石墨碳块复合加工机床的防护设计.pdf

2 0 1 2年 6月 第 4 O卷 第 1 1 期 机床与液压 MAC HI NE TO0L HYDRAUL I CS J u n ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 l D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 1 ． 0 2 9 石墨碳块复合加工机床的防护设计 刘桂 芝 ，严 小林 1 ．南京工程学院，江苏南京 2 1 1 1 6 7 ；2 ．泰州晨光高新技术有限公司，江苏泰 州 2 2 5 3 0 0 摘要石墨碳块加工过程中会产生多种形态的尘屑，这些尘屑对加工刀具寿命 、零件的加工精度及机床精度保持性产 生很大的影响。为消除石墨碳块的尘屑对机床的影响，给出了在设计石墨碳块加工机床时应采取的防尘措施及石墨尘屑的 收集方法 。 关键词石墨碳块；加工机床；机床防护 中图分类号T H 6 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 1 0 9 5 2 Th e S h i e l d De s i g n f o r t h e Co mp o s i t e M a c h i n e To o l s for Gr a p h i t e Ca r b o n L I U Gui z h i ， YAN Xi a o l i n 1 ． N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 l 1 6 7 ，C h i n a ； 2 ． T a i z h o u C h e n g u a n g H i g h T e c h C o ． ，L t d ，T a i z h o u J i a n g s u 2 2 5 3 0 0，C h i n a Ab s t r a c t Va r i o u s d u s t s f r o m t h e p r o c e s s o f g r a p h i t e c a r b o n a f f e c t t h e l i f e t i me o f t o o l s ，t h e ma c h i n i n g a c c u r a c y o f p a r t s a n d t h e a c c u r a c y ma i n t e n a n c e o f ma c h i n e t o o l s ． T h e me a s u r e s f o r d u s t s h i e l d a n d d u s t c o l l e c t i o n w a y s w e r e g i v e n t o a v o i d t h e s e i n f l u e n c e ． Ke y wo r d s Gr a p h i t e c a r b o n； Ma c h i n e t o o l ； Ma c h i n e t o o l s h i e l d 数控机床正向着高速、高精 、柔性化、复合化、 智能化和绿色环保方向发展。对石墨加工机床特别是 对核电站反应堆堆内构件碳块部件机械加工机床来 说 ，除对机床的功能有高要求外 ，对机床防护的要求 则更高。 机床加 工石墨的切屑形态是细粉尘 、粒状屑 、断 裂屑。所使用的切削介质对机床及刀具有影响。实际 加工表明湿切削时 ，石墨粉尘颗粒跟随冷却液流动 导致刀具磨损的，这是石墨加工中刀具磨损的主要原 因之一 ；如果不用 湿加 工而采用外部吹风 的干切削方 式 ，则刀具寿命要 比普通干切削时的刀具寿命高很 多。强烈吹风更可以避免石墨粉尘颗粒对刀具的二次 磨损。根据石墨碳块的加工 ，作者论述了对采用外部 吹风干切削方 式的石墨碳块 加工机床的防护 、防尘及 尘 屑的收集方法 。 1 石墨碳块加工机床吸尘风力的确定 前面描述石墨加工机床在加工时，为了避免石墨 粉末对机床精度 的影响和对加工刀具的损害 ，采用 了 强力 吸尘的方式对机床进行 防护 。针对吸尘风力 的大 小 ，作者进行 了试验 。 国家对风力等级的确定见表 1 。 表 1 风级、风速、风压对照表 机构与结构设计参考 ⋯ 在实际使用时，0 _5级风的风力无法满足机床 的除尘要求；1 0 1 2级风则 由于风力过大 ，会使机 床防护产生振动，影响机床 的精度；在 6 _ _ 9级风力 之间选择吸尘风力。