本發(fā)明涉及機(jī)械加工生產(chǎn)、教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種通用車床節(jié)能安全控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

近幾年來,能源和生態(tài)危機(jī)成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題,可持續(xù)發(fā)展，逐漸成為未來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主旋律，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也逐漸從總量過渡到質(zhì)量。現(xiàn)代機(jī)械制造在全民共建環(huán)境友好型社會(huì)的要求和氖圍下,也慢慢地向“綠色制造”這一方向轉(zhuǎn)變,低碳制造理論作為這一方面最具代表性的制造理論已成為當(dāng)今社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的制造生產(chǎn)要求。本文通過作者多年來的教學(xué)研究，通過浙大學(xué)習(xí)探討，首先對(duì)我院數(shù)量多，耗電大的通用車床進(jìn)行改進(jìn)，下面是研究的過程。

通用車床數(shù)量多，加工時(shí)間長，早已經(jīng)被列為能源消耗的大戶，但是沒有人能意識(shí)到如何通過采用現(xiàn)有的工藝技術(shù)，來挖掘出節(jié)省能源的潛力；實(shí)際上，只要通過在工作時(shí)有意識(shí)的減少機(jī)床的待機(jī)時(shí)間或在設(shè)備上使用一定技改，減少待機(jī)時(shí)間和待機(jī)電流，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%以上的成績；雖然人們非常清楚高效節(jié)能措施可以極大降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，但是，高效的節(jié)能措施的普及工作還是步履蹣跚；迄今為止，設(shè)備的外圍裝備和輔助設(shè)施一直是工業(yè)領(lǐng)域在提高能源效益方面所采取的最優(yōu)化改造措施的主要對(duì)象；目前，數(shù)控機(jī)床等具有變頻能力的設(shè)備已經(jīng)在較大程度上減少了浪費(fèi)；但是，目前還有占1/3生產(chǎn)設(shè)備尤其是切削機(jī)床，還是保持在較低級(jí)控制水平，更談不上節(jié)約能源，精益管理，低碳制造，其能源消耗在對(duì)節(jié)能潛力的探究上仍得不到足夠的重視。

尤其是技工學(xué)院學(xué)生數(shù)量增加，實(shí)習(xí)任務(wù)加重，調(diào)查發(fā)現(xiàn)各教學(xué)機(jī)加工車間的切削機(jī)床，仍然是現(xiàn)代數(shù)控加工學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)設(shè)備，其加工設(shè)備的耗電量在持續(xù)增加；機(jī)床制造廠家在近幾年里也意識(shí)到了這個(gè)問題的緊迫性，經(jīng)常會(huì)從客戶那里了解這方面的意見。無論是一個(gè)企業(yè)的單臺(tái)設(shè)備的能耗，還是全部設(shè)備在不同加工方式上的能耗，都顯得非常重要。對(duì)使用壽命周期的分析結(jié)果表明，在工廠中，一臺(tái)中等規(guī)格的車床依據(jù)不同的使用條件，按三班工作制，其電能使用每年最少可達(dá)30000度，生產(chǎn)等待浪費(fèi)12000度，占到整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的40%。

以數(shù)量較多的CA6140車床為例，來研究低碳制造的問題，其功率件耗電統(tǒng)計(jì)是，主電機(jī)占90%，水泵6%，快進(jìn)刀2%，照明1%，控制器件等1%,而且工作同時(shí)率研究統(tǒng)計(jì)主電機(jī)100%，水泵50%，照明50%，快進(jìn)刀5%，分析顯見，主電機(jī)是車床用電大戶，所以，以主電機(jī)節(jié)約用電項(xiàng)來進(jìn)行分析。

對(duì)中等難度件一般統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在技工院校學(xué)生實(shí)習(xí)中，機(jī)床開機(jī)后工作占時(shí)率不到30%，待機(jī)占時(shí)率高達(dá)70%以上；而在工廠中的熟練工人，機(jī)床開機(jī)后加工待機(jī)時(shí)間明顯縮短，工作占時(shí)率60%，待機(jī)占時(shí)率40%；從以上數(shù)據(jù)分析可見，通過提到高操作熟練程度可減少待機(jī)時(shí)間的電能浪費(fèi)；這些方面需要通過勞動(dòng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)的積累，需慢慢提高，我們本文不做探討，重點(diǎn)研究在無法進(jìn)一步提高勞動(dòng)操作熟練程、縮短待機(jī)時(shí)間比例的前提下，通過技改來減小待機(jī)消耗電能的方法。

技工院校車間實(shí)習(xí)的大多是國產(chǎn)通用車床廠生產(chǎn)的CA6140通用車床，主電機(jī)功率7.5KW，每天上課6小時(shí)，每年200天，按60%使用率計(jì)算，年耗電量是7.5*6*200*60%=5400度電，年待機(jī)浪費(fèi)耗電量是5400*70%=3780度電，中等規(guī)模學(xué)生實(shí)習(xí)車間有80臺(tái)車床，共浪費(fèi)是3780*80=30240度電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種節(jié)能安全、成本低、制造簡單的通用車床節(jié)能安全控制裝置及控制方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

