摘要：該（gāi）項目是基於“高（gāo）檔數控（kòng）機床與基礎製造裝備”科技重大專項（xiàng）課題而提出的（de），主要針對“高（gāo）速化臥式加工中心機床X向防護罩”為研究方向。研究通過構建理論模型、靜力學、動力學（xué）仿真分（fèn）析並通過實驗驗證了方案的可行性，最終得出高速化臥式（shì）加工中心x向防護罩的最優設計參（cān）數。
 
     關（guān）鍵詞：高速化臥式加工中心（xīn）機床x向防護罩；理論模（mó）型；靜力學（xué）分析；動力學仿真分析
 
     高（gāo）速導軌防（fáng）護罩（zhào）是高速（sù）機床不可缺（quē）少的（de）組成部分，在保證數控（kòng）機床高精度（dù）、高（gāo）速度、低噪音方麵起到重要（yào）作用。數控機床的高移動速度是機床發展（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，高的已達到90 In／min，加速度29。普通導軌防護罩已（yǐ）不能滿足機床高移動（dòng）速度，高加、減速能力的要求，機床廠家（jiā）對（duì）可滿足機床高（gāo）移動速度，高加、減速（sù）能力的導軌防護罩部件的需求也（yě）越（yuè）來越大（dà）。
 
     國際市場上隻（zhī）有中（zhōng）國台灣、日本（běn）、德國等廠家生產高速自動伸縮式導軌防護（hù）罩，國內（nèi）現在多為進口。機床的發展方向是高（gāo）速、精密、複（fù）合、智能、環（huán）保，防護罩作為機床重要的功能（néng）部件之一，其發展也是向著高速度、低噪聲、長壽命、節省空間和能源，適應環境要求等以適應主機的發（fā）展需要，在技術（shù）層麵上主要表現在：高速化、組合化、節約（yuē）化、環保化。
 
      防護罩作為機（jī）床重要的功能部件，是阻礙我國數控機床向（xiàng）中高檔次發展的瓶頸之一，據了解，國內機床配套防護罩廠家水（shuǐ）平（píng）層次不（bú）齊，雖然能製作高速自動伸縮式（shì）導軌防護罩，但是大多做工質（zhì）量差、技（jì）術含量低，不能滿足數控機床（chuáng）廠家（jiā）的（de）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成（chéng），與主軸連接。安裝（zhuāng）時因兩組（zǔ）護罩相互獨立使安裝誤差累積，從而（ér）導致護罩（zhào）運行時不平行而造成結（jié）構損壞，機床（chuáng）在高速（sù）運行下甚至（zhì）可能被瞬間撞損而造（zào）成機械受損、工件受損、人員受傷（shāng）。低速運行時，因護罩不平行而（ér）產生抖動，機床的精加工往往在低速狀態下完成，護罩的抖動會帶（dài）動主軸振（zhèn）動（dòng），從而導致主軸在精加工時使工（gōng）件加工麵產生花紋，從而影響工件的精（jīng）度。漢川機床集團有限公司電控公司目前能（néng）設計動柱型臥（wò）式加工（gōng）中心（xīn）組合防護罩，將左右兩（liǎng）組（zǔ）護罩采用一體式設計（jì），提高了安裝精度，但是運行速度不高，快移速度僅40 m／“n，不能滿足高速（sù）化的要求。國內現在還沒有（yǒu）專業廠家生產這（zhè）種為臥式加工中心配套的高速化x向防護罩，國內機床廠多依賴進口，中外（wài）合資機（jī）床廠的外方也多將（jiāng）此防護罩（zhào）作為較關鍵的技術和（hé）部件，由外方直（zhí）接提供。
 
      我們正是從這點出發，為替代進口（kǒu），在傳統組合式防護罩的基礎上著眼於降低安裝裝配難度，滿足更高速（sù）更（gèng）高精度的機床需求。
 
 
     1、設計關鍵點控製
   
     臥式加工中（zhōng）心換刀機構空（kōng）間限製，x、y軸防（fáng）護裝（zhuāng）置Z軸方向的有（yǒu）效空間小，而受保護的麵積較（jiào）大接近8 m2，防護罩板型尺寸較大，長2．5 m，高3．2 m，在高（gāo）速高加速狀態下運行，所承（chéng）受的衝擊力（lì）較大，防護（hù）罩需要高剛性、高（gāo）強度，才（cái）不會導致主體變形，而產生不平行、幹涉等（děng）問題，才不會影（yǐng）響機（jī）床微小移動時的精度。在如此條件（jiàn）下采用何種方式的設計，才能夠解決（jué）防護問題。
   