精加工和半精加工时，由于加工 余量小，加工速度高，加工的切屑主要是细粉尘和小 粒屑，这时机床的吸尘风力选择 6 7级风力；粗加 工时 ，由于加工余量大，切屑的颗粒也较大，吸尘风 力选 择 8 一 _ 9级风力 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 1 基金项目南京工程学院引进人才科研启动基金资助项 目 Y K J 2 0 1 0 0 6 ；江苏省第七批 “ 六大人才高峰”资助项 目 J X Q C 一 1 3 9 2 0 1 0 1 0 4 作者简介刘桂芝 1 9 6 4 一 ，女 ，学士学位 ，研究员级高级工程师，主要从事数控机床的设计与开发工作。Ema i l l g z ．1 9 6 4 1 63 ．c o m。 9 6 机床与液压 第 4 0卷 2 机床 的整体防护 2 ． 1 机床 的工作 环境及 整 体 防护 1 石墨碳块加工机床的工作环境应避免振动、 烟尘等危害，工作环境温度要求为 5～ 4 0℃，且 2 4 h平 均 温 度不 超 过 3 5℃ ，相 对 湿 度在 3 0 ％ ～ 9 0 ％范围内 无冷凝水 ，机床应避 免较高 热源 的辐 射和振动，以免机床产生故障或机床精度丧失。 2 机床采用带有安全锁 的全封闭罩壳，把机 床的加工区域和非加工区域严格隔离开来。一方面是 加工安全考虑 ，另一方面是保证加工区域封闭，防止 尘 屑飞溅 ，便 于尘屑 的收集 。 2 ． 2 机床组成部件 的防护 由于石墨是一种研磨材料，因此对数控机床组成 部件进行保护 ，使其免受石墨粉尘 的侵害是极为重要 的。从 以下几个方 面满足机床 防护要求 1 机床的运动部件和非运动部件之间，即机 床导轨部件的防护采用迷宫式密封防护方式。并且运 动部件 的内部采用正压气流保护 ，防止石墨尘屑进入 运动组件 内。见 图 1 。 图1 工作台两侧迷宫式 密封防护防尘结构 2 线性导轨、滚珠丝杠、传动元件的高精度 位置反馈装置及数控分度工作台等均应采用正压气流 保护 ，防止加 工 中心 高速 运 动机 构 内进入 研磨 性 粉 尘，加速机床传动部件的磨损，影响机床运动部件精 度 的保持性 。 3 所有 控制 系统 的 电子元 件 和电机 均采 用密 封保 护 ，并采用正压气流防尘 ，防止机床的控制系统 受到污染，影响机床的正常运行。 4 机 床 伺服 运 动 执行 机 构 的位 置 检 测元 件光栅尺的保护采用专用的 D A 3 0 0空气压缩单 元 ，使进入光栅尺机壳的压缩空气达到检测元件要求 等级，并保证供气量达到 7～1 0 L ／ ra i n的流量。对光 栅尺 定尺用 防护罩进行密封防护。 进入机床防护部件 内的正压气 流是 经过滤 的、清 洁的、干燥的空气。过滤网的网眼尺寸不大于 1 0～2 0 tx m；进入加工车间内的除尘空气必须是干燥的 ，当环 境温度在 2 0℃时 ，压缩空气 的相对湿度小 于 5 0 ％。 3 机床加工区域 的吸尘防护 在石墨碳块加工车问机床加工区域内必须安装吸 排尘系统 ，及时排除碳块加工 区域 内的碳粉尘 、油污 和空气中其他的杂质和粉尘。 作者在进行机床设计时，针对机床加工零件的工 艺方案 ，通过以下几个途径 对机床 加工区域的尘屑加 以收集和处理 1 在卧式加工中心的高速铣头和盘式磨床 的 高速磨头上，有一个负压气流 口 吸尘 口围绕在 刀具主轴周围，当刀具进行加工时 ，吸尘口就会将加 工中产 生的尘 屑吸走 ，见 图 2 。 吸 尘 口1 加 二 主 袖 头 部 吸 尘 口 吸 尘 口2 风 道 图 2 加工 区域 的吸尘 口 2 在 加 工 零 件 的上 方 设 置 一 个 吸 尘 口 图 3 ，最 大可能地 接 近加 工 零件 ，这个 吸尘 口犹 如 厨 房的抽排油烟机，开口覆盖整个被加工零件，从这里 可以将刀具吸尘 口吸剩的细小尘屑吸除。 风 道 调整 螺栓 吸尘 口 加 工 零件 工作 台 图3 零件上方吸尘 口 3 对于粗加工过程 中产生的颗粒较大 的石墨切 屑，在加工过程中会落人机床两侧的台面上。设计时， 在机床的两侧设置有螺旋式排屑器 ，由螺旋排屑器将 较大的石墨切屑颗粒运送到设置在机床外侧的集屑小 车里，然后进行集中处理。螺旋排屑器布置见图4 。 下转第 1 6 8页 1 6 8 机床与液压 第 4 0卷 测压表在该油缸两端测压点处测量油缸的压力，如果 油缸两端压力差较小，低于2 ． 2 M P a 时，将导致油缸 夹紧动作缓慢。这是由于该夹紧油缸夹紧压力偏低。 