劉 江，許曉東，王兆濤

（北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083）

機(jī)床工業(yè)是整個(gè)制造業(yè)的基礎(chǔ)，而高速、高效、環(huán)保、智能化以及機(jī)床功能復(fù)合化是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。因此勢(shì)必要調(diào)整相關(guān)技術(shù)以符合市場(chǎng)需求，機(jī)床技術(shù)的調(diào)整不單是機(jī)床核心技術(shù)的調(diào)整，機(jī)床的附件也要進(jìn)行調(diào)整，例如機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩[1]。

機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩是改善導(dǎo)軌的工作環(huán)境，保護(hù)導(dǎo)軌精度，提高導(dǎo)軌使用壽命的重要部件。根據(jù)機(jī)床主軸快速移動(dòng)速度，機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩可以分為低速、中速、高速[2]。高速導(dǎo)軌防護(hù)罩是高速機(jī)床不可缺少的組成部分，在保證數(shù)控機(jī)床高精度、高速度、低噪音方面起到重要作用。數(shù)控機(jī)床的快移速度基本已達(dá)到40～60m/min，高的已達(dá)到90～120m/min[3]。

國(guó)內(nèi)機(jī)床普遍使用的防護(hù)罩快移速度保持在60m/min 左右，達(dá)不到高速機(jī)床90～120m/min 的移動(dòng)速度要求，具體表現(xiàn)為：防護(hù)罩層與層之間相互拉動(dòng)或推動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的碰撞和噪音，機(jī)床的振動(dòng)也十分明顯，導(dǎo)致機(jī)床加工精度降低[4]。而最為關(guān)鍵的是，防護(hù)罩的卡沿和擋板在相互撞擊的過程中會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊，位于中間位置的防護(hù)罩層在運(yùn)動(dòng)中也會(huì)產(chǎn)生無規(guī)則的混亂撞擊，極易導(dǎo)致防護(hù)罩的破壞。由于其快移速度不大，故制造過程較為簡(jiǎn)單，制造成本較低。

相對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，國(guó)際市場(chǎng)上中國(guó)臺(tái)灣、日本、德國(guó)的高速機(jī)床防護(hù)罩技術(shù)則相對(duì)較為成熟。目前國(guó)內(nèi)高速導(dǎo)軌防護(hù)罩70%以上的份額被臺(tái)灣引興公司占據(jù)，該公司高速防護(hù)罩技術(shù)（內(nèi)置鉸鏈機(jī)構(gòu)）已經(jīng)申請(qǐng)專利，該公司生產(chǎn)的產(chǎn)品如圖1所示。國(guó)內(nèi)很多廠商單純地模仿其鉸鏈機(jī)構(gòu)，沒有太大的技術(shù)優(yōu)化（圖2），并且采用該技術(shù)制作的高速導(dǎo)軌防護(hù)罩成本比現(xiàn)在提升近50%[5]。

日本東芝機(jī)床防護(hù)罩公司生產(chǎn)的BTH–110 機(jī)床防護(hù)罩使用了新式的鉸鏈多球面鏈板，如圖3所示。一體成型的鏈板組合強(qiáng)度高、配合精準(zhǔn)、動(dòng)作穩(wěn)定安靜，并且采用了帶有雙同動(dòng)機(jī)構(gòu)的同動(dòng)伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩，可以彌補(bǔ)普通防護(hù)罩的缺點(diǎn)，使移動(dòng)的平行性更好，更能保證機(jī)床整體性能[6]。

成立于1989年的EEW PROTEC德國(guó)公司在CIMT 2019 展會(huì)上展示了其公司生產(chǎn)的高速五軸機(jī)床，該機(jī)床防護(hù)罩的制作大量使用了碳纖維這種輕質(zhì)材料，其重量?jī)H為鋼材的1/8～1/6，因此其移動(dòng)部件的質(zhì)量很輕，最大進(jìn)給速度可達(dá)220m/min[7]。隨著科技的發(fā)展，新型材料在機(jī)床部件制作的領(lǐng)域上使用的越來越廣泛，但是也造成了其制作成本的顯著提高。

圖1 引興公司的鉸鏈?zhǔn)綄?dǎo)軌防護(hù)罩Fig.1 Hinged guide rail protective cover of Yinxing company

