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ＣＡ６１４０車床主軸安全啟動(dòng)的改進(jìn)與實(shí)踐

2016-10-10 來源：無錫科技職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電學(xué)院作者：崔業(yè)軍

摘要：分析ＣＡ６１４０車床的主軸啟動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種主軸安全啟動(dòng)的控制電路和輔助結(jié)構(gòu)裝置，并闡述了機(jī)電聯(lián)控的方法與實(shí)踐條件，消除了車床主軸啟動(dòng)過程中的安全隱患，提高了車床操作的安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：車床主軸；安全啟動(dòng)

車床是機(jī)床的一種，在機(jī)械加工行業(yè)中車床被認(rèn)為是所有設(shè)備的工作“母機(jī)”。通常情況下，在機(jī)械制造企業(yè)中，車床占機(jī)床總數(shù)的３０％～５０％。車削也是機(jī)械制造業(yè)中最基本、最常用的加工方法。因此，在生產(chǎn)中堅(jiān)持貫徹執(zhí)行《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》，精心操作，嚴(yán)格按車床操作規(guī)程作業(yè)，既能保障生產(chǎn)工人和車床的安全，同時(shí)，也是企業(yè)科學(xué)管理的一項(xiàng)十分重要的手段。以我國自行設(shè)計(jì)的ＣＡ６１４０型臥式車床為例，對于初學(xué)者、操作不熟練者以及疲勞等原因，往往在車床操作時(shí)，會(huì)因個(gè)人原因疏忽遺漏了常講的車床安全操作規(guī)程中的要點(diǎn)，這其中以主軸的安全啟動(dòng)尤為重要。

主軸作為車床的主運(yùn)動(dòng)部件，與卡盤連接于一體。通過卡盤定位裝夾工件，并帶動(dòng)工件隨車床主軸一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車床的主運(yùn)動(dòng)。在車床的主運(yùn)動(dòng)鏈中，其首端是車床主軸電機(jī)，主軸電機(jī)與主軸之間的變速和變向是由不同齒數(shù)的齒輪嚙合和離合器的離合實(shí)現(xiàn)。由此可見，控制主軸電機(jī)的啟停與離合器的離合可以有效地避免主軸啟動(dòng)時(shí)的操作安全隱患。在車床的安全操作規(guī)程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：在車床進(jìn)行車削時(shí)，嚴(yán)禁物體與機(jī)床的旋轉(zhuǎn)部件接觸。那么，要保證主軸的安全旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)，一定要做好與主軸連接卡盤的防護(hù)。同時(shí)，安裝工件時(shí)切不可將卡盤扳手遺落在卡盤上，工件夾緊無誤后，方可啟動(dòng)主軸。但有時(shí)，如何提醒操作者操作失誤或者避免不安全的操作規(guī)范，除了常規(guī)的安全操作規(guī)程培訓(xùn)外，還要對主軸上卡盤端進(jìn)行安全防護(hù)的設(shè)計(jì)。正是基于ＣＡ６１４０車床主軸安全啟動(dòng)的要求，作者進(jìn)行了其機(jī)電聯(lián)控的主軸安全啟動(dòng)的裝置設(shè)計(jì)。

１.主軸電機(jī)的控制電路與主軸啟停機(jī)構(gòu)分析

（１）主軸電機(jī)的控制電路

查閱ＣＡ６１４０車床的電氣圖冊，可知其主軸電機(jī)的啟停控制線路如圖１所示［１］。啟動(dòng)主軸，首先打開電箱門，接通空氣開關(guān)ＱＦ０、ＱＦ１。其次，按床鞍按鈕板上綠色啟動(dòng)按鈕ＳＢ２，正向接觸器ＫＭ１得電吸合，主觸點(diǎn)閉合，使車床主軸電機(jī)Ｍ１正轉(zhuǎn)。按下急停按鈕ＳＢ１，主軸電機(jī)停止；停止主軸，則按紅色急停按鈕ＳＢ１，ＫＭ１失電釋放，主軸電機(jī)Ｍ１停止旋轉(zhuǎn).

