CA6140车床主轴制动系统改造

章 鸿 杨金鹏 尹存涛 陈志平

（四川信息职业技术学院，四川广元 628017）

CA6140普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通车床，作为一种重要的机械加工设备，受传统结构限制，其制动系统长期存在不可克服的缺陷。主要原因是CA6140普通车床的传统的主轴制动装置由近40种机械零件组装而成，其结构精密而且复杂，制动时首先将操纵杆放置中间位置，机械联动装置拉紧皮带，将传动链的圆形刹车鼓抱紧，达到刹车目的。它的缺陷是随着制动皮带的日渐磨损，刹车效果会越来越差，一般2～3个月就需修理工打开机床主轴箱，调紧刹车带，每半年刹车带会完全磨损而不得不更换新的。这样一来，无形中增加了设备的维护、维修成本，同时也降低了设备的工作效率。为解决上述不足之处，本文对CA6140车床制动系统进行了改造，将机床的原机械制动系统改造成利用电子制动器制动的系统。

1 电子制动器的选型

目前国内外电子制动器的类型有很多，结合CA6140车床的制动特点与要求，可选用北京优尔特科技股份有限公司生产的机械设备用电子制动器。

1.1 电子制动器的特点

没有传统摩擦刹车器的机械摩损，也没有传统电磁制动器的摩擦片损耗，一次安装、长期运行、损耗为零;重量轻、体积小;以数码管和按键作为人机信息交换界面，信息表达清晰明确;具有电脑接口通信技术，可利用普通电脑批量调试参数;独有的电流全闭环控制方式可实现刹车快速、准确、稳定;独有的主轴转速自动测控技术，能够即时显示主轴实际转速，并可根据主轴转速自动变换刹车强度。高转速下输出高刹车强度、低转速下输出低刹车强度、即将停车时输出微刹车强度。达到刹车又快速又稳定的矛盾统一、柔性刹车与不冲击传动齿轮的完美统一;独有的功率模块全控技术，国内传统电子制动器都需要外加一只交流接触器，用于隔离380 V高压。该制动器全控结构省掉了这只接触器，同时便省掉了相应的接线麻烦，方便了用户接线;独有的三相电源相序识别功能，可以自动识别电源正、反相序，并能在反相序下自动报警并暂停设备整机运行，对不允许电动机反转的机械设备有很好的保护作用。该制动器是一台高精度三相电压表、电流表，完善的电动机保护器。电压过高、电压过低、缺相短路、负载过重、单相运行等故障均能得到有效保护;具有宽广的电源适用能力，380 V+13%（430 V）、－25%（285 V）;具有很强抗干扰能力，达到工业设备国家标准的高等级2.0 kV指标，在复杂的工业条件下依然能稳定运行。

1.2 电子制动器的结构

电子制动器的结构如图1所示，该电子制动器的外壳是ABS阻燃注塑壳体，壳体最上层是“显示板”、安装有6位数码管。静态时用以轮流显示三相电压、电动机温度、电源相序、电动机额定电流数据。动态时用以轮流显示电动机的启动电流、运行电流、刹车电流、主轴转速。出现故障时显示故障属性。“显示板”安装有6只按键、4只用于参数手工设置、1只用于手动测试动作、1只进行复位。还有5只LED指示灯，分别指示三相电源相序、电动机转动、刹车状态、故障报警等。

内部有3层印刷电路板，自上而下分别是显示板、电脑板、刹车板、安装有驱动模块的散热器;有2层接线端子，上层是电脑板外接端口、下层是强电外接端口、还有计算机数据通讯端口。显示板之下是电脑板，安装有计算机芯片及其周边电路;最左侧是电脑板外接端口，用于连接输入信号、传感器信号、温度信号以及3路中间继电器输出。还有“计算机数据通信端口”，用于快速写入应用数据。

