基于车床卡盘钥匙防忘拿控制系统设计方法研究

方显礼

摘要：提出了一种基于车床卡盘钥匙防忘拿控制系统的设计方法，由车床卡盘、卡盘钥匙、控制系统电路组成，通过这套装置来控制车床，只要卡盘钥匙不拿下，车床处于保护状态不能开机，控制系统具有电路结构简单、控制准确性高等特点，从而杜绝了安全事故的发生。

关键词：车床卡盘；法兰盘；卡盘钥匙

中图分类号：TH188 文献标识码：A

在普通车床、数控车床日常加工、实习生产时，有一个步骤是运用卡盘来夹紧工件进行相应的加工，工件的拆装是通过钥匙来松紧卡盘的。往往学生实习或初学者在拆装完了后就忘记拿下钥匙便开机工作，电机带动卡盘高速的转动，钥匙就会高速“飞出”，这给教学或生产加工带来了严重的安全隐患，轻则损坏车床设备，重则会给生产者造成重大伤亡。如图1为学生实习、实训中损坏车床卡盘钥匙。

本文所述基于车床卡盘钥匙防忘拿控制系统设计就是在原有车床机械结构、电气控制方法不变的前提下加入保护装置。只要卡盘钥匙没有拿下，机床电气控制线路就不能通电，从而达到保护操作人员目的，学生在实习操作时更加安全。

1 车床卡盘钥匙防忘拿硬件电路的设计思路

1.1 车床卡盘及钥匙结构

卡盘是普车、数车等用来夹紧和定位工件的机械装置，它通过连接盘（又称为法兰盘）安装在车床主轴上。使用时将卡盘钥匙方头插入方孔中并转动，当平面螺纹转动时，平均分布在卡盘体上的活动卡爪的径向移动，从而夹紧或松开工件。

卡盘钥匙（又称为卡盘扳手）由两种不同直径圆柱形45号钢，组成‘T字形，一头为方形。

整个车床的卡盘及卡盘钥匙由金属构成都能导电，当取下钥匙后便与机床本体脱离，从电学理论来说，钥匙与车床本体形成断路状态。钥匙插入卡盘后，钥匙与机床本体形成通电状态。硬件电路就是利用钥匙与卡盘之间通断电，控制电路做相应分析，经过处理后去控制车床电气电路，从而达到保护人身安全的目的。

1.2 电路原理框图

1.3 结构组成和作用

第一部分是卡盘与钥匙，第二部分是控制电路，第三部分是车床热继电器连接线路。

第一部分卡盘钥匙，12V直流电的负极接车床外盒（同车床内部控制电路一样，公共端接设备外盒），12V的正极通过引线连接卡盘钥匙，当钥匙连接卡盘时便给控制电路一个触发信号（只要钥匙没有取下该信号一直有效），当工件安装完毕取下钥匙后，又给控制电路发出一个解除信号。为了确保传感器与卡盘钥匙卡盘之间接触良好，采用紫铜开口鼻加电烙铁焊接。导线为镀锡铜抗氧化，具备良好电导性，能有效屏蔽降低电磁干扰，数据传输无损耗；导线聚乙烯绝缘，环保、防腐、耐油、抗腐蚀。铜丝线材柔韧性好，不易折断，见图3。

第二部分电源电路部分，由工控变压器、整流滤波电路、直流稳压电路组成，见图4。

工控變压器输入380V交流压，输出15V低压交流电；15V交流电经过整流滤波电路后产生18V低压直流电；18V低压直流电输入稳压电路后产生12V稳定低压直流电给控制电路供电。

我国的安全电压为不高于36V，该卡盘钥匙防忘拿控制系统采用12V低电压进行供电，确保学生实习或工厂生产加工不会有触电的危险。

第三部分控制系统电路部分，由直流继电器、检测传感器、系统处理电路、热继电器组成。传感器检测钥匙与卡盘有无分离产生相应的信号，系统处理电路对传感器信号进行处理并产生相应控制信号，继电器控制电路对系统处理电路的信号进行隔离并执行，热继电器电路对继电器信号进行响应并接通或断开整个车床控制电路。

2 操作方法

2.1 车床保护状态不许操作控制方法

当钥匙插入时传感器检测到控制信号接通，并把接通的信号输出给系统处理电路，系统处理电路分析处理后，控制直流继电器断开，同时报警指示灯亮（表示车床卡盘钥匙没有拔下，机床处于断电保护状态），机床热继电器控制线路断开，整个机床处于保护状态而不能启动。

2.2 车床可以操作控制方法

当取下卡盘钥匙，传感器检测到控制信号断开，并把断开的信号输出给系统处理电路，系统处理电路分析处理后，控制直流继电器闭合，同时工作指示灯亮，车床的热继电器闭合，车床电气控制系统正常，从而车床恢复正常状态，可以进行正常的操作。

3 控制系统总图

具体由卡盘钥匙、卡盘、系统控制装置，见图5。

4 结语

综上所述，在车床加工过程中，发现初学者会忘记拿下卡匙而开机，这给学校正常教学或工厂生产带来了严重的安全隐患，通过对车床控制线路和机械特性进行深入研究后，设计出一套车床卡盘保护装置，即通过这套装置来控制车床，只要卡匙不拿下，车床就不能开机，从而杜绝了安全事故的发生。该控制系统电路结构简单，制作成本低廉，使用方便，不破坏车床整体线路，不影响车床正常使用，车床使用功能也没有任何的改变。