车床溜板箱防撞装置的改进设计与应用*

盖立武 王 成 吴婷婷 赵 亮

(①苏州市职业大学机电工程系，江苏苏州 215104;②苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州 215104)

车床分为普通车床和数控车床，是机械制造业中一种非常重要的设备，大约占机床总数的30% ～40%。机械制造业在利用车床加工作业时，机械伤害事故时有发生，所以在车床加工业中强化安全教育，加强安全管理的同时，提高车床自身的安全保护功能变得日益迫切起来［1］。

车削加工中发生大的安全事故主要有3种情况:(1)卡盘扳手未取下启动机床，致使卡盘扳手飞出伤人;(2)溜板箱撞击卡盘引起过载破坏;(3)溜板箱撞击尾座引起过载破坏。对于第一种情况已有不少技术人员设计了各种形式的安全开关予以较好的解决，能有效避免此类事故的发生［2－3］。对于后面两种情况虽也有技术人员设计了溜板箱防撞装置，在车床防撞装置的发展上取得了一些成果，但他们所设计的防撞装置只是针对某一特定情况的，当加工条件改变时，防撞装置将失去作用，因此设计存在着一定的局限性。在此主要针对后面两种情况，并结合原有的溜板箱防撞装置已取得的技术成果，提出新的改进设计。

1 溜板箱防撞装置研究现状及分析

车床溜板箱防撞装置在长期的研究和发展中，形成了2种主要的技术成果。一种是以纯机械装置组成的，另一种是以机械和电器元件相结合的装置。纯机械的防撞装置由于维护调整困难，且仅能使用在普通车床上，使用范围受到限制，逐渐被淘汰［4］。以机械和电器元件相结合的防撞装置由于造价便宜、维护调整便利，广泛应用在数控车床上和经过安全改造的普通车床上。

1.1 结构组成

在现有的普通车床或数控车床的溜板箱防撞装置中，设计者大都采用如图1所示的方案。

在车床的溜板箱下安装行程开关1和2，在导轨面下面安装一根导向杆5，在上面固定好挡块3和4，调整好挡块4的位置，使卡盘处于保护范围以内，当溜板箱向卡盘方向运动时，在刀架接近卡盘时，行程开关2碰上挡块4，机床进给系统断电，溜板箱停止运动，从而能避免刀架撞击卡盘事故的发生。同理溜板箱向尾座方向运动，当行程开关1碰到挡块3时机床进给系统的电路将断电，从而避免溜板箱和尾座发生碰撞的事故［5－6］。

1.2 问题分析

上述防撞装置能较好预防刀架撞击卡盘的事故，但在防止溜板箱撞击尾座的设计上存在一定的局限性。这是因为此防撞装置的设计上是假想尾座在加工过程中固定在某一特定的位置上，防撞装置也仅考虑防止溜板箱体和尾座在纵向上的碰撞。因此其在使用中存在着一定的局限性，在下列情况下保护性将丧失。

情况一:当要钻孔或用一夹一顶的方式夹持工件时，把尾座前移到如图2所示位置。此时防撞装置就丧失了对尾座的保护作用，必须重新调整挡块3的位置才能起到防护作用。但有时操作者麻痹大意，这时如误操作就有可能发生溜板箱和尾座相撞的事故。

情况二:如图3所示，当使用车床车削端面，或用镗孔刀车削完内孔后横向退刀，溜板箱在图示位置横向运动时，普通车床的小滑板或数控车床的刀架电动机在误操作下就有可能撞到尾座上，而上述的防撞装置就没有考虑到这种情况。

情况三:如图4所示，当在车床上车削内螺纹或镗孔时，普通车床的小滑板(或数控车床的刀架电动机)常常移动到图示所在位置，在此位置上小滑板(或刀架电动机)在纵向上与尾座重合。当溜板箱向尾座方向运动时，在误操作下小滑板或刀架电动机就有和尾座相撞的可能。

