數(shù)控機(jī)床內(nèi)防護(hù)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究

王春生　李朝強(qiáng)　彭曉紅

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床的制造水平越來(lái)越高，從過(guò)去各種專(zhuān)用的普通機(jī)床向復(fù)合型、多功能的數(shù)控機(jī)床發(fā)展。文章總結(jié)了數(shù)控機(jī)床防護(hù)的必要性，分析了數(shù)控機(jī)床內(nèi)防護(hù)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)要求，為設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的內(nèi)防護(hù)結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；內(nèi)防護(hù)；結(jié)構(gòu)組成；設(shè)計(jì)；隔離板；導(dǎo)軌

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)17-0037-02

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)床在所有生產(chǎn)設(shè)備中的地位無(wú)疑是最為舉足輕重的，各種類(lèi)型的機(jī)床被廣泛應(yīng)用于諸如工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展之中。在發(fā)揮極大作用的同時(shí)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的考慮不當(dāng)，機(jī)床在使用過(guò)程中也常常會(huì)造成生產(chǎn)事故，輕則影響到生產(chǎn)，重則導(dǎo)致人身傷亡。因此，如何在合理發(fā)揮機(jī)床作用的同時(shí)，最大程度地減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。在機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，必須充分考慮到安全保護(hù)技術(shù)的重要性。因此，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中全面采取安全保護(hù)措施已經(jīng)勢(shì)在必行。

一、數(shù)控機(jī)床防護(hù)的必要性

在18世紀(jì)，隨著產(chǎn)業(yè)革命在歐洲的興起，機(jī)床技術(shù)、種類(lèi)與型號(hào)迅速發(fā)展。但早期的機(jī)床設(shè)計(jì)工作主要集中于產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)上，對(duì)造型設(shè)計(jì)并無(wú)太多的顧及，其功能部件大多是外露式的。1874年美國(guó)人布朗發(fā)明的第一臺(tái)萬(wàn)能外圓磨床，在這臺(tái)機(jī)床身上，我們可以看到機(jī)床防護(hù)的雛形已經(jīng)形成。數(shù)控機(jī)床防護(hù)的作用主要體現(xiàn)在安全防護(hù)作用、精度保持作用、環(huán)境保護(hù)作用、隔聲降噪作用以及防潮隔濕作用。眾所周知，在數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生高溫飛濺的切屑，刀具或砂輪損壞后高速飛出等不安全因素，經(jīng)常對(duì)操作者造成機(jī)床傷害事故，比如操作者的局部卷入或夾入機(jī)床旋轉(zhuǎn)部件和運(yùn)動(dòng)部件造成的傷害事故；操作者與機(jī)床相碰引起的傷害事故；被飛濺的砂輪細(xì)磨料及切屑劃傷和燙傷；飛濺的磨料和崩碎的切屑極易傷害人的眼睛；操作者滑倒或跌倒而造成的事故；冷卻液對(duì)皮膚的侵蝕和噪聲對(duì)人體的危害。因此，在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中要從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)加強(qiáng)防護(hù)，這是數(shù)控機(jī)床防護(hù)形成的重要原因。另外，數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中伴隨著發(fā)熱，這種發(fā)熱現(xiàn)象會(huì)引起機(jī)床結(jié)構(gòu)的熱變形，從而降低機(jī)床的加工精度。還有，數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑、冷卻液都會(huì)對(duì)機(jī)床內(nèi)導(dǎo)軌有損害和腐蝕作用，以及冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)工作狀態(tài)不佳對(duì)高速主軸及加工精度所產(chǎn)生影響，所以對(duì)數(shù)控機(jī)床防護(hù)措施的深入研究是必不可少的。

二、數(shù)控機(jī)床內(nèi)防護(hù)的結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控機(jī)床的防護(hù)總體可分為內(nèi)防護(hù)和外防護(hù)。數(shù)控機(jī)床的內(nèi)防護(hù)是指在數(shù)控機(jī)床的加工區(qū)內(nèi)，為容易造成傷害事故的部件或是影響部件工作精度所采取有效的安全防護(hù)的設(shè)施，例如：車(chē)床的卡盤(pán)、切削區(qū)域以及絲杠、光杠處均應(yīng)設(shè)置防護(hù)罩、隔離板、導(dǎo)軌防護(hù)罩等。

