠好，不易變（biàn）形，保證（zhèng）運行（háng）的平穩性。機床在高速移動下，啟動和刹車都需要較大的動力，這就要求（qiú）護罩質（zhì）量輕，減（jiǎn）小（xiǎo）主軸運行時所承擔的負荷和護罩（zhào）在（zài）啟動及刹車時所產生的慣性（xìng），從而避免共振的產生，保（bǎo）證機床（chuáng）的加工精度。43l不鏽鋼板材除具有（yǒu）良好（hǎo）的剛性（xìng）、硬（yìng）度、防鏽（xiù）性，還具有良好的加工性能：①薄板構（gòu）件重量輕；②形狀規範，易於（yú）裁剪、焊接，可製（zhì）造大而複雜的構（gòu）件；③加工量（liàng）小，由於薄板（bǎn）表麵質量高，厚度尺寸均勻誤差小，板麵不需（xū）加工；④易成型，可實現彎曲、折疊、卷邊和深拉結構。
 
     1．2護罩主體結構設計
   
     將左右兩組防護罩結合為一體，采用裝框（kuàng）架式的門（mén）型對稱結構，見圖2。左右兩組（zǔ）護（hù）罩（zhào）結（jié）合為一體（tǐ），減小組裝誤差使其在左右運動時能（néng）夠更平穩更順暢地往複運動，一（yī）體式結構防屑性及防水性較佳與鈑金外罩搭配容易。裝框架式結構將每片護罩包裹（guǒ）住，保（bǎo）證防護罩主體（tǐ）剛性，確保運行平（píng）行無脫開（kāi）現象產生。機床x軸加（jiā）工行程1 100 mm，防護罩拉伸壓（yā）縮比達4：1，屬大行程（chéng）護罩。護罩采用裝框架式的門型對稱結構，板（bǎn）型大，中間空（kōng），強度和剛性弱。所以單節護罩設計時，在空間範圍內允許的尺寸（cùn）下結（jié）合折彎（wān）的工藝，多采用折彎來增強強度和剛性。
 
     1．3直線導向機構設計
 
     x向護罩外形尺寸大，質量相應較大，從而摩擦力和扭矩相應也大。設（shè）計時采用上下兩組精密板式直線（xiàn）導軌組合運用，上（shàng）板式直線導軌承擔扭矩，下板式直線導軌直線導（dǎo）向，使x向護罩可在高負載（zǎi）的情況下實現高精度的直線（xiàn）運動。與在精密機械等使用的傳統（tǒng）微型滾珠軸承（chéng）相（xiàng）比，精密板式直線（xiàn）導（dǎo）軌還具有如下特點：
 
     (1)精密板式直線導軌的設計成本（běn）較低、裝配工（gōng）時較省，能（néng）實現高（gāo）精度的直線導向。
 
     (2)摩擦係數極（jí）小的鋼球循環型（xíng）滑動（dòng）裝置，可在（zài）長期（qī）間內維持穩定（dìng）性能。
 
     (3)外側軌道（dào）和內滑塊均由最薄的不（bú）鏽鋼板製造。
 
     (4)由於（yú）精密（mì）板式直線導軌（guǐ）重量較輕（qīng），因此慣性力（lì）矩小並具有優異的高速（sù）應答（dá）性。
 
     1．4同步鉸（jiǎo）鏈結構設（shè）計
 
     目前常用的剪刀狀同步鉸鏈機構裝（zhuāng）置采用45號鋼作為鉸鏈片，將兩（liǎng）層鉸鏈片（piàn）與鉸鏈定位銷和鉸鏈轉軸銷組合（hé）而成。這種方式的弊端在於鉸鏈片剛性和穩定性（xìng）不好，在高速運動狀態下易出現抖動（dòng），從而影響機床的加工精度。采用特殊結構鋼作為鉸鏈片的原材料，保證鉸鏈片的強度和（hé）剛（gāng）度，使（shǐ）剪刀狀同步鉸鏈機構在往複運動50萬次後仍能保持原有功能，從（cóng）而增加剪刀狀同步鉸鏈機構的使用壽（shòu）命。設計上鉸鏈片與鉸鏈銷（xiāo）軸（zhóu）肩有適當間隙，保證剪刀狀同步（bù）鉸鏈機構不（bú）壓死，運行靈活，軸向不（bú）竄動，使導軌防護罩在（zài）高速高加速度運行中穩定不（bú）抖動。
 
