數控機床鋼制拉罩的精確設計

高志棠 李 航

(沈陽機床集團成套設備有限責任公司，遼寧沈陽 110142)

現代機床的設計尤其是方案設計要求設計周期短，結構總體布局要求合理、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，更因為拉罩的結構尺寸直接影響著設計者的布局構思和機床功能參數。因此，為方便快速準確地進行方案設計分析和結構設計，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 結構分析與參數命名及說明

1.1 結構分析

鋼制拉罩的最大特點是結構層片重疊，具有伸縮性。因此，從結構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，顯然對設計者無疑帶來了很大方便。現根據圖1，對鋼制拉罩進行結構分析，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實際條件分別加延長段(大多數情況下不加延長段)。拉罩的構成包括：拉罩層板、筋板、刮舌、滾輪、滑塊、緩沖限位塊(見圖2)、同步鉸鏈和導向銅條(詳見下期的“機床鋼制拉罩的同步鉸鏈及導向銅條的設計”一文)及起吊裝置(結構)。注意：設計計算時，設第一層為靜止層，因此，該層行程為零(即S1=0)。

1.2 參數命名

1.2.1 局部結構參數

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，f≥(d+2)mm，由設計者給定；

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

S0為名義行程(mm)：機床運動部件行程，機床工藝參數，由設計者給出；

δ為單邊安全裕量(mm)：機床運動部件防碰參數，由設計者根據絲杠樣本給出。

1.2.3 拉罩的宏參數

L為拉罩的行程(mm)：根據式(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)：由設計者根據部件結構給出(暫定值)，并與Bmin作比較，最終由式(5)調整為接近B'的B值；

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

n'為根據 B'確定的層數：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：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：以最外層為第一層，以此類推；

a1，a2，…，an為相應拉罩動向層板寬度(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。并結合式(4)綜合考慮最終層數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 參數計算

已知：運動方向參數 b，d，e，f，δ，S0；厚度方向參數t，h。

說明：①式(1)、(2)、(3)為條件式；其他為結果式。

①式(5)式是B、n相關式。

③從式(8)可以看出，當e≠f時，相應拉罩動向層板寬度存在等差關系，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，相應的可以配置等差節距鉸鏈。

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

⑤當e=f時，相應拉罩動向層板寬度及相對行程分別存在相等關系，這種情況下稱為等寬拉罩，相應的可以配置等節距鉸鏈。

3 鋼制拉罩的其他附屬結構

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

4 設計時應注意的問題

設計時應注意，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B、n、H，一般情況下拉罩的設計原則是取滿足條件的最少層數。有時根據機床布局的實際情況，第一層和末層可根據實際條件分別加延長段(大多數情況下不加延長段)，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。

5 結語

拉罩的設計計算步驟是：根據拉罩局部結構參數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，當B'＞Bmin時，可以安裝下；如果 B'＜Bmin，安裝不下，就要考慮加大B'。最終根據實際情況(參數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進行拉罩結構設計。