普通车床中拖板安全限位自动装置的设计

２０１３年２月　第４ｌ卷第４期　机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｆｅｂ．２０１３　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．４　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１——３８８１．２０１３．０４．０１２　

普通车床中拖板安全限位自动装置的设计　

徐跃增，胡伟心　

（浙江同济科技职业学院，浙江杭州３１１２３１）　

摘要：针对Ｃ６１４０普通车床进行增加硬限位自动保护装置的改进设计，并通过试验进行验证。改进后的普通车床，在　

横向进给中能实现急停，从而避免超程撞车等安全事故。　关键词：普通车床；限位自动装置；改装　中图分类号：Ｇ６４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３８８１（２０１３）４—０４０—３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｏｖｅｒ　Ｔｒａｖｅｌ　Ｌｉｍｉｔ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｌｉｄｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｏｍ　Ｌａｔｈｅ　

ＸＵ　Ｙｕｅｚｅｎｇ．ＨＵ　Ｗｅｉｘｉｎ　

（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｔｏｎｇｊｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３　１　１　２３　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ｏｖｅｒ　ｔｒａｖｅｌ　ｌｉｍｉｔ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｃ６１４０　ｃｏｍｍｏｍ　ｌａｔｈｅ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｗａｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｌａｔｈｅ　ｃａｎ　ｓｔｏｐ　ｕｒｇｅｎｔｌｙ　ｉｎ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ—ｆｅｅｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｏ　ｓａｆｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　

ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｍｏｍ　ｌａｔｈｅ；Ｌｉｍｉｔ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ；Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　

普通车床结构相对较简单，具有径向和轴向自动　

走刀功能，可进行一般的常规加工，适合加工杂件、　

维修配件或为数控加工前的粗加工。普通车床操作也　

是工科类大学生必修的实践教学课程，对数控技术、　

机电一体化技术等专业的学生来说，先进行普通车床　

操作的训练，待操作技能较熟练之后，再学习数控机　

床的操作大有好处。在一般的机床加工行业中，普通　

车加工的切削量往往会超过６０％。熟练掌握普通车　

床操作技术也是学生就业的需要，我国现阶段的机械　

行业中，更需要既能操作数控机床又能操作普通机床　

的高技能人才。　

数控车床是在普通车床的基础上加装数控操作系　

统，采用无极变速，设置行程限位开关，可手工编程　

和电脑编程，适合加工中小批量及外形复杂的工件，　

加工精度高，但价格昂贵，维修费用高。在职业技术　

学院教学中，使用普通机床更能体现经济性，既有利　

于教学质量的提高，又能达到降低教学成本的效果。　

数控机床上因为有限位开关，不用担心超程，但普通　

机床没有超程限位装置，初学者往往会因为动作不协　

调过度摇动手轮，使其超出行程，撞到防护罩上或手　

轮上，缺乏安全保障。　

１　安全限位自动装置的总体构架　

１．１普通Ｃ６１４０车床概况　

Ｃ６１４０普通车床属于通用机床。其性能、结构和　

技术参数与同类规格车床大致相近，最大工件回转直　径为４００　ｍｍ，最大工件长度是１　０００　ｍｍ（从７５０～　

２　０００　ｍｍ不等），是用于生产加工的完全型车床。该　

车床具有较广泛的工艺性能，适用于一般机械制造业　

的单件、小批生产车间，各行业的工具制作部门、机　

器设备修理部门，试验室和职业院校学生实训用。　

１．２普通车床在教学应用中存在的安全隐患　

职业院校实训基地的普通车床主要是以教学为目　

的，基本上是以学生使用、训练为主。使用者大多是　

初学操作，技术上较为生疏，也不像操作熟练的老师　

傅那样懂得很多加工注意事项。尤其是在加工实训过　

程中，学生往往只注意到加工工件的位置，担心尺寸　

超差，难以顾及进给手轮等部位的安全性。因此，在　

加工过程中，进刀或退刀时，容易使拖板撞到手轮　

上，尤其是在中拖板上发生的可能性最大。这就给设　

备和人身安全埋下了隐患。　

（１）当车削进给纵向运动时，会撞到卡盘，轻　

则损害刀具、工件，重则殃及人身安全。　

（２）中拖板横向进给时，往里走会撞到防护罩，　

在产生噪声的同时，严重影响丝杠传动精度和工件的　

加工精度。　（３）向外走时，会撞到大拖板的手轮，同样在　

影响中拖板的同时，还会影响大拖板，引起设备安全　

事故。　

（４）损害机床的进给传动系统，例如齿轮、摩　

擦片等。　

收稿日期：２０１２一Ｏ１—１７　基金项目：浙江省教育厅科研资助项目（Ｙ２０１２２５９２９）　作者简介：徐跃增（１９５６一），男，副教授，从事机电一体化技术教学与研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｚｘｕ９＠１２６．ｃｏｍ。