圖2 國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的鉸鏈?zhǔn)椒雷o(hù)罩Fig.2 Hinged protective cover produced by a domestic manufacturer

圖3 日本東芝公司的BTH–110防護(hù)罩Fig.3 BTH–110 shield of Toshiba company of Japan

目前國(guó)內(nèi)外高速防護(hù)罩技術(shù)主要有以下3 種[7]：

（1）利用高性能材料（如碳纖維、蜂窩鋁等）代替現(xiàn)有鋼板的輕量化設(shè)計(jì)，防護(hù)罩輕則沖擊力變小，可以適應(yīng)更高速度。

（2）使用鉸鏈機(jī)構(gòu)代替普通碰撞接觸式結(jié)構(gòu)使機(jī)床快移速度顯著提高。

（3）對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)，利用柔性但耐沖擊的材料，彌補(bǔ)現(xiàn)有風(fēng)琴式防護(hù)罩沒法阻止高速?zèng)_擊鐵屑的缺點(diǎn)。

普通鋼板伸縮式防護(hù)罩模型建立

傳統(tǒng)普通鋼板伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩由結(jié)構(gòu)相同的多層單獨(dú)外罩疊壓而成，第1 層外罩連接工作臺(tái)，其余各層外罩下方均安裝滾輪，每層防護(hù)罩均由外殼鋼板和分布于外殼鋼板尾部的卡沿及頭部的擋板組成。運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)第1 層外罩運(yùn)動(dòng)，第1 層防護(hù)罩的卡沿與下層防護(hù)罩擋板外伸沿部位撞擊帶動(dòng)第2 層防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)，以此類推，如圖4～5所示。

（1）材料設(shè)置。

當(dāng)前市場(chǎng)上機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩一般是用具有較高品質(zhì)的2～3mm 厚鋼板冷壓而成，故可選取防護(hù)罩材料為201 不銹鋼，其相關(guān)屬性如表1所示。

（2）網(wǎng)格劃分。

為了節(jié)省仿真計(jì)算時(shí)間，提高關(guān)鍵部件的計(jì)算精度，對(duì)普通鋼板防護(hù)罩進(jìn)行如表2所示的網(wǎng)格劃分。

（3）約束設(shè)置。

圖4 普通鋼板伸縮式防護(hù)罩Fig.4 Ordinary steelplate telescopic protective cover

設(shè)置每層防護(hù)罩與地面間為理想無摩擦滑動(dòng)，將最內(nèi)層防護(hù)罩與地面固定，建立各層防護(hù)罩與地面沿驅(qū)動(dòng)方向的移動(dòng)副，將卡沿與擋板間的接觸定義為碰撞接觸。運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過層與層間的卡沿與擋板的相互碰撞帶動(dòng)下一層移動(dòng)。為簡(jiǎn)化仿真分析過程，使仿真數(shù)據(jù)更加可靠，可以適當(dāng)將問題簡(jiǎn)化，提取部分防護(hù)罩進(jìn)行仿真對(duì)比，一旦某層防護(hù)罩屈服破壞，便沒有必要再考慮后邊帶動(dòng)的防護(hù)罩層。

圖5 單層防護(hù)罩Fig.5 Single layer protective cover

表1 材料選擇及其屬性Table 1 Material selection and its properties

表2 剛?cè)嵩O(shè)置及網(wǎng)格劃分Table 2 Rigid and flexible settings and mesh generation

表3 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)Table 3 Simulation result data

圖6 整體機(jī)構(gòu)Fig.6 Integral mechanism

圖7 剪力式機(jī)構(gòu)Fig.7 Shear mechanism

仿真結(jié)果與討論

經(jīng)過多次仿真試驗(yàn)，提取每種工況下的3 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)取其均值，得到表3的試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)防護(hù)罩的最終破壞的原因是：位于中間的防護(hù)層無規(guī)則相互碰撞，這種無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)會(huì)給實(shí)際生產(chǎn)帶來極大隱患，因此需要尋求一種解決方案。

改進(jìn)方案

1 方案1

1.1 模型建立

通過查閱文獻(xiàn)[8]，提出使用剪力式結(jié)構(gòu)（改進(jìn)鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)）來帶動(dòng)整體防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)的方案，在Solidworks 中建立相關(guān)模型，如圖6所示。

