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*部分 高速防護(hù)技術(shù)概述

1.1 機(jī)床防護(hù)介紹

機(jī)床防護(hù)主要指導(dǎo)軌防護(hù)，防護(hù)裝置就是防護(hù)罩。防護(hù)罩的主要目的在防護(hù)加工時(shí)所產(chǎn)生之切屑掉入機(jī)械內(nèi)部和加工所用之切削液噴濺或滲入機(jī)械內(nèi)部，而造成導(dǎo)軌、電機(jī)、光柵尺、感應(yīng)器、絲杠等精密組件的損壞；同時(shí)，防護(hù)罩也是美化機(jī)床外觀(guān)的*附件之一。

防護(hù)罩種類(lèi)：

（1）盔甲式機(jī)床防護(hù)罩（見(jiàn)圖1）。這種防護(hù)罩的每個(gè)折層能經(jīng)受強(qiáng)烈的振動(dòng)而不變形，同時(shí)應(yīng)用在風(fēng)箱上，以900℃高溫而保持原有狀態(tài)，他們之間彼此支持，起著阻礙小碎片滲透的作用。它適用于安裝在空間較小的場(chǎng)合。

（2）鋼板機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩（見(jiàn)圖2）。這是在機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)中普遍采用的一種防護(hù)結(jié)構(gòu)，這種防護(hù)罩的每層鋼板端部裝有彈性密封擴(kuò)建，可在運(yùn)動(dòng)時(shí)清潔鋼板表面。

（3）柔性風(fēng)琴式導(dǎo)軌防護(hù)罩（見(jiàn)圖3）。這種防護(hù)罩用尼龍革、塑料織物或合成橡膠折疊、縫制或熱壓而成，內(nèi)有PVC板材支撐，可耐熱、耐油、耐冷卻液、zui大接觸溫度可達(dá)400℃，zui大行程速度可達(dá)$2/min。此類(lèi)防護(hù)罩特點(diǎn)有不怕腳踩、硬物沖撞不變形、壽命長(zhǎng)、密封性好和運(yùn)行輕便等，另外行程長(zhǎng)，壓縮小，長(zhǎng)度的比值為1：10。

（4）自動(dòng)伸縮式防護(hù)帶（見(jiàn)圖4）。這種防護(hù)帶，是由外殼、彈簧軸、和纖維布等組成。外殼是用不銹鋼或冷軌板制成，并經(jīng)表面防腐處理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)熱處理鋼帶組裝而成，此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)嚴(yán)緊，合理、無(wú)嗓音，適合空間小、行程大、且運(yùn)動(dòng)快的機(jī)床設(shè)備使用。

（5）防護(hù)簾及防塵折布。這種防護(hù)主要有鋁材形防護(hù)簾（見(jiàn)圖5）和風(fēng)琴式防塵折布（見(jiàn)圖6）。這種防護(hù)結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度聚酯織物制成，兩側(cè)涂有PVC經(jīng)增加強(qiáng)度，在卷簾表面有鋼條或鋁條，耐熱、耐油、耐冷卻液，特別適用于安裝位置狹小、切屑又多的垂直或平面導(dǎo)軌。

（6）高速導(dǎo)軌防護(hù)罩（見(jiàn)圖7）。此類(lèi)防護(hù)罩采用剪刀同動(dòng)機(jī)構(gòu)，護(hù)罩每片可連發(fā)同動(dòng)，*不同于一般護(hù)罩一片接一片拉動(dòng)式，因此噪音極低，在高速時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有振動(dòng)產(chǎn)生。這種防護(hù)罩移動(dòng)速度可達(dá)$2/min，同時(shí)可承受1g加速度值，另外這種防護(hù)罩壽命長(zhǎng)。

1.2 高速導(dǎo)軌防護(hù)罩與普通導(dǎo)軌防護(hù)罩比較

數(shù)控機(jī)床的高移動(dòng)速度是機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外機(jī)床的快移速度一般都在40~$2/min，加速度0.6~$2，高的已達(dá)到$2/min，加速度2g。普通導(dǎo)軌防護(hù)罩已不能滿(mǎn)足機(jī)床高移動(dòng)速度，高加、減速能力的要求，這時(shí)就需要有一種新型防護(hù)罩，能滿(mǎn)足機(jī)床高移動(dòng)速度，高加速度。這樣就研制出了高速同動(dòng)伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩。這種導(dǎo)軌對(duì)防護(hù)罩與普通導(dǎo)軌防護(hù)罩相比具有以下特點(diǎn)：