圖１　ＣＡ６１４０車床主軸啟動(dòng)控制線路

（２）主軸的啟停機(jī)構(gòu)

車床上主軸的啟停，主要是通過摩擦雙向（左和右）離合器的離合與主軸電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力傳遞。離合器的左、右結(jié)合或脫開的操縱如圖２所示［２］。當(dāng)向前扳動(dòng)操縱手柄１時(shí)，連桿４在聯(lián)接件２的順時(shí)針運(yùn)動(dòng)下向后移動(dòng)，使曲柄５帶動(dòng)曲柄軸７順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。而曲柄軸和齒扇７是一體部件，使得齒扇７順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。借助杠桿作用，使得左離合器摩擦片壓緊，主軸正傳。由于左離合器摩擦片多，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，通常用于切削加工。反之，當(dāng)向后扳動(dòng)操縱手柄１時(shí)，右離合器壓緊，主軸反轉(zhuǎn)。當(dāng)操縱手柄１處于中間位置時(shí)，離合器脫開，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖２　ＣＡ６１４０車床正反轉(zhuǎn)操縱機(jī)構(gòu)

２.機(jī)－電聯(lián)控的工作過程分析

依據(jù)ＣＡ６１４０車床的主軸電機(jī)的控制線路和主軸

３.主軸電機(jī)的安全控制電路

從主軸安全正、反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)的工作過程分析，設(shè)計(jì)了如圖３所示的主軸電機(jī)安全啟動(dòng)控制電路［４］。

圖３　主軸安全啟動(dòng)電機(jī)控制線路

其控制過程是這樣的：按床鞍按鈕板上綠色啟動(dòng)按鈕ＳＢ２，正向接觸器ＫＭ１得電吸合，主觸點(diǎn)閉合，使車床主軸電機(jī)Ｍ１正轉(zhuǎn)。接下來，當(dāng)扳動(dòng)操縱手柄１時(shí)（如圖２），無論向前還是向后（即行程開關(guān)ＳＱ１或ＳＱ２閉合），此時(shí)，一種情況是卡盤罩未操作到位，行程開關(guān)ＳＱ３會(huì)因安全裝置的碰觸（未操作到位）處于閉合狀態(tài)。這樣，延時(shí)繼電器ＫＴ１得電，的啟停機(jī)構(gòu)分析，要想機(jī)－電聯(lián)控，實(shí)現(xiàn)主軸的安全啟動(dòng)，考慮到改造成本和安裝方便，采用機(jī)床上通用的行程開關(guān)作為一個(gè)機(jī)電聯(lián)控的部件。同時(shí)，為了行程開關(guān)在使用過程中接觸靈敏、微動(dòng)開關(guān)快速動(dòng)作且阻力小，通過對其技術(shù)要求進(jìn)行對比分析，決定采用滾輪式行程開關(guān)［３］。從主軸電機(jī)的主回路可知，要想控制線路能使主軸電機(jī)啟停，就必須使ＫＭ１得電或失電。此外，要實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)安全，必須在主軸卡盤端設(shè)置一個(gè)安全裝置，檢查其是否操作到位的行程開關(guān)（ＳＱ３）。同時(shí)，在安全裝置未操作到位時(shí)，主軸的啟停機(jī)構(gòu)不能將主軸旋轉(zhuǎn)起來，那就必須在主軸啟停機(jī)構(gòu)中設(shè)置行程開關(guān)。考慮主軸正、反轉(zhuǎn)情況，需設(shè)立２個(gè)并聯(lián)的行程開關(guān)（ＳＱ１、ＳＱ２）對應(yīng)控制。綜合以上這些工況可知，要想實(shí)現(xiàn)主軸啟動(dòng)的機(jī)－電聯(lián)控，其基本的工作過程如下：

延時(shí)開關(guān)ＫＴ１延時(shí)打開，ＫＭ１失電，主軸電機(jī)停轉(zhuǎn)。但延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間須小于主軸啟動(dòng)時(shí)間［５］；另一種情況就是卡盤罩操作到位，行程開關(guān)ＳＱ３打開，扳動(dòng)操縱手柄１（如圖２），行程開關(guān)ＳＱ１或ＳＱ２閉合，ＫＴ１失電，延時(shí)開關(guān)ＫＴ１常閉，ＫＭ１開關(guān)自鎖，保證ＫＭ１得電，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，主軸安全回轉(zhuǎn)。此外，急停按鈕ＳＢ１能及時(shí)使主軸電機(jī)停止。

