淺析兩種防止車床卡盤與刀架相撞的設(shè)計(jì)方案

趙建利

普通車床車削工件，尤其是在車削螺紋或車圓錐體類工件時(shí)，由于操作者技術(shù)不熟練或者麻痹大意，經(jīng)常出現(xiàn)刀架位移超程情況，極易發(fā)生卡盤撞刀事故，輕則打壞刀具，車床中滑板崩裂，重則導(dǎo)致機(jī)床設(shè)備損壞或發(fā)生人身安全事故。學(xué)校將此作為命題，組織師生進(jìn)行課題攻關(guān)，在指導(dǎo)老師和同學(xué)們的共同努力下，設(shè)計(jì)了兩種方案，對(duì)原機(jī)床電器控制系統(tǒng)及安全功能做了改進(jìn)。通過(guò)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，使此問(wèn)題得到了初步解決。

一、設(shè)想與思路

普通車床切削加工是金屬切削加工中安全系數(shù)最低的工種之一，稍有大意就會(huì)釀成事故。每次學(xué)生上機(jī)操作前，老師都要強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)的重要性，講解安全操作規(guī)程和要領(lǐng)，列舉各種不安全事故案例，以預(yù)防出現(xiàn)事故。學(xué)生聽(tīng)多了易產(chǎn)生厭倦情緒，在長(zhǎng)時(shí)間工作中也免不了身心疲勞，在具體操作中注意力不集中，最易出現(xiàn)事故。真要發(fā)生事故，也是瞬間的事，即使發(fā)現(xiàn)后立即斷電，也只是將事故范圍(或性質(zhì))降到最低而已。卡盤撞擊刀具(刀架)事故最為頻繁，要使其絕跡，除了繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的安全知識(shí)教育外，還必須從技術(shù)、車床安全功能的設(shè)置上下功夫。

二、設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案一，先報(bào)警，后斷電(圖1)。報(bào)警蜂鳴器及指示燈控制線路結(jié)構(gòu)如圖2所示。在車床導(dǎo)軌側(cè)面靠近床頭處安裝一個(gè)滑塊導(dǎo)板，將行程開(kāi)關(guān)1固定在該導(dǎo)板上。行程開(kāi)關(guān)1在導(dǎo)板上根據(jù)工件軸向尺寸可方便靈活調(diào)整。當(dāng)大滑板(無(wú)論是手動(dòng)或自動(dòng)走刀)碰撞至行程開(kāi)關(guān)1時(shí)，與行程開(kāi)關(guān)1串聯(lián)的蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，包括燈光閃爍及喇叭警音，提示操作者注意：大滑板繼續(xù)前行，在將與卡盤碰撞時(shí)，先接觸另一行程開(kāi)關(guān)2(該開(kāi)關(guān)也可根據(jù)工件尺寸靈活調(diào)整位置)，強(qiáng)行切斷電源，使車床主軸停轉(zhuǎn)，滑板停止運(yùn)行，避免卡盤撞刀事故發(fā)生。若使大滑板后退，一旦與行程開(kāi)關(guān)2脫離，機(jī)床又恢復(fù)正常供電。這種方案簡(jiǎn)便易行，可靠性高，只需購(gòu)買一個(gè)蜂鳴器，兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)，連接于機(jī)床控制電路即可。

設(shè)計(jì)方案二，先斷電，再通電，后制動(dòng)(采用能耗制動(dòng))。如圖3所示，在機(jī)床上安裝～個(gè)行程開(kāi)關(guān)sQ3，當(dāng)大滑板接觸到時(shí)，切斷交流電源，在定子繞組的任意兩相中同時(shí)通入直流電，產(chǎn)生一個(gè)直流磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子電流與電流磁場(chǎng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距阻礙了轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生制動(dòng)作用，使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免卡盤撞刀事故發(fā)生。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，為避免長(zhǎng)時(shí)間通直流電造成電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱而損壞，必須對(duì)所通直流電的時(shí)間進(jìn)行限定(<2s，可調(diào)整)。設(shè)計(jì)方案二是根據(jù)延時(shí)線路設(shè)計(jì)提出的。圖3為改進(jìn)后控制線路圖，c6132A1(c6140A1)車床主電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YDl32M49(△Y，3，4 5kW)，在車床上安裝一個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ3，并加裝橡膠圈緩沖。當(dāng)?shù)都芸焖倏拷嚧驳目ūP時(shí)，首先撞上卡盤附近的行程開(kāi)關(guān)sQ3，行程開(kāi)關(guān)串在控制電路的常閉觸頭斷開(kāi)，切斷原控制電路，使電動(dòng)機(jī)交流電斷開(kāi)。與此同時(shí)，行程開(kāi)關(guān)串在控制電路和觸發(fā)電路中的常開(kāi)觸頭sQ3閉合，使KM4線圈得電，主電路中KM4常開(kāi)觸頭閉合，從而使觸發(fā)電路處于工作狀態(tài)，向晶閘管輸出觸發(fā)信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，直流電輸入電動(dòng)機(jī)兩相繞組，產(chǎn)生直流磁場(chǎng)，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)，當(dāng)制動(dòng)時(shí)間達(dá)到時(shí)間繼電器設(shè)定時(shí)間后，其通電延時(shí)斷開(kāi)觸頭KT斷開(kāi)，切斷觸發(fā)電路，從而切斷直流電源，避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間通直流電過(guò)熱而損壞。