(一)隔離板

對(duì)于全封閉防護(hù)的數(shù)控機(jī)床，隔離板是將所有的與機(jī)床相關(guān)的結(jié)構(gòu)全部封閉起來(lái)，包括機(jī)床本體、液壓站、電氣箱、排屑裝置等，并且在機(jī)床本體周?chē)纬梢粋€(gè)相對(duì)于其他輔助設(shè)施的封閉空間，即將加工區(qū)與非加工區(qū)隔離開(kāi)來(lái)，以防切屑及冷卻液對(duì)輔助設(shè)施造成損壞。隔離板形狀的確定與數(shù)控機(jī)床的類(lèi)型和規(guī)格密切相關(guān)，隔離板設(shè)計(jì)原則就是將機(jī)床的加工區(qū)與非加工區(qū)隔離開(kāi)，其材料的選擇多與外防護(hù)罩的材料相同。若隔離板形狀的尺寸規(guī)格過(guò)大，則需在隔離板設(shè)置加強(qiáng)筋，以防由于隔離板的剛度不夠，所造成的隔離板平面度過(guò)低，以及在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)而影響加工精度。

(二)導(dǎo)軌防護(hù)罩

我們知道，機(jī)床上的直線運(yùn)動(dòng)部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等支承件上的導(dǎo)軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，導(dǎo)軌的作用是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起導(dǎo)向和支承作用。導(dǎo)軌的制造精度及精度保持性對(duì)機(jī)床加工精度有著重要的影響。數(shù)控機(jī)床是高速、高精密的機(jī)床，因此，其對(duì)導(dǎo)軌的要求更為嚴(yán)格，如導(dǎo)向精度要高、精度保持性要好，還要有足夠的剛度、良好的摩擦特性等。由此可知，對(duì)導(dǎo)軌的防護(hù)是十分重要的，尤其是數(shù)控機(jī)床。對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行防護(hù)，其作用就是防止或減少導(dǎo)軌副磨損、延長(zhǎng)導(dǎo)軌壽命，從而提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。導(dǎo)軌的防護(hù)方法很多，有刮板式、卷簾式、伸縮式(包括軟式皮腔式和疊層式)等。常見(jiàn)的導(dǎo)軌防護(hù)罩為伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩、刮屑板、蓋板等。刮屑板是利用耐油橡膠、塑料或毛氈等制成的，與導(dǎo)軌形狀相吻合的刮條，安裝在動(dòng)導(dǎo)軌上，刮走導(dǎo)軌上灰塵、切屑等。適用于工作中裸露導(dǎo)軌的防護(hù)，如臥式車(chē)床的溜板導(dǎo)軌等。

(三)導(dǎo)管防護(hù)套和拖鏈

當(dāng)前數(shù)控機(jī)床傳輸系統(tǒng)的作用是對(duì)機(jī)床工作所需的物質(zhì)、能量、信息進(jìn)行傳遞輸送，形成物質(zhì)流、能量流、信息流，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的正常運(yùn)行。數(shù)控機(jī)床傳輸系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)床傳輸管線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，對(duì)傳輸管線的防護(hù)也是至關(guān)重要的，在數(shù)控機(jī)床的內(nèi)防護(hù)設(shè)計(jì)中是重要的一環(huán)。數(shù)控機(jī)床傳輸管線的種類(lèi)、數(shù)量相對(duì)較多，因此，對(duì)安全和可靠性要求很高，而且要求具有較長(zhǎng)的疲勞壽命，以確保數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，防護(hù)套和拖鏈多用鋼或塑料制成，可作為電線、電纜、液壓軟管、氣動(dòng)軟管的防護(hù)裝置，能隨機(jī)床部件協(xié)調(diào)地運(yùn)行，可延長(zhǎng)被保護(hù)的管路壽命、降低消耗，并改善管路分布零亂狀況，增強(qiáng)機(jī)床整體藝術(shù)造型效果。

三、數(shù)控機(jī)床內(nèi)防護(hù)的設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)繁多，無(wú)論是金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床、還是金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床或者數(shù)控特種加工機(jī)床都對(duì)防護(hù)有一定的要求。不同類(lèi)型、不同品種的數(shù)控機(jī)床由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即工作狀況等不同，因而對(duì)防護(hù)的要求也不同。

(一)數(shù)控機(jī)床的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)布局對(duì)防護(hù)的要求

