探讨数控实训车间的安全技术改造

江德绪

乐清市柳市职业技术学校，中国·浙江 温州 325600

安全技术改造；砂轮机安全改造；普通车床安全改造

1 引言

在中职的数控实训车间中，大部分均设有砂轮机，普通车床等这些基本而传统的设备，由于面向的是中职学生，而当下中职学生的素质日趋渐下，在实训过程中，如何有效进行实训安全防范，既是中职学校做持续化发展的需要，也是中职学生家长对学校提出的基本要求。

2 砂轮机安全技术改造解决方法

先就砂轮机而言进行阐述，中职学校为了节约实训成本，一般不选用机夹刀，而是选用成本较低手磨刀，学生在学生在磨刀后，在使用完砂轮机以后，关闭电源，砂轮机由于惯性继续旋转，需要长达几分钟才能完全停止，砂轮暴露而旋转对经过的人员存在安全隐患。

解决的思路：

（1）砂轮和人员隔离，采用防护装置，每次操作打开罩子，使用完成以后关闭罩子。

（2）消除砂轮的危害——砂轮快速制动，模仿自行车的刹车功能，在砂轮机上增加刹车片，快速制动砂轮。

通过对比以上两种方案，不能看出，第一种方案，较为繁琐，而且经常拆装转动罩子，非常麻烦，对中职学生而言，经常忘记关闭，达不到预想的结果，第二种采用刹车功能，快速制动砂轮，在外观上看，砂轮机没有任何区别，使用完成以后快速制动，符合中职学校的需求。

3 改造砂轮机安全技术的一般步骤及实例说明

以砂轮机为例进行，具体步骤如下:

（1）了解砂轮机的工作过程，分析可安装制动器的部位，制动器的扭矩及相关的保护和连锁控制。根据需要拆分砂轮机，找到最合适安装制动器的部分，方便维护，改造方便。

（2）根据分析整理的结果，设计和制造制动器。本案例的设计结构为：一个铁基底座，内壁掏空成容纳线圈的腔体，线圈被安置与一线圈骨架，并引出两出线，线圈安置在铁基底座后，通过铁基底座上设置的孔用侧面出线，然后通过胶体进行固定，铁基底座还设有三个孔，用以放置复位弹簧，复位弹簧顶靠上靠片抵押其上的摩擦片，摩擦片在摩擦力上下靠片作用下产生扭矩，带动其上的联轴块与不同形状的轴相连。

（3）制动器的单个部件外部测试，主要测试制动器的吸合电压，释放电压，静态制动力，温升，噪声等项目，70%～110%额定电压应可靠吸合，20%可靠释放，静态制动力预设定大于1.5Nm。

（4）改造完成一部分砂轮机进行测试，并改进设计方案，主要测试项目，制动是否正常，有无噪声，制动时间如何，以及制动器的寿命测试，摩擦片材料是否耐磨等。

（5）完成其余砂轮机的改造，等一部分砂轮机测试没有问题以后，改造其余砂轮机，砂轮机改造完成，并做好登记表，进行后续的情况跟进。

砂轮改造完成实例如图1、图2所示：

图1 产品的整体模型

图2 产品的拆分示意图

4 改造时的特别注意事项

（1）制动器吸合动作时间的确定，通过示波器进行测试，测试结果为吸合动作时间为10～20ms为宜，吸合时间再缩短，需要的电磁力成平方倍增加，能耗太高。

（2）制动器释放动作时间的确定，通过示波器进行测试，测试结果为释放动作时间为20～30ms为宜。

（3）制动力进行测试，静态止动扭矩1.5N.m～3Nm为宜。

（4）砂轮机止动时间在3s～5s 内为宜，时间太短，冲击力量太大，太久对摩擦片损耗大。

（5）电磁铁制动器的寿命要求做到100万次以上为宜，可以保证一次改造终身免换。

5 普通车床的安全技术改造解决方法

再就普通车床而言进行参数，普通车床最容易产生安全隐患的部位为三爪卡盘，它在运行过程中是外露，并能直接和人体接触的部位，因此对普通车床的安全技术改造放在三爪卡盘上。

