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CA6140 车床主轴安全启动的改进与实践
2016-10-10  来源:无锡科技职业学院中德机电学院  作者:崔业军
 
      摘要: 分析CA6140 车床的主轴启动控制结构, 设计一种主轴安全启动的控制电路和辅助结构装置, 并阐述了机电联控的方法与实践条件, 消除了车床主轴启动过程中的安全隐患, 提高了车床操作的安全系数。
  
      关键词: 车床主轴; 安全启动
  
      车床是机床的一种, 在机械加工行业中车床被认为是所有设备的工作“母机”。通常情况下, 在机械制造企业中, 车床占机床总数的30% ~50%。车削也是机械制造业中最基本、最常用的加工方法。因此,在生产中坚持贯彻执行《中华人民共和国安全生产法》, 精心操作, 严格按车床操作规程作业, 既能保障生产工人和车床的安全, 同时, 也是企业科学管理的一项十分重要的手段。以我国自行设计的CA6140型卧式车床为例, 对于初学者、操作不熟练者以及疲劳等原因, 往往在车床操作时, 会因个人原因疏忽遗漏了常讲的车床安全操作规程中的要点, 这其中以主轴的安全启动尤为重要。
  
      主轴作为车床的主运动部件, 与卡盘连接于一体。通过卡盘定位装夹工件, 并带动工件随车床主轴一起旋转, 实现车床的主运动。在车床的主运动链中, 其首端是车床主轴电机, 主轴电机与主轴之间的变速和变向是由不同齿数的齿轮啮合和离合器的离合实现。由此可见, 控制主轴电机的启停与离合器的离合可以有效地避免主轴启动时的操作安全隐患。在车床的安全操作规程中重点强调: 在车床进行车削时, 严禁物体与机床的旋转部件接触。那么, 要保证主轴的安全旋转启动, 一定要做好与主轴连接卡盘的防护。同时, 安装工件时切不可将卡盘扳手遗落在卡盘上, 工件夹紧无误后, 方可启动主轴。但有时, 如何提醒操作者操作失误或者避免不安全的操作规范, 除了常规的安全操作规程培训外, 还要对主轴上卡盘端进行安全防护的设计。正是基于CA6140 车床主轴安全启动的要求, 作者进行了其机电联控的主轴安全启动的装置设计。
  
      1.主轴电机的控制电路与主轴启停机构分析
  
      (1) 主轴电机的控制电路
  
      查阅CA6140 车床的电气图册, 可知其主轴电机的启停控制线路如图1 所示[1] 。启动主轴, 首先打开电箱门, 接通空气开关QF0、QF1。其次, 按床鞍按钮板上绿色启动按钮SB2, 正向接触器KM1 得电吸合, 主触点闭合, 使车床主轴电机M1 正转。按下急停按钮SB1, 主轴电机停止; 停止主轴, 则按红色急停按钮SB1, KM1 失电释放, 主轴电机M1 停止旋转.
  
  图1 CA6140 车床主轴启动控制线路
  
      (2) 主轴的启停机构
  
      车床上主轴的启停, 主要是通过摩擦双向(左和右) 离合器的离合与主轴电机进行动力传递。离合器的左、右结合或脱开的操纵如图2 所示[2] 。当向前扳动操纵手柄1 时, 连杆4 在联接件2 的顺时针运动下向后移动, 使曲柄5 带动曲柄轴7 顺时针转动。而曲柄轴和齿扇7 是一体部件, 使得齿扇7 顺时针转动。借助杠杆作用, 使得左离合器摩擦片压紧, 主轴正传。由于左离合器摩擦片多, 传递转矩较大, 通常用于切削加工。反之, 当向后扳动操纵手柄1 时, 右离合器压紧, 主轴反转。当操纵手柄1 处于中间位置时, 离合器脱开, 主轴停止转动。
  
