点击上方蓝字，轻松关注我们
《制造技术与机床》杂志创刊于1951年，是我国机械工业科技期刊中创刊早、发行量大、影响面广的刊物之一，拥有广泛、专业的读者群体。本刊属中文核心期刊，中国科技论文统计用刊和《中国学术期刊文摘》摘录用期刊。
一种组合机床的新型环保方案设计
目前国际机床的设计制造理念除了满足产品精度这个必须环节以外，绿色环保也成为现代装备制造业的发展趋势，也是对未来机床制造企业的重大考验。基于这样的理念，为使用户生产车间达到环保要求，本机床在国内组合机床行业中首次同时采用了机床加工区域的全封闭防护及上排、上供的冷却装置和油雾分离装置，相对于国内之前的敞开或者半敞开的防护形式以及开放式冷却排屑方式，极大地减少了油雾外泄、冷却液外流的现象，减轻了车间的环境污染，改变了传统国产设备的面貌，提高了国产设备的形象和客户认可度，也顺应了绿色制造的发展理念和潮流。
1 方案制定
这次我们设计的是锡柴缸盖加工线的第1台机床，该机床是粗铣缸盖顶面机床。缸盖毛坯上料，底面三点定位，顶面夹紧，铣削主轴既有纵向移动，又有横向移动，机床要求除了必须达到产品精度、铣削的各项参数外，机床环保也成为一项重要的验收指标。为此我们设计的环保方案就包括了全封闭防护、油雾分离装置、上排装置和上供装置。设计、制造、安装完成后，又经过多次现场的试验和修改，xx达到了机床的各项环保要求。机床总体方案简图见图1。
2 机床全封闭防护及油雾分离装置
众所周知，机床行业一般都是加工中心进行全封闭防护，因为同一规格的加工中心的结构、主轴运动(均在X、Y平面内)方式xx一样，根据加工中心的这种通用性可以对机床进行很好的封闭防护设计。而组合机床则不同，针对不同的产品、不同的工序，每台机床的加工内容、主轴结构和切削运动方式各不相同，都是专用设计，而且在此之前国内机床也没有可以借鉴的封闭防护结构，这就为本次设计增加了不小的难度。
本台组合机床的铣削主轴为卧式主轴，切削形式既有纵向移动，行程450mm,又有横向移动，行程1450mm。主轴运动属于一种较为复杂的、具有典型意义的形式，封闭防护设计的难点就在于对机床的运动部分(即主轴的两个切削方向)进行全封闭防护(其他部分如顶面、侧面等非运动部分使用常规的防护板固定在合适的支架上封闭就可以，这里不做介绍)，最终我们设计完成的封闭防护方案总图见图2。
2.1 铣头纵向运动的防护设计
铣削主轴做纵向运动时的防护方案如图2所示，主轴防护罩安装在铣削主轴的滑座上，和主轴相连接固定的部分根据铣削主轴外形而设计，它和主轴同步做纵向运动，长度要满足总行程450mm,在机床中间的防护板上加工有和主轴防护罩轮廓同样形状的方洞，与主轴防护罩四周间隙为5mm,同时四周安装有软密封橡胶板，这样既可以满足主轴做纵向运动，又可以有效防止切削液从间隙处外溢。
2.2 铣头横向运动的防护设计
铣削主轴做横向移动的防护要求为：要xx封闭，要满足铣头横向移动行程1450mm,运行速度在500～8000mm/min之间，运行可靠。因此设计的总体方案为：如图2所示，左、右内防拉板收缩、拉开行程满足1450mm;拉板上部支撑在上支撑导轨上，为主支撑，下端支撑在移动工作台的导轨上，为辅助支撑，由于结构限制上下两导轨不在一个立面上，故拉板上下形状成一定角度;拉板两边由左、右内外支架固定，在主轴滑座下的高度垫两侧安装有左、右内支架，可随铣头做横向移动，为移动端，在移动工作台滑座的两侧安装有左、右外支架，为固定端，左右滑板的两侧就分别安装在固定端和移动端的支架上，安装调整完毕就可以满足铣头横向移动时的封闭防护。在这个铣头横向运动内防的的研制过程中，我们有几点总结：
(1)内防拉板的高度要尽可能低，高度越高，运行越不可靠，就需要更为复杂的防护结构设计和空间，为此,我们后来将铣削电动机重新设计安装在铣头后面，不在封闭防护区域。即便如此，本次设计的拉板可运行高度也已达到1790mm(图2)。经试验,本防护结构运行高度在2000mm以内可以可靠实现。
