CA6140 車床主軸安全啟動的改進(jìn)與實踐
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 車床的主軸啟動控制結(jié)構(gòu), 設(shè)計一種主軸安全啟動的控制電路和輔助結(jié)構(gòu)裝置, 并闡述了機(jī)電聯(lián)控的方法與實踐條件, 消除了車床主軸啟動過程中的安全隱患, 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
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, 也是企業(yè)科學(xué)管理的一項十分重要的手段。以我國自行設(shè)計的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, 會因個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尤為重要。
主軸作為車床的主運(yùn)動部件, 與卡盤連接于一體。通過卡盤定位裝夾工件, 并帶動工件隨車床主軸一起旋轉(zhuǎn), 實現(xiàn)車床的主運(yùn)動。在車床的主運(yùn)動鏈中, 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時的操作安全隱患。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, 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, 一定要做好與主軸連接卡盤的防護(hù)。同時, 安裝工件時切不可將卡盤扳手遺落在卡盤上, 工件夾緊無誤后, 方可啟動主軸。但有時, 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。正是基于CA6140 車床主軸安全啟動的要求, 作者進(jìn)行了其機(jī)電聯(lián)控的主軸安全啟動的裝置設(shè)計。
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)向前扳動操縱手柄1 時, 連桿4 在聯(lián)接件2 的順時針運(yùn)動下向后移動, 使曲柄5 帶動曲柄軸7 順時針轉(zhuǎn)動。而曲柄軸和齒扇7 是一體部件, 使得齒扇7 順時針轉(zhuǎn)動。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)向后扳動操縱手柄1 時, 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, 離合器脫開, 主軸停止轉(zhuǎn)動。

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)計了如圖3 所示的主軸電機(jī)安全啟動控制電路[4] 。

圖3 主軸安全啟動電機(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)扳動操縱手柄1 時(如圖2), 無論向前還是向后(即行程開關(guān)SQ1 或SQ2 閉合), 此時, 一種情況是卡盤罩未操作到位, 行程開關(guān)SQ3 會因安全裝置的碰觸(未操作到位) 處于閉合狀態(tài)。這樣, 延時繼電器KT1 得電,的啟停機(jī)構(gòu)分析, 要想機(jī)-電聯(lián)控, 實現(xiàn)主軸的安全啟動, 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)作為一個機(jī)電聯(lián)控的部件。同時, 為了行程開關(guān)在使用過程中接觸靈敏、微動開關(guān)快速動作且阻力小, 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, 要實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)安全, 必須在主軸卡盤端設(shè)置一個安全裝置, 檢查其是否操作到位的行程開關(guān)(SQ3)。同時, 在安全裝置未操作到位時, 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, 要想實現(xiàn)主軸啟動的機(jī)-電聯(lián)控, 其基本的工作過程如下:
延時開關(guān)KT1 延時打開, KM1 失電, 主軸電機(jī)停轉(zhuǎn)。但延時繼電器的延時時間須小于主軸啟動時間[5] ; 另一種情況就是卡盤罩操作到位, 行程開關(guān)SQ3 打開,扳動操縱手柄1 (如圖2), 行程開關(guān)SQ1 或SQ2 閉合, KT1 失電, 延時開關(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 能及時使主軸電機(jī)停止。
4.主軸安全啟動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與使用過程
根據(jù)夾具設(shè)計規(guī)范[6] , 設(shè)計了一套適合主軸機(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 的定位臺階, 以防卡盤罩1 脫落, 且保證卡盤罩1 在把手8 的手動旋轉(zhuǎn)下, 靈活自如。同時, 在卡盤罩1 使用時, 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“防呆” 設(shè)計。即未取卡盤扳手2 時, 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, 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, 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)計操作機(jī)構(gòu)裝置主要是防止卡盤罩未防護(hù)時,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3 mm。
5.結(jié)束語
對某院實訓(xùn)車間的CA6140 車床進(jìn)行改造, 經(jīng)過幾個月的實際使用, 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, 對企業(yè)的設(shè)備安全也有一定的價值。
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[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1989.
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