基于車床卡盤鑰匙防忘拿控制系統(tǒng)設計方法研究

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)的設計方法，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，車床處于保護狀態(tài)不能開機，控制系統(tǒng)具有電路結構簡單、控制準確性高等特點，從而杜絕了安全事故的發(fā)生。

關鍵詞：車床卡盤；法蘭盤；卡盤鑰匙

中圖分類號：TH188 文獻標識碼：A

在普通車床、數(shù)控車床日常加工、實習生產(chǎn)時，有一個步驟是運用卡盤來夾緊工件進行相應的加工，工件的拆裝是通過鑰匙來松緊卡盤的。往往學生實習或初學者在拆裝完了后就忘記拿下鑰匙便開機工作，電機帶動卡盤高速的轉動，鑰匙就會高速“飛出”，這給教學或生產(chǎn)加工帶來了嚴重的安全隱患，輕則損壞車床設備，重則會給生產(chǎn)者造成重大傷亡。如圖1為學生實習、實訓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)設計就是在原有車床機械結構、電氣控制方法不變的前提下加入保護裝置。只要卡盤鑰匙沒有拿下，機床電氣控制線路就不能通電，從而達到保護操作人員目的，學生在實習操作時更加安全。

1 車床卡盤鑰匙防忘拿硬件電路的設計思路

1.1 車床卡盤及鑰匙結構

卡盤是普車、數(shù)車等用來夾緊和定位工件的機械裝置，它通過連接盤（又稱為法蘭盤）安裝在車床主軸上。使用時將卡盤鑰匙方頭插入方孔中并轉動，當平面螺紋轉動時，平均分布在卡盤體上的活動卡爪的徑向移動，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號鋼，組成‘T字形，一頭為方形。

整個車床的卡盤及卡盤鑰匙由金屬構成都能導電，當取下鑰匙后便與機床本體脫離，從電學理論來說，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，控制電路做相應分析，經(jīng)過處理后去控制車床電氣電路，從而達到保護人身安全的目的。

1.2 電路原理框圖

1.3 結構組成和作用

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直流電的負極接車床外盒（同車床內(nèi)部控制電路一樣，公共端接設備外盒），12V的正極通過引線連接卡盤鑰匙，當鑰匙連接卡盤時便給控制電路一個觸發(fā)信號（只要鑰匙沒有取下該信號一直有效），當工件安裝完畢取下鑰匙后，又給控制電路發(fā)出一個解除信號。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。導線為鍍錫銅抗氧化，具備良好電導性，能有效屏蔽降低電磁干擾，數(shù)據(jù)傳輸無損耗；導線聚乙烯絕緣，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低電壓進行供電，確保學生實習或工廠生產(chǎn)加工不會有觸電的危險。

第三部分控制系統(tǒng)電路部分，由直流繼電器、檢測傳感器、系統(tǒng)處理電路、熱繼電器組成。傳感器檢測鑰匙與卡盤有無分離產(chǎn)生相應的信號，系統(tǒng)處理電路對傳感器信號進行處理并產(chǎn)生相應控制信號，繼電器控制電路對系統(tǒng)處理電路的信號進行隔離并執(zhí)行，熱繼電器電路對繼電器信號進行響應并接通或斷開整個車床控制電路。

2 操作方法

2.1 車床保護狀態(tài)不許操作控制方法

當鑰匙插入時傳感器檢測到控制信號接通，并把接通的信號輸出給系統(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，同時報警指示燈亮（表示車床卡盤鑰匙沒有拔下，機床處于斷電保護狀態(tài)），機床熱繼電器控制線路斷開，整個機床處于保護狀態(tài)而不能啟動。

2.2 車床可以操作控制方法

當取下卡盤鑰匙，傳感器檢測到控制信號斷開，并把斷開的信號輸出給系統(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，從而車床恢復正常狀態(tài)，可以進行正常的操作。

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 結語

綜上所述，在車床加工過程中，發(fā)現(xiàn)初學者會忘記拿下卡匙而開機，這給學校正常教學或工廠生產(chǎn)帶來了嚴重的安全隱患，通過對車床控制線路和機械特性進行深入研究后，設計出一套車床卡盤保護裝置，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，從而杜絕了安全事故的發(fā)生。該控制系統(tǒng)電路結構簡單，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。