數(shù)控機(jī)床安全防護(hù)門的門機(jī)聯(lián)鎖功能

金光云，吳天馳，劉本剛,2

(1.航空工業(yè)沈飛數(shù)控加工廠，遼寧 沈陽 110034；2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類高性能、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床層出不窮，數(shù)控機(jī)床的安全生產(chǎn)也逐漸被機(jī)床制造方和使用方重視起來。隨著數(shù)控機(jī)床各項(xiàng)加工技術(shù)指標(biāo)的提升，卻面臨著一系列安全問題，如加工過程中出現(xiàn)的撞車、刀具破損、零件松動(dòng)脫離、誤操作、控制失常等狀況，給機(jī)床和工作人員帶來了一定的安全威脅，其中數(shù)控機(jī)床的安全防護(hù)門就是保護(hù)人員安全最直接的屏障。

綜合國內(nèi)外各類數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀，在安全防護(hù)門的安全保護(hù)方面不盡雷同，各類安全防護(hù)的控制形式其核心宗旨是安全防護(hù)門與機(jī)床運(yùn)行相互關(guān)聯(lián)鎖定，兩者不可同時(shí)進(jìn)行，邏輯上相互排斥、互相鎖定，即機(jī)床運(yùn)行時(shí)不可開門，開門時(shí)機(jī)床不允許運(yùn)行，簡稱為門機(jī)聯(lián)鎖功能。本文將闡述具備門機(jī)聯(lián)鎖功能的安全防護(hù)門的表現(xiàn)形式、分類及控制原理，并分析門機(jī)聯(lián)鎖與生產(chǎn)加工的相互影響。

1 數(shù)控機(jī)床門機(jī)聯(lián)鎖功能的主要表現(xiàn)形式

門機(jī)聯(lián)鎖功能的主要表現(xiàn)形式如下：

(1)在機(jī)床有開門和關(guān)門的動(dòng)作時(shí)，觸發(fā)安全門上的檢測開關(guān)，由開關(guān)輸出位置到達(dá)信號，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的信息顯示欄會(huì)實(shí)時(shí)出現(xiàn)相應(yīng)的提示信息，表明當(dāng)前安全門的狀態(tài)。

(2)在機(jī)床安全防護(hù)門的打開狀態(tài)下，機(jī)床不能在自動(dòng)模式下運(yùn)行程序，不能進(jìn)行切削加工，機(jī)床主軸不能旋轉(zhuǎn)，主軸旋轉(zhuǎn)的使能信號被切斷。如有必要，在特定的操作模式下，可提供主軸低轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)權(quán)限，轉(zhuǎn)速小于100 r/min，僅限于某些機(jī)械主軸在校正工件的圓心時(shí)使用。

(3)在機(jī)床安全防護(hù)門的打開狀態(tài)下，機(jī)床各進(jìn)給軸可進(jìn)行手動(dòng)運(yùn)行，可執(zhí)行機(jī)床回原點(diǎn)，可在手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入(MDI)模式下執(zhí)行各進(jìn)給軸的運(yùn)行。

(4)在機(jī)床正常加工過程中，安全防護(hù)門不能打開，只有當(dāng)機(jī)床處于待機(jī)、中停保持和主軸停止?fàn)顟B(tài)時(shí)才可以打開安全門。對于一些沒有自鎖功能的防護(hù)門，強(qiáng)行開門時(shí)，進(jìn)給軸立即處于中停保持狀態(tài)，主軸停止旋轉(zhuǎn)，并發(fā)出報(bào)警提示信息。為防止機(jī)床損傷、工件或刀具損壞，主軸的停止動(dòng)作可在進(jìn)給軸停止延時(shí)2 s后再執(zhí)行。當(dāng)關(guān)閉防護(hù)門，按下啟動(dòng)執(zhí)行鍵后，機(jī)床按原來程序繼續(xù)執(zhí)行加工任務(wù)。

(5)為了更有效地提高數(shù)控機(jī)床的安全性能，大多數(shù)高速機(jī)床的防護(hù)門都具備自動(dòng)上鎖和解鎖的功能。在機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工或主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，安全門鎖自動(dòng)上鎖，可避免人員非法進(jìn)入加工區(qū)域，排除安全隱患。加工完成后，自動(dòng)解鎖，該功能通過數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制，加強(qiáng)了安全可靠性。

