CA6140車床主軸制動(dòng)系統(tǒng)改造

章 鴻 楊金鵬 尹存濤 陳志平

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元 628017）

CA6140普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通車床，作為一種重要的機(jī)械加工設(shè)備，受傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制，其制動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期存在不可克服的缺陷。主要原因是CA6140普通車床的傳統(tǒng)的主軸制動(dòng)裝置由近40種機(jī)械零件組裝而成，其結(jié)構(gòu)精密而且復(fù)雜，制動(dòng)時(shí)首先將操縱桿放置中間位置，機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置拉緊皮帶，將傳動(dòng)鏈的圓形剎車鼓抱緊，達(dá)到剎車目的。它的缺陷是隨著制動(dòng)皮帶的日漸磨損，剎車效果會(huì)越來(lái)越差，一般2～3個(gè)月就需修理工打開(kāi)機(jī)床主軸箱，調(diào)緊剎車帶，每半年剎車帶會(huì)完全磨損而不得不更換新的。這樣一來(lái)，無(wú)形中增加了設(shè)備的維護(hù)、維修成本，同時(shí)也降低了設(shè)備的工作效率。為解決上述不足之處，本文對(duì)CA6140車床制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將機(jī)床的原機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)改造成利用電子制動(dòng)器制動(dòng)的系統(tǒng)。

1 電子制動(dòng)器的選型

目前國(guó)內(nèi)外電子制動(dòng)器的類型有很多，結(jié)合CA6140車床的制動(dòng)特點(diǎn)與要求，可選用北京優(yōu)爾特科技股份有限公司生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備用電子制動(dòng)器。

1.1 電子制動(dòng)器的特點(diǎn)

沒(méi)有傳統(tǒng)摩擦剎車器的機(jī)械摩損，也沒(méi)有傳統(tǒng)電磁制動(dòng)器的摩擦片損耗，一次安裝、長(zhǎng)期運(yùn)行、損耗為零;重量輕、體積小;以數(shù)碼管和按鍵作為人機(jī)信息交換界面，信息表達(dá)清晰明確;具有電腦接口通信技術(shù)，可利用普通電腦批量調(diào)試參數(shù);獨(dú)有的電流全閉環(huán)控制方式可實(shí)現(xiàn)剎車快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定;獨(dú)有的主軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)測(cè)控技術(shù)，能夠即時(shí)顯示主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速，并可根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)變換剎車強(qiáng)度。高轉(zhuǎn)速下輸出高剎車強(qiáng)度、低轉(zhuǎn)速下輸出低剎車強(qiáng)度、即將停車時(shí)輸出微剎車強(qiáng)度。達(dá)到剎車又快速又穩(wěn)定的矛盾統(tǒng)一、柔性剎車與不沖擊傳動(dòng)齒輪的完美統(tǒng)一;獨(dú)有的功率模塊全控技術(shù)，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)電子制動(dòng)器都需要外加一只交流接觸器，用于隔離380 V高壓。該制動(dòng)器全控結(jié)構(gòu)省掉了這只接觸器，同時(shí)便省掉了相應(yīng)的接線麻煩，方便了用戶接線;獨(dú)有的三相電源相序識(shí)別功能，可以自動(dòng)識(shí)別電源正、反相序，并能在反相序下自動(dòng)報(bào)警并暫停設(shè)備整機(jī)運(yùn)行，對(duì)不允許電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備有很好的保護(hù)作用。該制動(dòng)器是一臺(tái)高精度三相電壓表、電流表，完善的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。電壓過(guò)高、電壓過(guò)低、缺相短路、負(fù)載過(guò)重、單相運(yùn)行等故障均能得到有效保護(hù);具有寬廣的電源適用能力，380 V+13%（430 V）、－25%（285 V）;具有很強(qiáng)抗干擾能力，達(dá)到工業(yè)設(shè)備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高等級(jí)2.0 kV指標(biāo)，在復(fù)雜的工業(yè)條件下依然能穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 電子制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)

電子制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電子制動(dòng)器的外殼是ABS阻燃注塑殼體，殼體最上層是“顯示板”、安裝有6位數(shù)碼管。靜態(tài)時(shí)用以輪流顯示三相電壓、電動(dòng)機(jī)溫度、電源相序、電動(dòng)機(jī)額定電流數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)時(shí)用以輪流顯示電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流、運(yùn)行電流、剎車電流、主軸轉(zhuǎn)速。出現(xiàn)故障時(shí)顯示故障屬性?！帮@示板”安裝有6只按鍵、4只用于參數(shù)手工設(shè)置、1只用于手動(dòng)測(cè)試動(dòng)作、1只進(jìn)行復(fù)位。還有5只LED指示燈，分別指示三相電源相序、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、剎車狀態(tài)、故障報(bào)警等。

內(nèi)部有3層印刷電路板，自上而下分別是顯示板、電腦板、剎車板、安裝有驅(qū)動(dòng)模塊的散熱器;有2層接線端子，上層是電腦板外接端口、下層是強(qiáng)電外接端口、還有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊端口。顯示板之下是電腦板，安裝有計(jì)算機(jī)芯片及其周邊電路;最左側(cè)是電腦板外接端口，用于連接輸入信號(hào)、傳感器信號(hào)、溫度信號(hào)以及3路中間繼電器輸出。還有“計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信端口”，用于快速寫入應(yīng)用數(shù)據(jù)。

最下層是剎車板，安裝有可控硅模塊及其驅(qū)動(dòng)電路。最左側(cè)安裝有一排強(qiáng)電外接端口，用于連接380 V交流電和電動(dòng)機(jī)接線。

