數(shù)控車床安全保護功能的設計

王丹丹

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

現(xiàn)階段，我國科學技術的發(fā)展推動了我國工業(yè)朝著自動化、精準化的方向發(fā)展。在此過程中，數(shù)控機床的相關技術得到了發(fā)展，其應用日漸廣泛。另外，數(shù)控車床作為制造業(yè)的一部分，必然會有大量的人工操作，往往會造成生產(chǎn)和安全事故。為此，為了避免和減少安全事故的產(chǎn)生，保證數(shù)控車床的生產(chǎn)安全，除了強化員工的安全意識和提高其知識技術水平外，還需要對數(shù)控車床設備設置一些安全保護措施和功能，最大程度地確保生產(chǎn)安全運行，保障工作人員生命安全。

1 FANUC-OiD數(shù)控系統(tǒng)的簡介

FANUC數(shù)控系統(tǒng)分為0系列、10/11/12系列、15、16、18、21 系列等，其中 15 系列采用了高速度、高精度、高效率加工的數(shù)字伺服單元，數(shù)字主軸單元和純電子式絕對位置檢出器，還增加了MAP、窗口功能等，這種系列廣泛適用于機電一體化的數(shù)控機床。同時在結構上也有了新的突破，采用模塊化結構。在硬件組成上以最少的元件數(shù)量發(fā)揮最高的效能為宗旨，采用最新型高速高集成度處理器，共有專用大規(guī)模集成電路芯片6種，其中4種為低功耗CMOS專用大規(guī)模集成電路，專用的厚膜電路3種。三軸控制系統(tǒng)的主控制電路包括輸入、輸出接口與PMC。同時，該系統(tǒng)采用專用LSI，以提高集成度與可靠性，從而在一定程度上減小體積、降低成本[1]。

2 FANUC-OiD數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

首先，F(xiàn)ANUC-OiD數(shù)控系統(tǒng)下有一系列產(chǎn)品，且應用范圍廣泛。每一CNC裝置上可配多種上控制軟件，適用于多種機床。該系列產(chǎn)品隨著其深入開發(fā)不斷采用新工藝、新技術。如表面安裝技術SMT、多層印制電路板與光導纖維電纜等。其次，CNC裝置體積減小，采用面板裝配式、內(nèi)裝式PMC（可編程機床控制器），具有面向用戶開放的功能。以用戶特訂宏程序、MMC等功能來實現(xiàn)。另外，在插補、加減速成、補償、自動編程、圖形顯示、通信、控制和診斷方面不斷增加新的功能，如除插補后直線加減速外，還有插補前加減速；除直線、圓弧、螺旋線插補外，還有假想軸插補、極其坐標插補、圓錐面插補等[2]。同時，采用人工智能系統(tǒng)，其具有推理軟件，以知識庫為根據(jù)查找故障原因。最后，該數(shù)控系統(tǒng)支持多種語言顯示。如日、中、英、德、瑞典、挪威、丹麥語等多國語言，方便使用。

3 數(shù)控車床中涉及到的安全保護功能的設計

3.1 設置行程限位保護回路，并科學設置其系統(tǒng)參數(shù)

在數(shù)控車床的安全保護功能中，為了確保其安全運行，必須要設置行程限位回路和系統(tǒng)參數(shù)，主要功能是當數(shù)控車床在工作中超出了規(guī)定的參數(shù)范圍時，會自動采取自我保護措施，發(fā)揮其自我保護的作用。其中，行程限位的設置主要包括兩個方面，一方面是軟限位控制，其主要是通過移動坐標，發(fā)揮參數(shù)的作用，一旦超出其范圍，會自動報警，以起到自我保護的作用。一般軟限位的設定值比硬限位的設定值短，大約短10 mm。軟限位的參數(shù)設定一般為#1320，其表示軟限位的正方向坐標，#1321表示負方向坐標，以確保其超過設置參數(shù)后自動報警。另一方面，就是硬限位控制。他的作用就是在數(shù)控車床的工作過程中，隨著車床的逐漸移動，當車床壓下硬件行程的開關設置時，會啟動其報警功能，這時保護設置自動生效。硬限位控制的參數(shù)設定主要是#3004.5，用0和1區(qū)分是否進行超程信號。另外，當硬行程信號產(chǎn)生后，如果其硬行程和急停裝置為串聯(lián)狀態(tài)，會啟動急停裝置，部分數(shù)控車床停止工作，以保護相關設備，這時只有相關人員按下超程解除鍵后，才會使數(shù)控車床繼續(xù)工作，解除警報[3]。

