机床导轨防护罩结构设计参数的计算

摘 要 机床防护罩是机床重要的防护部件，影响着机床加工的精度和机床加工的性能。本文全面分析了机床导轨防护罩结构特点，对机床导轨防护罩结构设计进行了深入研究，最后给出了防护罩各种参数的计算方法和计算公式。

关键词 机床；导轨防护罩；参数计算

中图分类号TG5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）90-0178-02

0引言

机床的导轨防护罩作为机床导轨、控制电机、传动丝杠、电缆等电气设备防护的重要部件，可以避免冷却液、切削铁屑等进入机床内部。另外，防护罩也起到机床外观的美化作用。因此，近年来机床的防护罩设计已经开始受到人们的重视。

机床防护罩进行结构设计时，有关参数比较重要，关系到防护罩的制作、安装等关键环节。机床防护罩主要结构参数包括防护罩拉伸最大长度、压缩最小长度、防护罩的节数、防护罩宽度等。另外，一些高速机床防护罩上使用了密封条而密封条使用寿命的计算会影响防护罩的保养、维护工作。因此，本文提出了机床防护罩的结构有关参数的计算方法和公式。这些参数的计算有助于防护罩的设计、生产和安装等环节[1]。

1 机床导轨防护罩的参数设计要求

机床防护罩的计算参数主要指防护罩的物理结构和尺寸。这些参数有些可以直接测量得到，还有些参数需要利用已知参数计算得到。如果设计人员得到的参数没有准确的数值或是参数自相矛盾、相互冲突，结果就是制造、安装防护罩时发生错误，甚至无法生产或安装，产生诸多问题。因此，本文针对设计防护罩需要的各种参数进行了推导和计算并分析了各个参数之间的关系，最终明确了防护罩结构设计过程和参数计算方法。

2机床导轨防护罩结构设计的常用公式

根据防护罩结构参数已知情况，未知防护罩结构参数的求解可采用不同的计算公式[2]。具体防护罩结构设计如图1所示。

1）如果已知防护罩的最大拉伸量Lmax、第一节缩进量Ffirst、叶片错开量E、防护罩节数n、相邻两节重叠量C，求防护罩最小收缩量Lmin、每节平均长度Lev、第一节长度Lfirst；

2）如果已知防护罩最小收缩量Lmin、防护罩节数n、第一节收缩量Ffirst和相邻两节重叠量C，叶片错开量E，求防护罩的最大拉伸量Lmax和每节防护罩平均长度Lev以及第一节长度Lfirst；

3）防护罩宽度参数计算

防护罩宽度包括防护罩防护罩宽度和侧面宽度两个指标。如果已知防护罩上部宽度为Hup、防护罩板材厚度D、防护罩估算节数N、机床导轨宽度Hg，求解防护罩宽度Hz、和防护罩侧面宽度Hc。具体公式如下所示：

求解过程如下：

首先，根据未定的防护罩上部宽度，利用公式（7）估算防护罩节数；然后利用公式（8），根据给定的导轨宽度和防护罩板材厚度计算防护罩宽度；最后利用公式（9）计算防护罩侧面宽度。

3机床导轨防护罩密封条使用寿命分析

防护罩密封圈或密封条的设计主要有两个指标，一是外形设计，包括尺寸、选材等方面；另一个是使用寿命设计。由于不同类型的防护罩使用的密封条外形尺寸是不相同的，因此本文对密封条外形设计不做具体分析。但是防护罩密封条的材料大都相同，其使用寿命的计算是通用的，因而下面分析密封条的使用期限的参数计算方法。一般密封条的工作寿命主要防护罩和移动速度有关，移动速度越大寿命越短。目前，从机床的工作速度角度讲，机床可分为普通机床和高速机床。普通机床的防护罩移动速度一般在1m/min～30m/min；高速机床的防护罩移动速度可达到30m/min～200m/min。在计算密封条使用寿命时，主要采用的是机床防护罩叶片之间的相对运动的平均速度V，因此，该速度并不是很大，一般在3m/min左右。

防护罩密封条主要采用聚氨酯阿克隆作为主要制造原料。该原料的磨损率可取0.05左右。因此，假设机床防护罩由5片叶片组成，则机床防护罩的磨损量一般可计算为m=（0.05/1.61x103）x（60V/5）=1.12 m3/h。由此也可以推断出密封条的有效工作时间t=M/m=3315/1.12=2911h，其中M为可磨损的最大值。根据一般机床维修的期限为3～5年计算，防护罩密封条的使用寿命完全可以达到机床维修年限，可以在维修机床时更换密封条或密封圈[3]。

有关防护罩参数的计算，本文采用了传统机理计算公式进行计算的。其实，在实际计算过程中也可以借助计算机辅助设计各种参数。例如利用ANSYS WORKBENCH 分析软件分析防护罩伸缩的动态响应情况，分析不同防护罩结构的动态性能，最后选择性能最好的结构进行计算机辅助设计。另外，设计防护罩外形参数时，一定要考虑安装等情况。因此，设计外形时需要留有足够的冗余量，方便安装，保证机床正常运行。例如，当设计机床防护罩最大伸长量时可以参照机床丝杠的长度，加长机床丝杠3-5倍的长度；计算防护罩最小收缩量时，可以在计算的基础上再减少机床丝杠的3-5倍的长度为宜。本文采用的公式已经考虑了这种情况，但是如果设计大型加工中心的防护罩时还应根据实际情况进行调整，以满足设计的要求。

4结论

导轨防护罩是高速机床中非常重要的组成部分，可以起到防护导轨等部件的作用。本文详细分析了高速机床防护罩的结构和有关参数之间的相互关系。本文提出的各种参数的计算公式也会对高速机床防护罩的制造和安装工作具有指导作用。

参考文献

[1]弓清忠.高速机床导轨防护罩的结构分析[J].机床与液压，2011，39（2）.

[2]杨沛湛， 王瑾.机床导轨防护罩结构设计参数的计算[J].制造技术与机床，2008（10）.

[3]张家驯.导轨防护罩点焊式唇形密封装盆的设计与寿命计算[J].制造技术与机床，2008（11）.