     1．5刮刷機（jī）構設計
 
     (1)需要有足夠的刮屑能力、良好的密（mì）封性、耐磨且摩擦（cā）係數小，防護罩使用過程中噪聲值（zhí）不得高於（yú）70 dB。
     (2)對於酸、堿、油性、水性、常用溶劑（jì）等切削液均適（shì）用。
     (3)使（shǐ）用後刮刷機構的彈性要保持在原來的95％以上（shàng），使其能充分與護罩主體貼合，保證密封性能。
     (4)在使用壽命上，需能承受100∥min的高速移動下往複100 km，且能承受高速移動下摩擦產生的高溫。
     (5)刮刷機構拆（chāi）卸方便，便於更換。
 
     1．6工藝展開設計
 
    每節護板采用門（mén）型對稱結（jié）構設計，見圖3。板型大，中間空，強度和剛性弱。在工藝展開時需要充分考慮其結構（gòu），利用能折（shé）邊不焊接的原則進行板材展開，展開時還需要充（chōng）分考慮焊接的變形量，合理分布焊（hàn）點，設計（jì）合理的焊接工裝（zhuāng）進行定位焊接，保證焊接精度。
 
    1．7靜力學分（fèn）析、動力學仿真分析
 
    運用相關軟件進（jìn）行靜力學分析與動力學仿真分析，獲（huò）得防護罩在靜態和動態下的力學分布規律，結合二者的規律，得出適合二者的最優（yōu）設計參數，並對護罩進行優化設（shè）計。見圖4，圖5。
  

      
     圖2 z向防（fáng）護（hù）罩（zhào）結構圖                            圖3單節護罩結構圖（tú）

     1．8試驗檢測
   
     (1)刮刷結構間隙（xì）檢測：①油檢，當防護罩運行到（dào）最大限度時，在護板表麵塗滿油使護罩來回運動一次，確（què）認沒有漏油的（de）地方（fāng）。②鋼板尺檢測，每段順（shùn）著行程（chéng）方（fāng）向，每100 mm間隔一次，與軸垂直的方向間隔100mm，用塞尺確（què）認護板與刮刷結構間的間隙不超過0．8 mm。
 
     (2)振動檢測：以1 m／min的移動速度（dù）安全行程運（yùn）行中，目視確認蓋板與軸的方向前後不超過1 mm的振動。
 
    (3)噪聲檢測：防（fáng）護罩在（zài）試驗台中通過速度變化由（yóu）1～60—n／IIlin連續（xù）運（yùn）行24 h，速度在每間隔5個單位時用噪聲分貝測試儀測試噪（zào）聲值，在測試過程中，噪聲值均低於70 dB。
 
    (4)穩定性試驗（yàn）：試驗台編入程序，速度為印∥“n，加（jiā）速度lg，來回運動100 h，無異（yì）常狀況。
 
    (5)可靠性試驗：將防護罩裝入機床中進行500 h實際切削試驗，500 h切削後防護罩無異常狀（zhuàng）況，拆（chāi）開防護罩進行檢查，護罩內部無（wú）切屑進入。
   
    2、結語
 
    高速（sù）化臥式加工中心（xīn）x向防（fáng）護罩從材料選擇、結構設計、直線導向機構設計、同步鉸鏈機構設計、刮（guā）刷機構設計、工藝展開設計構建理論模型，運用靜力學（xué）分析與動（dòng）力學仿真分（fèn）析，進行參數、結構（gòu）和工藝展開的優化，製作樣機進行驗證，得出高速化臥式加工中心機床x向（xiàng）防護罩的最優設計參數。滿足高速化、高精度化、高可（kě）靠性、複合化（huà）、智能化的臥式加工中心x向防護（hù）罩要（yào）求。