一種組合機(jī)床的新型環(huán)保方案設(shè)計(jì)

李 瑾 劉偉玲 曹東鋒 關(guān) 強(qiáng)

(大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧 大連 116021)

目前國(guó)際機(jī)床的設(shè)計(jì)制造理念除了滿足產(chǎn)品精度這個(gè)必須環(huán)節(jié)以外，綠色環(huán)保也成為現(xiàn)代裝備制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是對(duì)未來機(jī)床制造企業(yè)的重大考驗(yàn)?；谶@樣的理念，為使用戶生產(chǎn)車間達(dá)到環(huán)保要求，本機(jī)床在國(guó)內(nèi)組合機(jī)床行業(yè)中首次同時(shí)采用了機(jī)床加工區(qū)域的全封閉防護(hù)及上排、上供的冷卻裝置和油霧分離裝置，相對(duì)于國(guó)內(nèi)之前的敞開或者半敞開的防護(hù)形式以及開放式冷卻排屑方式，極大地減少了油霧外泄、冷卻液外流的現(xiàn)象，減輕了車間的環(huán)境污染，改變了傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的面貌，提高了國(guó)產(chǎn)設(shè)備的形象和客戶認(rèn)可度，也順應(yīng)了綠色制造的發(fā)展理念和潮流。

1 方案制定

這次我們?cè)O(shè)計(jì)的是錫柴缸蓋加工線的第1 臺(tái)機(jī)床，該機(jī)床是粗銑缸蓋頂面機(jī)床。缸蓋毛坯上料，底面三點(diǎn)定位，頂面夾緊，銑削主軸既有縱向移動(dòng)，又有橫向移動(dòng)，機(jī)床要求除了必須達(dá)到產(chǎn)品精度、銑削的各項(xiàng)參數(shù)外，機(jī)床環(huán)保也成為一項(xiàng)重要的驗(yàn)收指標(biāo)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)的環(huán)保方案就包括了全封閉防護(hù)、油霧分離裝置、上排裝置和上供裝置。設(shè)計(jì)、制造、安裝完成后，又經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和修改，完全達(dá)到了機(jī)床的各項(xiàng)環(huán)保要求。機(jī)床總體方案簡(jiǎn)圖見圖1。

2 機(jī)床全封閉防護(hù)及油霧分離裝置

眾所周知，機(jī)床行業(yè)一般都是加工中心進(jìn)行全封閉防護(hù)，因?yàn)橥灰?guī)格的加工中心的結(jié)構(gòu)、主軸運(yùn)動(dòng)(均在X、Y 平面內(nèi))方式完全一樣，根據(jù)加工中心的這種通用性可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行很好的封閉防護(hù)設(shè)計(jì)。而組合機(jī)床則不同，針對(duì)不同的產(chǎn)品、不同的工序，每臺(tái)機(jī)床的加工內(nèi)容、主軸結(jié)構(gòu)和切削運(yùn)動(dòng)方式各不相同，都是專用設(shè)計(jì)，而且在此之前國(guó)內(nèi)機(jī)床也沒有可以借鑒的封閉防護(hù)結(jié)構(gòu)，這就為本次設(shè)計(jì)增加了不小的難度。

本臺(tái)組合機(jī)床的銑削主軸為臥式主軸，切削形式既有縱向移動(dòng)，行程450 mm，又有橫向移動(dòng)，行程1 450 mm。主軸運(yùn)動(dòng)屬于一種較為復(fù)雜的、具有典型意義的形式，封閉防護(hù)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在于對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部分(即主軸的兩個(gè)切削方向)進(jìn)行全封閉防護(hù)(其他部分如頂面、側(cè)面等非運(yùn)動(dòng)部分使用常規(guī)的防護(hù)板固定在合適的支架上封閉就可以，這里不做介紹)，最終我們?cè)O(shè)計(jì)完成的封閉防護(hù)方案總圖見圖2。

2.1 銑頭縱向運(yùn)動(dòng)的防護(hù)設(shè)計(jì)

