CA6140車床主軸制動系統改造

章 鴻 楊金鵬 尹存濤 陳志平

（四川信息職業技術學院，四川廣元 628017）

CA6140普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通車床，作為一種重要的機械加工設備，受傳統結構限制，其制動系統長期存在不可克服的缺陷。主要原因是CA6140普通車床的傳統的主軸制動裝置由近40種機械零件組裝而成，其結構精密而且復雜，制動時首先將操縱桿放置中間位置，機械聯動裝置拉緊皮帶，將傳動鏈的圓形剎車鼓抱緊，達到剎車目的。它的缺陷是隨著制動皮帶的日漸磨損，剎車效果會越來越差，一般2～3個月就需修理工打開機床主軸箱，調緊剎車帶，每半年剎車帶會完全磨損而不得不更換新的。這樣一來，無形中增加了設備的維護、維修成本，同時也降低了設備的工作效率。為解決上述不足之處，本文對CA6140車床制動系統進行了改造，將機床的原機械制動系統改造成利用電子制動器制動的系統。

1 電子制動器的選型

目前國內外電子制動器的類型有很多，結合CA6140車床的制動特點與要求，可選用北京優爾特科技股份有限公司生產的機械設備用電子制動器。

1.1 電子制動器的特點

沒有傳統摩擦剎車器的機械摩損，也沒有傳統電磁制動器的摩擦片損耗，一次安裝、長期運行、損耗為零;重量輕、體積小;以數碼管和按鍵作為人機信息交換界面，信息表達清晰明確;具有電腦接口通信技術，可利用普通電腦批量調試參數;獨有的電流全閉環控制方式可實現剎車快速、準確、穩定;獨有的主軸轉速自動測控技術，能夠即時顯示主軸實際轉速，并可根據主軸轉速自動變換剎車強度。高轉速下輸出高剎車強度、低轉速下輸出低剎車強度、即將停車時輸出微剎車強度。達到剎車又快速又穩定的矛盾統一、柔性剎車與不沖擊傳動齒輪的完美統一;獨有的功率模塊全控技術，國內傳統電子制動器都需要外加一只交流接觸器，用于隔離380 V高壓。該制動器全控結構省掉了這只接觸器，同時便省掉了相應的接線麻煩，方便了用戶接線;獨有的三相電源相序識別功能，可以自動識別電源正、反相序，并能在反相序下自動報警并暫停設備整機運行，對不允許電動機反轉的機械設備有很好的保護作用。該制動器是一臺高精度三相電壓表、電流表，完善的電動機保護器。電壓過高、電壓過低、缺相短路、負載過重、單相運行等故障均能得到有效保護;具有寬廣的電源適用能力，380 V+13%（430 V）、－25%（285 V）;具有很強抗干擾能力，達到工業設備國家標準的高等級2.0 kV指標，在復雜的工業條件下依然能穩定運行。

1.2 電子制動器的結構

電子制動器的結構如圖1所示，該電子制動器的外殼是ABS阻燃注塑殼體，殼體最上層是“顯示板”、安裝有6位數碼管。靜態時用以輪流顯示三相電壓、電動機溫度、電源相序、電動機額定電流數據。動態時用以輪流顯示電動機的啟動電流、運行電流、剎車電流、主軸轉速。出現故障時顯示故障屬性。“顯示板”安裝有6只按鍵、4只用于參數手工設置、1只用于手動測試動作、1只進行復位。還有5只LED指示燈，分別指示三相電源相序、電動機轉動、剎車狀態、故障報警等。

內部有3層印刷電路板，自上而下分別是顯示板、電腦板、剎車板、安裝有驅動模塊的散熱器;有2層接線端子，上層是電腦板外接端口、下層是強電外接端口、還有計算機數據通訊端口。顯示板之下是電腦板，安裝有計算機芯片及其周邊電路;最左側是電腦板外接端口，用于連接輸入信號、傳感器信號、溫度信號以及3路中間繼電器輸出。還有“計算機數據通信端口”，用于快速寫入應用數據。

