吴波 何康 胡学青

摘要：對普通车床最典型的安全问题阐述并加以分析.以我校C6140A车床为例设计了一种车床安全装置，此装置安装在挂轮箱上，通过卡盘扳手的插入与拉出对滚轮式微动开关进行通断控制，微动开关与急停控制线串联，从而共同影响主轴电机线路的通断.此装置结构合理，易于规范操作的培养，杜绝了卡盘扳手安全事故的发生.此装置已投入实际应用，效果显著，适用于各种车床加工场所.

关键词：普通车床;卡盘扳手;安全保护装置

中图分类号：TG502.39  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）02-0072-02

普通卧式车床作为“机械加工之母”，因其价格便宜、制造工艺灵活、制造范围广等优点，在机械加工行业中应用最为广泛.[1]在普通车床操作过程中需要手动对各操作手柄进行复杂的更换，要求精神高度集中.但是对于初学者，缺少实训经验，对机床性能不够熟悉，再加之普通车床开放性加工特点，普通车床安全问题时有发生，导致机器伤人或机床设备损坏.因此对普通车床设计安全装置具有很强的必要性.[2]

1 问题的提出和分析

由于在车床加工过程中，卡盘位置不仅具有工件的装卸动作，还有刀具与工件的相互作用，完成工件的切削.卡盘位置是整个车床动作的集中点，所以车床的绝大多数事故的发生都集中在这个地方.[3]卡盘扳手作为装夹工件的附件，由于操作者不当操作，极易出现扳手飞出伤人和撞击导轨的事故.[4]结合教学和调研总结如下两种扳手事故类型：

1.1 扳手从机器上滑落，砸伤或者碰到运动中的卡盘甩出伤人

这种情况是由于缺乏安全意识，将卡盘扳手随手放置在主轴箱上，机床在工作过程中产生振动，卡盘扳手滑落至高速旋转的卡盘上，然后被甩出，造成事故.

1.2 扳手随卡盘一起运动，下撞到导轨，甩出伤人

很多初学者，在工件装卸完毕以后经常忘记取下卡盘扳手，就启动主轴;另一种就是在同一机床有多人共同操作时，由于未协调沟通好，在装卸动作未完成的情况下，就启动主轴.这种扳手随卡盘一起运动直接会导致扳手下撞至导轨，撞坏导轨、主轴电机过载烧坏、挤压到操作者手指、甩出伤人等严重事故.

2 解决方案

造成卡盘扳手伤人情况的主要原因是没有养成规范操作的好习惯：应将用完后的扳手等杂物放置到规定安全区域;多人操作时注重协调工作，待装夹完毕主轴方得启动.基于以上分析情况，设计一种既能规范卡盘扳手放置位置又能待装卸动作完毕再启动主轴的安全装置就能够杜绝卡盘扳手伤人事故的发生.

卡盘的旋转运动是由主轴电机驱动，所以对主轴电机电路通断进行控制就可以预防卡盘扳手甩出伤人事故.车床本身都会安装红色蘑菇头状急停开关，用于紧急情况下切断主机电源，达到机床和人身保护的作用.[5]但是对于初学者，遇到事故发生由于紧张或对机床不熟悉等缘故，第一反应要么是被吓懵不动，要么撒腿就跑.

依照我校马鞍山机床厂C6140A车床电气原理图图1，[6]在急停开关线路上串联一个常断滚轮式微动开关，固定在挂轮箱正面，通过卡盘扳手的插入和抽出来控制开关的闭合.急停开关与微动开关都处于通电状态，主轴电机方能通电工作，反之任意一个处于断路状态都没办法启动主轴.同时也解决了卡盘扳手乱拿乱放的问题.

3 设计原理

3.1 电路部分

改装后急停控制线路如图2虚线部分，SA为加装微动开关，与急停开关SA1形成串联，只有当两个开关同时处于通电状态，主轴电机M1方能通电运转.

3.2 机械部分

车床安全装置如图3，利用0.8mm厚铁板通过钣金焊接工艺完成防尘盒3的制作，上侧铁板与导套2相互垂直焊接，在防尘盒正面加工两个宽度为4mm的矩形孔，上下孔距25mm用于调节和固定微动开关4，通过接线端S1和S2与急停控制线连接.工作过程为：卡盘扳手1完成卡盘装卸任务以后，以导套2作为导向插入防尘盒3中，自重下行到达一定深度，卡盘扳手1左侧面与微动开关4滚轮接触，继续下行弹片随之与触点接触，使微动开关4形成通路，如虚线部分扳手下行工作状态5所示，打开急停开关，机床正常运转.需要卡盘扳手工作时，上提抽出，弹片与触点分离断路.

4 设计创新点

4.1 结构简单易实现

使用的材料都是普通易购买的，改装成本也低.稍有一点电气和机械基础的人员都可以制作安装.同时本设计未改变机床原有结构和加工方式，使操作者更容易接受.

4.2 结构合理，更可靠

本设计采用滚轮式微动开关，通过卡盘扳手侧面挤压与卸载实现电路通断动作，相比较之前设计的下压式结构，进一步提高了微动开关使用寿命;在装置正面通过矩形孔的设计来固定微动开关，使得微动开关位置调节更方便快捷.

4.3 多层保护，更安全

本设计为电气与机械相结合，微动开关与急停开关共同保障，使安全系数更高，可以说完全避免了卡盘扳手伤人的情况发生.

4.4 规范操作

由于在使用过程中，卡盘扳手必须插入装置使电路接通，方可启动主轴，这样就防止了卡盘扳手随意乱放的情况产生.具有强制约束的效果，久而久之操作者就会养成规范操作的习惯.

5 总结

即使现在数控加工设备很方便快捷，但是普通车床的加工优越性始终无法被替代.[7]本设计完全避免了卡盘飞出伤人和撞击导轨的情况，极大程度上提高了车床操作安全性.本设计在我校已投入实际应用，效果非常显著.不仅规范了学生操作，提高了学生实训安全感，[8]同时在教学过程中也减轻了指导教师精神压力.本设计对于各类院校和机械制造厂具有很强的实用性，推广价值高.

“安全”是生产与教学活动的核心，不仅需要通过技术手段加以防范，还需要对操作者加强安全教育，时刻保持安全生产的警惕性.

参考文献：

〔1〕吴波，胡学青，杨润生，等.一种车床卡盘扳手安全装置设计[J].阴山学刊，2018，32（3）：75-77.

〔2〕张信，潘文龙.车床卡盘扳手安全保护装置的设计与应用[J].硅谷，2013（7）：170-181.

〔3〕黄杰超.车床卡盘扳手安全装置设计[J].装备制造技术，2014（12）：71-72.

〔4〕孙有亮，闫景润，张兰娣.实习用车床的安全装置设计[J].机械设计与研究，2009（5）：114-116.

〔5〕罗春鑫，刘美红.车床卡盘扳手急停保护设计与应用[J].机电一体化，2014（7）：70-72.

〔6〕马鞍山机床有限公司.C6140A普通车床使用说明书[Z].马鞍山机床有限公司，2018-01-22.

〔7〕刘少飞.传统加工与数控加工技术在机械行业的发展与应用[J].重型机械，2017（3）：7-12.

〔8〕唐先军，唐方红，龙清.基于实训教学环境的普通车床安全装置改造[J].新型工业化，2017（4）：102-105.