剪力式防護(hù)罩在普通鋼板伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩的基礎(chǔ)上添加了剪力式機(jī)構(gòu)，圖7的剪力式機(jī)構(gòu)包括滑軌、連桿、滑塊、擋板和連接鉸鏈。運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)第1 層防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與第1 層防護(hù)罩連接的導(dǎo)軌向前移動(dòng)，導(dǎo)軌內(nèi)滑塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)與下一層防護(hù)罩連接導(dǎo)軌內(nèi)的滑塊運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到帶動(dòng)下一層防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)的目的。以此類推，此機(jī)構(gòu)相對(duì)于臺(tái)灣引興公司普通鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)最大的不同是各層采用了導(dǎo)軌滑塊的驅(qū)動(dòng)方式，這使防護(hù)罩在運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性顯著提高，相應(yīng)地承載抗沖擊能力也會(huì)有一定的提高。

（1）材料屬性及網(wǎng)格劃分。

材料屬性見表1，進(jìn)行剛—柔混合動(dòng)力學(xué)仿真[9]，設(shè)置網(wǎng)格為優(yōu)先六面體網(wǎng)格，相關(guān)部件網(wǎng)格形式及尺寸見表4。

（2）模型約束及運(yùn)動(dòng)副設(shè)置。

將最內(nèi)層防護(hù)罩與大地固定約束，設(shè)置每層防護(hù)罩與地面間無摩擦滑動(dòng)，邊釘與中間釘均與連桿建立轉(zhuǎn)動(dòng)副，滑塊與滑軌間建立移動(dòng)副，查閱相關(guān)資料，根據(jù)材料特性設(shè)定滑塊滑軌移動(dòng)副的接觸面摩擦系數(shù)為0.15，同時(shí)建立機(jī)床防護(hù)罩與地面沿驅(qū)動(dòng)方向的移動(dòng)副。

（3）模型的加載設(shè)置。

給予與機(jī)床工作臺(tái)連接的防護(hù)罩一個(gè)水平向前的速度帶動(dòng)整體運(yùn)動(dòng)，速度大小為120m/min，運(yùn)動(dòng)的距離為1000mm[10]。模型的加載分為兩個(gè)分析步驟進(jìn)行，在第1 個(gè)分析步驟中，設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.5s，第1 個(gè)防護(hù)罩以120m/min 的速度前進(jìn)，帶動(dòng)機(jī)床防護(hù)罩整體運(yùn)動(dòng)；在第2 個(gè)分析步驟內(nèi)，設(shè)置時(shí)間同樣為 0.5s，第1 個(gè)防護(hù)罩靜止，觀察防護(hù)罩整體的振動(dòng)情況以及應(yīng)力和變形情況。

1.2 仿真結(jié)果討論

進(jìn)行多次試驗(yàn)仿真，提取仿真后處理等效應(yīng)力模塊數(shù)據(jù)3 組，可以發(fā)現(xiàn)大約在t=0.5s 時(shí)，等效應(yīng)力的極值點(diǎn)產(chǎn)生于4 罩和5 罩的中間連桿上，3 次仿真試驗(yàn)最大應(yīng)力值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過201 不銹鋼的屈服極限，多處連接位置會(huì)產(chǎn)生破壞，相應(yīng)的連桿與中間釘連接處是產(chǎn)生應(yīng)力最大值的部位，同時(shí)邊釘處由于應(yīng)力過大也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的屈服破壞。表5為兩處破壞最明顯位置，即連桿中部和邊釘處的應(yīng)力極值。

圖8和9 為破壞位置處仿真截圖，結(jié)合表5所示數(shù)據(jù)不難看出：在臨界速度達(dá)到120m/min 時(shí)，剪力式機(jī)構(gòu)無法正常工作而最終破壞。但是使用這種機(jī)構(gòu)可以明顯減輕在防護(hù)罩移動(dòng)過程中產(chǎn)生的撞擊振動(dòng)等問題，對(duì)加工過程的平穩(wěn)性有很大提升，尤其適用于在中低速工作并對(duì)加工精度要求較高的機(jī)床。通過更換剪力式機(jī)構(gòu)的材料，如合金鋼，將單排滑塊鉸鏈機(jī)構(gòu)換為雙排滑塊鉸鏈機(jī)構(gòu)，可以極大提高其快移的臨界速度，可以使其在速度達(dá)到120m/min時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞，但是會(huì)使制作成本增加60%左右。

