引言
机床是属于高速运转的机械。机床的主轴旋转速度低则每分钟数 百转,高则每分钟上万转至几十万转。高速旋转的工件和/或刀具存在 飞出危险。可造成人身伤害甚至死亡。工件或刀具的装夹不牢固,造成 工件或刀具飞出;防护装置或装配不符合要求,对飞出的工件或刀具 防护不住。都会引发事故,因此机床的外防护就显得尤为重要。本文以 HMC63e加工中心为研究对象,从安全角度重点研究工作区与非工作区 的防护设计。
1、HMC63e加工中心描述
机床设计的总体布局为纵、横床身呈倒T字型结构,立柱横向左右 移动(X轴行程1000mm),主轴箱上下移动(Y轴行程900mm),工作合 在床身上纵向前后移动(Z轴行程900mm)。床身采用整体式铸造床身, 刚性好;机床工作合为牙盘转(1° X360),回转由交流伺服电机驱动, 经皮带减速与蜗杆连接,保证分度精度;液压自动夹紧、松开,运动准确 可靠。工作合回转采用推力向心轴承支承,运动平稳、定位精度高,承载 能力大;双交换工作合站,采用浮起式直接回转结构,交换时间为12s。 当_个工作合工作时,另_个工作合进行零件装卸,可减少辅助时间,提 高效率;机床设有全封闭防护间,正面和侧面均有拉门,操作方便、安 全。X、Y、Z均有防锈金属防护拉板,防止冷却液、切屑飞溅,有效防止 铁屑及冷却液的飞溅对导轨的侵蚀,保护导轨及丝杠,提高使用寿命; 排屑采用中间冲刷排屑,排屑快速,减少机床热变形,有利提高精度。
2、工作区与非工作区之间的防护设计
防护的重要作用之一就是需要隔离上料区 和工作区,又要进行上料区和工作区的托板交 换。在此称之为回转门防护。
回转门通过回转轴旋转,并通过底下抬起 装置抬起落下,从而隔离了工作合的空间,这 样就使得工作区与上下料区分开。回转门两侧 加密封胶条更好的阻挡了工作区的水屑。回转 门中间还设有可供工作者观察的透明玻璃。
3、工作区防护设计
工作区是工件加工的地方。也就是主轴加 工的地方。也是防护设计的重点。机床在工件加工时候有喷淋水,刀具 的内高压冷却水和刀具的外部冷却水。所以这里的防护首先要能够挡 水,而且不能漏水。再就是阻挡加工中心高速加工工件时候产生飞溅的 铁屑。并且将铁屑引到排屑器,然后由螺旋排屑器排出。
设计理念:首先,工作区的水屑都是通过螺旋排屑器排到水箱里 面。其次,工作区需要人工观察,检测等,所以需要开侧拉门。考虑到 HMC63e的吊装问题等,所以侧拉门的宽度首先要大于工作合的最大宽 度,而且操作者进入工作区也要自如。最终确定本机床的开门宽度。满 足了以上要求。当然工作区的防护应该是密闭的。所以初步构思如下: 在主轴换刀处加换刀门,门设计在工作区防护外面,所以密闭不是那么 好,下面设计了接水板,接水板上设计有回流口使渗出来和换刀时掉下 来的水通过接水口回流到排屑槽里面。见图3-1
防护罩随着工作合前后移动可收缩。而且做成山形状。使水屑均快 速流入排屑槽里。XY防护罩阻挡加工区和立柱后面的非加工区。侧拉门设计在机床的右侧。连接回转门和XY防护罩左右两侧防护设计成上 直下倾斜的防护罩,使切屑液和铁屑快速流入排屑槽里面。另外值得_ 提的是,在设计初考虑到了防护与机床床身的连接问题,所以对床身外 边留有加工面和螺钉孔,使得防护在设计与装配中家少了不少问题。
HMC63e加工中心带有自动换刀装置。在机床需要换刀的时候,换 刀装置要把刀具送到主轴上;不换刀的时候,换刀装置和主轴分开,即 和工作区域分开。另外,由于HMC63e换刀速度在几秒中,所以在此处 设计了自动换刀门,用气缸带动换刀门往复运动,因为门的运动速度虽 然比较快,但是轻便,所以选择了比较经济实惠而且轻便的THK线性 滑轨。另外考虑到机床工作区前后比较大,所以换刀防护门选择了前后 移动。机械手要从主轴上抓刀拨出,然后旋转换刀,所以换刀开门尺寸 要大于机械手的拔刀尺寸和回转半径。(注:此处说的刀都应该按刀库中 最大最长刀具来计算)只有很好的了解了机床防护的制作过程及加工设 备,才可以更好的设计出合理的机床防护。
5、加工中心防护大部分是采用板料来制作的其加工流程一般是:图纸的展开设计——激光/剪床备料——折弯——铆焊成型——喷漆/喷塑备料主要应依据零件的尺寸、几何形状、材料、板料厚度、批量、加 工精度和切口。
质量要求等,选择合适的裁料方法。一般有剪裁、冲裁、割裁等几 种方法。而剪裁常用设备有龙门剪床、滚剪机和振动剪板机等。冲裁设 备即冲压加工设备,简称冲床。割裁一般指用气体燃料如氧、乙炔气体 火焰切割板料的工艺。常用的设备有激光切割机,折弯机。接下来就是 板焊件的焊接,最后还有表面处理如油漆,喷涂等。
结语
在机床的设计■、制造和运行过程中,安全防护措施应该作为一项重 要的指标,数控机床防护罩的设计应遵循安全防护装置的设计原则,以 保证作业环境和人身安全。
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