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CA6140車床主軸安全啟動的改進與實踐

文檔作者：崔業(yè)軍文檔來源：無錫科技職業(yè)學院中德機電學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月02日
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２０１６ 年１ 月
第４４ 卷第２ 期
機床與液壓
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊａｎ?? ２０１６
Ｖｏｌ?? ４４ Ｎｏ?? ２
ＤＯＩ： １０．３９６９／ ｊ?? ｉｓｓｎ?? １００１－３８８１?? ２０１６?? ０２?? ０６７
收稿日期： ２０１４－１１－０６
作者簡介： 崔業(yè)軍（１９７９—）， 男， 本科， 工程師， 講師， 主要從事數(shù)控加工技術教學及相關的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ２００９＿
ｃｕｉｙｅｊｕｎ＠ １６３?? ｃｏｍ。
ＣＡ６１４０ 車床主軸安全啟動的改進與實踐
崔業(yè)軍
（無錫科技職業(yè)學院中德機電學院， 江蘇無錫２１４０２８）
摘要： 分析ＣＡ６１４０ 車床的主軸啟動控制結(jié)構(gòu)， 設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)。
關鍵詞： 車床主軸； 安全啟動
中圖分類號： ＴＨ１８８　　文獻標志碼： Ｂ　　文章編號： １００１－３８８１ （２０１６） ２－２１８－３
　　車床是機床的一種， 在機械加工行業(yè)中車床被認
為是所有設備的工作“母機”。通常情況下， 在機械
制造企業(yè)中， 車床占機床總數(shù)的３０％ ～５０％。車削也
是機械制造業(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)科學管理
的一項十分重要的手段。以我國自行設計的ＣＡ６１４０
型臥式車床為例， 對于初學者、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， 這其中以主
軸的安全啟動尤為重要。
主軸作為車床的主運動部件， 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)車床的主運動。在車床的主運動鏈
中， 其首端是車床主軸電機， 主軸電機與主軸之間的
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)程中重點強調(diào)： 在車床進行
車削時， 嚴禁物體與機床的旋轉(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。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)程培訓外， 還要對主軸
上卡盤端進行安全防護的設計。正是基于ＣＡ６１４０ 車
床主軸安全啟動的要求， 作者進行了其機電聯(lián)控的主
軸安全啟動的裝置設計。
１　主軸電機的控制電路與主軸啟停機構(gòu)分析
（１） 主軸電機的控制電路
查閱ＣＡ６１４０ 車床的電氣圖冊， 可知其主軸電機
的啟?？刂凭€路如圖１ 所示［１］ 。啟動主軸， 首先打開
電箱門， 接通空氣開關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， 主觸點閉合， 使車床主軸電機Ｍ１ 正轉(zhuǎn)。按下急
停按鈕ＳＢ１， 主軸電機停止； 停止主軸， 則按紅色急
停按鈕ＳＢ１， ＫＭ１ 失電釋放， 主軸電機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進行動力傳遞。離
合器的左、右結(jié)合或脫開的操縱如圖２ 所示［２］ 。當向
前扳動操縱手柄１ 時， 連桿４ 在聯(lián)接件２ 的順時針運
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， 當向后扳動操縱手柄１ 時， 右
離合器壓緊， 主軸反轉(zhuǎn)。當操縱手柄１ 處于中間位置
時， 離合器脫開， 主軸停止轉(zhuǎn)動。
圖２?。茫粒叮保矗?車床正反轉(zhuǎn)操縱機構(gòu)
２　機－電聯(lián)控的工作過程分析
依據(jù)ＣＡ６１４０ 車床的主軸電機的控制線路和主軸
的啟停機構(gòu)分析， 要想機－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， 采用機床上通用
的行程開關作為一個機電聯(lián)控的部件。同時， 為了行
程開關在使用過程中接觸靈敏、微動開關快速動作且
阻力小， 通過對其技術要求進行對比分析， 決定采用
滾輪式行程開關［３］ 。
從主軸電機的主回路可知， 要想控制線路能使主
軸電機啟停， 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置一個安
全裝置， 檢查其是否操作到位的行程開關（ＳＱ３）。
同時， 在安全裝置未操作到位時， 主軸的啟停機構(gòu)不
能將主軸旋轉(zhuǎn)起來， 那就必須在主軸啟停機構(gòu)中設置
行程開關?？紤]主軸正、反轉(zhuǎn)情況， 需設立２ 個并聯(lián)
的行程開關（ＳＱ１、ＳＱ２） 對應控制。綜合以上這些
工況可知， 要想實現(xiàn)主軸啟動的機－電聯(lián)控， 其基本
的工作過程如下：
３　主軸電機的安全控制電路
從主軸安全正、反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)的工作過程分析，
設計了如圖３ 所示的主軸電機安全啟動控制電路［４］ 。
圖３　主軸安全啟動電機控制線路
