普通車床中拖板安全限位自動裝置的設計

徐躍增，胡偉心

(浙江同濟科技職業學院，浙江杭州311231)

普通車床結構相對較簡單，具有徑向和軸向自動走刀功能，可進行一般的常規加工，適合加工雜件、維修配件或為數控加工前的粗加工。普通車床操作也是工科類大學生必修的實踐教學課程，對數控技術、機電一體化技術等專業的學生來說，先進行普通車床操作的訓練，待操作技能較熟練之后，再學習數控機床的操作大有好處。在一般的機床加工行業中，普通車加工的切削量往往會超過60%。熟練掌握普通車床操作技術也是學生就業的需要，我國現階段的機械行業中，更需要既能操作數控機床又能操作普通機床的高技能人才。

數控車床是在普通車床的基礎上加裝數控操作系統，采用無極變速，設置行程限位開關，可手工編程和電腦編程，適合加工中小批量及外形復雜的工件，加工精度高，但價格昂貴，維修費用高。在職業技術學院教學中，使用普通機床更能體現經濟性，既有利于教學質量的提高，又能達到降低教學成本的效果。數控機床上因為有限位開關，不用擔心超程，但普通機床沒有超程限位裝置，初學者往往會因為動作不協調過度搖動手輪，使其超出行程，撞到防護罩上或手輪上，缺乏安全保障。

1 安全限位自動裝置的總體構架

1.1 普通C6140 車床概況

C6140 普通車床屬于通用機床。其性能、結構和技術參數與同類規格車床大致相近，最大工件回轉直徑為400 mm，最大工件長度是1 000 mm (從750～2 000 mm 不等)，是用于生產加工的完全型車床。該車床具有較廣泛的工藝性能，適用于一般機械制造業的單件、小批生產車間，各行業的工具制作部門、機器設備修理部門，試驗室和職業院校學生實訓用。

1.2 普通車床在教學應用中存在的安全隱患

職業院校實訓基地的普通車床主要是以教學為目的，基本上是以學生使用、訓練為主。使用者大多是初學操作，技術上較為生疏，也不像操作熟練的老師傅那樣懂得很多加工注意事項。尤其是在加工實訓過程中，學生往往只注意到加工工件的位置，擔心尺寸超差，難以顧及進給手輪等部位的安全性。因此，在加工過程中，進刀或退刀時，容易使拖板撞到手輪上，尤其是在中拖板上發生的可能性最大。這就給設備和人身安全埋下了隱患。

(1)當車削進給縱向運動時，會撞到卡盤，輕則損害刀具、工件，重則殃及人身安全。

(2)中拖板橫向進給時，往里走會撞到防護罩，在產生噪聲的同時，嚴重影響絲杠傳動精度和工件的加工精度。

(3)向外走時，會撞到大拖板的手輪，同樣在影響中拖板的同時，還會影響大拖板，引起設備安全事故。

(4)損害機床的進給傳動系統，例如齒輪、摩擦片等。

(5)影響工藝系統剛度。

1.3 設置限位自動裝置

限位開關又稱行程開關，廣泛用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，利用運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或斷開控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。選擇適當的行程開關，在普通車床的合適位置設計安裝限位自動裝置，以確保學生實訓時的操作安全，具有極為重要的意義。

2 改進方案的擬定

采用普通車床加工時，如果操作不當，大、中拖板很容易超出行程撞到極限，尤其是中拖板。當中拖板走到極限(靠近操作者)時，極易發生設備和人身安全事故。針對以上問題，提出以下改進方案。

2.1 改進方案

在中拖板上加一個限位開關，使它在中拖板運動到一定位置時起作用。在加工過程中，如果中拖板超程，它便能自動切斷主機電路，使主軸停止工作，就好像按了急停按鈕一樣，到了一定的位置就會自動停止，而且不容易發生安全事故。在加工過程中，橫向進給超程時，其主要作用就是使主機停轉，讓它正常工作的前提條件主要有:

(1)要有固定的位置，也可稱為極限位置，來安裝限位開關的固定塊和觸點;

(2)擋塊要有一定的調節范圍;

(3)在進給超程時，能使主機自動停止運轉;

(4)停止后，復位方便、快捷;