銑削主軸做縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)的防護(hù)方案如圖2 所示，主軸防護(hù)罩安裝在銑削主軸的滑座上，和主軸相連接固定的部分根據(jù)銑削主軸外形而設(shè)計(jì)，它和主軸同步做縱向運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)度要滿足總行程450 mm，在機(jī)床中間的防護(hù)板上加工有和主軸防護(hù)罩輪廓同樣形狀的方洞，與主軸防護(hù)罩四周間隙為5 mm，同時(shí)四周安裝有軟密封橡膠板，這樣既可以滿足主軸做縱向運(yùn)動(dòng)，又可以有效防止切削液從間隙處外溢。

2.2 銑頭橫向運(yùn)動(dòng)的防護(hù)設(shè)計(jì)

銑削主軸做橫向移動(dòng)的防護(hù)要求為:要完全封閉，要滿足銑頭橫向移動(dòng)行程1 450 mm，運(yùn)行速度在500～8 000 mm/min 之間，運(yùn)行可靠。因此設(shè)計(jì)的總體方案為:如圖2 所示，左、右內(nèi)防拉板收縮、拉開行程滿足1 450 mm;拉板上部支撐在上支撐導(dǎo)軌上，為主支撐，下端支撐在移動(dòng)工作臺(tái)的導(dǎo)軌上，為輔助支撐，由于結(jié)構(gòu)限制上下兩導(dǎo)軌不在一個(gè)立面上，故拉板上下形狀成一定角度;拉板兩邊由左、右內(nèi)外支架固定，在主軸滑座下的高度墊兩側(cè)安裝有左、右內(nèi)支架，可隨銑頭做橫向移動(dòng)，為移動(dòng)端，在移動(dòng)工作臺(tái)滑座的兩側(cè)安裝有左、右外支架，為固定端，左右滑板的兩側(cè)就分別安裝在固定端和移動(dòng)端的支架上，安裝調(diào)整完畢就可以滿足銑頭橫向移動(dòng)時(shí)的封閉防護(hù)。在這個(gè)銑頭橫向運(yùn)動(dòng)內(nèi)防的的研制過程中，我們有幾點(diǎn)總結(jié):

(1)內(nèi)防拉板的高度要盡可能低，高度越高，運(yùn)行越不可靠，就需要更為復(fù)雜的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和空間，為此，我們后來將銑削電動(dòng)機(jī)重新設(shè)計(jì)安裝在銑頭后面，不在封閉防護(hù)區(qū)域。即便如此，本次設(shè)計(jì)的拉板可運(yùn)行高度也已達(dá)到1 790 mm(圖2)。經(jīng)試驗(yàn)，本防護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行高度在2 000 mm 以內(nèi)可以可靠實(shí)現(xiàn)。

(2)內(nèi)防拉板上面豎直部分和下面傾斜部分之間的角度不易太小，夾角越接近180°即越?jīng)]有夾角，越容易實(shí)現(xiàn)，本次最終成品后的角度為120°(圖2);連接左右拉板各層之間的鉸鏈條應(yīng)各為2 套，分別安裝在拉板上面的豎直部分和下面的傾斜部分后。

(3)要滿足機(jī)床銑頭可靠的運(yùn)行及速度，封閉防護(hù)拉板必須有可靠的支撐、導(dǎo)向和限位。用于安裝封閉防護(hù)拉板固定端的支架如果安裝在地面或者外防護(hù)支撐上，如果沒有上支撐導(dǎo)軌，或者對(duì)拉板不限位，都會(huì)導(dǎo)致封閉防護(hù)的拉板錯(cuò)位、損壞。經(jīng)過重設(shè)計(jì)、改進(jìn)、分析試驗(yàn)得出，應(yīng)先將移動(dòng)工作臺(tái)的導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)面，左、右內(nèi)外支架(固定端)需安裝在移動(dòng)工作臺(tái)滑座上，這樣支架與拉板的結(jié)合面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)面的垂直度等精度要求會(huì)得到可靠保證;內(nèi)防拉板上端在上支撐導(dǎo)軌上通過滾輪運(yùn)行，以減小摩擦力，上支撐導(dǎo)軌為主支撐導(dǎo)軌，是有精度、熱處理要求的矩形鋼板，其兩側(cè)安裝在左右外支架(固定端)上，兩側(cè)面滾輪限位，如圖3a(為圖2 中Ⅰ處的局部放大圖)所示，這個(gè)上支撐導(dǎo)軌在左右外支架上帶有可調(diào)機(jī)構(gòu)，可左右上下微調(diào)，用于保證其于基準(zhǔn)導(dǎo)軌之間的平行度以及內(nèi)防拉板安裝完成后的垂直度要求，調(diào)整測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)合格后，螺釘擰緊，可以使用;內(nèi)防拉板下端在基準(zhǔn)導(dǎo)軌上通過滾輪運(yùn)行，一側(cè)面滾輪限位，為輔助支撐，如圖3b(為圖2 中Ⅱ處局部放大圖)所示。