通用車床節(jié)能安全控制裝置，包括床體，床體上位于夾盤的位置設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)并保護(hù)安全的防護(hù)罩，防護(hù)罩的轉(zhuǎn)動(dòng)位置連接有用于控制機(jī)床電機(jī)運(yùn)行與制動(dòng)的第一微動(dòng)開關(guān)，床體上靠近操縱桿的位置設(shè)置有用于控制機(jī)床電機(jī)運(yùn)行的第二微動(dòng)開關(guān)。

以下是本發(fā)明對(duì)上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化：

防護(hù)罩為弧形的透明護(hù)罩，防護(hù)罩的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接在護(hù)板上，第一微動(dòng)開關(guān)安裝在護(hù)板上靠近轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的位置處，操縱桿通過固定塊安裝在傳動(dòng)桿上，操縱桿與第二微動(dòng)開關(guān)連接。

進(jìn)一步優(yōu)化：車床原控制電路與電源控制連接，電源控制與電機(jī)M連接，電源控制與電機(jī)M之間與第一微動(dòng)開關(guān)的常開控制開關(guān)連接。

進(jìn)一步優(yōu)化：第一微動(dòng)開關(guān)另一端的常閉開關(guān)與電機(jī)M的停機(jī)制動(dòng)連接，電機(jī)M的主電路上分別設(shè)置有Y形連接和△形連接，第二微動(dòng)開關(guān)的常開控制開關(guān)與△形連接，第二微動(dòng)開關(guān)的常閉控制開關(guān)與Y形連接，并可通過第一微動(dòng)開關(guān)和第二微動(dòng)開關(guān)的控制進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)行。

進(jìn)一步優(yōu)化：控制方法中的Y型運(yùn)行和△形運(yùn)行之間進(jìn)行聯(lián)鎖，并增加了Y-△順序啟動(dòng)控制，防止不經(jīng)Y形直接進(jìn)入△形運(yùn)行導(dǎo)致工作失誤。

進(jìn)一步優(yōu)化：△形連接使用時(shí)由△形啟動(dòng)到△形運(yùn)行，保證在需要大功率工作時(shí)的待機(jī)長時(shí)間節(jié)能。

進(jìn)一步優(yōu)化：操控步驟如下：

第一步：按下車床電源啟動(dòng)按鈕，接通電源，此時(shí)電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)，防護(hù)罩位于開啟狀態(tài)；

第二步：將防護(hù)罩放下，通過第一微動(dòng)開關(guān)控制電路將電動(dòng)機(jī)M處于Y形狀態(tài)，由原來的全壓待機(jī)改為降壓待機(jī)，電流只有原來全壓待機(jī)的1/3；

第三步：將操縱桿抬起時(shí)，通過第二微動(dòng)開關(guān)控制電路將電動(dòng)機(jī)M從Y形狀態(tài)切換至△形狀態(tài)，電機(jī)M全壓啟動(dòng)運(yùn)行；

第四步：將操縱桿斷開時(shí)，通過第二微動(dòng)開關(guān)控制電路將電動(dòng)機(jī)M從△形狀態(tài)切換至Y形狀態(tài)，電機(jī)M轉(zhuǎn)為降壓待機(jī)；

第五步：將防護(hù)罩打開，通過第一微動(dòng)開關(guān)控制電路進(jìn)行停車制動(dòng)，由Y形狀態(tài)切換至停止制動(dòng)狀態(tài)，制動(dòng)時(shí)間約為2秒。

本發(fā)明通過防護(hù)罩及在兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，即保證了安全，防止了在裝夾時(shí)的傷人事故，又有效減少飛濺鐵屑傷人及切削液飛濺，又使工件快速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，減少了操作距離，也增加了操作的便捷，提高了勞動(dòng)效率，使機(jī)床主電機(jī)電流有效節(jié)省66%，不影響可靠運(yùn)行，可防止啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊，還減少機(jī)床電路老化和損壞，同時(shí)該裝置成本很低，制造簡單。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明實(shí)施例機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2是本發(fā)明實(shí)施例機(jī)床的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3是本發(fā)明實(shí)施例機(jī)床的控制結(jié)構(gòu)簡圖。

圖中：1-床體；2-夾盤；3-防護(hù)罩；4-第一微動(dòng)開關(guān)；5-護(hù)板；6-傳動(dòng)桿；7-操縱桿；8-第二微動(dòng)開關(guān)；9-固定塊。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例，如圖1、圖2所示，通用車床節(jié)能安全控制裝置，包括床體1，床體1上位于夾盤2的位置設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)并保護(hù)安全的防護(hù)罩3，防護(hù)罩3的轉(zhuǎn)動(dòng)位置連接有用于控制機(jī)床電機(jī)運(yùn)行與制動(dòng)的第一微動(dòng)開關(guān)4，床體1上靠近操縱桿7的位置設(shè)置有用于控制機(jī)床電機(jī)運(yùn)行的第二微動(dòng)開關(guān)8。

