数控机床钢制拉罩的精确设计

高志棠 李 航

(沈阳机床集团成套设备有限责任公司，辽宁沈阳 110142)

现代机床的设计尤其是方案设计要求设计周期短，结构总体布局要求合理、准确、快速。钢制防护拉罩作为机床的有机组成部分，其作用是不能忽视的，更因为拉罩的结构尺寸直接影响着设计者的布局构思和机床功能参数。因此，为方便快速准确地进行方案设计分析和结构设计，满足使用和制造的条件，给出防护拉罩准确判断和计算的公式是必要的。

1 结构分析与参数命名及说明

1.1 结构分析

钢制拉罩的最大特点是结构层片重叠，具有伸缩性。因此，从结构和尺寸上对机床部件空间布局有一定影响，既要满足行程S0，又要满足拉罩的压缩安装宽度和拉伸安装长度及跨度要求。寻求一种对无同步铰链和有同步铰链都适用的计算公式，显然对设计者无疑带来了很大方便。现根据图1，对钢制拉罩进行结构分析，如图中钢制拉罩的最上一层(外层)作为第一层，以此类推排序，最里一层作为末层。其中，第一层和末层可根据实际条件分别加延长段(大多数情况下不加延长段)。拉罩的构成包括：拉罩层板、筋板、刮舌、滚轮、滑块、缓冲限位块(见图2)、同步铰链和导向铜条(详见下期的“机床钢制拉罩的同步铰链及导向铜条的设计”一文)及起吊装置(结构)。注意：设计计算时，设第一层为静止层，因此，该层行程为零(即S1=0)。

1.2 参数命名

1.2.1 局部结构参数

b为筋舌距(mm)：拉罩和刮舌当拉罩拉开后防碰撞安全距离，一般b＞刮舌宽度，b=20～35 mm，由设计者给出。对无同步铰链的拉罩也如此考虑；

e为层错位距(mm)：拉罩刮舌处相邻两层的错位量，由设计者给出，一般e=8～20 mm；

f为筋板距：拉罩每层的筋板间的距离，与滚轮/滑块、缓冲块及同步铰链支点有关，f≥(d+2)mm，由设计者给定；

d 为滚轮直径(或滑块厚度)：d=8，10，12，16，18，20，24，26 mm等，滚轮材料为尼龙或黄铜，由设计者给出；

t为拉罩层板厚度(mm)：由所选板材厚度决定。一般取 t=2，2.5，3 mm。

1.2.2 机床部件运动参数

S0为名义行程(mm)：机床运动部件行程，机床工艺参数，由设计者给出；

δ为单边安全裕量(mm)：机床运动部件防碰参数，由设计者根据丝杠样本给出。

1.2.3 拉罩的宏参数

L为拉罩的行程(mm)：根据式(1)算出；

Bmin为拉罩的最小压缩宽度(mm)：由式(2)算出。一般拉罩的压缩安装条件优先于拉伸安装条件；

B为拉罩的最终压缩宽度(mm)：由式(5)算出；

A为拉罩的最终拉伸宽度(mm)：由式(10)算出；

B'为机床上允许的拉罩压缩安装空间宽度(mm)：由设计者根据部件结构给出(暂定值)，并与Bmin作比较，最终由式(5)调整为接近B'的B值；

nmax为拉罩的最大层数：满足基本条件的最大层数，由参数 e、f、L 决定，由式(3)算出，拉罩的设计原则是取满足条件的最少层数，由此根据 B'并用式(5)调整B和n；

n'为根据 B'确定的层数：利用式(4)，计算出 n'，最后大圆整为n，再反算出B；

n为拉罩的最终层数：由n'大圆整而来，最后用式(4)计算出最终的B来；

N为拉罩的层序数：以最外层为第一层，以此类推；

a1，a2，…，an为相应拉罩动向层板宽度(mm)：由式(7)、(6)或(8)式分别算出。计算同步铰链时也用；

S2，S3，…，Sn-1，Sn为相应拉罩动层板的相对行程(mm)：由式(9)分别算出。计算同步铰链时用；

H为拉罩层总厚度(mm)：多层拉罩板重叠厚度，由式(11)算出。也受拉罩的高度安装空间限制。并结合式(4)综合考虑最终层数n；

H为拉罩层距(mm)：由拉罩板厚和刮舌厚度决定，一般 h=6，6.5，7，7.5 mm。

2 参数计算

已知：运动方向参数 b，d，e，f，δ，S0；厚度方向参数t，h。

说明：①式(1)、(2)、(3)为条件式；其他为结果式。

①式(5)式是B、n相关式。

③从式(8)可以看出，当e≠f时，相应拉罩动向层板宽度存在等差关系，且当 e＜f时，aN-1＞aN；e＞f时，aN-1＜aN。这种情况下称为等差拉罩，相应的可以配置等差节距铰链。

④从式(9)可以看出，当e≠f时，相应拉罩动层板的相对行程也存在等差关系，且当e＜f时，SN＜SN-1；e＞f，时，SN＞SN-1。

⑤当e=f时，相应拉罩动向层板宽度及相对行程分别存在相等关系，这种情况下称为等宽拉罩，相应的可以配置等节距铰链。

3 钢制拉罩的其他附属结构

钢制拉罩主要参数计算完成后，就要考虑其他附属结构的设计。这些结构包括刮舌的选配，导向铜条的位置安排，缓冲及限位装置，支撑装置(滚轮/滑块)，起吊装置等(见图2，其他结构本文省略)。另外，根据使用的运动条件考虑是否增设同步铰链。

4 设计时应注意的问题

设计时应注意，为了同时满足机床运动部件的行程S0及防护拉罩的安装空间，要综合考虑参数B、n、H，一般情况下拉罩的设计原则是取满足条件的最少层数。有时根据机床布局的实际情况，第一层和末层可根据实际条件分别加延长段(大多数情况下不加延长段)，这往往是在满足行程时，防护拉罩有足够的安装空间时才会出现。

5 结语

拉罩的设计计算步骤是：根据拉罩局部结构参数b、d、e、f和机床运动部件行程 S0及安全裕量 δ，利用式(1)、(2)、(3)计算出 Bmin和 nmax，即可判断满足行程的拉罩最小压缩安装空间尺寸和最大层数，当B'＞Bmin时，可以安装下；如果 B'＜Bmin，安装不下，就要考虑加大B'。最终根据实际情况(参数B')利用式(4)和(5)计算出最终实际的n和B，n由n'大圆整而来。再利用其余公式计算出其他参数进行拉罩结构设计。