首先 ，检查一下定时凸轮处的柱塞周 围是否泄漏 ，如 果出现泄漏，使液压油从柱塞周围泄漏 ，造成管路压 力降低，这就需要拆卸更换柱塞内部密封；其次，再 检查一下与该油缸相连接的压力蓄能器内部充气压力 是 否正常 ，如果 内部压 力低于 6 ． 0 M P a ，则 在柱塞压 缩过程中，大量液压油进入蓄能器，导致夹紧压力不 能在瞬间升高到所需要值，所以夹紧动作缓慢，这时 就必须用专用工具向蓄能器内部充人适量氮气。一旦 出现一个夹钳油缸动作缓慢时，不必花费时间检查油 缸 的打开压力是 否正 常 ，因为如 果打 开压力 不正 常 ， 就会 出现 两个夹 钳油缸 工作不 正常的状况。 两个夹钳油缸 夹紧动作缓慢。出现该故障时， 一 般定时凸轮两侧 的柱塞同时发生泄漏的概率非常 小 ，也不必花费时 间检查柱塞是否正常 ，这主要是 由 于油缸的打开压力过大造成的。检查、调整图中减压 阀2 ． 1 ，把系统压力调整到规定数值；如果减压阀减 压正常 ，再检查与之相连接的蓄能器充气压力是否正 常，压力过低或者过高都会造成该管路压力波动大， 使夹钳动作不协调。如果蓄能器 9 ． 1内部压力不正 常 ，就 必须按 规定调整到合适压力 3 ． 3 MP a 。 两个夹钳油缸打开速度缓慢。通过测量夹钳油缸 两端的压力，可以判断出该故障是由夹紧压力没有及 时减压 ，还是打开压力过小造成的。通过调整与之相 连接的减压阀就可以消除该故障。 4结语 综上所述，三串联联合拉伸机在拉伸机工作过程 中起着非常关键的作用 ，对于提高生产效率和铜管的 成品率非常关键。只有熟悉和了解其作用原理和控制 过程，才能更好地利用它。 通过分析液压原理图，为诊断夹钳液压控制故障 提供了科学参考，进而可避免这些问题的出现。 参考文献 【 1 】 冯建平． 铜管液压连续拉伸机 中国， C N 2 0 1 1 5 0 9 4 8 [ P ] ． 2 0 0 80 32 6 ． 【 2 】 陈公德． 6 0 0 M N拉伸机技术改造 [ J ] ． 铝加工， 2 0 0 3 5 4 l一 4 3 ． 【 3 】 赵鑫南． V C 4 4 1 拉伸机成型机构的改进 [ J ] ． 合成纤维 ， 1 9 8 0 4 、 6 5 6 8 ． 【 4 】 李壮云． 液压元件与系统[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 6 61 0 1 ． 【 5 】阎敏． 1 0 0 K N液压拉伸机的故障分析及排除[ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 0 3 3 3 2 1 【 6 】 韩建国． 液压双动拉伸机下油缸 中国， C N 1 5 1 5 3 6 8 [ P ] ． 2 0 0 4 0 7 2 8． 上接 第 9 6页 螺 旋 排 屑 器 螺 旋 排 屑 器 图4 机床两侧吸尘装置 4 对于无法放置螺旋排屑器的机床两侧 ，由 于空间较小 ，对加工过程中产生的尘屑，则采用跟随 吸尘的方法排走 ，即在加工过程中吸尘口始终跟随机 床进退 ，将加工过程中产生的、主排尘管路无法排除 的切削尘粒吸掉排走。见图5 。 跟 随 吸尘 口 跟随 吸 尘 口 图 5 加工 中心两侧吸尘装置 通过采取 以上几个 吸尘排尘 的措施 ，基本上 可实 现机床加工区域无尘屑，实现石墨碳块机械加工车间 的无尘化作业，使石墨加工机床向绿色环保方向前进 了一大步 。 4结束语 干式切削加工是一种理想的绿色制造工艺方法， 是 一项 系统工程 。干式切 削加 工方法在石墨碳块复合 加工机床得到充分的应用，文中仅仅论述了机床采用 干式切削时，如何实现对机床的有效防护。而对干式 切削中的刀具技术、如何对刀具采用合理有效的冷却 等问题还须进行 一系列 合理 有效 的研究 并加 以解决 ， 干式切削这一绿色制造工艺技术才会得到广泛的应用。 参考文献 【 1 】张相庭． 工程抗风设计计算手册[ M] ． 北京 中国建筑工 业 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 2 】 机床设计手册编写组． 机床设计手册 第三卷 部件机构 及总体设计[ M] ． j E 京 机械工业出版社 ， 1 9 9 2 ． 【 3 】徐灏． 机械设计手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 2． 【 4 】 浦林祥． 金属切削机床夹具设计手册[ M] ． 2版． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． 1