４.主軸安全啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與使用過程

根據(jù)夾具設(shè)計(jì)規(guī)范［６］，設(shè)計(jì)了一套適合主軸機(jī)－電聯(lián)控的輔助裝置，結(jié)構(gòu)如圖４、圖５所示。下面結(jié)合裝置簡圖來具體說明其使用過程與功能。

圖４　卡盤罩裝置

圖５　操縱機(jī)構(gòu)裝置

（１）卡盤罩裝置

如圖４所示，先將定位盤６按照裝配圖要求，用螺釘５聯(lián)接于床頭箱７上。定位盤６上的螺釘孔預(yù)制，在床頭箱７上的安裝位置按照定位盤６上聯(lián)接孔孔位配做。將定位銷軸４放入卡盤罩１的旋轉(zhuǎn)中心，如圖４中定位銷軸４所在位置。接著將定位銷軸４的螺紋端擰入定位盤６上的定位內(nèi)螺紋中。需要注意的是，定位銷軸４的非螺紋端要留卡盤罩１的定位臺(tái)階，以防卡盤罩１脫落，且保證卡盤罩１在把手８的手動(dòng)旋轉(zhuǎn)下，靈活自如。同時(shí)，在卡盤罩１使用時(shí)，為了防止作者將卡盤扳手遺落在卡盤上，特在卡盤罩上進(jìn)行了一個(gè)“防呆” 設(shè)計(jì)。即未取卡盤扳手２時(shí)，卡盤罩１不能合上，以提醒操作者，保證操作的規(guī)范性。卡盤罩１防護(hù)時(shí)，內(nèi)側(cè)是通過弧形面搭在卡盤內(nèi)側(cè)軸圓弧面上，既起支撐作用，又對卡盤罩１起著防軸向移動(dòng)的作用。行程開關(guān)３（ＳＱ３）通過支架安裝在床頭箱內(nèi)側(cè)，安裝前要與卡盤罩１進(jìn)行位置配合調(diào)試，確保卡盤罩１打開時(shí)行程開關(guān)３起控制作用。需要注意的是，在抬起或放落卡盤罩１時(shí)，不可慣性過大。否則易損壞內(nèi)側(cè)弧形面，或壓壞行程開關(guān)３。

（２）操作機(jī)構(gòu)裝置

設(shè)計(jì)操作機(jī)構(gòu)裝置主要是防止卡盤罩未防護(hù)時(shí)，通過行程開關(guān)ＳＱ１或ＳＱ２的閉合切斷主軸電機(jī)。操縱機(jī)構(gòu)裝置如圖５所示。將抱箍３、銅片５按圖示位置定位好后，通過螺釘聯(lián)接抱緊于曲柄軸４上，與曲柄軸形成一體。在銅片５的兩側(cè)安置行程開關(guān)ＳＱ１和ＳＱ２，扳動(dòng)操縱手柄前、后，確保左、右接觸良好。此外，要保證銅片的接觸剛性，銅片必須具備一定厚度，至少３ｍｍ。

５.結(jié)束語

對某院實(shí)訓(xùn)車間的ＣＡ６１４０車床進(jìn)行改造，經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)際使用，改造后的車床完全達(dá)到了車床在５Ｓ安全規(guī)范方面的要求，效果良好。由此可見，通過對ＣＡ６１４０車床主軸安全啟動(dòng)改造，既完善了車床的功能，又提高了車床運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，降低了設(shè)備的事故率，讓操作者形成良好的車床使用習(xí)慣，保障了操作者的人身安全。同時(shí)，對企業(yè)的設(shè)備安全也有一定的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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［２］賈亞洲．金屬切削機(jī)床概論［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９９８．

［３］菲舍爾．簡明機(jī)械手冊［Ｍ］．云忠，楊放瓊，譯．長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，２００９．

［４］史健芳，陳惠英，李鳳蓮，等．電路分析基礎(chǔ)［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１２．

［５］齊占慶．機(jī)床電氣控制技術(shù)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２０００．

［６］陶崇德，葛鴻翰．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［Ｍ］．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，１９８９．

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