電火花數(shù)控機床防護罩改造研究
2020-12-25 來源： 黃岡職業(yè)技術(shù)學院 作者：陳澤英
摘要：文章主要對電火花數(shù)控線切割機床防護罩進行研究和改造，防護罩主體部分用有機琉璃做圍板，邊緣采用不銹鋼板支撐。改造后的防護罩具有壓縮力小和行程長等優(yōu)點，穩(wěn)定牢固，使用方便，外觀美觀。
關(guān)鍵詞：電火花；數(shù)控機床；防護罩
防護罩能嚴防硬沙、切屑及灰塵等入軌道，減少軌面的硬顆粒異物損傷，降低導軌影響，減輕污染。防護罩表面應(yīng)無毛刺，不影響正常視線和操作，便于維修和檢查設(shè)備，以免成為新危險源[1]。文章針對電火花數(shù)控線切割機床防護罩的現(xiàn)狀進行研究并提出了改造方法，使其穩(wěn)定牢固，使用方便，外觀美觀，通過研究和借鑒先進的國外制造技術(shù)，促進機床指標性能的完善。
1 、防護罩改造的理論和實際意義
我國機床防護罩產(chǎn)業(yè)自動化發(fā)展迅速，技術(shù)的進步和結(jié)構(gòu)升級加速了我國新型工業(yè)化的實現(xiàn)。機床制造業(yè)是高端重要裝備制造業(yè)，機床防護罩產(chǎn)業(yè)提升對產(chǎn)品生產(chǎn)效率及精密度都有要求，當前我國急需對機床行業(yè)數(shù)量龐大的普通機床附件、配件和數(shù)控化改造契合。經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)目前不斷發(fā)展，我國有普通防護罩機床 400 多萬臺，有 1/4 機床役齡超 30 年，舊機床防護罩已無價值，需淘汰或更新，剩余機床防護罩約七成可數(shù)控化改造。改造和更新眾多機床防護罩，經(jīng)濟保持增長，更新市場需求，數(shù)控化工程改造可使工業(yè)增值數(shù)千億元。數(shù)控電火花線切割機床防護罩也占有一定比重。為了延長電火花數(shù)控線切割機床的使用壽命，改善電火花數(shù)控線切割操作者的工作環(huán)境，很有必要對防護罩改造其進行研究，為電火花數(shù)控線切割機床防護罩的可持續(xù)發(fā)展貢獻一分力量。
防護罩主體部分用有機琉璃（縮寫為 PMMA）做圍板，邊緣采用不銹鋼板支撐。改造后的防護罩壓力小，造型規(guī)則[2]，提高了整機實用性保護，增加整機機床視覺上的更多美感，提升機床的整機價值。由于電火花數(shù)控機床防護罩改造項目是校企合作項目，成果共享，通過合作研究可以深化與湖北麻城眾盈電子有限公司的合作關(guān)系、提高教師的工程和社會服務(wù)能力。該成果還可以運用到創(chuàng)新教育和輔導學生競技教育之中。
2、 防護罩的分類
國內(nèi)外防護罩研究工作進展很快，目前廣泛使用的防護罩有伸縮式導軌防護罩（俗稱鎧甲式防護罩）、風琴式護罩、卷簾防護罩。
2.1 伸縮式導軌防護罩
鎧甲式防護罩是傳統(tǒng)形式。伸縮式鋼導軌防護罩被應(yīng)用廣泛，以防切屑及進入尖銳物，以措施結(jié)構(gòu)及適合的刮屑板使冷卻液滲入得以有效降低。
2.2 柔性風琴式護罩
