电火花数控机床防护罩改造研究
2020-12-25 来源： 黄冈职业技术学院 作者：陈泽英
摘要：文章主要对电火花数控线切割机床防护罩进行研究和改造，防护罩主体部分用有机琉璃做围板，边缘采用不锈钢板支撑。改造后的防护罩具有压缩力小和行程长等优点，稳定牢固，使用方便，外观美观。
关键词：电火花；数控机床；防护罩
防护罩能严防硬沙、切屑及灰尘等入轨道，减少轨面的硬颗粒异物损伤，降低导轨影响，减轻污染。防护罩表面应无毛刺，不影响正常视线和操作，便于维修和检查设备，以免成为新危险源[1]。文章针对电火花数控线切割机床防护罩的现状进行研究并提出了改造方法，使其稳定牢固，使用方便，外观美观，通过研究和借鉴先进的国外制造技术，促进机床指标性能的完善。
1 、防护罩改造的理论和实际意义
我国机床防护罩产业自动化发展迅速，技术的进步和结构升级加速了我国新型工业化的实现。机床制造业是高端重要装备制造业，机床防护罩产业提升对产品生产效率及精密度都有要求，当前我国急需对机床行业数量庞大的普通机床附件、配件和数控化改造契合。经济产业目前不断发展，我国有普通防护罩机床 400 多万台，有 1/4 机床役龄超 30 年，旧机床防护罩已无价值，需淘汰或更新，剩余机床防护罩约七成可数控化改造。改造和更新众多机床防护罩，经济保持增长，更新市场需求，数控化工程改造可使工业增值数千亿元。数控电火花线切割机床防护罩也占有一定比重。为了延长电火花数控线切割机床的使用寿命，改善电火花数控线切割操作者的工作环境，很有必要对防护罩改造其进行研究，为电火花数控线切割机床防护罩的可持续发展贡献一分力量。
防护罩主体部分用有机琉璃（缩写为 PMMA）做围板，边缘采用不锈钢板支撑。改造后的防护罩压力小，造型规则[2]，提高了整机实用性保护，增加整机机床视觉上的更多美感，提升机床的整机价值。由于电火花数控机床防护罩改造项目是校企合作项目，成果共享，通过合作研究可以深化与湖北麻城众盈电子有限公司的合作关系、提高教师的工程和社会服务能力。该成果还可以运用到创新教育和辅导学生竞技教育之中。
2、 防护罩的分类
国内外防护罩研究工作进展很快，目前广泛使用的防护罩有伸缩式导轨防护罩（俗称铠甲式防护罩）、风琴式护罩、卷帘防护罩。
2.1 伸缩式导轨防护罩
铠甲式防护罩是传统形式。伸缩式钢导轨防护罩被应用广泛，以防切屑及进入尖锐物，以措施结构及适合的刮屑板使冷却液渗入得以有效降低。
2.2 柔性风琴式护罩
按加工方式风琴式丝杠防护罩，材料不同适于加工工艺不同可分种。一种是采用多种面料的丝杠防护罩，此护罩内支撑坚硬钢圈，能正常工作于低温 -400℃、高温1000℃间。有效防尘、防乳剂、防油和防水，此护罩不易变形、外形工整，坚挺、严密，此护罩可用机械除尘、通风等。灵活的风琴式护罩材料可选，它可据具体要求确定长度和直径[3]。风琴式防护罩是应用最广泛最通常的一种。风琴柔性护罩使用可横向或竖直，使运行平稳。原材料小厚度可压缩达狭小空间，防护罩有优美外观、光滑表面，为机床整个造型添彩。
2.3 卷帘防护罩
卷帘防护罩空间小且不需严密防护，可被其他护罩替代。可竖直、水平方向任意混合或安装使用。是理想防护部件。研究与实施该项目，能针对现在的防护罩使用很不方便，每次安装和拆卸工件时，防护罩均需要拿上拿下，在工作过程中也会有工作夜溅出或侧漏等方面进行有效改造，使用时方便快捷，安全稳固。改造后的防护罩不用时搁在机床立臂上，不阻障工件安装及拆缷。
3 、电火花数控机床防护罩的设计原则
1）以人为本。设计防护安全装置，确保操作者人身安全。
2）装置安全可靠。防护罩的安全防护装置设计时要考虑安全隐患，要保障使用时的安全性和可靠性。在防护罩寿命期内要保证刚度、强度、耐磨性、稳定性、抗疲劳和耐腐蚀性。还要考虑工人操作时特殊情况的发生，如突发事件、意外事件和误操作等。防护隔离安全装置专为保护人身安全而设计，此装置为安装在机床上的防护罩，以防人进危险区接触高速传动的零件或导体等受伤，或溅出的切屑、工件等外来物伤人。
