一种机床主轴箱防护结构的改进设计

张立民

(斯凯孚(上海)汽车技术有限公司，上海 201814)

现代数控机床通常都配备有高压、大流量的自动冷却喷淋系统，以配合完成机床高精度、高效率、高可靠性的切削加工过程［1］。通过冷却液的实时喷淋可以随时带走切削过程中产生的切削热，这就要求必须要进行科学、合理的机床冷却液防护罩系统设计，以求实现机床冷却液的合理回收，避免污染环境。

1 问题的技术背景

在挖掘机斗杆专用机床上利用铣刀对挖掘机斗杆进行铣削加工过程中需要喷淋大量的高压冷却液，用于工件和刀具的降温冷却。在机床铣削加工过程中，机床滑枕端面的冷却喷嘴所喷射的冷却液在喷射到工件和刀具上后，会径直飞溅到机床主轴箱的下部空间。由于机床生产厂家并未意识到此类生产过程中的冷却液防护问题，所以现场操作人员在该机床主轴箱的前端面底部人为安装了一块具有一定长度、且呈自然下垂状态的橡胶挡板，用于抵挡飞溅的冷却液。

由于主轴箱可以沿立柱上的导轨上下运行，当主轴箱运动至导轨下行程时，橡胶挡板阻挡冷却液的效果较好，几乎所有飞溅到主轴箱下部空间的冷却液都被阻挡并引流到了床身两侧的排屑槽中，供机床冷却循环使用。而当主轴箱运行至立柱导轨上行程时，由于橡胶挡板不能做到足够长(如果橡胶挡板过长就会在主轴箱下行程时与排屑槽干涉)，飞溅到橡胶挡板下部的冷却液仍然会径直飞溅到机床加工区周围，并不断汇集流入到机床“地坑”中，并对“地坑”走线槽中的电缆线等造成严重威胁。机床加工区周围以及“地坑”中肆虐的冷却液，经常需要操作人员定期停机清理，不仅大大提高了机床操作人员的工作强度，而且降低了机床的工作效率。

2 机床防护罩概述

机床防护(除外观防护罩外)按结构和功能可分为风琴式防护罩、盔甲式防护罩、卷帘防护罩，分别如图1、图2、图3 所示。

图1 风琴式防护罩简图

图2 盔甲式防护罩简图

图3 卷帘防护罩简图

风琴式防护罩，又名皮老虎，外用尼龙布，内加PVC 板支撑，边缘则用不锈钢板夹护。护罩具有压缩小和行程长等优点。可耐油、耐腐蚀、冲撞不变形、寿命长、密封好、行走平稳、坚固耐用，给机床的使用带来完美效果。

盔甲式防护罩为铝合金或不锈钢片材料，使其能经受撞击和炽热碎片引起的900℃高温［2］。它既可被摆动安装也可被固定安装。由于预置的盔甲之间有良好的黏附力，该护罩可靠的保护层可抵御大量的灰尘、砂末、金属切屑等。

卷帘防护罩主要由外壳(不锈钢板、冷板)、弹簧轴、从动轴、刮舌、尼龙纤维布(三防布)组成。在空间小且不需严密防护的情况下可以代替其他护罩。卷帘防护罩具有成本低、占用空间小、行程大、速度快、无噪声、寿命长等特点，是一种理想的防护罩。

3 卷帘防护罩的应用

3.1 卷帘防护罩的选择

由于挖掘机斗杆专用机床的主轴箱具有上下行程的不同加工应用，因此需要选择一种具有拉伸功能的防护机构，以适应机床的不同功能需求，实现对飞溅冷却液的有效阻挡与引流。综合考虑防护罩的应用场合、设备的功能要求、安装空间及成本方面的因素，特选择卷帘式防护罩用于对原机床主轴箱防水橡胶板的改造升级。

如图4 所示，左立柱1 与右立柱2 的导轨上安装有主轴箱4;主轴箱4 内部安装有可以伸缩的滑枕5，滑枕5 的端面上安装有冷却液喷嘴6;两立柱之间安装有工作台及床身组件3;主轴箱4 的下端安装有卷帘防护罩安装支架7，其出口有可以伸缩的卷帘8;卷帘8 的尾端与导水板9 相连接，可将喷溅到卷帘8上的冷却液通过导水板9 引流至立柱与床身之间的排屑槽10 中，并通过处理后最终回流到冷却液箱中。

图4 主轴箱卷帘防护罩简图

3.2 卷帘防护罩的设计

(1)参数预处理

在进行卷帘防护罩的设计之前，必须对机床的相关结构尺寸进行基本确定，也就是说与卷帘防护罩相关的参数，如:主轴箱工作行程L，主轴箱底部端面的尺寸W×D，导水板的结构尺寸(导水板坡度角为α)。通过上述尺寸可以基本确定卷帘防护罩的安装空间尺寸及外形尺寸和接口安装尺寸。

(2)卷帘防护罩的参数确定

图5 卷帘防护罩外形简图

卷帘防护罩外形如图5 所示。卷帘防护罩的安装支架4 的尺寸W1×D1由主轴箱底部端面尺寸W ×D决定(W1≤W，D1＜D);卷帘防护罩的卷帘行程尺寸s1=L +200;卷帘防护罩的拉板倾斜角度a=α;卷帘盒的尺寸P≥D1。卷帘防护罩的设计图纸如图6所示。

图6 卷帘防护罩设计图纸简图

3.3 卷帘防护罩在使用时应注意的问题

卷帘防护罩在安装时应特别注意在宽度方向上要受力均匀，避免受到过度集中的应力，及由此造成卷帘在使用过程中的撕裂性破坏。

卷帘材料应根据实际情况选用，尽量避免由于选用的卷帘材料不当造成卷帘的老化加快，影响机床的整体加工效率。

4 结束语

有效地解决了一种现有机床主轴箱无法彻底阻挡冷却液、并实现冷却液正常回流的技术问题。通过卷帘防护罩和导水板的合理组合，实现了对喷淋冷却液的有效阻挡和引流，降低了机床漏水问题对环境造成的危害。由于此项改造投入成本低，技术难度小，因此对具有上述类似结构的机床防水问题具有一定的技术推广价值。

［1］王爱玲.现代数控机床结构域设计［M］.北京:兵器工业出版社，1999.

［2］谭庆昌，赵洪志，曾平.机械设计［M］.长春:吉林科学技术出版社，2000.