機(jī)床的類(lèi)型不同對(duì)防護(hù)的要求差異較大。機(jī)床結(jié)構(gòu)布局、功能配置、自動(dòng)化程度、運(yùn)動(dòng)方式、傳動(dòng)方式等方面對(duì)防護(hù)都有一定的要求。比如在安全方面要求設(shè)置安全隔離裝置。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布局造成硬件的分布格局是一定的，有些功能部件存在著不安全因素，以及布局的安排、工件的運(yùn)動(dòng)和裝卡等不安全因素存在，因而要求有可靠的安全防護(hù)措施。還有，結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和功能布局劃防水、防塵等有防護(hù)要求，對(duì)人身安全構(gòu)成危險(xiǎn)的要求有安全隔離裝置。

(二)數(shù)控機(jī)床不同的工作狀況及工作環(huán)境對(duì)防護(hù)的要求

工作狀況包括工作介質(zhì)的類(lèi)型，工作介質(zhì)的強(qiáng)度因素、腐蝕性、環(huán)保要求、工件的運(yùn)動(dòng)速度及質(zhì)量、被去除材料的收集。根據(jù)被加工工件的材料不同對(duì)防護(hù)有一定的要求，如金屬切屑的收集、陶瓷工件產(chǎn)生的粉塵等的收集。還有，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的工件，如乍床上被加工的盤(pán)類(lèi)件飛離卡盤(pán)的事故也發(fā)生過(guò)。因此，一般都對(duì)卡盤(pán)專(zhuān)設(shè)防護(hù)罩，或?qū)C(jī)床操作拉門(mén)的視窗有一定的要求，即加防護(hù)網(wǎng)格。另外，環(huán)境質(zhì)量對(duì)人的生理及心理健康影響很大，如機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的噪音、振動(dòng)。還有，機(jī)床在加工冷卻過(guò)程中，產(chǎn)生油霧、粉塵等，這些對(duì)操作者的身心都會(huì)造成傷害，這都是需要防護(hù)來(lái)解決的。

(三)數(shù)控機(jī)床的操作維護(hù)對(duì)防護(hù)的要求

機(jī)床的操作維護(hù)對(duì)防護(hù)的要求除了安全因素以外，主要是要考慮其方便性，這一點(diǎn)對(duì)機(jī)床整體性能的影響不可忽視，要為用戶(hù)著想，創(chuàng)造方便。在對(duì)數(shù)控機(jī)床內(nèi)防護(hù)的設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體的實(shí)際狀況對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于高檔數(shù)控機(jī)床要求其防護(hù)范圍較大，防護(hù)的程度要高，防護(hù)的內(nèi)容也多；相對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床其防護(hù)的范圍較小，防護(hù)的程度較低，防護(hù)的內(nèi)容也少。例如，臥式數(shù)控車(chē)床要求金封閉防護(hù)，防護(hù)的程度要求較高，防護(hù)的內(nèi)容有安全方面的，也有環(huán)境等方面的。而大型龍門(mén)移動(dòng)式數(shù)控銑床，工作臺(tái)周?chē)筒辉O(shè)隔離裝置，即為非全封閉防護(hù)，只是重點(diǎn)對(duì)機(jī)床功能布局自身安全防護(hù)，如加導(dǎo)軌防護(hù)罩等。

總之，數(shù)控機(jī)床是多種技術(shù)的綜合體，在滿(mǎn)足功能的前提下研究機(jī)床造型設(shè)計(jì)，賦予機(jī)床“從內(nèi)到外”的高品質(zhì)。不斷提高其外觀質(zhì)量和宜人性，增強(qiáng)產(chǎn)品的附加值與整體造型效果，滿(mǎn)足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，已經(jīng)成為機(jī)床制造業(yè)刻不容緩的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

［1]王愛(ài)玲現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003

[2]林宋，田建君，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

[3]周凱，陸啟建新一代超高速加工中心，中國(guó)機(jī)械工程，1999，10(5)

[4]鄧凌高速數(shù)控機(jī)床的安全保護(hù)設(shè)計(jì)[J]，航空制造技術(shù)，2005，(4)

[5]張曙數(shù)字化制造一機(jī)床工業(yè)的未來(lái)[J]，世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2005，(6)

作者簡(jiǎn)介：王春生(1973-)，男，河南信陽(yáng)人，河南科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心助理工程師，研究方向：數(shù)控機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)。