數(shù)控機床鋼制拉罩的精確設(shè)計

高志棠 李 航

(沈陽機床集團成套設(shè)備有限責任公司，遼寧沈陽 110142)

現(xiàn)代機床的設(shè)計尤其是方案設(shè)計要求設(shè)計周期短，結(jié)構(gòu)總體布局要求合理、準確、快速。鋼制防護拉罩作為機床的有機組成部分，其作用是不能忽視的，更因為拉罩的結(jié)構(gòu)尺寸直接影響著設(shè)計者的布局構(gòu)思和機床功能參數(shù)。因此，為方便快速準確地進行方案設(shè)計分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足使用和制造的條件，給出防護拉罩準確判斷和計算的公式是必要的。

1 結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)命名及說明

1.1 結(jié)構(gòu)分析

鋼制拉罩的最大特點是結(jié)構(gòu)層片重疊，具有伸縮性。因此，從結(jié)構(gòu)和尺寸上對機床部件空間布局有一定影響，既要滿足行程S0，又要滿足拉罩的壓縮安裝寬度和拉伸安裝長度及跨度要求。尋求一種對無同步鉸鏈和有同步鉸鏈都適用的計算公式，顯然對設(shè)計者無疑帶來了很大方便。現(xiàn)根據(jù)圖1，對鋼制拉罩進行結(jié)構(gòu)分析，如圖中鋼制拉罩的最上一層(外層)作為第一層，以此類推排序，最里一層作為末層。其中，第一層和末層可根據(jù)實際條件分別加延長段(大多數(shù)情況下不加延長段)。拉罩的構(gòu)成包括：拉罩層板、筋板、刮舌、滾輪、滑塊、緩沖限位塊(見圖2)、同步鉸鏈和導(dǎo)向銅條(詳見下期的“機床鋼制拉罩的同步鉸鏈及導(dǎo)向銅條的設(shè)計”一文)及起吊裝置(結(jié)構(gòu))。注意：設(shè)計計算時，設(shè)第一層為靜止層，因此，該層行程為零(即S1=0)。

1.2 參數(shù)命名

1.2.1 局部結(jié)構(gòu)參數(shù)

b為筋舌距(mm)：拉罩和刮舌當拉罩拉開后防碰撞安全距離，一般b＞刮舌寬度，b=20～35 mm，由設(shè)計者給出。對無同步鉸鏈的拉罩也如此考慮；

e為層錯位距(mm)：拉罩刮舌處相鄰兩層的錯位量，由設(shè)計者給出，一般e=8～20 mm；

f為筋板距：拉罩每層的筋板間的距離，與滾輪/滑塊、緩沖塊及同步鉸鏈支點有關(guān)，f≥(d+2)mm，由設(shè)計者給定；

d 為滾輪直徑(或滑塊厚度)：d=8，10，12，16，18，20，24，26 mm等，滾輪材料為尼龍或黃銅，由設(shè)計者給出；

t為拉罩層板厚度(mm)：由所選板材厚度決定。一般取 t=2，2.5，3 mm。

1.2.2 機床部件運動參數(shù)

S0為名義行程(mm)：機床運動部件行程，機床工藝參數(shù)，由設(shè)計者給出；

δ為單邊安全裕量(mm)：機床運動部件防碰參數(shù)，由設(shè)計者根據(jù)絲杠樣本給出。

1.2.3 拉罩的宏參數(shù)

L為拉罩的行程(mm)：根據(jù)式(1)算出；

Bmin為拉罩的最小壓縮寬度(mm)：由式(2)算出。一般拉罩的壓縮安裝條件優(yōu)先于拉伸安裝條件；

B為拉罩的最終壓縮寬度(mm)：由式(5)算出；

A為拉罩的最終拉伸寬度(mm)：由式(10)算出；

B'為機床上允許的拉罩壓縮安裝空間寬度(mm)：由設(shè)計者根據(jù)部件結(jié)構(gòu)給出(暫定值)，并與Bmin作比較，最終由式(5)調(diào)整為接近B'的B值；

