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，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)計了兩種方案，對原機(jī)床電器控制系統(tǒng)及安全功能做了改進(jìn)。通過設(shè)計、安裝、調(diào)試，使此問題得到了初步解決。

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)生聽多了易產(chǎn)生厭倦情緒，在長時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?？ūP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)對學(xué)生的安全知識教育外，還必須從技術(shù)、車床安全功能的設(shè)置上下功夫。

二、設(shè)計方案

設(shè)計方案一，先報警，后斷電(圖1)。報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滑塊導(dǎo)板，將行程開關(guān)1固定在該導(dǎo)板上。行程開關(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(無論是手動或自動走刀)碰撞至行程開關(guān)1時，與行程開關(guān)1串聯(lián)的蜂鳴器就發(fā)出報警信號，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，先接觸另一行程開關(guān)2(該開關(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，一旦與行程開關(guān)2脫離，機(jī)床又恢復(fù)正常供電。這種方案簡便易行，可靠性高，只需購買一個蜂鳴器，兩個行程開關(guān)，連接于機(jī)床控制電路即可。

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

三、方案比較

第一種方案是利用兩個行程開關(guān)對電路進(jìn)行控制。由行程開關(guān)1發(fā)出報警信號，若操作者仍沒有采取相應(yīng)措施，行程開關(guān)2便進(jìn)行強(qiáng)行斷電保護(hù)，相當(dāng)干兩道安全防線。該方案特點是結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，簡便易行，成本較低。不足之處是，對不同的工件而言，兩行程開關(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行程開關(guān)，技術(shù)更先進(jìn)，自動化程度高，但增設(shè)的電器元件較多，元件的選擇及延時時間的設(shè)定必須通過嚴(yán)格的設(shè)計計算與實際校驗來確定。

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。整流二極管型號的選擇用萬用表測得電動機(jī)兩相內(nèi)阻R約為3Q，將車床掛空檔，測得空載電流L=6 5A，根據(jù)經(jīng)驗公式‘=KIx(K為系數(shù)，取3 5—4)得所需直流制動電流‘=KIx=4×6 5=26A，直流電壓U=12R=26×3=78V，初選二極管型號為ZP300通過實驗，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，觀察制動效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓為180V時制動效果最理想，二極管工作安全，因整流二極管剛接通幾秒內(nèi)，瞬時電流可達(dá)額定電流的2倍，選擇二級管型號為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、陰極實際流過電流／=50A：由于晶閘管在接通較短時間內(nèi)，瞬時電流可超過額定電流，故選擇晶閘管型號為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)壓管型號為2CW52，單結(jié)晶體管為BT53，變壓器選用功率為10W220v／15V。

4、時間繼電器

時間繼電器線圈電壓110V，觸頭電流10A。

5、延時電路有關(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。

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

(作者單位：廣東省工業(yè)高級技工學(xué)校)