(5)裝置在實際生產中方便，不受外界加工因素(如鐵屑、冷卻液、大中拖板的自動行走等)的影響;

(6)性能穩定，運行可靠。

2.2 限位開關的選擇與安裝、調試

(1)限位開關的型號選擇

行程限位開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。根據擋塊的形式和試驗論證比較，選擇日本松下AZ7311 限位開關(圖1)，無論是電氣性能還是機械性能和使用條件，均能滿足要求，尤其是其壽命指標，機械壽命1 000 萬次以上(通斷頻率50次/min);電氣壽命(阻性負載)20次以上(通斷頻率20次/min)，完全能滿足使用要求，而且，其安裝位置也非常有利于接線。行程限位開關的工作原理是:當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的推桿時，頂下推桿，使微動開關中的觸點迅速動作;當運動機械返回時，在復位彈簧的作用下，各部分動作部件復位。

圖1 AZ7311 限位開關

(2)限位開關的安裝

根據中拖板的行程和實際數值，在中拖板靠近尾座的一邊，安裝固定塊、擋塊滑動條，在滑動條上裝上兩個能活動的擋塊并固定。在擋塊的下方大拖板的中間，安裝限位開關，如圖2所示。

圖2 安裝簡易示意圖

(3)電氣控制及線路布置

根據圖3所示的機床電氣原理圖，在安全保護的線路停止按鈕的電路上(中)，串聯一個限位開關。

如圖4所示，在SB4的按鈕處(4與5之間)串聯一個限位開關，因為SB4是停止按鈕，而SB1 卻是急停按鈕。改裝后連接如圖5所示。

(4)試驗結果

經過試驗測試，獲取以下2組數據:

第一組:①轉速停止:以500 r/min為例，當擋塊壓迫到觸點以后，電源立即關閉，關閉電源后約3.2 s，主軸停轉。②進給停止:以0.1 mm/r為例，當行程開關斷開后，主軸繼續轉動3.2 s (約26 轉圈)，進給行走距離約為2.6 mm。這部分距離可以預先設置在擋塊的位置上。

第二組:①轉速停止:以800 r/min為例，當擋塊壓迫到觸點以后，電源立即關閉，關閉電源后約3.7 s，主軸停轉。②進給停止:以0.25 mm/r為例，當行程開關斷開后，主軸繼續轉動3.7 s (約49.3圈)，進給行走距離約為12.3 mm。

說明:①第一組在實習中屬于常用，第二組基本上可以視作極限，實際操作中的取值一般不會再大了;②不同的車床可能會略有差異。

圖3 電氣原理圖

圖4 改裝前SB4 電氣連接圖

圖5 改裝后SB4電氣連接圖

3 裝置的特點

裝置安裝、調試成功后所表現出來的優點有以下幾點:

(1)限位開關的觸點固定在大拖板上，不受中拖板運動的影響。

(2)能根據中拖板行程位置以及使用者的意愿，隨意調節擋塊的位置，來控制機床行程的長短，并能作相對固定。

(3)當中拖板超程時，擋塊撞擊到限位開關，便可以直接切斷主機電源，讓主機立刻停轉，試驗效果很好(見上述數據)。

(4)當超程停止后，只需在中拖板回安全行程內的條件下，按下綠色的啟動按鈕就可以實現復位，跟正常的操作完全一樣。

(5)裝置安裝在尾座這一面，擋塊與限位開關的觸點分別安裝在中拖板和大拖板上，不會相互影響。而且，在實際加工過程中，不會受鐵屑等加工因素的影響。

(6)限位開關是和停止按鈕串聯的，也就是多了一個停止按鈕。限位的挑選以及安裝是經過實驗驗證的，它能不間斷地完成安全停止工作，性能穩定的同時運行很可靠。

4 結束語

在普通車床上設置限位自動裝置，技術改造容易實現，投資成本較低，效果明顯，具有一定的參考推廣意義。在加工過程中能保證人身安全、機床設備安全，讓操作者更加投入到加工中去。但是，增加限位自動裝置后，也有可能導致操作者降低對機床操作的注意力。因此，雖然加裝安全裝置，仍然要求操作者集中精神、規范操作。

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