  
图2 CA6140 车床正反转操纵机构
  
      2.机-电联控的工作过程分析
  
      依据CA6140 车床的主轴电机的控制线路和主轴

  
      3.主轴电机的安全控制电路
  
      从主轴安全正、反转以及停转的工作过程分析,设计了如图3 所示的主轴电机安全启动控制电路[4] 。
  
  
图3 主轴安全启动电机控制线路
  
      其控制过程是这样的: 按床鞍按钮板上绿色启动按钮SB2, 正向接触器KM1 得电吸合, 主触点闭合,使车床主轴电机M1 正转。接下来, 当扳动操纵手柄1 时(如图2), 无论向前还是向后(即行程开关SQ1 或SQ2 闭合), 此时, 一种情况是卡盘罩未操作到位, 行程开关SQ3 会因安全装置的碰触(未操作到位) 处于闭合状态。这样, 延时继电器KT1 得电,的启停机构分析, 要想机-电联控, 实现主轴的安全启动, 考虑到改造成本和安装方便, 采用机床上通用的行程开关作为一个机电联控的部件。同时, 为了行程开关在使用过程中接触灵敏、微动开关快速动作且阻力小, 通过对其技术要求进行对比分析, 决定采用滚轮式行程开关[3] 。从主轴电机的主回路可知, 要想控制线路能使主轴电机启停, 就必须使KM1 得电或失电。此外, 要实现主轴的旋转安全, 必须在主轴卡盘端设置一个安全装置, 检查其是否操作到位的行程开关(SQ3)。同时, 在安全装置未操作到位时, 主轴的启停机构不能将主轴旋转起来, 那就必须在主轴启停机构中设置行程开关。考虑主轴正、反转情况, 需设立2 个并联的行程开关(SQ1、SQ2) 对应控制。综合以上这些工况可知, 要想实现主轴启动的机-电联控, 其基本的工作过程如下:
  
      延时开关KT1 延时打开, KM1 失电, 主轴电机停转。但延时继电器的延时时间须小于主轴启动时间[5] ; 另一种情况就是卡盘罩操作到位, 行程开关SQ3 打开,扳动操纵手柄1 (如图2), 行程开关SQ1 或SQ2 闭合, KT1 失电, 延时开关KT1 常闭, KM1 开关自锁,保证KM1 得电, 主轴电机正转, 主轴安全回转。此外, 急停按钮SB1 能及时使主轴电机停止。
  
      4.主轴安全启动机构的结构与使用过程
  
根据夹具设计规范[6] , 设计了一套适合主轴机-电联控的辅助装置, 结构如图4、图5 所示。下面结合装置简图来具体说明其使用过程与功能。
  
  
图4 卡盘罩装置
  
  
图5 操纵机构装置
  
      (1) 卡盘罩装置
 
      如图4 所示, 先将定位盘6 按照装配图要求, 用螺钉5 联接于床头箱7 上。定位盘6 上的螺钉孔预制, 在床头箱7 上的安装位置按照定位盘6 上联接孔孔位配做。将定位销轴4 放入卡盘罩1 的旋转中心, 如图4中定位销轴4 所在位置。接着将定位销轴4 的螺纹端拧入定位盘6 上的定位内螺纹中。需要注意的是, 定位销轴4 的非螺纹端要留卡盘罩1 的定位台阶, 以防卡盘罩1 脱落, 且保证卡盘罩1 在把手8 的手动旋转下, 灵活自如。同时, 在卡盘罩1 使用时, 为了防止作者将卡盘扳手遗落在卡盘上, 特在卡盘罩上进行了一个“防呆” 设计。即未取卡盘扳手2 时, 卡盘罩1 不能合上, 以提醒操作者, 保证操作的规范性。卡盘罩1 防护时, 内侧是通过弧形面搭在卡盘内侧轴圆弧面上, 既起支撑作用, 又对卡盘罩1 起着防轴向移动的作用。行程开关3 (SQ3) 通过支架安装在床头箱内侧, 安装前要与卡盘罩1 进行位置配合调试, 确保卡盘罩1 打开时行程开关3 起控制作用。需要注意的是, 在抬起或放落卡盘罩1 时, 不可惯性过大。否则易损坏内侧弧形面, 或压坏行程开关3。
  
      (2) 操作机构装置
  
      设计操作机构装置主要是防止卡盘罩未防护时,通过行程开关SQ1 或SQ2 的闭合切断主轴电机。操纵机构装置如图5 所示。将抱箍3、铜片5 按图示位置定位好后, 通过螺钉联接抱紧于曲柄轴4 上, 与曲柄轴形成一体。在铜片5 的两侧安置行程开关SQ1 和SQ2, 扳动操纵手柄前、后, 确保左、右接触良好。此外, 要保证铜片的接触刚性, 铜片必须具备一定厚度, 至少3 mm。
 
      5.结束语
  
      对某院实训车间的CA6140 车床进行改造, 经过几个月的实际使用, 改造后的车床完全达到了车床在5S 安全规范方面的要求, 效果良好。由此可见, 通过对CA6140 车床主轴安全启动改造, 既完善了车床的功能, 又提高了车床运行的稳定性和安全性, 降低了设备的事故率, 让操作者形成良好的车床使用习惯, 保障了操作者的人身安全。同时, 对企业的设备安全也有一定的价值。
   
      参考文献:
  
      [1] CA 系列卧式车床使用说明书(电气部分)[M].沈阳:沈阳第一机床厂,2005.
  
      [2] 贾亚洲.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社,1998.
  
      [3] 菲舍尔.简明机械手册[M].云忠,杨放琼,译.长沙:湖南科学技术出版社,2009.
  
      [4] 史健芳,陈惠英,李凤莲,等.电路分析基础[M].北京:高等教育出版社,2012.
  
      [5] 齐占庆.机床电气控制技术[M].北京:机械工业出版社,2000.
  
      [6] 陶崇德,葛鸿翰.机床夹具设计[M].上海:上海科学技术出版社,1989.

 
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