（1）普通防護(hù)罩的伸縮是依靠節(jié)與節(jié)之間的摩擦力來(lái)相互推動(dòng)的，由于各節(jié)之間的摩擦力不盡相同，從而造成伸縮時(shí)各節(jié)移動(dòng)不同步、不平行，有些節(jié)甚至有停滯不動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生撞擊振動(dòng)，噪聲大、縮短了使用壽命并影響機(jī)床整體性能，在機(jī)床高速度移動(dòng)時(shí)，其缺點(diǎn)尤為突出。高速同動(dòng)伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩裝有同動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其在伸縮時(shí)每片同步移動(dòng)，避免了撞擊振動(dòng)，減小了噪聲、延長(zhǎng)了使用壽命，真正做到了運(yùn)行平穩(wěn)、伸縮自如，使機(jī)床整體性能得到保證。

（2）特殊結(jié)構(gòu)的刮油板和高彈性、高耐磨性、耐高溫、耐油的特制刮油條使得密封、防護(hù)性能更可靠，使用壽命更長(zhǎng)；刮油板和刮油條采用特殊結(jié)構(gòu)，使得清洗更換刮油條非常方便，保養(yǎng)維護(hù)更簡(jiǎn)單方便，防護(hù)罩的整體可靠性更高。

（3）防護(hù)罩的應(yīng)用范圍更加廣泛，除特別適用于高移動(dòng)速度，高加、減速的機(jī)床外，還特別適用于大行程和防護(hù)寬度較大的機(jī)床。對(duì)于大行程和防護(hù)寬度較大的機(jī)床，如仍采用普通防護(hù)罩，由于護(hù)罩節(jié)數(shù)多和寬度大，護(hù)罩自重較大，普通防護(hù)罩的缺點(diǎn)更加突出。而采用帶有雙同動(dòng)機(jī)構(gòu)的同動(dòng)伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩則能彌補(bǔ)普通防護(hù)罩的缺點(diǎn)，使移動(dòng)的平行性能更好，更能保證機(jī)床整體性能。

1.3高速導(dǎo)軌防護(hù)罩基本結(jié)構(gòu)

高速同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩按剪刀同步機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分為無(wú)導(dǎo)軌式和有導(dǎo)軌式兩種，兩種同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩除剪刀式同步機(jī)構(gòu)不同外其余機(jī)床

無(wú)導(dǎo)軌剪刀式同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩的同動(dòng)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)支點(diǎn)與每節(jié)防護(hù)罩相連，另外兩支點(diǎn)自由；當(dāng)兩片相鄰的導(dǎo)軌防護(hù)罩片作伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，有兩個(gè)支點(diǎn)固定，另外兩支點(diǎn)作與導(dǎo)軌防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)方向相垂直的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)隨導(dǎo)軌防護(hù)罩移動(dòng)而移動(dòng)。

有導(dǎo)軌剪刀式同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩每節(jié)罩片上裝有支點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)向?qū)к墸雷o(hù)罩伸縮時(shí)兩支點(diǎn)在導(dǎo)軌的限制下移動(dòng)，兩塊防護(hù)罩片之間的一個(gè)支點(diǎn)作自由移動(dòng)，并且只作隨導(dǎo)軌防護(hù)罩移動(dòng)的單向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩片相鄰的導(dǎo)軌防護(hù)罩片作伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖9所示，5支點(diǎn)中有 4個(gè)支點(diǎn)受支點(diǎn)導(dǎo)軌約束。因此，同動(dòng)機(jī)構(gòu)受力的均勻性更好，帶有這種同動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌防護(hù)罩運(yùn)行的穩(wěn)定性也更好。

與無(wú)導(dǎo)軌剪刀式同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩相比，有導(dǎo)軌剪刀式同動(dòng)型導(dǎo)軌防護(hù)罩在運(yùn)行平穩(wěn)、高速與高加速度及低噪聲方面的*性更明顯；當(dāng)然其制造要求更高，制造成本也高一些。

第二部分 高速防護(hù)技術(shù)水平分析

2.1同動(dòng)機(jī)構(gòu)

