徐躍增，胡偉心

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州311231)

普通車床結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，具有徑向和軸向自動(dòng)走刀功能，可進(jìn)行一般的常規(guī)加工，適合加工雜件、維修配件或?yàn)閿?shù)控加工前的粗加工。普通車床操作也是工科類大學(xué)生必修的實(shí)踐教學(xué)課程，對(duì)數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生來說，先進(jìn)行普通車床操作的訓(xùn)練，待操作技能較熟練之后，再學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的操作大有好處。在一般的機(jī)床加工行業(yè)中，普通車加工的切削量往往會(huì)超過60%。熟練掌握普通車床操作技術(shù)也是學(xué)生就業(yè)的需要，我國(guó)現(xiàn)階段的機(jī)械行業(yè)中，更需要既能操作數(shù)控機(jī)床又能操作普通機(jī)床的高技能人才。

數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上加裝數(shù)控操作系統(tǒng)，采用無極變速，設(shè)置行程限位開關(guān)，可手工編程和電腦編程，適合加工中小批量及外形復(fù)雜的工件，加工精度高，但價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用高。在職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)中，使用普通機(jī)床更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，既有利于教學(xué)質(zhì)量的提高，又能達(dá)到降低教學(xué)成本的效果。數(shù)控機(jī)床上因?yàn)橛邢尬婚_關(guān)，不用擔(dān)心超程，但普通機(jī)床沒有超程限位裝置，初學(xué)者往往會(huì)因?yàn)閯?dòng)作不協(xié)調(diào)過度搖動(dòng)手輪，使其超出行程，撞到防護(hù)罩上或手輪上，缺乏安全保障。

1 安全限位自動(dòng)裝置的總體構(gòu)架

1.1 普通C6140 車床概況

C6140 普通車床屬于通用機(jī)床。其性能、結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)與同類規(guī)格車床大致相近，最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400 mm，最大工件長(zhǎng)度是1 000 mm (從750～2 000 mm 不等)，是用于生產(chǎn)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(jī)械制造業(yè)的單件、小批生產(chǎn)車間，各行業(yè)的工具制作部門、機(jī)器設(shè)備修理部門，試驗(yàn)室和職業(yè)院校學(xué)生實(shí)訓(xùn)用。

1.2 普通車床在教學(xué)應(yīng)用中存在的安全隱患

職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)基地的普通車床主要是以教學(xué)為目的，基本上是以學(xué)生使用、訓(xùn)練為主。使用者大多是初學(xué)操作，技術(shù)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(xiàng)。尤其是在加工實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生往往只注意到加工工件的位置，擔(dān)心尺寸超差，難以顧及進(jìn)給手輪等部位的安全性。因此，在加工過程中，進(jìn)刀或退刀時(shí)，容易使拖板撞到手輪上，尤其是在中拖板上發(fā)生的可能性最大。這就給設(shè)備和人身安全埋下了隱患。

(1)當(dāng)車削進(jìn)給縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)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(jìn)給時(shí)，往里走會(huì)撞到防護(hù)罩，在產(chǎn)生噪聲的同時(shí)，嚴(yán)重影響絲杠傳動(dòng)精度和工件的加工精度。

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

(4)損害機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，例如齒輪、摩擦片等。

(5)影響工藝系統(tǒng)剛度。

1.3 設(shè)置限位自動(dòng)裝置

限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，廣泛用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，利用運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或斷開控制電路，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。選擇適當(dāng)?shù)男谐涕_關(guān)，在普通車床的合適位置設(shè)計(jì)安裝限位自動(dòng)裝置，以確保學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)的操作安全，具有極為重要的意義。

2 改進(jìn)方案的擬定

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

2.1 改進(jìn)方案

在中拖板上加一個(gè)限位開關(guān)，使它在中拖板運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)起作用。在加工過程中，如果中拖板超程，它便能自動(dòng)切斷主機(jī)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(huì)自動(dòng)停止，而且不容易發(fā)生安全事故。在加工過程中，橫向進(jìn)給超程時(shí)，其主要作用就是使主機(jī)停轉(zhuǎn)，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(guān)的固定塊和觸點(diǎn);

(2)擋塊要有一定的調(diào)節(jié)范圍;

(3)在進(jìn)給超程時(shí)，能使主機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn);

(4)停止后，復(fù)位方便、快捷;

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

(6)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。

2.2 限位開關(guān)的選擇與安裝、調(diào)試

(1)限位開關(guān)的型號(hào)選擇

行程限位開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)式、滾輪式、微動(dòng)式和組合式。根據(jù)擋塊的形式和試驗(yàn)論證比較，選擇日本松下AZ7311 限位開關(guān)(圖1)，無論是電氣性能還是機(jī)械性能和使用條件，均能滿足要求，尤其是其壽命指標(biāo)，機(jī)械壽命1 000 萬次以上(通斷頻率50次/min);電氣壽命(阻性負(fù)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(guān)的工作原理是:當(dāng)被控機(jī)械上的撞塊撞擊帶有滾輪的推桿時(shí)，頂下推桿，使微動(dòng)開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動(dòng)作;當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械返回時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，各部分動(dòng)作部件復(fù)位。

