基于機加實訓教學的車床操作安全保護裝置研究*

劉 磊

（長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124）

1 機加實訓教學車床操作安全保護裝置的研究意義和價值

在機械制造行業中，普通車床是應用得最廣泛的機床之一。因此，各大工科類院校都將普車操作作為重要實訓項目來開設實踐教學課程，是機械類學生必須掌握的基本技能。機加實訓教學中，普通車削實訓占整個課程時間的50%，為應用型、創新型人才培養打下了堅實基礎。在這樣一個以學生自主學習、自主操作的學習環境里，學生的人身安全不容忽視，也是實踐教學主管部門、具體實施單位和實訓指導教師的首要責任。由于該課程教學時間較短，教學任務重、人數多，學生又是第一次接觸機械加工設備及第一次操作，還沒有形成良好的安全操作意識和動作規范，常出現操作不當導致人身受傷和設備損壞的安全事故。據統計，出現安全事故的最主要原因如下。1）學生容易將卡盤扳手遺忘在卡盤上就開機運行。2）縱向進刀時刀具（刀架）碰撞卡盤。3）高溫鐵屑飛濺容易誤傷操作者。4）尾座拖動至導軌末端時容易脫離，并砸傷操作者。

為了避免以上事故的發生，除了對學生進行強有力的安全教育，還應對事故現象進行研究，并加裝安全保護裝置，從技術上有力保障學生的實訓安全。因此，對機加實訓安全保護裝置進行研究與開發具有非常重要的意義。

2 國內外機加實訓教學車床操作安全保護裝置研究現狀

目前，國內在普車安全裝置研究中有很多安全裝置設計方案。比如，2011 年西南科技大學的《普通車床縱向自動進給安全裝置的研究與應用》、2017 年東莞職業技術學院的《基于實訓教學環境的普通車床安全裝置改造》等，均對普通車床安全保護裝置進行了研究和設計。但是這些研究設計中存在一些問題：功能單一、保護不夠全面、沒有綜合考慮學生在實際操作中存在的安全隱患，因此沒有得到很好的推廣與應用。

3 機加實訓教學車床操作安全保護裝置的研究內容和創新

3.1 機加實訓教學車床操作安全保護裝置的目標

文章的研究目標是設計制作出既能消除安全隱患，又能簡化煩瑣操作的安全保護裝置，為教學保駕護航。這既能為實訓教學和學生操作提供安全保障，又能使學生養成良好的安全操作意識和動作規范，避免在實訓過程中發生安全事故[1-2]。

3.2 機加實訓教學車床操作安全保護裝置的內容

1）卡盤扳手安全裝置：利用安全裝置上開合的限位開關，監測卡盤扳手，卡盤扳手未取下，限位開關無法閉合，使機床不能啟動。

2）刀架防碰撞報警急停裝置：利用紅外線傳感器監測卡盤與刀架之間距離，實現報警提醒、緊急停止等功能[3]。

3）擋屑保護罩：安全裝置的外保護罩具備阻擋鐵屑飛濺的功能，并引導鐵屑積存至鐵屑盤。

4）尾座限位裝置：車床導軌末端加裝尾座限位塊，防止尾座跌落砸傷[4]。

3.3 機加實訓教學車床操作安全保護裝置的主要特色與創新之處

1）通過車床安全保護裝置實現對學生的操作規范管理。學生在操作時不取下卡盤扳手，安全裝置保護罩不能閉合到位，機床則無法啟動，可避免卡盤扳手飛出傷人。提高學生安全操作意識，養成良好的職業素養。

2）通過車床安全保護裝置實現防碰撞報警急停。該裝置在車床車刀縱向進給時，當刀架或者車刀接近三爪卡盤小于設定的安全警示距離時，會先進行報警，提醒操作學生避免碰撞卡盤。當提醒未引起學生停止車刀或者不能及時進行停止操作時，車刀或者刀架與卡盤的距離小于設定的危險距離時，機床立即停止并反向運動，且保證車床主電機正轉時，在極短的時間內迅速實現停止和反轉，從而避免發生碰撞卡盤引發安全事故。