2 制動(dòng)系統(tǒng)的改造

改造時(shí)，首先拆除原車床的摩擦式離合器與制動(dòng)器相關(guān)機(jī)械零件。然后安裝新制動(dòng)系統(tǒng)硬件。

2.1 操作手柄的安裝

在原床身鑄件背面電氣箱內(nèi)或床尾適當(dāng)?shù)胤桨惭b三位電器開(kāi)關(guān)，通過(guò)杠桿傳動(dòng)連接“正轉(zhuǎn)—?jiǎng)x車—反轉(zhuǎn)”操作手柄。

2.2 測(cè)速齒輪的安裝

為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，需準(zhǔn)確地檢測(cè)主軸的轉(zhuǎn)速。改造時(shí)，需在主軸上加裝一測(cè)速齒輪。測(cè)速齒輪如圖2所示。

2.3 接近開(kāi)關(guān)的安裝

測(cè)速齒輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)傳遞給制動(dòng)器，因此須把接近開(kāi)關(guān)安裝在床頭箱皮帶罩內(nèi)的測(cè)速齒輪一側(cè)的支架上，支架零件如圖3所示。

接近開(kāi)關(guān)可選用通用型，如圖4所示，其引出線一般為3根不同顏色的線，一根為負(fù)電源線、一根為正電源線、一根為信號(hào)線，根據(jù)說(shuō)明書可以確定顏色與用途間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而進(jìn)行正確地接線。安裝接近開(kāi)關(guān)時(shí)，其感應(yīng)頭離齒輪頂部的距離為0.3～0.5 mm。其引出電纜穿越箱壁處應(yīng)安裝一只旋壓式尼龍接頭預(yù)防漏油。

2.4 電子制動(dòng)器與原機(jī)床的電氣連接

將電子制動(dòng)器安裝在機(jī)床便于觀察與操作的位置，然后按照?qǐng)D5所示的接線圖進(jìn)行接線。

2.5 參數(shù)設(shè)置

完成硬件連接后，要實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，必須進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置可通過(guò)普通計(jì)算機(jī)一次性設(shè)置后植入電子制動(dòng)器，通過(guò)操作制動(dòng)器鍵盤手動(dòng)逐一進(jìn)行設(shè)置。

圖6為制動(dòng)器鍵盤顯示板。最上排是6位數(shù)碼管，左2位顯示參數(shù)名稱，右4位顯示測(cè)量數(shù)據(jù)或參數(shù)數(shù)值。

表1 參數(shù)及數(shù)據(jù)表

數(shù)碼管下的5個(gè)指示燈，從左到右依次是:三相相序AX:綠色正，紅色逆;電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)AZ;剎車狀態(tài)AS;溫度過(guò)高AJ;報(bào)警指示AG。左側(cè)4個(gè)按鍵用于調(diào)整參數(shù)，按“Menu”層層進(jìn)入菜單，“Up”為菜單上行或數(shù)字增加、“Down”為菜單下行或數(shù)字減小，“Back”為返回上層菜單鍵。右上側(cè)“Start”運(yùn)轉(zhuǎn)兼剎車信號(hào)測(cè)試鍵、右下角“Reset”為復(fù)位鍵。

各項(xiàng)參數(shù)參考值如表1所示。

3 通電試運(yùn)行

調(diào)試完成后通電試運(yùn)行，數(shù)碼管顯示“on”，1 s后進(jìn)入準(zhǔn)備界面，相序指示燈AX亮，制動(dòng)器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，數(shù)碼管每3 s輪流顯示制動(dòng)器溫度、三相電壓、已選剎車方式、安全報(bào)警級(jí)別、電源相序正反、所配電動(dòng)機(jī)額定電流等數(shù)據(jù)，表示制動(dòng)器表現(xiàn)正常狀態(tài)。

按下測(cè)試鍵“Start”，數(shù)碼管顯示“A1□□□”，過(guò)2 s，顯示“A2□□□”，表示制動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)響應(yīng)正常。松開(kāi)“Start”測(cè)試鍵，蘭色指示燈AS亮，數(shù)碼管顯示“A3□□□”電動(dòng)機(jī)處可聽(tīng)見(jiàn)剎車電流振音，表示制動(dòng)器剎車響應(yīng)正常。

在設(shè)備狀態(tài)正常、沒(méi)有危險(xiǎn)因素條件下，分別預(yù)置主軸最高轉(zhuǎn)速、中等轉(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速。啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)20 s停止，觀察3種轉(zhuǎn)速下，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和剎車都響應(yīng)正常，試運(yùn)行結(jié)束。

4 改造效果

改造后的CA6140車床通過(guò)一年的生產(chǎn)運(yùn)行表明，采用電子制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)的車床主軸制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性大大提升，制動(dòng)時(shí)的能量損耗減少，沒(méi)有了機(jī)械磨損，故障率明顯降低，另外因?yàn)殡娮又苿?dòng)器具備故障報(bào)警功能，故障分析與排除時(shí)間被縮短，從而提高了設(shè)備的工作效率，降低了維修成本。由此可見(jiàn)采用電子制動(dòng)器對(duì)設(shè)備的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造是切實(shí)可行的，具有較強(qiáng)的推廣作用。

［1］元紅妍，張?chǎng)?，馮華偉.CA6140型車床剎車機(jī)構(gòu)及控制電路的改進(jìn)［J］.機(jī)床與液壓，2005（8）.

［2］羅魁元，伍利群.CA6140車床主軸開(kāi)停及制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2004（5）.

［3］北京優(yōu)爾特科技股份有限公司.機(jī)械設(shè)備用電子制動(dòng)器使用說(shuō)明書［Z］.2011.