電火花數控機床防護罩改造研究
2020-12-25 來源： 黃岡職業技術學院 作者：陳澤英
摘要：文章主要對電火花數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點，穩定牢固，使用方便，外觀美觀。
關鍵詞：電火花；數控機床；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。防護罩表面應無毛刺，不影響正常視線和操作，便于維修和檢查設備，以免成為新危險源[1]。文章針對電火花數控線切割機床防護罩的現狀進行研究并提出了改造方法，使其穩定牢固，使用方便，外觀美觀，通過研究和借鑒先進的國外制造技術，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
我國機床防護罩產業自動化發展迅速，技術的進步和結構升級加速了我國新型工業化的實現。機床制造業是高端重要裝備制造業，機床防護罩產業提升對產品生產效率及精密度都有要求，當前我國急需對機床行業數量龐大的普通機床附件、配件和數控化改造契合。經濟產業目前不斷發展，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控化改造。改造和更新眾多機床防護罩，經濟保持增長，更新市場需求，數控化工程改造可使工業增值數千億元。數控電火花線切割機床防護罩也占有一定比重。為了延長電火花數控線切割機床的使用壽命，改善電火花數控線切割操作者的工作環境，很有必要對防護罩改造其進行研究，為電火花數控線切割機床防護罩的可持續發展貢獻一分力量。
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系、提高教師的工程和社會服務能力。該成果還可以運用到創新教育和輔導學生競技教育之中。
2、 防護罩的分類
國內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形式。伸縮式鋼導軌防護罩被應用廣泛，以防切屑及進入尖銳物，以措施結構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，它可據具體要求確定長度和直徑[3]。風琴式防護罩是應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。原材料小厚度可壓縮達狹小空間，防護罩有優美外觀、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漏等方面進行有效改造，使用時方便快捷，安全穩固。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 、電火花數控機床防護罩的設計原則
1）以人為本。設計防護安全裝置，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。在防護罩壽命期內要保證剛度、強度、耐磨性、穩定性、抗疲勞和耐腐蝕性。還要考慮工人操作時特殊情況的發生，如突發事件、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計，此裝置為安裝在機床上的防護罩，以防人進危險區接觸高速傳動的零件或導體等受傷，或濺出的切屑、工件等外來物傷人。
3）考慮彈簧及彈力。固定力臂長度及設計角度，選擇合適的彈簧大小并增強彈力。該項目設計使用的氣彈簧要求結構設計輕巧，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，要求作業過程平穩，需要根據防護罩的重量和力臂的長度、彈性材料的倔強系數在數值上的彈力，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。設計原則的重點需從電火花數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，并進行優化改造。
4、電火花數控機床防護罩的具體改造
該項目利用可旋轉的氣彈簧對電火花數控線切割機床防護罩進行開啟時的支撐和工作時的自鎖，突破傳統思維，并針對實際應用中的一些問題，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。在數控機床的防護罩設計中，有散熱裝置設計。機械加工中，受環境溫度、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，及系統傳動摩擦熱。潤滑油循環，摩擦熱照明、散布，日光及外部熱源會對機床產生程度不同熱變形，影響機床的加工高效、高速和高精特點。機床防護罩結構全封閉，加工精度保障[6]。采用散熱板設計，考慮防護罩的安裝和運輸，對電火花數控車床設計，吊環設計在防護罩內側方便安裝，電火花左上防護罩設計彩燈報警裝置。機床運行異常，超出規定參數，彩燈變紅并出現報警聲音。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，產品的特點和功能體現了人的使用，產品形式結構體現了手段和功能。機床造型外觀要科學、合理，高效、安全、舒適和省力。要利用人－環境－機三個要素間協調，生產環境要創造良好。整體工業造型的結構線型一致，線型風格統一協調。鋼板彎折成防護罩，以防護安全，不影響機床功能，造型設計上創新自由更多[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。在結構中，機床防護罩分前、后、中、左、右罩、CRT 和可視拉門。設計防護罩時，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，影響操作者作業環境及心理。好色彩外觀有利效率提高和工作條件改善。數控機床色彩單純，醒目簡潔，整體感強。設計色彩外觀時，主調淺灰，前罩下部、拉門深灰[8]。搭配色彩要穩重、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。淺灰感覺單調、沉悶。設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，調節整體色彩，淺灰和深灰配置單調、不沉悶。操作者于舒適、愉快中，減少疲勞，提高效率。
5 、數控機床的防護罩加工制造過程中的注意事項
數控機床的防護罩雖然是一種安全防護裝置，同時也是現代機械加工設備——數控機床的外包裝。在加工制造過程中應注意以下幾點：
1）防護罩都是由鋼板經過折彎機加工通過焊接或是螺栓進行聯接，由于鋼板薄、加工尺寸大，極易發生扭曲變形。若尺寸過大，需在罩體的內側設置加強筋，這樣即可以保證強度，同時也增加外觀造型的美觀性。
2）防護罩外表面不應有焊點，外側不許有燒痕，外側拋光。內側焊縫表面光滑平整，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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