2 方案2

2.1 金屬橡膠基本介紹

金屬橡膠（圖10）是一種功能結(jié)構(gòu)材料，它是由金屬絲經(jīng)一定工序制成，具有類似橡膠材料的空間網(wǎng)狀連接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部金屬絲存在如圖11所示的3 種位置關(guān)系。當(dāng)受到載荷作用產(chǎn)生變形時(shí)，宏觀上呈現(xiàn)類似黏彈性材料的非線性滯遲泛函本構(gòu)關(guān)系，微觀上表現(xiàn)為金屬絲螺旋線匝之間的滑移、摩擦、擠壓和變形。由此產(chǎn)生的金屬絲間的相互作用力可以耗散大量的振動(dòng)或沖擊能量，起到減振緩沖的作用[11]。所以，在實(shí)際工程中具有廣泛的應(yīng)用，比如以金屬橡膠為材料制造的金屬橡膠隔振器。

表4 網(wǎng)格劃分Table 4 Mesh generation

表5 連桿、邊釘破壞位置應(yīng)力極值Table 5 Stress extremum at failure position of connecting rod and side nail

圖8 連桿邊釘位置處破壞Fig.8 Damage at position of connecting rod side pin

圖9 連桿中間連接處發(fā)生破壞Fig.9 Damage at middle connection of connecting rod

如圖12所示，對(duì)金屬橡膠的靜態(tài)壓縮試驗(yàn)進(jìn)行曲線分析，可以看出金屬橡膠材料是典型的非線性材料，壓縮過程可分為線彈性階段、軟特性階段、硬化階段。圖12中AB為相對(duì)較長(zhǎng)的軟特性階段，此階段由于螺旋卷之間的滑動(dòng)而造成位移變形較大，載荷、剛度增加緩慢。在實(shí)際減振應(yīng)用中，一般選擇軟特性階段較寬的金屬橡膠構(gòu)件進(jìn)行減振降噪。圖12中BC階段為材料的硬化階段（或稱強(qiáng)化階段），隨著變形的增加，壓縮載荷急劇上升，金屬材料剛度呈現(xiàn)為指數(shù)增加。減振裝置在實(shí)際安裝應(yīng)用中會(huì)使金屬橡膠產(chǎn)生一定的變形量，超過了金屬橡膠的線彈性階段，因而在振動(dòng)中金屬橡膠處于軟特性AB階段；小振動(dòng)或者變形較大的時(shí)候，金屬橡膠減振構(gòu)件會(huì)處于彈性階段或者硬化階段[12]。

2.2 模型建立

由于長(zhǎng)方體類金屬橡膠具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和容易確定等效線性模型的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程研究中應(yīng)用最為廣泛。如在對(duì)金屬橡膠隔振器的研究中，為確定長(zhǎng)方體類金屬橡膠的性能，建立了如圖13所示的等效線性模型。所以，在機(jī)床防護(hù)罩的改進(jìn)設(shè)計(jì)中同樣使用長(zhǎng)方體類金屬橡膠，安裝于普通鋼板式防護(hù)罩的各層前擋板與擋沿碰撞位置處，在ANSYS Workbench 中相同位置建立等效模型代替金屬橡膠進(jìn)行仿真試驗(yàn)（圖14），設(shè)定緩沖模型沿緩沖方向的長(zhǎng)度10mm、寬度195mm、高度3.5mm，并在每一層防護(hù)罩的碰撞部位均放置此緩沖模型來模擬金屬橡膠[13]。

（1）材料屬性及網(wǎng)格的劃分。

材料屬性見表1。由于只關(guān)注每層防護(hù)罩的碰撞位置，即前擋板的受力及變形情況，所以僅對(duì)前擋板進(jìn)行網(wǎng)格化處理，其他結(jié)構(gòu)均設(shè)置為剛體。設(shè)置網(wǎng)格為四面體網(wǎng)格，大小為10mm。