　第４期　徐跃增等：普通车床中拖板安全限位自动装置的设计　・４１・　

（５）影响工艺系统刚度。　

１．３设置限位自动装置　

限位开关又称行程开关，广泛用于控制机械设备　

的行程及限位保护。在实际生产中，利用运动部件的　

碰撞使其触头动作来实现接通或断开控制电路，达到　

一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运　

动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动　

停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。选择　

适当的行程开关，在普通车床的合适位置设计安装限　

位自动装置，以确保学生实训时的操作安全，具有极　

为重要的意义。　

２改进方案的拟定　

采用普通车床加工时，如果操作不当，大、中拖　

板很容易超出行程撞到极限，尤其是中拖板。当中拖　

板走到极限（靠近操作者）时，极易发生设备和人　

身安全事故。针对以上问题，提出以下改进方案。　

２．１　改进方案　

在中拖板上加一个限位开关，使它在中拖板运动　

到一定位置时起作用。在加工过程中，如果中拖板超　

程，它便能自动切断主机电路，使主轴停止工作，就　

好像按了急停按钮一样，到了一定的位置就会自动停　

止，而且不容易发生安全事故。在加工过程中，横向　

进给超程时，其主要作用就是使主机停转，让它正常　

工作的前提条件主要有：　

（１）要有固定的位置，也可称为极限位置，来安　

装限位开关的固定块和触点；　

（２）挡块要有一定的调节范围；　

（３）在进给超程时，能使主机自动停止运转；　

（４）停止后，复位方便、快捷；　

（５）装置在实际生产中方便，不受外界加工因素　

（如铁屑、冷却液、大中拖板的自动行走等）的影　

响；　

（６）性能稳定，运行可靠。　

２．２限位开关的选择与安装、调试　

（１）限位开关的型号选择　

行程限位开关按其结构可分为直动式、滚轮式、　

微动式和组合式。根据挡块的形式和试验论证比较，　

选择日本松下ＡＺ７３１１限位开关（图１），无论是电气　

性能还是机械性能和使用条件，均能满足要求，尤其　

是其寿命指标，机械寿命１　０００万次以上（通断频率　

５０￣／ｍｌｎ）；电气寿命（阻性负载）２０次以上（通断　

频率２０￣Ｘ／ｍｉｎ），完全能满足使用要求，而且，其安　

装位置也非常有利于接线。行程限位开关的工作原理　

是：当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的推杆时，顶　

下推杆，使微动开关中的触点迅速动作；当运动机械　

返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。　图１　ＡＺ７３１１限位开关　

（２）限位开关的安装　

根据中拖板的行程和实际数值，在中拖板靠近尾　

座的一边，安装固定块、挡块滑动条，在滑动条上装　

上两个能活动的挡块并固定。在挡块的下方大拖板的　

中间，安装限位开关，如图２所示。　中拖板运动方向　—■■——－－－—一————————－●　

ｌ一限位开关２一崮定块卜滑动挡块４一挡块滑动条　５＿－中拖板６＿＿大拖板　

图２安装简易示意图　

（３）电气控制及线路布置　根据图３所示的机床电气原理图，在安全保护的　

线路停止按钮的电路上（中），串联一个限位开关。　

如图４所示，在ＳＢ４的按钮处（４与５之间）串　

联一个限位开关，因为ＳＩＭ是停止按钮，而ＳＢ１却　是急停按钮。改装后连接如图５所示。　

（４）试验结果　经过试验测试，获取以下２组数据：　第一组：①转速停止：以５００　ｒ／ｍｉｎ为例，当挡　

块压迫到触点以后，电源立即关闭，关闭电源后约　

３．２　ｓ，主轴停转。②进给停止：以０．１　ｍｍ／ｒ为例，　

当行程开关断开后，主轴继续转动３．２　ｓ（约２６转　圈），进给行走距离约为２．６　ｍｍ。这部分距离可以预　

先设置在挡块的位置上。　第二组：①转速停止：以８００　ｒ／ｍｉｎ为例，当挡　块压迫到触点以后，电源立即关闭，关闭电源后约　

３．７　ｓ，主轴停转。②进给停止：以０．２５　ｍｍ／ｒ为例，　

当行程开关断开后，主轴继续转动３．７　ｓ（约４９．３　圈），进给行走距离约为１２．３　ｍｍ。　

说明：①第一组在实习中属于常用，第二组基本　

上可以视作极限，实际操作中的取值一般不会再大　

了；②不同的车床可能会略有差异。

　・４２・　机床与液压　第４ｌ卷　

电曩　电Ｉ开　主电机．舯电囊　快董暮葫电机　主电机控■安垒｜Ｉ护皇停　砖　电机控■　搿　嘲　一朝ｌ鲁起剖呷＿－Ｂ幕曜－墨－　

Ｉ　１　ＵＩ　旦Ｉ　Ｊ１３　｝Ｔ１　３１皿ｌ　Ｉ、　＾＼　５２　二ｌ２ｌ１　ＶＩ　—　ＶＩ３　’Ｉ　２＾　、　中一ｒ２２　＼、　＼　Ａ　Ａ　二．Ｌ５ＷＩ二　ＷＩ５　＼　

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图４改装前ＳＢ４电　气连接图　图３电气原理图　

正常的操作完全一样。　

ＳＱ５　为　限　位　开　关　

图５改装后ＳＢ４　电气连接图　

３装置的特点　

装置安装、调试成功后所表现出来的优点有以下　几点：　

（１）限位开关的触点固定在大拖板上，不受中拖