      在開發方案、技術路線、采用（yòng）現代設計技術方法，進行高速防護裝置的設計，研究高速移動中特定杆及防護件結構、材料性能等因素對防護裝置的運（yùn）動性、防護性及環保的影（yǐng）響，建立實驗測試研究平台，選擇合理的結構參數，優化設計，提（tí）高高速防（fáng）護裝（zhuāng）置的設計質量，保證工件的（de）加工精度，采用的總體技術路（lù）線，見圖1。
   
 

      圖1 技術路線圖
     
      1．1 材料選擇
   
     防護罩在高（gāo）速高加速度引起的強度、共振下運行，要（yào）求防護罩主體（tǐ）材（cái）料剛性、強度足夠好，不易變形，保證運行的平穩性。機床在高速移動下（xià），啟動和刹（shā）車都需（xū）要較大的動力，這就要求護罩質量輕，減小（xiǎo）主軸運行時所承擔的負荷和護罩在啟動及刹車時所（suǒ）產生的慣性，從而避免共（gòng）振的產生，保證機床的加工精度。43l不鏽鋼板材除具有良好的剛性（xìng）、硬度、防（fáng）鏽性，還具有良好的加工（gōng）性能（néng）：①薄板（bǎn）構件重量輕；②形狀規範，易於裁剪、焊接，可製造大而複雜的構件；③加工量小，由於薄板表麵（miàn）質量高，厚度尺寸均勻誤差小（xiǎo），板麵不需加工；④易成型，可實（shí）現彎曲、折疊、卷邊和深拉結構（gòu）。
 
     1．2 護罩主體結構設計
   
     將左右兩（liǎng）組防護罩結合為一體（tǐ），采用裝（zhuāng）框架式的門型對稱結（jié）構，見圖2。左右兩組護罩結合為一體，減小組裝誤差使其在左右運動時能夠更平穩更順暢地往複運動，一體式結構防屑性及防水性較佳與（yǔ）鈑金外罩搭（dā）配容易（yì）。裝框架式結構將每（měi）片護罩包裹住，保證防護罩主體（tǐ）剛性，確保運行（háng）平行無脫開現象產生。機床軸加工行程1 100 mm，防護罩拉伸（shēn）壓縮比達4：1，屬大行程護罩。護罩采用裝框架式的門型對稱結構，板型大，中間空，強度和（hé）剛性弱。所以單節護罩設計時，在空間範圍內允許（xǔ）的（de）尺寸下結合折彎的工藝，多采用
折彎（wān）來增強強度和剛性。
 
     1．3直線導向機構設計
 
     x向護罩外（wài）形尺寸（cùn）大（dà），質量相應較大，從而摩擦力和扭矩相應也大。設計時采用上下兩組精密板式（shì）直線導軌組合運用，上（shàng）板式直線導軌承擔扭矩，下板式直線導軌直線導向，使x向護罩可在高負載的（de）情況下實現高精度的（de）直線運（yùn）動。與在（zài）精密機械等使用的傳統微型滾珠軸承（chéng）相比，精密板式直線（xiàn）導軌還具有如下特（tè）點：
 