圖10 金屬橡膠Fig.10 Metal rubber

圖11 內(nèi)部金屬絲微觀結(jié)構(gòu)Fig.11 Micro structure of internal metal wire

圖12 金屬橡膠材料的壓力–位移曲線Fig.12 Pressure–displacement curve of metal rubber material

圖13 金屬橡膠等效線性模型Fig.13 Equivalent linear model of metal rubber

圖14 局部阻尼彈簧并聯(lián)模型Fig.14 Parallel model of local damping spring

（2）模型的約束設(shè)置。

設(shè)置每層防護(hù)罩與地面間為無摩擦滑動(dòng)，在墊板與前擋板間添加彈簧模型以及阻尼模型組成的緩沖模型。運(yùn)動(dòng)時(shí)，卡沿撞擊墊板，通過緩沖模型整體帶動(dòng)下一層防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)。

（3）模型的加載設(shè)置。

給予與機(jī)床工作臺(tái)連接的防護(hù)罩一個(gè)水平向前的速度帶動(dòng)整體運(yùn)動(dòng)，速度大小為120m/min，運(yùn)動(dòng)的距離為1000mm。模型的加載分為兩個(gè)分析步驟進(jìn)行，在第1 個(gè)分析步驟中，設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.5s，第1 層防護(hù)罩以120m/min 的速度前進(jìn)，帶動(dòng)機(jī)床防護(hù)罩整體運(yùn)動(dòng)，在第2 個(gè)分析步驟內(nèi)，設(shè)置時(shí)間同樣為 0.5s，首尾防護(hù)罩層靜止，觀察防護(hù)罩整體的振動(dòng)情況及應(yīng)力和變形情況。

2.3 仿真結(jié)果討論

仿真試驗(yàn)分為2 組。第1 組仿真試驗(yàn)僅添加彈簧模型，確定防護(hù)罩在正常運(yùn)動(dòng)的情況下，緩沖效果最佳的彈簧模型剛度；第2 組仿真試驗(yàn)添加完整的緩沖模型，確定剛度和阻尼系數(shù)的合理配合關(guān)系。

（1）第1 組仿真試驗(yàn)。

彈簧模型剛度按數(shù)列K=0，100N/mm，200N/mm，…，1000N/mm來添加。機(jī)床防護(hù)罩模型包含6 層防護(hù)罩機(jī)構(gòu)，與機(jī)床工作臺(tái)相連的是第1 層防護(hù)罩，每層防護(hù)罩均由外殼鋼板和分布于外殼鋼板尾部的卡沿及頭部擋板組成。仿真結(jié)果中第6 層防護(hù)罩前擋板所對(duì)應(yīng)模型的彈簧壓縮量和前擋板應(yīng)力極值最大，所以對(duì)第6 塊前擋板所對(duì)應(yīng)模型的仿真結(jié)果進(jìn)行分析以確定最佳彈簧剛度，數(shù)據(jù)記錄如表6所示。

由圖15（a）可以看出,當(dāng)彈簧剛度K小于400N/mm 時(shí)，彈簧的最大壓縮量較大，且接近彈簧原長(zhǎng)，說明彈簧模型在沖擊作用下失效；當(dāng)彈簧剛度大于400N/mm 時(shí)，彈簧的最大壓縮量在合理范圍內(nèi)且逐漸減小，說明彈簧可以在不失效的情況下起到緩沖的作用。由圖15（b）可以看出，隨著彈簧剛度的增加，第6 塊板的應(yīng)力極值呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，且在K=700N/mm 時(shí)，應(yīng)力值最小為334MPa，由此確定最佳彈簧剛度為700N/mm。

（2）第2 組仿真試驗(yàn)。

由第1 組仿真確定彈簧剛度K為700N/mm，阻尼模型的阻尼系數(shù) 按C=0、10N·s/mm、100N·s/mm、1000N·s/mm、10000N·s/mm 進(jìn)行添加。