3.2 設置卡盤和尾座的保護裝置，以保護數(shù)控車床

設置卡盤和尾座的保護，主要是利用相關的參數(shù)，設定其工作范圍，讓卡盤和尾座形成一個保護區(qū)域，避免工作中的刀具傷害數(shù)控車床，確保數(shù)控車床處于安全工作狀態(tài)。其中，對于卡盤的保護設定，要按照相關FANUC-OiD數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)定，來確定卡盤的運行范圍，確定科學的參數(shù)，來確保卡盤可以配合尾座安全運行。而對于尾座的保護設置，其也是按照相關FANUC-OiD數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)定，并依照卡盤的參數(shù)測定來確定相關的參數(shù)[4]。其中，為了對車床進行保護，在尾座的設定中，要設定尾座屏障，以發(fā)出保護信號。在尾座的屏障設定中，如果尾座信號為G060#7，通過該信號的設置，來確定尾座屏障是否會發(fā)揮其作用。當尾盤的信號顯示為0時，如果指令執(zhí)行了G22，說明設置的卡盤和尾座安全屏障發(fā)揮了其作用。但是如果當尾座屏障的信號顯示為1，在實際的操作中，即使系統(tǒng)執(zhí)行了G22檢查，也說明尾座的設置無效，需要重新改進尾座設置。另外，需要注意的是在設置卡盤和尾座的過程中，如果產(chǎn)生參數(shù)設定錯誤或者誤差太大，會導致無禁止區(qū)的現(xiàn)象發(fā)生。這種情況下，卡盤和尾座也不可以進行正常的工作。

3.3 設置安全防護裝置，確保工作區(qū)域安全

對工作區(qū)域進行相關的防護，主要措施就是設置了安全防護門（如圖1所示）。該安全防護門的作用就是通過該門使得工作人員和車床工作區(qū)域產(chǎn)生了一道保護屏障，避免了工作人員由于失誤進入該區(qū)域中。為此，對于該安全防護門的設置主要是通過其自動判斷車床的工作狀態(tài)，來自動確認是否可以開啟該扇門。其工作流程主要是當數(shù)控車床在加工過程中時，操作人員無法開啟這道門；當數(shù)控機床的坐標和主軸停止運轉時，工作人員才會打開這道門。在開啟這道門后，為了確保工作人員安全，其只可以對坐標進行手動的操作，對其他區(qū)域不可以進行操作。如果相關操作人員擅自進行了其他操作，這時報警裝置將會自動進行報警，以警告該操作人員，且該車床停止所有工作，操作者不允許任何操作。該安全防護門如此設計，主要是通過PMC控制系統(tǒng)的測定，來判斷操作人員的操作是否規(guī)范，并是否處于危險中，這種檢測方式減少了安全事故的發(fā)生幾率[5]。

圖1 安全防護門控制回路圖

4 結語

隨著數(shù)控車床制造加工業(yè)的快速發(fā)展，利用數(shù)控車床進行生產(chǎn)，一方面會提高生產(chǎn)效率，另一方面可以保證產(chǎn)品質量。同時，利用先進的技術，設計數(shù)控車床安全保護控制系統(tǒng)，對數(shù)控車床進行控制和檢測，會在最大程度上保證數(shù)控車床的安全運行。因此，了解和掌握數(shù)控車床設備的安全功能設計原理，可在機床發(fā)生故障時迅速查明原因，并及時解決故障，一方面會促進數(shù)控車床設備的安全運行，另一方面可保證操作人員的生命安全。

[1]李文，吳海，蘇保照.數(shù)控車床安全保護功能的設計[J].機床與液壓，2015，43（4）：192-194.

[2]虞俊.數(shù)控機床超程故障的診斷與解除[J].煤礦機械，2010，31（8）：255-256.

[3]蓋立武，朱學超，劉旭.數(shù)控車床實踐教學安全保障體系的研究與實施[J].輕工科技，2015，31（10）：128-129.

[4]周肇元.數(shù)控車床與車削中心功能安全設計方法的研究[J].制造技術與機床，2015（7）：181-185.

[5]王娜.數(shù)控車床實訓事故預防和解決方法的探討[J].中國新技術新產(chǎn)品，2016（5）：179.