情况四:由于数控车床加工的过程是由程序控制的，当使用传统的防撞装置，在编程之前，编程人员就必须对溜板箱的运动轨迹做精确的计算，防止加工时溜板箱和尾座相撞。当使用一夹一顶的夹持方式时，这种计算就变得愈加困难。如编程人员计算疏忽就有可能发生溜板箱撞击尾座的事故。

2 方案设计

根据上述车床溜板箱防撞装置已取得的技术成果和问题分析，设计一套更加合理的车床防撞装置，可以使尾座在导轨的任何位置都能有效防止溜板箱撞击尾座事故的发生，提高车削加工过程中的安全性。方案设计如图5所示。

行程开关5设置在溜板箱的底面左侧，调整好挡块6使卡盘处于安全保护范围内，当溜板箱向左运动，刀架接近卡盘时行程开关5碰上挡块6，机床进给系统断电，溜板箱运动停下，从而防止刀架撞击卡盘的事故发生。把行程开关1安放在溜板箱体上，行程开关2安放在普通车床小滑板(或数控车床刀架电动机)的右端，行程开关3和4分别安放在普通车床小滑板(或数控车床刀架电动机)的前后两侧。把整个尾座当作挡块，当行程开关碰到尾座时机床进给系统断电，这样不论尾座移动到任何位置都能有效避免撞击事故发生。

3 方案的具体实施

改进后的车床溜板箱防撞装置既可应用在普通车床上也可应用在数控车床上，实现形式基本相同。现以普通车床为例来说明实现的具体过程。防撞装置在实际应用中为了减少改造电路中间环节的影响，在这里采用在机床原有的控制电路上增加连接线的办法来实现。即把行程开关1、2、3、4、5串接在溜板箱的开关电路上。行程开关处于常闭状态，当行程开关与尾座或挡块碰撞时机床进给系统发生断路，溜板箱运动停下来，从而避免溜板箱与尾座或卡盘的碰撞。机床工作中由于使用切削液溜板箱较潮湿，为了防止影响元器件的工作性能应选择防水型行程开关，在线的接头处使用防水绝缘胶带加以保护。在连接线的外壳上装上防护管以增强连接线的强度。为了防止切屑等对连接线的伤害，连接线应尽量固定在溜板箱的底部和溜板箱的侧面上。溜板箱下面靠近左侧面的行程开关采用滚轮式的，这种行程开关既能起到防护作用，当用手轮摇动溜板箱越过挡块时，行程开关也能自动复位，而不会损坏自身。其他的行程开关由于是以尾座为挡块的，为安装方便和动作的可靠性，采用的是按钮式行程开关。改造后的溜板箱防撞装置见图6所示。

4 结语

所设计的车床溜板箱防撞装置，继承了原有溜板箱防撞装置的优点，在溜板箱的左侧面设置了一个滚轮式行程开关，通过合理设置挡块能有效防止刀架撞击卡盘事故的发生。另外4个按钮式行程开关分别设置在小滑板和溜板箱体的右侧面上，把尾座当做挡块。当行程开关的触点与尾座体接触时，机床的进给系统电路断电，可有效地防止溜板箱与尾座相撞的事故发生，这种防撞装置具有“动态”的保护功能，不管尾座在导轨上移动到何处，只要防撞装置的电器元件不损坏，均能起到保护作用。这种以尾座为挡块的车床防撞装置是一种全新的设计理念，大大提高了车床加工过程中的安全性，较以前的防撞装置相比安全防护范围扩大了，调整时间缩短了。此项技术成果已申请实用新型专利，并已授权，授权号:201220090032.1。

［1］盖立武，朱学超，张又平.数控车床实践教学安全体系的构建与实施［J］.实验室研究与探索，2007(8):145 －147.

［2］王飞.数控机床超程保护的几种方式［J］.机床与液压，2011(9):122－123.

［3］孙有亮，颜景润.实习用车床的安全装置设计［J］.机械设计与研究，2009(10):114－116.

［4］顾维邦.金属切削机床概论［M］.北京:机械工业出版社，2005:21－57.

［5］杜晓林，文永华.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.

［6］王勇.普通车床纵向自动进给安全装置的研究与应用［J］.机械，2011(4):60－62.