最下层是刹车板，安装有可控硅模块及其驱动电路。最左侧安装有一排强电外接端口，用于连接380 V交流电和电动机接线。

2 制动系统的改造

改造时，首先拆除原车床的摩擦式离合器与制动器相关机械零件。然后安装新制动系统硬件。

2.1 操作手柄的安装

在原床身铸件背面电气箱内或床尾适当地方安装三位电器开关，通过杠杆传动连接“正转—刹车—反转”操作手柄。

2.2 测速齿轮的安装

为了实现精准的控制，需准确地检测主轴的转速。改造时，需在主轴上加装一测速齿轮。测速齿轮如图2所示。

2.3 接近开关的安装

测速齿轮的转速信号通过接近开关传递给制动器，因此须把接近开关安装在床头箱皮带罩内的测速齿轮一侧的支架上，支架零件如图3所示。

接近开关可选用通用型，如图4所示，其引出线一般为3根不同颜色的线，一根为负电源线、一根为正电源线、一根为信号线，根据说明书可以确定颜色与用途间的对应关系，从而进行正确地接线。安装接近开关时，其感应头离齿轮顶部的距离为0.3～0.5 mm。其引出电缆穿越箱壁处应安装一只旋压式尼龙接头预防漏油。

2.4 电子制动器与原机床的电气连接

将电子制动器安装在机床便于观察与操作的位置，然后按照图5所示的接线图进行接线。

2.5 参数设置

完成硬件连接后，要实现制动控制，必须进行相应的参数设置，参数设置可通过普通计算机一次性设置后植入电子制动器，通过操作制动器键盘手动逐一进行设置。

图6为制动器键盘显示板。最上排是6位数码管，左2位显示参数名称，右4位显示测量数据或参数数值。

表1 参数及数据表

数码管下的5个指示灯，从左到右依次是:三相相序AX:绿色正，红色逆;电动机运转AZ;刹车状态AS;温度过高AJ;报警指示AG。左侧4个按键用于调整参数，按“Menu”层层进入菜单，“Up”为菜单上行或数字增加、“Down”为菜单下行或数字减小，“Back”为返回上层菜单键。右上侧“Start”运转兼刹车信号测试键、右下角“Reset”为复位键。

各项参数参考值如表1所示。

3 通电试运行

调试完成后通电试运行，数码管显示“on”，1 s后进入准备界面，相序指示灯AX亮，制动器会自动进入测量状态，数码管每3 s轮流显示制动器温度、三相电压、已选刹车方式、安全报警级别、电源相序正反、所配电动机额定电流等数据，表示制动器表现正常状态。

按下测试键“Start”，数码管显示“A1□□□”，过2 s，显示“A2□□□”，表示制动器运转响应正常。松开“Start”测试键，兰色指示灯AS亮，数码管显示“A3□□□”电动机处可听见刹车电流振音，表示制动器刹车响应正常。

在设备状态正常、没有危险因素条件下，分别预置主轴最高转速、中等转速、最低转速。启动主轴电动机，运转20 s停止，观察3种转速下，设备的运转和刹车都响应正常，试运行结束。

4 改造效果

改造后的CA6140车床通过一年的生产运行表明，采用电子制动器进行制动的车床主轴制动系统的可靠性大大提升，制动时的能量损耗减少，没有了机械磨损，故障率明显降低，另外因为电子制动器具备故障报警功能，故障分析与排除时间被缩短，从而提高了设备的工作效率，降低了维修成本。由此可见采用电子制动器对设备的制动系统进行改造是切实可行的，具有较强的推广作用。

［1］元红妍，张鑫，冯华伟.CA6140型车床刹车机构及控制电路的改进［J］.机床与液压，2005（8）.

［2］罗魁元，伍利群.CA6140车床主轴开停及制动操纵机构的改进设计［J］.机床与液压，2004（5）.

［3］北京优尔特科技股份有限公司.机械设备用电子制动器使用说明书［Z］.2011.