解决的思路：

（1）卡盘和人员隔离，采用防护装置。

（2）卡盘上安装传感器装置，当人的身体或或者刀架接近卡盘距离过小，卡盘上电容传感器，将信号传递到PLC上，PLC导通增加在电动机端和机床主轴端两个制动电磁铁一定时间，制动车床转动，同时切断电动机电路，达到安全防护的目的。

通过对比以上两种方案，不能看出，第一种方案，成本较低，但是车床卡盘上的罩子加上以后，给车床加工和操作带来非常不便，达不到预想的结果，第二种采用传感器信号，并通过PLC控制制动电磁铁，在车床外形上无任何的改变，一旦身体的部分或刀架接近卡盘的传感器小于一定的距离，PLC制动主轴和电机，安全有效。

6 改造普通车床安全技术的一般步骤及实例说明

以CE6140 普通车床为例进行，具体步骤如下:

（1）了解普通车床的工作过程，分析可安装制动器的部位，制动器的扭矩及相关的保护和连锁控制。根据需要拆分普通车床，找到最合适安装制动器的部分，方便维护，改造方便。[1]

（2）根据分析整理的结果，设计和制造改进车床。本案例的设计结构为：通过卡盘上的传感器输出信号，PLC接受到信号以后进行处理，一定时间内接受到传感器变化信号启动制动装置，并切断主电路，制动装置分布在电机和主轴各一个，增强制动力，制动装置的得电时间10s，保证制动效果。

（3）制动器的单个部件外部测试，主要测试制动器的吸合电压，释放电压，静态制动力，温升，噪声等项目，70%～110%额定电压应可靠吸合，20%可靠释放，静态制动力预设定大于3Nm，测试基本和砂轮机制动器一致，不同的是将失电制动改为得电制动。

（4）改造完成一部分普通车床进行测试，并改进设计方案，主要测试制动器寿命，车床运行是否正常，有无设计时候预先想不到的问题。

（5）完成其余普通车床的改造，等一部分普通车床测试没有问题以后，改造其余普通车床，普通车床改造完成，并做好登记表，进行后续的情况跟进。

7 改造时的特别注意事项

（1）制动力进行测试，静态止动扭矩≥3N.m为宜。

（2）普通车床止动时间在1s～2s 内为宜，PLC控制的输出制动器得电时间为10s，确保快速制动达到预期的效果。

（3）PLC程序设计，当电机转动时，电机传感器接通型号给PLC，PLC系统才会在卡盘上的传感器接通时时动作，防止误操作，主轴制动，但手工调节转速档位时候也会导通传感器，导致误操作制动主轴，无法调节车床转速，后面的去掉电机处的传感器，通过在0.3s 内计数传感器脉冲达到2次即为主轴转动，有效地解决误操作问题。

（5）由于本次使用的是得电制动器，如吸合时工作气息为0，考虑摩擦片损耗导致一定工作次数以后无法转动，故设计PLC程序，并设计寿命测试夹具，测试摩擦片损耗，通过100万次的测试，摩擦片的损耗为0.01mm～0.02mm，保证得电制动器一次安装终身不需要更换。

CE6140 普通车床改造完成实例如下：

图3 对电磁铁进行寿命实验的PLC梯形图

图4 得电制动器电磁铁的模型图

图5 的普通车床改造的PLC工作梯形图

8 结语

数控实训车间的安全技术改造时，需要注意的问题比较多，应特别细致，周到、反复进行调试，得到的数据常常需要进一步简化和优化。实践证明，数控实训车间的安全技术改造是一种行之有效的手段，既是中职学校做持续化发展的需要，也是中职学生家长对学校提出的基本要求，创造更大的教育效益和社会效益，因此应用越来越广泛。