圖1 AZ7311 限位開關(guān)

(2)限位開關(guān)的安裝

根據(jù)中拖板的行程和實(shí)際數(shù)值，在中拖板靠近尾座的一邊，安裝固定塊、擋塊滑動(dòng)條，在滑動(dòng)條上裝上兩個(gè)能活動(dòng)的擋塊并固定。在擋塊的下方大拖板的中間，安裝限位開關(guān)，如圖2所示。

圖2 安裝簡(jiǎn)易示意圖

(3)電氣控制及線路布置

根據(jù)圖3所示的機(jī)床電氣原理圖，在安全保護(hù)的線路停止按鈕的電路上(中)，串聯(lián)一個(gè)限位開關(guān)。

如圖4所示，在SB4的按鈕處(4與5之間)串聯(lián)一個(gè)限位開關(guān)，因?yàn)镾B4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(yàn)結(jié)果

經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試，獲取以下2組數(shù)據(jù):

第一組:①轉(zhuǎn)速停止:以500 r/min為例，當(dāng)擋塊壓迫到觸點(diǎn)以后，電源立即關(guān)閉，關(guān)閉電源后約3.2 s，主軸停轉(zhuǎn)。②進(jìn)給停止:以0.1 mm/r為例，當(dāng)行程開關(guān)斷開后，主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)3.2 s (約26 轉(zhuǎn)圈)，進(jìn)給行走距離約為2.6 mm。這部分距離可以預(yù)先設(shè)置在擋塊的位置上。

第二組:①轉(zhuǎn)速停止:以800 r/min為例，當(dāng)擋塊壓迫到觸點(diǎn)以后，電源立即關(guān)閉，關(guān)閉電源后約3.7 s，主軸停轉(zhuǎn)。②進(jìn)給停止:以0.25 mm/r為例，當(dāng)行程開關(guān)斷開后，主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)3.7 s (約49.3圈)，進(jìn)給行走距離約為12.3 mm。

說明:①第一組在實(shí)習(xí)中屬于常用，第二組基本上可以視作極限，實(shí)際操作中的取值一般不會(huì)再大了;②不同的車床可能會(huì)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(diǎn)

裝置安裝、調(diào)試成功后所表現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn):

(1)限位開關(guān)的觸點(diǎn)固定在大拖板上，不受中拖板運(yùn)動(dòng)的影響。

(2)能根據(jù)中拖板行程位置以及使用者的意愿，隨意調(diào)節(jié)擋塊的位置，來控制機(jī)床行程的長(zhǎng)短，并能作相對(duì)固定。

(3)當(dāng)中拖板超程時(shí)，擋塊撞擊到限位開關(guān)，便可以直接切斷主機(jī)電源，讓主機(jī)立刻停轉(zhuǎn)，試驗(yàn)效果很好(見上述數(shù)據(jù))。

(4)當(dāng)超程停止后，只需在中拖板回安全行程內(nèi)的條件下，按下綠色的啟動(dòng)按鈕就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)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(guān)的觸點(diǎn)分別安裝在中拖板和大拖板上，不會(huì)相互影響。而且，在實(shí)際加工過程中，不會(huì)受鐵屑等加工因素的影響。

(6)限位開關(guān)是和停止按鈕串聯(lián)的，也就是多了一個(gè)停止按鈕。限位的挑選以及安裝是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，它能不間斷地完成安全停止工作，性能穩(wěn)定的同時(shí)運(yùn)行很可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

在普通車床上設(shè)置限位自動(dòng)裝置，技術(shù)改造容易實(shí)現(xiàn)，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(jī)床設(shè)備安全，讓操作者更加投入到加工中去。但是，增加限位自動(dòng)裝置后，也有可能導(dǎo)致操作者降低對(duì)機(jī)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(guī)范操作。

【1】李恒熙，胡志玲，任茂文.CK6136(教學(xué)型)數(shù)控車床結(jié)構(gòu)組成的研究[J].機(jī)械制造與研究，2006(5):86－87.

【2】宋運(yùn)偉.機(jī)床電氣控制[M].天津:天津大學(xué)出版社，2008.

【3】賈亞洲.金屬切削機(jī)床概論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

【4】杜曉林，文永華，古毓全.在普通車床上增設(shè)縱向自動(dòng)進(jìn)給安全裝置[J].機(jī)床與液壓，2006(11):246－248.