高速防護(hù)同動(dòng)機(jī)構(gòu)，其動(dòng)作原理與剪刀運(yùn)動(dòng)行為相似，因此也被稱(chēng)為剪刀式機(jī)構(gòu)，如圖10所示。同動(dòng)機(jī)構(gòu)的規(guī)格及長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)是根據(jù)工作臺(tái)行程等參數(shù)進(jìn)行尺寸合成，因此同動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)有不同的規(guī)格及長(zhǎng)度。同動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理如圖10，將中間轉(zhuǎn)軸固定于各片護(hù)罩之上，進(jìn)而帶動(dòng)每片護(hù)蓋，同時(shí)因每片防護(hù)罩行進(jìn)之距離為相同，因此稱(chēng)之為同動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.2同動(dòng)平行機(jī)構(gòu)

同動(dòng)平行機(jī)構(gòu)即有導(dǎo)軌同動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖11。此機(jī)構(gòu)是為改善高速移動(dòng)下，同動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)轉(zhuǎn)軸上下晃動(dòng)與左右不共線(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)以?xún)蓚?cè)轉(zhuǎn)軸連接于每片防護(hù)罩上，減低因摩擦阻力所產(chǎn)生力距使防護(hù)罩有歪斜的現(xiàn)象。因此同動(dòng)平行機(jī)構(gòu)使用于防護(hù)罩上，則可以大幅提升防護(hù)罩穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)亦可提高防護(hù)罩移動(dòng)速度。同動(dòng)機(jī)構(gòu)為單一支點(diǎn)與主體連接且為雙自由度的機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)是依靠轉(zhuǎn)軸傳遞推力與拉力，并利用軌道側(cè)邊限制與刮刷來(lái)限制左右的自由度，使同動(dòng)機(jī)構(gòu)成為單一運(yùn)動(dòng)方向，因此當(dāng)每片防護(hù)罩所受刮刷摩擦力與支撐接觸面摩擦力不均勻時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生扭矩，使防護(hù)罩產(chǎn)生歪斜、蛇行甚至卡住等狀況，同時(shí)由于防護(hù)罩會(huì)被動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)的行為，因此實(shí)際上各片防護(hù)罩產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)行為皆不相等，而機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸與連桿須承受這些情形的外力，使機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸與連桿易斷裂。同動(dòng)平行機(jī)構(gòu)為雙支點(diǎn)與主體連接且為單一自由度之機(jī)構(gòu)，因此組裝同動(dòng)平行機(jī)構(gòu)的防護(hù)罩，則會(huì)大幅改善同動(dòng)機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生之歪斜、蛇行與卡住之情形。

3.1高速移動(dòng)性

目前國(guó)內(nèi)機(jī)床的快速移動(dòng)速度大約在60m／min以下，然而歐、美、日機(jī)床廠(chǎng)已開(kāi)發(fā)機(jī)床的快速移動(dòng)速度已達(dá)到120m／min甚至200m／min （如表1），在此高速移動(dòng)下防護(hù)罩的結(jié)構(gòu)如何承受高速及高加速度（$2、$2）所引起的強(qiáng)度、共振、穩(wěn)定性、耐久性等問(wèn)題，這些都必須解決以確保在長(zhǎng)期使用下能有效達(dá)到防護(hù)罩功能且不影響機(jī)械加工的精度。

表1 機(jī)床軸向快速移動(dòng)速度（單位：m/min）

3.2高精度需求性

在機(jī)床高速移動(dòng)下，啟動(dòng)及煞車(chē)都需有較大的動(dòng)力，但又需高標(biāo)準(zhǔn)的定位精度，因此整個(gè)防護(hù)罩不僅質(zhì)量要輕，且行走需相當(dāng)順暢決不可有些許拖拉、撞擊、不平行及干涉問(wèn)題，如此，小而穩(wěn)定的阻抗力及結(jié)構(gòu)上的平行才不致影響機(jī)床微小移動(dòng)時(shí)的精度。

3.3高防護(hù)與嚴(yán)苛環(huán)保要求

整個(gè)工業(yè)環(huán)境不斷的提升，安全衛(wèi)生的要求日益迫切，不論是機(jī)床噪聲或人員安全防護(hù)都相當(dāng)嚴(yán)格，如何在高速移動(dòng)下降低撞擊聲，如何在多元加工條件下有效保護(hù)機(jī)床本體及內(nèi)部組件，是防護(hù)罩研發(fā)所要面對(duì)的問(wèn)題及挑戰(zhàn)。