(2)内防拉板上面竖直部分和下面倾斜部分之间的角度不易太小，夹角越接近180°即越没有夹角，越容易实现，本次最终成品后的角度为120°(图2);连接左右拉板各层之间的铰链条应各为2套，分别安装在拉板上面的竖直部分和下面的倾斜部分后。
(3)要满足机床铣头可靠的运行及速度，封闭防护拉板必须有可靠的支撑、导向和限位。用于安装封闭防护拉板固定端的支架如果安装在地面或者外防护支撑上，如果没有上支撑导轨，或者对拉板不限位，都会导致封闭防护的拉板错位、损坏。经过重设计、改进、分析试验得出，应先将移动工作台的导轨作为基准面，左、右内外支架(固定端)需安装在移动工作台滑座上，这样支架与拉板的结合面对导轨基准面的垂直度等精度要求会得到可靠保证;内防拉板上端在上支撑导轨上通过滚轮运行，以减小摩擦力，上支撑导轨为主支撑导轨，是有精度、热处理要求的矩形钢板，其两侧安装在左右外支架(固定端)上，两侧面滚轮限位，如图3a(为图2中Ⅰ处的局部放大图)所示，这个上支撑导轨在左右外支架上带有可调机构，可左右上下微调，用于保证其于基准导轨之间的平行度以及内防拉板安装完成后的垂直度要求，调整测试各项指标合格后，螺钉拧紧，可以使用;内防拉板下端在基准导轨上通过滚轮运行，一侧面滚轮限位，为辅助支撑，如图3b(为图2中Ⅱ处局部放大图)所示。
以上就完成了对铣头运动部分的全部封闭防护的设计。现场设计制作完成后的内防图片如图4所示。
2.3 油雾分离装置
油雾分离装置根据最终机床形成的封闭空间大小选择符合参数的装置安装在机床封闭防护的顶部，将铣削加工产生的含尘或有害物质的气体分离，分离出来的油雾可按照机床废油处理，过滤后达到排放标准的干净空气可以直接回流到工作区域。
3 上排、上供装置及管路
以往组合机床的冷却排屑一般是地沟排屑或者是开放式排屑，这样经常就会看到加工现场机床或冷却水箱附近到处是冷却液，车间污染严重。
该机床的冷却和排屑采用空中架管，集中处理的方式，如图5所示。
冷却液通过用户车间的空中管路输送到各台机床，每台机床如果有压力和精度等特殊需要，需设计上供装置，即将冷却液进行二次加压及过滤，按需要的冷却流量、压力及精度提供给各台机床。本台机床要求具有冷却、冲屑功能，冷却液压力0.5MPa,过滤精度50～80μm，同时还需具有冲洗夹具的定位面功能，冲洗的冷却液压力0.5MPa,过滤精度30μm。为此我们设计的方案为：将用户主管路的冷却液接入本机床的冷却主管路，因该冷却液满足本机床的冷却、冲屑的流量及精度要求，可以直接走管进入机床内部所需部位;但冷却主管路的冷却液达不到冲洗夹具定位面的精度要求，需设计上供装置。该上供装置包括有外部先导式电磁阀、自清洗过滤器、球阀及压力传感器等，当冷却液经过上供装置后达到了机床所需的冷却精度，再经机床走管提供给夹具定位面。
当加工完后的切屑和冷却液进入排屑器输送到上排装置中，上排装置具有断屑功能，将切屑及冷却液通过高压泵抽到用户车间的空中管路中，重力回液进入车间过滤机组中进行统一的过滤处理。
4 结语
该环保方案同时采用加工区域全封闭防护、油雾分离、上排、上供装置，可以使生产现场达到远超常规的清洁程度(该机床的现场图片如图6所示)，类似方案在国外也是近两年才开始应用。该环保方案的成功设计以及在用户现场的可靠应用，为我国在组合机床环保方面的发展提供了可靠的实践经验。
作者：李瑾 刘伟玲 曹东锋 关强
往期讲堂：
请点击屏幕底部导航栏技术专栏——“机床大讲堂”，往期课程均可在此阅览！
下期预告：
第17讲：机器人熔覆3D打印中的成形路径生成研究（下周一推送，敬请期待！）
版权声明：本文所有文字和图片内容均来源于中文核心期刊《制造技术与机床》杂志，版权均属机床杂志社《制造技术与机床》杂志所有，任何媒体、网站或个人未经本刊书面协议授权不得转载。如需转载，请与010-64739674/85联系。经授权后方可转载，转载务必注明“稿件来源：机床杂志社《制造技术与机床》杂志”，违者本刊将依法追究责任。