基于車床卡盤鑰匙防忘拿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究

方顯禮

摘要：提出了一種基于車床卡盤鑰匙防忘拿控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，由車床卡盤、卡盤鑰匙、控制系統(tǒng)電路組成，通過這套裝置來控制車床，只要卡盤鑰匙不拿下，車床處于保護(hù)狀態(tài)不能開機(jī)，控制系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，從而杜絕了安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：車床卡盤；法蘭盤；卡盤鑰匙

中圖分類號(hào)：TH188 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在普通車床、數(shù)控車床日常加工、實(shí)習(xí)生產(chǎn)時(shí)，有一個(gè)步驟是運(yùn)用卡盤來夾緊工件進(jìn)行相應(yīng)的加工，工件的拆裝是通過鑰匙來松緊卡盤的。往往學(xué)生實(shí)習(xí)或初學(xué)者在拆裝完了后就忘記拿下鑰匙便開機(jī)工作，電機(jī)帶動(dòng)卡盤高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，鑰匙就會(huì)高速“飛出”，這給教學(xué)或生產(chǎn)加工帶來了嚴(yán)重的安全隱患，輕則損壞車床設(shè)備，重則會(huì)給生產(chǎn)者造成重大傷亡。如圖1為學(xué)生實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)中損壞車床卡盤鑰匙。

本文所述基于車床卡盤鑰匙防忘拿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是在原有車床機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制方法不變的前提下加入保護(hù)裝置。只要卡盤鑰匙沒有拿下，機(jī)床電氣控制線路就不能通電，從而達(dá)到保護(hù)操作人員目的，學(xué)生在實(shí)習(xí)操作時(shí)更加安全。

1 車床卡盤鑰匙防忘拿硬件電路的設(shè)計(jì)思路

1.1 車床卡盤及鑰匙結(jié)構(gòu)

卡盤是普車、數(shù)車等用來夾緊和定位工件的機(jī)械裝置，它通過連接盤（又稱為法蘭盤）安裝在車床主軸上。使用時(shí)將卡盤鑰匙方頭插入方孔中并轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)平面螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，平均分布在卡盤體上的活動(dòng)卡爪的徑向移動(dòng)，從而夾緊或松開工件。

卡盤鑰匙（又稱為卡盤扳手）由兩種不同直徑圓柱形45號(hào)鋼，組成‘T字形，一頭為方形。

整個(gè)車床的卡盤及卡盤鑰匙由金屬構(gòu)成都能導(dǎo)電，當(dāng)取下鑰匙后便與機(jī)床本體脫離，從電學(xué)理論來說，鑰匙與車床本體形成斷路狀態(tài)。鑰匙插入卡盤后，鑰匙與機(jī)床本體形成通電狀態(tài)。硬件電路就是利用鑰匙與卡盤之間通斷電，控制電路做相應(yīng)分析，經(jīng)過處理后去控制車床電氣電路，從而達(dá)到保護(hù)人身安全的目的。

1.2 電路原理框圖

1.3 結(jié)構(gòu)組成和作用

第一部分是卡盤與鑰匙，第二部分是控制電路，第三部分是車床熱繼電器連接線路。

第一部分卡盤鑰匙，12V直流電的負(fù)極接車床外盒（同車床內(nèi)部控制電路一樣，公共端接設(shè)備外盒），12V的正極通過引線連接卡盤鑰匙，當(dāng)鑰匙連接卡盤時(shí)便給控制電路一個(gè)觸發(fā)信號(hào)（只要鑰匙沒有取下該信號(hào)一直有效），當(dāng)工件安裝完畢取下鑰匙后，又給控制電路發(fā)出一個(gè)解除信號(hào)。為了確保傳感器與卡盤鑰匙卡盤之間接觸良好，采用紫銅開口鼻加電烙鐵焊接。導(dǎo)線為鍍錫銅抗氧化，具備良好電導(dǎo)性，能有效屏蔽降低電磁干擾，數(shù)據(jù)傳輸無損耗；導(dǎo)線聚乙烯絕緣，環(huán)保、防腐、耐油、抗腐蝕。銅絲線材柔韌性好，不易折斷，見圖3。

第二部分電源電路部分，由工控變壓器、整流濾波電路、直流穩(wěn)壓電路組成，見圖4。

工控變壓器輸入380V交流壓，輸出15V低壓交流電；15V交流電經(jīng)過整流濾波電路后產(chǎn)生18V低壓直流電；18V低壓直流電輸入穩(wěn)壓電路后產(chǎn)生12V穩(wěn)定低壓直流電給控制電路供電。

我國(guó)的安全電壓為不高于36V，該卡盤鑰匙防忘拿控制系統(tǒng)采用12V低電壓進(jìn)行供電，確保學(xué)生實(shí)習(xí)或工廠生產(chǎn)加工不會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。

第三部分控制系統(tǒng)電路部分，由直流繼電器、檢測(cè)傳感器、系統(tǒng)處理電路、熱繼電器組成。傳感器檢測(cè)鑰匙與卡盤有無分離產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，系統(tǒng)處理電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理并產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)，繼電器控制電路對(duì)系統(tǒng)處理電路的信號(hào)進(jìn)行隔離并執(zhí)行，熱繼電器電路對(duì)繼電器信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)并接通或斷開整個(gè)車床控制電路。

2 操作方法

2.1 車床保護(hù)狀態(tài)不許操作控制方法

當(dāng)鑰匙插入時(shí)傳感器檢測(cè)到控制信號(hào)接通，并把接通的信號(hào)輸出給系統(tǒng)處理電路，系統(tǒng)處理電路分析處理后，控制直流繼電器斷開，同時(shí)報(bào)警指示燈亮（表示車床卡盤鑰匙沒有拔下，機(jī)床處于斷電保護(hù)狀態(tài)），機(jī)床熱繼電器控制線路斷開，整個(gè)機(jī)床處于保護(hù)狀態(tài)而不能啟動(dòng)。

2.2 車床可以操作控制方法

當(dāng)取下卡盤鑰匙，傳感器檢測(cè)到控制信號(hào)斷開，并把斷開的信號(hào)輸出給系統(tǒng)處理電路，系統(tǒng)處理電路分析處理后，控制直流繼電器閉合，同時(shí)工作指示燈亮，車床的熱繼電器閉合，車床電氣控制系統(tǒng)正常，從而車床恢復(fù)正常狀態(tài)，可以進(jìn)行正常的操作。

3 控制系統(tǒng)總圖

具體由卡盤鑰匙、卡盤、系統(tǒng)控制裝置，見圖5。

4 結(jié)語

綜上所述，在車床加工過程中，發(fā)現(xiàn)初學(xué)者會(huì)忘記拿下卡匙而開機(jī)，這給學(xué)校正常教學(xué)或工廠生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的安全隱患，通過對(duì)車床控制線路和機(jī)械特性進(jìn)行深入研究后，設(shè)計(jì)出一套車床卡盤保護(hù)裝置，即通過這套裝置來控制車床，只要卡匙不拿下，車床就不能開機(jī)，從而杜絕了安全事故的發(fā)生。該控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低廉，使用方便，不破壞車床整體線路，不影響車床正常使用，車床使用功能也沒有任何的改變。