普通车床中拖板安全限位自动装置的设计

徐跃增，胡伟心

(浙江同济科技职业学院，浙江杭州311231)

普通车床结构相对较简单，具有径向和轴向自动走刀功能，可进行一般的常规加工，适合加工杂件、维修配件或为数控加工前的粗加工。普通车床操作也是工科类大学生必修的实践教学课程，对数控技术、机电一体化技术等专业的学生来说，先进行普通车床操作的训练，待操作技能较熟练之后，再学习数控机床的操作大有好处。在一般的机床加工行业中，普通车加工的切削量往往会超过60%。熟练掌握普通车床操作技术也是学生就业的需要，我国现阶段的机械行业中，更需要既能操作数控机床又能操作普通机床的高技能人才。

数控车床是在普通车床的基础上加装数控操作系统，采用无极变速，设置行程限位开关，可手工编程和电脑编程，适合加工中小批量及外形复杂的工件，加工精度高，但价格昂贵，维修费用高。在职业技术学院教学中，使用普通机床更能体现经济性，既有利于教学质量的提高，又能达到降低教学成本的效果。数控机床上因为有限位开关，不用担心超程，但普通机床没有超程限位装置，初学者往往会因为动作不协调过度摇动手轮，使其超出行程，撞到防护罩上或手轮上，缺乏安全保障。

1 安全限位自动装置的总体构架

1.1 普通C6140 车床概况

C6140 普通车床属于通用机床。其性能、结构和技术参数与同类规格车床大致相近，最大工件回转直径为400 mm，最大工件长度是1 000 mm (从750～2 000 mm 不等)，是用于生产加工的完全型车床。该车床具有较广泛的工艺性能，适用于一般机械制造业的单件、小批生产车间，各行业的工具制作部门、机器设备修理部门，试验室和职业院校学生实训用。

1.2 普通车床在教学应用中存在的安全隐患

职业院校实训基地的普通车床主要是以教学为目的，基本上是以学生使用、训练为主。使用者大多是初学操作，技术上较为生疏，也不像操作熟练的老师傅那样懂得很多加工注意事项。尤其是在加工实训过程中，学生往往只注意到加工工件的位置，担心尺寸超差，难以顾及进给手轮等部位的安全性。因此，在加工过程中，进刀或退刀时，容易使拖板撞到手轮上，尤其是在中拖板上发生的可能性最大。这就给设备和人身安全埋下了隐患。

(1)当车削进给纵向运动时，会撞到卡盘，轻则损害刀具、工件，重则殃及人身安全。

(2)中拖板横向进给时，往里走会撞到防护罩，在产生噪声的同时，严重影响丝杠传动精度和工件的加工精度。

(3)向外走时，会撞到大拖板的手轮，同样在影响中拖板的同时，还会影响大拖板，引起设备安全事故。

(4)损害机床的进给传动系统，例如齿轮、摩擦片等。

(5)影响工艺系统刚度。

1.3 设置限位自动装置

限位开关又称行程开关，广泛用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，利用运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或断开控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。选择适当的行程开关，在普通车床的合适位置设计安装限位自动装置，以确保学生实训时的操作安全，具有极为重要的意义。

2 改进方案的拟定

采用普通车床加工时，如果操作不当，大、中拖板很容易超出行程撞到极限，尤其是中拖板。当中拖板走到极限(靠近操作者)时，极易发生设备和人身安全事故。针对以上问题，提出以下改进方案。

2.1 改进方案

在中拖板上加一个限位开关，使它在中拖板运动到一定位置时起作用。在加工过程中，如果中拖板超程，它便能自动切断主机电路，使主轴停止工作，就好像按了急停按钮一样，到了一定的位置就会自动停止，而且不容易发生安全事故。在加工过程中，横向进给超程时，其主要作用就是使主机停转，让它正常工作的前提条件主要有:

(1)要有固定的位置，也可称为极限位置，来安装限位开关的固定块和触点;

(2)挡块要有一定的调节范围;

(3)在进给超程时，能使主机自动停止运转;

(4)停止后，复位方便、快捷;