以上就完成了對(duì)銑頭運(yùn)動(dòng)部分的全部封閉防護(hù)的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)制作完成后的內(nèi)防圖片如圖4所示。

2.3 油霧分離裝置

油霧分離裝置根據(jù)最終機(jī)床形成的封閉空間大小選擇符合參數(shù)的裝置安裝在機(jī)床封閉防護(hù)的頂部，將銑削加工產(chǎn)生的含塵或有害物質(zhì)的氣體分離，分離出來的油霧可按照機(jī)床廢油處理，過濾后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的干凈空氣可以直接回流到工作區(qū)域。

3 上排、上供裝置及管路

以往組合機(jī)床的冷卻排屑一般是地溝排屑或者是開放式排屑，這樣經(jīng)常就會(huì)看到加工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床或冷卻水箱附近到處是冷卻液，車間污染嚴(yán)重。

該機(jī)床的冷卻和排屑采用空中架管，集中處理的方式，如圖5 所示。

冷卻液通過用戶車間的空中管路輸送到各臺(tái)機(jī)床，每臺(tái)機(jī)床如果有壓力和精度等特殊需要，需設(shè)計(jì)上供裝置，即將冷卻液進(jìn)行二次加壓及過濾，按需要的冷卻流量、壓力及精度提供給各臺(tái)機(jī)床。本臺(tái)機(jī)床要求具有冷卻、沖屑功能，冷卻液壓力0.5 MPa，過濾精度50～80 μm，同時(shí)還需具有沖洗夾具的定位面功能，沖洗的冷卻液壓力0.5 MPa，過濾精度30 μm。為此我們?cè)O(shè)計(jì)的方案為:將用戶主管路的冷卻液接入本機(jī)床的冷卻主管路，因該冷卻液滿足本機(jī)床的冷卻、沖屑的流量及精度要求，可以直接走管進(jìn)入機(jī)床內(nèi)部所需部位;但冷卻主管路的冷卻液達(dá)不到?jīng)_洗夾具定位面的精度要求，需設(shè)計(jì)上供裝置。該上供裝置包括有外部先導(dǎo)式電磁閥、自清洗過濾器、球閥及壓力傳感器等，當(dāng)冷卻液經(jīng)過上供裝置后達(dá)到了機(jī)床所需的冷卻精度，再經(jīng)機(jī)床走管提供給夾具定位面。

當(dāng)加工完后的切屑和冷卻液進(jìn)入排屑器輸送到上排裝置中，上排裝置具有斷屑功能，將切屑及冷卻液通過高壓泵抽到用戶車間的空中管路中，重力回液進(jìn)入車間過濾機(jī)組中進(jìn)行統(tǒng)一的過濾處理。

4 結(jié)語

該環(huán)保方案同時(shí)采用加工區(qū)域全封閉防護(hù)、油霧分離、上排、上供裝置，可以使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到遠(yuǎn)超常規(guī)的清潔程度(該機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖6 所示)，類似方案在國(guó)外也是近兩年才開始應(yīng)用。該環(huán)保方案的成功設(shè)計(jì)以及在用戶現(xiàn)場(chǎng)的可靠應(yīng)用，為我國(guó)在組合機(jī)床環(huán)保方面的發(fā)展提供了可靠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。