      (1)精密（mì）板式直線導軌的設（shè）計成本較低、裝配工時較（jiào）省，能實現高精度的（de）直（zhí）線導向。
 
      (2)摩擦係數極小的鋼球循環型滑（huá）動裝置，可在長期間內維持穩定性能。
 
      (3)外側軌道和內滑塊均由最薄的不鏽鋼板製造。
 
      (4)由於精密板式直線導軌重（chóng）量較輕，因此慣性（xìng）力矩小並具有（yǒu）優異的高速應答性。
 
      1．4 同步鉸（jiǎo）鏈結構設計
   
     目（mù）前常用的（de）剪（jiǎn）刀狀同步鉸鏈機構裝置采用45號鋼作為鉸（jiǎo）鏈片，將兩層鉸鏈片與鉸鏈定（dìng）位銷和鉸鏈轉軸銷組合（hé）而成。這種（zhǒng）方式（shì）的弊端（duān）在於鉸鏈片剛性和穩定性不好，在高速運動狀態（tài）下易（yì）出現抖動，從而影響機床的加工精（jīng）度（dù）。采（cǎi）用特殊結構（gòu）鋼作為鉸鏈片的原材料，保證鉸鏈片的強度和剛度，使剪刀狀同步鉸鏈機構在往複運動50萬次後仍能保持原（yuán）有功能，從而增（zēng）加剪刀狀同步鉸鏈機構的（de）使用壽命。設計上鉸鏈片（piàn）與鉸鏈銷軸肩有適當間隙，保證剪刀狀（zhuàng）同步鉸（jiǎo）鏈（liàn）機（jī）構不壓死，運行靈活，軸向不竄動，使導軌防護罩在高速高加速（sù）度運行中穩定不抖動。
   
     1．5 刮（guā）刷機構設（shè）計
   
     (1)需要有足夠的刮屑能力、良好的密封性、耐（nài）磨（mó）且摩擦係數（shù）小，防護罩使用過程中噪（zào）聲值不得高於70 dB。
 
     (2)對於酸、堿、油性、水性、常用溶劑（jì）等切削（xuē）液均適用。

     (3)使用後刮刷機構的彈性要保持在原來的95％以上，使其能充分與護罩主體貼合，保證密封（fēng）性能。
 
     (4)在使用（yòng）壽命上，需能承受（shòu）100∥min的高速移動下往複100 km，且能承（chéng）受高速移動下摩擦產生的高溫。
 
     (5)刮刷機構拆卸（xiè）方便（biàn），便（biàn）於更（gèng）換。
   
     1．6 工藝展開設計
   
     每節護板采用門型（xíng）對稱（chēng）結構設計（jì），見（jiàn）圖3。板型大，中間空，強度和（hé）剛性弱。在工藝展開（kāi）時需要充分考慮其結構（gòu），利用能折邊不焊接的原則進行板材展開，展開時（shí）還需要充分考慮焊接的變形（xíng）量，合理分布焊點，設計合理的焊（hàn）接工裝進行定位焊接，保證焊接精度。
 
     1．7 靜力學分析、動力學仿真分析
   
     運用相關軟件進行靜力學分析與動力學（xué）仿真（zhēn）分析，獲得防護罩在（zài）靜態和動態下的力學分布規（guī）律，結合二者的規（guī）律（lǜ），得出適合二者的（de）最優設（shè）計參數，並對護罩進行優化設計。見圖4，圖5。
  
   

  
  
     
  
     1．8 試驗檢測
   
    (1)刮刷結構間隙檢（jiǎn）測：①油檢（jiǎn），當防護罩運行到最大限度時，在（zài）護（hù）板表麵塗滿油使（shǐ）護罩來回運動（dòng）一次，確認沒有漏（lòu）油的地方。②鋼板尺檢測，每（měi）段順著行程方向，每100 mm間隔一次，與軸垂直的方向間隔100mm，用塞尺確認護（hù）板與刮（guā）刷結構間（jiān）的間隙不超過0．8 mm。
 
     (2)振（zhèn）動檢測：以1 m／min的移（yí）動速度安（ān）全行程（chéng）運行中，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：防護罩（zhào）在試驗台中通過速度（dù）變化由1～60—n／IIlin連續運行24 h，速度在每間隔5個單位（wèi）時用噪聲分貝測試儀（yí）測試噪聲值，在測試過程中，噪聲值均低（dī）於70 dB。
 
     (4)穩定性試（shì）驗：試驗（yàn）台編入程序，速度為印∥“n，加速度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（jìn）行500 h實際切削試（shì）驗，500 h切削後防護（hù）罩無異常狀況，拆開防護罩進行檢查，護罩內部無切屑進入。
 
     2 、結語
   
    高速（sù）化臥式加工（gōng）中心（xīn）x向防（fáng）護罩從材料選擇、結構設計、直線導向機（jī）構設計、同步鉸鏈機構設計、刮刷機（jī）構設計、工藝展開設計構建（jiàn）理論模型，運用（yòng）靜力學分析與（yǔ）動力學仿真分（fèn）析，進行參數、結構和工藝展開的優化，製作樣（yàng）機進行驗證，得（dé）出高速化臥式加工中（zhōng）心機床x向防護罩的最優（yōu）設計參數。滿足高（gāo）速化、高精度化、高可靠性、複合化、智（zhì）能化的臥（wò）式加（jiā）工中心x向防護罩要求。