3）保護罩能防止鐵屑飛濺，避免燙傷。實訓教學現場的機床較多，參與實訓的學生人數也較多，通過該安全裝置的防護罩將卡盤、刀架覆蓋，能起到防止鐵屑飛濺，避免高溫鐵屑燙傷的作用。同時，鐵屑可以順著保護罩鐵屑盆保護實訓場地環境。

4）排除安全隱患。該裝置還能排除學生在操作中容易發生的事故，如尾座跌落砸傷等，很好地保護了學生的人身安全，形成了良好的實訓環境。

4 機加實訓教學車床操作安全保護裝置設計

通過附圖能更加地清楚說明機加實訓教學車床操作安全保護裝置的特征和優點。操作安全保護裝置的實訓教學車床整體結構示意圖如圖1 所示；卡盤扳手安全裝置的部分結構示意圖如圖2 所示；刀架防碰撞報警急停裝置的結構示意圖如圖3 所示；尾座限位裝置的結構示意圖如圖4所示。

圖1 操作安全保護裝置的實訓教學車床整體結構示意圖

圖2 卡盤扳手安全裝置的部分結構示意圖

圖3 刀架防碰撞報警急停裝置的結構示意圖

圖4 尾座限位裝置的結構示意圖

4.1 卡盤扳手保護罩裝置設計說明

圖1 是一種具有操作安全保護裝置的實訓教學車床，卡盤扳手安全裝置包括滑罩單元5 和限位開關6：限位開關6 設于機座1 的遠離卡盤2 的一端，滑罩單元5 包括固定于機座1 上的導軌51 和與導軌51 滑動相連的保護罩52，保護罩52 處于第一極限位置和第二極限位置。機床控制單元可控制卡盤2 的啟動和停止。限位開關6 與機床控制單元相連用于保證在限位開關6 處于閉合的狀態時，機床控制單元才能控制機床啟動（卡盤2 旋轉），當卡盤扳手未取下（卡盤扳手位于卡盤2 頂部）時，卡盤扳手限制保護罩52 朝限位開關6 的方向移動，限位開關6 無法閉合，機床不能啟動。因此，可避免卡盤2 帶著卡盤扳手一同旋轉的現象發生。當取下卡盤扳手時，保護罩52 可從卡盤2上方通過并壓合限位開關6 后，機床可正常啟動。當機床運轉時，保護罩52 起到防止鐵屑飛濺，避免高溫鐵屑燙傷的作用。同時，鐵屑可以順著保護罩52 側壁掉落于鐵屑盆，利于提高實訓場地清潔。

4.2 刀架防碰撞報警急停裝置設計說明

圖3 中的刀架防碰撞報警急停裝置包括安裝板8、紅外線探測器9、反光板10 和報警裝置。安裝板8 設于機座1 上且位于第二側板523 下部，反光板10 貼設于移動刀架4 上，紅外線探測器9 安裝于安裝板8 上，紅外線探測器9與機床控制單元相連，紅外線探測器9 還與報警裝置相連。當移動刀架4 攜帶反光板10 移動至距離卡盤2 較近的位置時，紅外線探測器9 能探測到反光板10 的位置，從而判斷移動刀架4 距離卡盤2 的位置，若超過安全距離，紅外線探測器9 向報警裝置發出信號實現報警，提醒實訓學生注意，紅外線探測器9 還可向機床控制單元發送急停信號，使機床緊急停止，從而避免移動刀架4 撞到高速旋轉的卡盤2。

4.3 尾座限位裝置設計說明

圖4 中的尾座限位裝置012 設于機床導軌011 遠離卡盤2 的一端，用于防止尾座3 脫出機床導軌011，尾座限位裝置012 為凸起的塊狀。尾座限位裝置012 可防止尾座3 跌落砸傷，有效排除該安全隱患，保護學生的人身安全，提供安全的實訓環境。

5 結束語

文章基于機加實訓用的普通車床結構結合教學經驗，對該實訓教學設備進行研究，增加了多套安全保護裝置，消除了實訓中的安全隱患，操作簡便，易于實施，能為教學保駕護航。