(5)装置在实际生产中方便，不受外界加工因素(如铁屑、冷却液、大中拖板的自动行走等)的影响;

(6)性能稳定，运行可靠。

2.2 限位开关的选择与安装、调试

(1)限位开关的型号选择

行程限位开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。根据挡块的形式和试验论证比较，选择日本松下AZ7311 限位开关(图1)，无论是电气性能还是机械性能和使用条件，均能满足要求，尤其是其寿命指标，机械寿命1 000 万次以上(通断频率50次/min);电气寿命(阻性负载)20次以上(通断频率20次/min)，完全能满足使用要求，而且，其安装位置也非常有利于接线。行程限位开关的工作原理是:当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的推杆时，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作;当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。

图1 AZ7311 限位开关

(2)限位开关的安装

根据中拖板的行程和实际数值，在中拖板靠近尾座的一边，安装固定块、挡块滑动条，在滑动条上装上两个能活动的挡块并固定。在挡块的下方大拖板的中间，安装限位开关，如图2所示。

图2 安装简易示意图

(3)电气控制及线路布置

根据图3所示的机床电气原理图，在安全保护的线路停止按钮的电路上(中)，串联一个限位开关。

如图4所示，在SB4的按钮处(4与5之间)串联一个限位开关，因为SB4是停止按钮，而SB1 却是急停按钮。改装后连接如图5所示。

(4)试验结果

经过试验测试，获取以下2组数据:

第一组:①转速停止:以500 r/min为例，当挡块压迫到触点以后，电源立即关闭，关闭电源后约3.2 s，主轴停转。②进给停止:以0.1 mm/r为例，当行程开关断开后，主轴继续转动3.2 s (约26 转圈)，进给行走距离约为2.6 mm。这部分距离可以预先设置在挡块的位置上。

第二组:①转速停止:以800 r/min为例，当挡块压迫到触点以后，电源立即关闭，关闭电源后约3.7 s，主轴停转。②进给停止:以0.25 mm/r为例，当行程开关断开后，主轴继续转动3.7 s (约49.3圈)，进给行走距离约为12.3 mm。

说明:①第一组在实习中属于常用，第二组基本上可以视作极限，实际操作中的取值一般不会再大了;②不同的车床可能会略有差异。

图3 电气原理图

图4 改装前SB4 电气连接图

图5 改装后SB4电气连接图

3 装置的特点

装置安装、调试成功后所表现出来的优点有以下几点:

(1)限位开关的触点固定在大拖板上，不受中拖板运动的影响。

(2)能根据中拖板行程位置以及使用者的意愿，随意调节挡块的位置，来控制机床行程的长短，并能作相对固定。

(3)当中拖板超程时，挡块撞击到限位开关，便可以直接切断主机电源，让主机立刻停转，试验效果很好(见上述数据)。

(4)当超程停止后，只需在中拖板回安全行程内的条件下，按下绿色的启动按钮就可以实现复位，跟正常的操作完全一样。

(5)装置安装在尾座这一面，挡块与限位开关的触点分别安装在中拖板和大拖板上，不会相互影响。而且，在实际加工过程中，不会受铁屑等加工因素的影响。

(6)限位开关是和停止按钮串联的，也就是多了一个停止按钮。限位的挑选以及安装是经过实验验证的，它能不间断地完成安全停止工作，性能稳定的同时运行很可靠。

4 结束语

在普通车床上设置限位自动装置，技术改造容易实现，投资成本较低，效果明显，具有一定的参考推广意义。在加工过程中能保证人身安全、机床设备安全，让操作者更加投入到加工中去。但是，增加限位自动装置后，也有可能导致操作者降低对机床操作的注意力。因此，虽然加装安全装置，仍然要求操作者集中精神、规范操作。

【1】李恒熙，胡志玲，任茂文.CK6136(教学型)数控车床结构组成的研究[J].机械制造与研究，2006(5):86－87.

【2】宋运伟.机床电气控制[M].天津:天津大学出版社，2008.

【3】贾亚洲.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社，2008.

【4】杜晓林，文永华，古毓全.在普通车床上增设纵向自动进给安全装置[J].机床与液压，2006(11):246－248.