當(dāng)C=0 時(shí)，與未加阻尼模型時(shí)的結(jié)果一致；當(dāng)C=10N·s/mm，各塊前擋板的最大應(yīng)力小于所選材料的屈服應(yīng)力；當(dāng)C=100N·s/mm，可以發(fā)現(xiàn)6號(hào)前擋板應(yīng)力超過屈服極限，仿真過程中結(jié)構(gòu)破壞（表7）；當(dāng)C=1000N·s/mm 以及C=10000N·s/mm，仿真過程中結(jié)構(gòu)破壞。

表6 第6塊前擋板對(duì)應(yīng)模型在不同剛度下的彈簧壓縮量及應(yīng)力極值Table 6 Spring compression and stress extremum of model corresponding to 6th front baffle under different stiffness

圖15 彈簧剛度與壓縮量和應(yīng)力值對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.15 Corresponding relationship of spring stiffness,compression and stress value

分別取C=50N·s/mm、20N·s/mm繼續(xù)進(jìn)行仿真確定最佳阻尼系數(shù)，通過2 次仿真可以看出防護(hù)罩整體的振動(dòng)幅度與C=10N·s/mm 相類似，但應(yīng)力極值超過材料的屈服極限最終模型結(jié)構(gòu)會(huì)破壞。

通過以上仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)緩沖模型的彈性剛度K=700N/mm、阻尼系數(shù)C=10N·s/mm 時(shí)，可以有效地緩沖吸振，同時(shí)應(yīng)力極值小于材料的屈服極限，可以避免相關(guān)結(jié)構(gòu)的破壞。

2.4 確定金屬橡膠的尺寸形狀及安裝

在此次仿真試驗(yàn)中所建立線性模型描述的模型為長(zhǎng)方體類金屬橡膠，所以為保證仿真試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程應(yīng)用的一致性，對(duì)防護(hù)罩緩沖實(shí)際應(yīng)用的金屬橡膠采用長(zhǎng)方體形金屬橡膠（圖16），為減小安裝方式對(duì)金屬橡膠緩沖性能的影響，以兩端卡入防護(hù)罩前擋板上的槽內(nèi)的方式進(jìn)行安裝，如圖17所示。金屬橡膠尺寸與仿真模型一致（圖18）。對(duì)防護(hù)罩緩沖實(shí)際應(yīng)用的金屬橡膠，由于其為長(zhǎng)方體金屬橡膠制品，高度方向一般為壓力成型方向，這一方向的尺寸對(duì)于金屬橡膠性能影響較大，其他兩個(gè)方向的尺寸雖對(duì)其性能影響較小，但沖壓成型后，金屬橡膠的體積會(huì)發(fā)生膨脹，長(zhǎng)、寬、高尺寸均有所增加。所以在保證彈簧剛度與阻尼系數(shù)的前提下，機(jī)床防護(hù)罩緩沖所用的金屬橡膠尺寸在實(shí)際加工時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整。在增加金屬橡膠后，會(huì)使機(jī)床防護(hù)罩的物料成本增加30%左右，但其形狀簡(jiǎn)單易安裝，在對(duì)現(xiàn)有機(jī)床防護(hù)罩結(jié)構(gòu)不做大量改動(dòng)的情況下，即可有效提高機(jī)床防護(hù)罩的性能，相較于鉸鏈機(jī)構(gòu)可以大幅降低安裝和疲勞破壞后的更換難度以及制造成本。

結(jié)論

主要針對(duì)普通鋼板伸縮式防護(hù)罩高速運(yùn)動(dòng)（90～120m/min）結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并提出兩種改進(jìn)方案，分別對(duì)這兩種方案進(jìn)行分析對(duì)比，最終確定了添加金屬橡膠方案的現(xiàn)實(shí)可行性，通過仿真分析得到金屬橡膠的最佳彈性剛度為700N/mm，阻尼系數(shù)為10N·s/mm，為解決普通機(jī)床防護(hù)罩高速運(yùn)動(dòng)破壞問題提供了有益參考。

表7 各塊前擋板的應(yīng)力Table 7 Stress of each front baffle

圖16 機(jī)床防護(hù)罩所用金屬橡膠Fig.16 Metal rubber for machine tool cover

圖17 金屬橡膠安裝位置及方式示意圖Fig.17 Installation diagram of metal rubber

圖18 金屬橡膠尺寸示意圖Fig.18 Dimension diagram of metal rubber