3）考虑弹簧及弹力。固定力臂长度及设计角度，选择合适的弹簧大小并增强弹力。该项目设计使用的气弹簧要求结构设计轻巧，能起到很好的阻尼缓冲作用，不会变形，且操作简单便捷。对于涉及较大的项目工程中，要求作业过程平稳，需要根据防护罩的重量和力臂的长度、弹性材料的倔强系数在数值上的弹力，来计算弹簧的弹力和伸长变化量，进而选择弹簧材料。还要考虑固定力臂长度及角度的设计，防护罩本身具有一定的重量，因此固定力臂长度不能过长，否则会增加支撑弹簧的直径和防护罩的整体重量；固定力臂角度在设计时要充分考虑防护罩的封闭性，且其开启后不妨碍操作者的操作，以及机床工作时防护罩要具有可视性。设计原则的重点需从电火花数控线切割机床的防护罩的使用原理着手，逐一分析影响因素，并进行优化改造。
4、电火花数控机床防护罩的具体改造
该项目利用可旋转的气弹簧对电火花数控线切割机床防护罩进行开启时的支撑和工作时的自锁，突破传统思维，并针对实际应用中的一些问题，对防护罩的使用功能及外观进行改造。
1）防护罩的功能改造。在数控机床的防护罩设计中，有散热装置设计。机械加工中，受环境温度、摩擦热及切削热等，因高温机床、刀具和变形工件，刀具和工件间位置相对变化。系统工艺热变形影响加工精度[5]。对机床加工中，热变形误差加工占总误差 50%。机床工作时切削热是主要热源，切屑和切削液带走部分切削热，落到床身传热量给床身，生成二次热源。另一热源是摩擦热组成由齿轮副、轴承、溜板和导轨、丝杆和螺母、摩擦离合器等，及系统传动摩擦热。润滑油循环，摩擦热照明、散布，日光及外部热源会对机床产生程度不同热变形，影响机床的加工高效、高速和高精特点。机床防护罩结构全封闭，加工精度保障[6]。采用散热板设计，考虑防护罩的安装和运输，对电火花数控车床设计，吊环设计在防护罩内侧方便安装，电火花左上防护罩设计彩灯报警装置。机床运行异常，超出规定参数，彩灯变红并出现报警声音。可减少事故损失及不必要的人身伤害。
2）防护罩的外观造型改造。由工程学人机原理，产品的特点和功能体现了人的使用，产品形式结构体现了手段和功能。机床造型外观要科学、合理，高效、安全、舒适和省力。要利用人－环境－机三个要素间协调，生产环境要创造良好。整体工业造型的结构线型一致，线型风格统一协调。钢板弯折成防护罩，以防护安全，不影响机床功能，造型设计上创新自由更多[7]。机床目前整体造型以直线为主，过渡以板圆角或斜面，干净、明快和简洁。在结构中，机床防护罩分前、后、中、左、右罩、CRT 和可视拉门。设计防护罩时，合中、右罩为一体减少接缝，提高美观。
机床色彩具视觉影响力，色彩效果会影响印象。机床色彩反映整体水平，影响操作者作业环境及心理。好色彩外观有利效率提高和工作条件改善。数控机床色彩单纯，醒目简洁，整体感强。设计色彩外观时，主调浅灰，前罩下部、拉门深灰[8]。搭配色彩要稳重、高雅精致，符合机床特点高可靠、高精度等。灰色是介于黑和白间灰尘的色，中等明度、无彩色度，灰色对眼睛刺激适中，不暗淡、不刺目，属视觉最不易疲劳色。给操作者以安静、休息、柔和、大方、抑制和朴素感。在机床精密加工中，缓解操作者的高度集中状态。浅灰感觉单调、沉闷。设计中点缀小面积亮丽或较高纯度的光泽色，防护罩前罩体顶端加宽 10cm 红色线条。亮红色象征快乐，调节整体色彩，浅灰和深灰配置单调、不沉闷。操作者于舒适、愉快中，减少疲劳，提高效率。
5 、数控机床的防护罩加工制造过程中的注意事项
数控机床的防护罩虽然是一种安全防护装置，同时也是现代机械加工设备——数控机床的外包装。在加工制造过程中应注意以下几点：
1）防护罩都是由钢板经过折弯机加工通过焊接或是螺栓进行联接，由于钢板薄、加工尺寸大，极易发生扭曲变形。若尺寸过大，需在罩体的内侧设置加强筋，这样即可以保证强度，同时也增加外观造型的美观性。
2）防护罩外表面不应有焊点，外侧不许有烧痕，外侧抛光。内侧焊缝表面光滑平整，焊缝不得漏水。包装运输及安装时，不许表面划伤及损坏变形。3）防护罩在喷漆、喷塑的过程中，一定要注重其质量效果，因为喷漆、喷塑不仅是外观色彩的装饰而是防腐蚀必需的。
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