按加工方式風琴式絲杠防護罩，材料不同適于加工工藝不同可分種。一種是采用多種面料的絲杠防護罩，此護罩內(nèi)支撐堅硬鋼圈，能正常工作于低溫 -400℃、高溫1000℃間。有效防塵、防乳劑、防油和防水，此護罩不易變形、外形工整，堅挺、嚴密，此護罩可用機械除塵、通風等。靈活的風琴式護罩材料可選，它可據(jù)具體要求確定長度和直徑[3]。風琴式防護罩是應(yīng)用最廣泛最通常的一種。風琴柔性護罩使用可橫向或豎直，使運行平穩(wěn)。原材料小厚度可壓縮達狹小空間，防護罩有優(yōu)美外觀、光滑表面，為機床整個造型添彩。
2.3 卷簾防護罩
卷簾防護罩空間小且不需嚴密防護，可被其他護罩替代。可豎直、水平方向任意混合或安裝使用。是理想防護部件。研究與實施該項目，能針對現(xiàn)在的防護罩使用很不方便，每次安裝和拆卸工件時，防護罩均需要拿上拿下，在工作過程中也會有工作夜濺出或側(cè)漏等方面進行有效改造，使用時方便快捷，安全穩(wěn)固。改造后的防護罩不用時擱在機床立臂上，不阻障工件安裝及拆缷。
3 、電火花數(shù)控機床防護罩的設(shè)計原則
1）以人為本。設(shè)計防護安全裝置，確保操作者人身安全。
2）裝置安全可靠。防護罩的安全防護裝置設(shè)計時要考慮安全隱患，要保障使用時的安全性和可靠性。在防護罩壽命期內(nèi)要保證剛度、強度、耐磨性、穩(wěn)定性、抗疲勞和耐腐蝕性。還要考慮工人操作時特殊情況的發(fā)生，如突發(fā)事件、意外事件和誤操作等。防護隔離安全裝置專為保護人身安全而設(shè)計，此裝置為安裝在機床上的防護罩，以防人進危險區(qū)接觸高速傳動的零件或?qū)w等受傷，或濺出的切屑、工件等外來物傷人。
3）考慮彈簧及彈力。固定力臂長度及設(shè)計角度，選擇合適的彈簧大小并增強彈力。該項目設(shè)計使用的氣彈簧要求結(jié)構(gòu)設(shè)計輕巧，能起到很好的阻尼緩沖作用，不會變形，且操作簡單便捷。對于涉及較大的項目工程中，要求作業(yè)過程平穩(wěn)，需要根據(jù)防護罩的重量和力臂的長度、彈性材料的倔強系數(shù)在數(shù)值上的彈力，來計算彈簧的彈力和伸長變化量，進而選擇彈簧材料。還要考慮固定力臂長度及角度的設(shè)計，防護罩本身具有一定的重量，因此固定力臂長度不能過長，否則會增加支撐彈簧的直徑和防護罩的整體重量；固定力臂角度在設(shè)計時要充分考慮防護罩的封閉性，且其開啟后不妨礙操作者的操作，以及機床工作時防護罩要具有可視性。設(shè)計原則的重點需從電火花數(shù)控線切割機床的防護罩的使用原理著手，逐一分析影響因素，并進行優(yōu)化改造。
4、電火花數(shù)控機床防護罩的具體改造
該項目利用可旋轉(zhuǎn)的氣彈簧對電火花數(shù)控線切割機床防護罩進行開啟時的支撐和工作時的自鎖，突破傳統(tǒng)思維，并針對實際應(yīng)用中的一些問題，對防護罩的使用功能及外觀進行改造。
1）防護罩的功能改造。在數(shù)控機床的防護罩設(shè)計中，有散熱裝置設(shè)計。機械加工中，受環(huán)境溫度、摩擦熱及切削熱等，因高溫機床、刀具和變形工件，刀具和工件間位置相對變化。系統(tǒng)工藝熱變形影響加工精度[5]。對機床加工中，熱變形誤差加工占總誤差 50%。機床工作時切削熱是主要熱源，切屑和切削液帶走部分切削熱，落到床身傳熱量給床身，生成二次熱源。另一熱源是摩擦熱組成由齒輪副、軸承、溜板和導軌、絲桿和螺母、摩擦離合器等，及系統(tǒng)傳動摩擦熱。潤滑油循環(huán)，摩擦熱照明、散布，日光及外部熱源會對機床產(chǎn)生程度不同熱變形，影響機床的加工高效、高速和高精特點。機床防護罩結(jié)構(gòu)全封閉，加工精度保障[6]。采用散熱板設(shè)計，考慮防護罩的安裝和運輸，對電火花數(shù)控車床設(shè)計，吊環(huán)設(shè)計在防護罩內(nèi)側(cè)方便安裝，電火花左上防護罩設(shè)計彩燈報警裝置。機床運行異常，超出規(guī)定參數(shù)，彩燈變紅并出現(xiàn)報警聲音。可減少事故損失及不必要的人身傷害。