nmax為拉罩的最大層數(shù)：滿足基本條件的最大層數(shù)，由參數(shù) e、f、L 決定，由式(3)算出，拉罩的設(shè)計原則是取滿足條件的最少層數(shù)，由此根據(jù) B'并用式(5)調(diào)整B和n；

n'為根據(jù) B'確定的層數(shù)：利用式(4)，計算出 n'，最后大圓整為n，再反算出B；

n為拉罩的最終層數(shù)：由n'大圓整而來，最后用式(4)計算出最終的B來；

N為拉罩的層序數(shù)：以最外層為第一層，以此類推；

a1，a2，…，an為相應(yīng)拉罩動向?qū)影鍖挾?mm)：由式(7)、(6)或(8)式分別算出。計算同步鉸鏈時也用；

S2，S3，…，Sn-1，Sn為相應(yīng)拉罩動層板的相對行程(mm)：由式(9)分別算出。計算同步鉸鏈時用；

H為拉罩層總厚度(mm)：多層拉罩板重疊厚度，由式(11)算出。也受拉罩的高度安裝空間限制。并結(jié)合式(4)綜合考慮最終層數(shù)n；

H為拉罩層距(mm)：由拉罩板厚和刮舌厚度決定，一般 h=6，6.5，7，7.5 mm。

2 參數(shù)計算

已知：運動方向參數(shù) b，d，e，f，δ，S0；厚度方向參數(shù)t，h。

說明：①式(1)、(2)、(3)為條件式；其他為結(jié)果式。

①式(5)式是B、n相關(guān)式。

③從式(8)可以看出，當e≠f時，相應(yīng)拉罩動向?qū)影鍖挾却嬖诘炔铌P(guān)系，且當 e＜f時，aN-1＞aN；e＞f時，aN-1＜aN。這種情況下稱為等差拉罩，相應(yīng)的可以配置等差節(jié)距鉸鏈。

④從式(9)可以看出，當e≠f時，相應(yīng)拉罩動層板的相對行程也存在等差關(guān)系，且當e＜f時，SN＜SN-1；e＞f，時，SN＞SN-1。

⑤當e=f時，相應(yīng)拉罩動向?qū)影鍖挾燃跋鄬π谐谭謩e存在相等關(guān)系，這種情況下稱為等寬拉罩，相應(yīng)的可以配置等節(jié)距鉸鏈。

3 鋼制拉罩的其他附屬結(jié)構(gòu)

鋼制拉罩主要參數(shù)計算完成后，就要考慮其他附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這些結(jié)構(gòu)包括刮舌的選配，導(dǎo)向銅條的位置安排，緩沖及限位裝置，支撐裝置(滾輪/滑塊)，起吊裝置等(見圖2，其他結(jié)構(gòu)本文省略)。另外，根據(jù)使用的運動條件考慮是否增設(shè)同步鉸鏈。

4 設(shè)計時應(yīng)注意的問題

設(shè)計時應(yīng)注意，為了同時滿足機床運動部件的行程S0及防護拉罩的安裝空間，要綜合考慮參數(shù)B、n、H，一般情況下拉罩的設(shè)計原則是取滿足條件的最少層數(shù)。有時根據(jù)機床布局的實際情況，第一層和末層可根據(jù)實際條件分別加延長段(大多數(shù)情況下不加延長段)，這往往是在滿足行程時，防護拉罩有足夠的安裝空間時才會出現(xiàn)。

5 結(jié)語

拉罩的設(shè)計計算步驟是：根據(jù)拉罩局部結(jié)構(gòu)參數(shù)b、d、e、f和機床運動部件行程 S0及安全裕量 δ，利用式(1)、(2)、(3)計算出 Bmin和 nmax，即可判斷滿足行程的拉罩最小壓縮安裝空間尺寸和最大層數(shù)，當B'＞Bmin時，可以安裝下；如果 B'＜Bmin，安裝不下，就要考慮加大B'。最終根據(jù)實際情況(參數(shù)B')利用式(4)和(5)計算出最終實際的n和B，n由n'大圓整而來。再利用其余公式計算出其他參數(shù)進行拉罩結(jié)構(gòu)設(shè)計。