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， 主觸點閉合，
使車床主軸電機Ｍ１ 正轉(zhuǎn)。接下來， 當扳動操縱手柄
１ 時（如圖２）， 無論向前還是向后（即行程開關
ＳＱ１ 或ＳＱ２ 閉合）， 此時， 一種情況是卡盤罩未操作
到位， 行程開關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，
延時開關ＫＴ１ 延時打開， ＫＭ１ 失電， 主軸電機停轉(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ＳＱ３ 打開，
扳動操縱手柄１ （如圖２）， 行程開關ＳＱ１ 或ＳＱ２ 閉
合， ＫＴ１ 失電， 延時開關ＫＴ１ 常閉， ＫＭ１ 開關自鎖，
保證ＫＭ１ 得電， 主軸電機正轉(zhuǎn)， 主軸安全回轉(zhuǎn)。此
外， 急停按鈕ＳＢ１ 能及時使主軸電機停止。
４　主軸安全啟動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與使用過程
根據(jù)夾具設計規(guī)范［６］ ， 設計了一套適合主軸機－
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
第２ 期崔業(yè)軍： ＣＡ６１４０ 車床主軸安全啟動的改進與實踐·２?。保埂?#183;　
圖５　操縱機構(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
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
操作者將卡盤扳手遺落在卡盤上， 特在卡盤罩上進行
了一個“防呆” 設計。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 進行位置配合調(diào)試， 確?？?
盤罩１ 打開時行程開關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３。
（２） 操作機構(gòu)裝置
設計操作機構(gòu)裝置主要是防止卡盤罩未防護時，
通過行程開關ＳＱ１ 或ＳＱ２ 的閉合切斷主軸電機。操
縱機構(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
對某院實訓車間的ＣＡ６１４０ 車床進行改造， 經(jīng)過
幾個月的實際使用， 改造后的車床完全達到了車床在
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， 又提高了車床運行的穩(wěn)定性和安全性， 降低
了設備的事故率， 讓操作者形成良好的車床使用習
慣， 保障了操作者的人身安全。同時， 對企業(yè)的設備
安全也有一定的價值。
參考文獻：
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陽第一機床廠，２００５．
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高等教育出版社，２０１２．
［５］ 齊占慶．機床電氣控制技術［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版
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術出版社，１９８９．
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國家機器人質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣州） 順利通過籌建論證
　　２０１６ 年１ 月２１ 日， 在廣州機械科學研究院有限公司召開了“國家機器人質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣州） ” 籌建專家
論證會， 會議由國家認證認可監(jiān)督管理委員會實驗室與檢測監(jiān)管部謝澄處長組織， 組建了以中國科學院沈陽自動化研
究所王天然院士為組長， 以及華南理工大學張憲民教授、廣東省工業(yè)技術研究院吳智恒高級工程師（教授級）、上海
電器科學研究院朱剛高級工程師、國家機床質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心趙欽志高級工程師（教授級） 共５ 位專家形成了專家組，
并邀請了廣東省發(fā)改委及質(zhì)監(jiān)局政府部門、中國機械工業(yè)聯(lián)合會副會長楊學桐副會長等相關領導參會。
我司汽車零部件研究所所長閔新和對籌建方案進行了詳細匯報， 項目擬建設機器人整機、關鍵零部件、安全性能、
噪聲、環(huán)境適應性、能效、ＥＭＣ 等１４ 個檢測試驗室， 可執(zhí)行相關標準６２ 項， 新增檢測能力４１０ 項。
專家組聽取了可行性報告、考察了現(xiàn)場并進行了質(zhì)詢， 認為建設機器人領域的國家質(zhì)檢中心符合“中國制造
２０２５” 發(fā)展戰(zhàn)略， 對提高我國機器人技術水平、推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義， 并肯定了我司長期從事機、電、液
檢測技術研究和行業(yè)檢測服務， 是我國機械行業(yè)技術歸口單位之一， 具備籌建國家質(zhì)檢中心所需的技術能力、人才隊
伍、場地與設備、管理體系等條件。
最后， 專家組認為籌建方案合理、內(nèi)容完整可行， 一致同意我司在國家機器人產(chǎn)品檢驗評定中心（廣州） 基礎上
建設“國家機器人質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣州） ”。
（內(nèi)容來源： 《機床與液壓》雜志社）
·２２０· 機床與液壓第４４ 卷

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