所述防護(hù)罩3為弧形的透明護(hù)罩，材料可為亞克力材料等，防護(hù)罩3的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接在護(hù)板5上，第一微動(dòng)開關(guān)4安裝在護(hù)板5上靠近轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的位置處。所述操縱桿7通過固定塊9安裝在傳動(dòng)桿6上，操縱桿7與第二微動(dòng)開關(guān)8連接。

如圖3所示，本車床的控制方法及使用步驟如下：

所述車床原控制電路與電源控制連接，電源控制與電機(jī)M連接，電源控制與電機(jī)M之間與第一微動(dòng)開關(guān)4的常開控制開關(guān)連接，第一微動(dòng)開關(guān)4另一端的常閉開關(guān)與電機(jī)M的停機(jī)制動(dòng)連接，電機(jī)M的主電路上分別設(shè)置有Y形連接和△形連接，第二微動(dòng)開關(guān)8的常開控制開關(guān)與△形連接，第二微動(dòng)開關(guān)8的常閉控制開關(guān)與Y形連接，并可通過第一微動(dòng)開關(guān)4和第二微動(dòng)開關(guān)8的控制進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)行。

所述控制方法中的Y型運(yùn)行和△形運(yùn)行之間進(jìn)行聯(lián)鎖，并增加了Y-△順序啟動(dòng)控制，防止不經(jīng)Y形直接進(jìn)入△形運(yùn)行導(dǎo)致工作失誤。

所述△形連接使用由△形啟動(dòng)到△形運(yùn)行，保證在需要大功率工作時(shí)的待機(jī)長時(shí)間節(jié)能。

所述停機(jī)制動(dòng)包括機(jī)械制動(dòng)和電力制動(dòng)，本實(shí)施例中為電力制動(dòng)，電力制動(dòng)可為能耗制動(dòng)、電容制動(dòng)、反接制動(dòng)。

第一步：按下車床電源啟動(dòng)按鈕，接通電源，此時(shí)電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)，防護(hù)罩3位于開啟狀態(tài)；

第二步：將防護(hù)罩3放下，通過第一微動(dòng)開關(guān)4控制電路將電動(dòng)機(jī)M處于Y形狀態(tài)，由原來的全壓待機(jī)改為降壓待機(jī)，電流只有原來全壓待機(jī)的1/3；

第三步：將操縱桿7抬起時(shí)，通過第二微動(dòng)開關(guān)2控制電路將電動(dòng)機(jī)M從Y形狀態(tài)切換至△形狀態(tài)，電機(jī)M全壓啟動(dòng)運(yùn)行；

第四步：將操縱桿7斷開時(shí)，通過第二微動(dòng)開關(guān)2控制電路將電動(dòng)機(jī)M從△形狀態(tài)切換至Y形狀態(tài)，電機(jī)M轉(zhuǎn)為降壓待機(jī)；

第五步：將防護(hù)罩3打開，通過第一微動(dòng)開關(guān)4控制電路進(jìn)行停車制動(dòng)，由Y形狀態(tài)切換至停止制動(dòng)狀態(tài)，制動(dòng)時(shí)間約為2秒。

所述通過上述控制方法，將原來待機(jī)大部分時(shí)間改為停機(jī)，將主電機(jī)全壓啟動(dòng)改為減壓啟動(dòng)，全壓待機(jī)改為減壓待機(jī)，減小啟動(dòng)及待機(jī)電流，能源效益可得到顯著的改善，將主電機(jī)待機(jī)時(shí)間比例減小至30%，剩余待機(jī)時(shí)間主電動(dòng)機(jī)電流減小到1/3,因減少待機(jī)時(shí)間年節(jié)約每臺(tái)3780*70%=2646度電，因減小主電動(dòng)機(jī)待機(jī)電流年節(jié)約每臺(tái)3780*30%*0.66=748度電，合計(jì)2646+748=3394度電，一個(gè)車間年節(jié)約共3394*80=271520度電，可節(jié)省271520*0.6元，約16萬元人民幣。

本發(fā)明通過防護(hù)罩及在兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，即保證了安全，防止了在裝夾時(shí)的傷人事故，又有效減少飛濺鐵屑傷人及切削液飛濺，又使工件快速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，減少了操作距離，也增加了操作的便捷，提高了勞動(dòng)效率，使機(jī)床主電機(jī)電流有效節(jié)省66%，不影響可靠運(yùn)行，可防止啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊，還減少機(jī)床電路老化和損壞，同時(shí)該裝置成本很低，制造簡單。