三、方案比較

第一種方案是利用兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)對(duì)電路進(jìn)行控制。由行程開(kāi)關(guān)1發(fā)出報(bào)警信號(hào)，若操作者仍沒(méi)有采取相應(yīng)措施，行程開(kāi)關(guān)2便進(jìn)行強(qiáng)行斷電保護(hù)，相當(dāng)干兩道安全防線。該方案特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，簡(jiǎn)便易行，成本較低。不足之處是，對(duì)不同的工件而言，兩行程開(kāi)關(guān)安裝位置不同，需要進(jìn)行多次調(diào)節(jié)。第二種方案選用一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，技術(shù)更先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，但增設(shè)的電器元件較多，元件的選擇及延時(shí)時(shí)間的設(shè)定必須通過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際校驗(yàn)來(lái)確定。

四、電器元件的選擇

1、整流電路和整流二極管

單相橋式整流與單相半波整流、單相全波整流相比雖然所用元件較多，但輸出直流電壓較大，元件所受反向電壓峰值小，工作可靠，故選橋式整流電路。整流二極管型號(hào)的選擇用萬(wàn)用表測(cè)得電動(dòng)機(jī)兩相內(nèi)阻R約為3Q，將車床掛空檔，測(cè)得空載電流L=6 5A，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式‘=KIx(K為系數(shù)，取3 5—4)得所需直流制動(dòng)電流‘=KIx=4×6 5=26A，直流電壓U=12R=26×3=78V，初選二極管型號(hào)為ZP300通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將車床主軸按照空載、50 r／rain、560 r／rain、1600r／min四種情況掛檔，分別接通光杠和絲杠，調(diào)節(jié)整流橋輸入電壓，觀察制動(dòng)效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓為180V時(shí)制動(dòng)效果最理想，二極管工作安全，因整流二極管剛接通幾秒內(nèi)，瞬時(shí)電流可達(dá)額定電流的2倍，選擇二級(jí)管型號(hào)為ZP30。

2、晶閘管

加在整流橋兩端電壓為交流180V，而可供給交流電壓為220V，故用晶閘管降壓調(diào)節(jié)。晶閘管陽(yáng)、陰極實(shí)際流過(guò)電流／=50A：由于晶閘管在接通較短時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)電流可超過(guò)額定電流，故選擇晶閘管型號(hào)為KP50，其額定正向平均電流1F=50A。

3、觸發(fā)電路有關(guān)電器元件

KP50晶閘管控制極最大觸發(fā)電壓U=5V，最大觸發(fā)電流=50mA。依此估計(jì)觸發(fā)電路所用整流二極管電流小于10mA，則選穩(wěn)壓管型號(hào)為2CW52，單結(jié)晶體管為BT53，變壓器選用功率為10W220v／15V。

4、時(shí)間繼電器

時(shí)間繼電器線圈電壓110V，觸頭電流10A。

5、延時(shí)電路有關(guān)元器件

為保證直流繼電器可靠吸合，直流繼電器吸合電壓小于10V。

在實(shí)訓(xùn)車間的C6132A1(C6140A1)車床分別實(shí)驗(yàn)以上兩種設(shè)計(jì)方案，均能夠起到防止車床卡盤與刀架相撞的作用，在學(xué)生普車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

(作者單位：廣東省工業(yè)高級(jí)技工學(xué)校)