2）防護罩的外觀造型改造。由工程學人機原理，產(chǎn)品的特點和功能體現(xiàn)了人的使用，產(chǎn)品形式結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了手段和功能。機床造型外觀要科學、合理，高效、安全、舒適和省力。要利用人－環(huán)境－機三個要素間協(xié)調(diào)，生產(chǎn)環(huán)境要創(chuàng)造良好。整體工業(yè)造型的結(jié)構(gòu)線型一致，線型風格統(tǒng)一協(xié)調(diào)。鋼板彎折成防護罩，以防護安全，不影響機床功能，造型設(shè)計上創(chuàng)新自由更多[7]。機床目前整體造型以直線為主，過渡以板圓角或斜面，干凈、明快和簡潔。在結(jié)構(gòu)中，機床防護罩分前、后、中、左、右罩、CRT 和可視拉門。設(shè)計防護罩時，合中、右罩為一體減少接縫，提高美觀。
機床色彩具視覺影響力，色彩效果會影響印象。機床色彩反映整體水平，影響操作者作業(yè)環(huán)境及心理。好色彩外觀有利效率提高和工作條件改善。數(shù)控機床色彩單純，醒目簡潔，整體感強。設(shè)計色彩外觀時，主調(diào)淺灰，前罩下部、拉門深灰[8]。搭配色彩要穩(wěn)重、高雅精致，符合機床特點高可靠、高精度等。灰色是介于黑和白間灰塵的色，中等明度、無彩色度，灰色對眼睛刺激適中，不暗淡、不刺目，屬視覺最不易疲勞色。給操作者以安靜、休息、柔和、大方、抑制和樸素感。在機床精密加工中，緩解操作者的高度集中狀態(tài)。淺灰感覺單調(diào)、沉悶。設(shè)計中點綴小面積亮麗或較高純度的光澤色，防護罩前罩體頂端加寬 10cm 紅色線條。亮紅色象征快樂，調(diào)節(jié)整體色彩，淺灰和深灰配置單調(diào)、不沉悶。操作者于舒適、愉快中，減少疲勞，提高效率。
5 、數(shù)控機床的防護罩加工制造過程中的注意事項
數(shù)控機床的防護罩雖然是一種安全防護裝置，同時也是現(xiàn)代機械加工設(shè)備——數(shù)控機床的外包裝。在加工制造過程中應(yīng)注意以下幾點：
1）防護罩都是由鋼板經(jīng)過折彎機加工通過焊接或是螺栓進行聯(lián)接，由于鋼板薄、加工尺寸大，極易發(fā)生扭曲變形。若尺寸過大，需在罩體的內(nèi)側(cè)設(shè)置加強筋，這樣即可以保證強度，同時也增加外觀造型的美觀性。
2）防護罩外表面不應(yīng)有焊點，外側(cè)不許有燒痕，外側(cè)拋光。內(nèi)側(cè)焊縫表面光滑平整，焊縫不得漏水。包裝運輸及安裝時，不許表面劃傷及損壞變形。3）防護罩在噴漆、噴塑的過程中，一定要注重其質(zhì)量效果，因為噴漆、噴塑不僅是外觀色彩的裝飾而是防腐蝕必需的。
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