最下層是剎車板，安裝有可控硅模塊及其驅動電路。最左側安裝有一排強電外接端口，用于連接380 V交流電和電動機接線。

2 制動系統的改造

改造時，首先拆除原車床的摩擦式離合器與制動器相關機械零件。然后安裝新制動系統硬件。

2.1 操作手柄的安裝

在原床身鑄件背面電氣箱內或床尾適當地方安裝三位電器開關，通過杠桿傳動連接“正轉—剎車—反轉”操作手柄。

2.2 測速齒輪的安裝

為了實現精準的控制，需準確地檢測主軸的轉速。改造時，需在主軸上加裝一測速齒輪。測速齒輪如圖2所示。

2.3 接近開關的安裝

測速齒輪的轉速信號通過接近開關傳遞給制動器，因此須把接近開關安裝在床頭箱皮帶罩內的測速齒輪一側的支架上，支架零件如圖3所示。

接近開關可選用通用型，如圖4所示，其引出線一般為3根不同顏色的線，一根為負電源線、一根為正電源線、一根為信號線，根據說明書可以確定顏色與用途間的對應關系，從而進行正確地接線。安裝接近開關時，其感應頭離齒輪頂部的距離為0.3～0.5 mm。其引出電纜穿越箱壁處應安裝一只旋壓式尼龍接頭預防漏油。

2.4 電子制動器與原機床的電氣連接

將電子制動器安裝在機床便于觀察與操作的位置，然后按照圖5所示的接線圖進行接線。

2.5 參數設置

完成硬件連接后，要實現制動控制，必須進行相應的參數設置，參數設置可通過普通計算機一次性設置后植入電子制動器，通過操作制動器鍵盤手動逐一進行設置。

圖6為制動器鍵盤顯示板。最上排是6位數碼管，左2位顯示參數名稱，右4位顯示測量數據或參數數值。

表1 參數及數據表

數碼管下的5個指示燈，從左到右依次是:三相相序AX:綠色正，紅色逆;電動機運轉AZ;剎車狀態AS;溫度過高AJ;報警指示AG。左側4個按鍵用于調整參數，按“Menu”層層進入菜單，“Up”為菜單上行或數字增加、“Down”為菜單下行或數字減小，“Back”為返回上層菜單鍵。右上側“Start”運轉兼剎車信號測試鍵、右下角“Reset”為復位鍵。

各項參數參考值如表1所示。

3 通電試運行

調試完成后通電試運行，數碼管顯示“on”，1 s后進入準備界面，相序指示燈AX亮，制動器會自動進入測量狀態，數碼管每3 s輪流顯示制動器溫度、三相電壓、已選剎車方式、安全報警級別、電源相序正反、所配電動機額定電流等數據，表示制動器表現正常狀態。

按下測試鍵“Start”，數碼管顯示“A1□□□”，過2 s，顯示“A2□□□”，表示制動器運轉響應正常。松開“Start”測試鍵，蘭色指示燈AS亮，數碼管顯示“A3□□□”電動機處可聽見剎車電流振音，表示制動器剎車響應正常。

在設備狀態正常、沒有危險因素條件下，分別預置主軸最高轉速、中等轉速、最低轉速。啟動主軸電動機，運轉20 s停止，觀察3種轉速下，設備的運轉和剎車都響應正常，試運行結束。

4 改造效果

改造后的CA6140車床通過一年的生產運行表明，采用電子制動器進行制動的車床主軸制動系統的可靠性大大提升，制動時的能量損耗減少，沒有了機械磨損，故障率明顯降低，另外因為電子制動器具備故障報警功能，故障分析與排除時間被縮短，從而提高了設備的工作效率，降低了維修成本。由此可見采用電子制動器對設備的制動系統進行改造是切實可行的，具有較強的推廣作用。

［1］元紅妍，張鑫，馮華偉.CA6140型車床剎車機構及控制電路的改進［J］.機床與液壓，2005（8）.

［2］羅魁元，伍利群.CA6140車床主軸開停及制動操縱機構的改進設計［J］.機床與液壓，2004（5）.

［3］北京優爾特科技股份有限公司.機械設備用電子制動器使用說明書［Z］.2011.