數(shù)控機(jī)床的安全隱患大多與主軸的高速旋轉(zhuǎn)有關(guān)，門機(jī)聯(lián)鎖的主要目的是當(dāng)機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠有效地進(jìn)行安全隔離，通過機(jī)床的機(jī)械和電氣手段，在滿足加工工件的同時(shí)對工作人員起到安全保護(hù)的作用。

2 數(shù)控機(jī)床安全防護(hù)門的分類

根據(jù)門機(jī)連鎖的形式不同，數(shù)控機(jī)床安全防護(hù)門可以分為以下幾類：

(1)全自動(dòng)安全門。全自動(dòng)安全門多用于自動(dòng)化生產(chǎn)線和一些高配置的加工中心，是目前防護(hù)等級較高的安全門，其開關(guān)門的動(dòng)作完全由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制，PLC接收動(dòng)作需求，滿足機(jī)床各方面要求后輸出動(dòng)作信號，由油缸或氣缸自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)門，完全符合門機(jī)聯(lián)鎖功能的內(nèi)容要求。這種形式的安全門制造成本較高，并對機(jī)械器件和各類傳感器的穩(wěn)定性也有較高的要求。

(2)可自動(dòng)上鎖的手動(dòng)安全門。目前大多數(shù)高速機(jī)床和加工中心都采用這種形式，安全門的開關(guān)動(dòng)作由機(jī)床操作人員手動(dòng)完成，檢測開關(guān)檢測到到位信號后，由PLC對安全門進(jìn)行上鎖和解鎖。在數(shù)控系統(tǒng)的控制邏輯中，只有在安全門關(guān)閉到位，自鎖完成后才能進(jìn)行自動(dòng)加工。上鎖和解鎖的動(dòng)作可以由指定的開關(guān)控制，或由數(shù)控系統(tǒng)識別操作模式進(jìn)行控制。

(3)無自鎖的手動(dòng)安全門。這種形式的安全門多用于機(jī)床改造和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，安全門上安裝有開關(guān)門到位的檢測開關(guān)，一般采用行程開關(guān)或接近開關(guān)，對安全門的狀態(tài)進(jìn)行反饋，通過給機(jī)床顯示報(bào)警信息提供輸入信號，而上鎖和解鎖的動(dòng)作由機(jī)械式門鎖或卡扣等輔助元件手動(dòng)操作完成，PLC只處理開關(guān)門的到位信號，經(jīng)過內(nèi)部邏輯運(yùn)算，達(dá)到安全防護(hù)目的。

以上幾種形式的安全防護(hù)門都符合門機(jī)聯(lián)鎖功能的基本要求，門機(jī)聯(lián)鎖功能是通過加工現(xiàn)場的長期實(shí)踐，分析了多起與安全防護(hù)有關(guān)的安全事故原因后，歸納總結(jié)而提出的安全理念，從安全角度來看，門機(jī)聯(lián)鎖功能可以成為數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置，用以完善數(shù)控機(jī)床的安全性能。

3 門機(jī)聯(lián)鎖的解除

數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械加工設(shè)備，在實(shí)際工作中存在著各種不同的工況，有個(gè)別加工工序和機(jī)床調(diào)試期間需要進(jìn)入加工區(qū)域觀察工作情況，需暫時(shí)解除門機(jī)聯(lián)鎖，因此可利用鑰匙開關(guān)屏蔽門機(jī)聯(lián)鎖功能，使門機(jī)聯(lián)鎖功能失效，此時(shí)人員可進(jìn)入加工區(qū)域進(jìn)行加工，但存在安全隱患。因此必須建立完善的安全管理機(jī)制，由專人負(fù)責(zé)開關(guān)上鑰匙的使用，先由生產(chǎn)工段提出開門加工的申請，注明特定的工序、所需的時(shí)間、負(fù)責(zé)人及注意事項(xiàng)等，再提請各級主管審批，才能屏蔽門機(jī)聯(lián)鎖。當(dāng)加工完成后，及時(shí)收回鑰匙，在日常正常加工期間禁止屏蔽門機(jī)聯(lián)鎖。

門機(jī)聯(lián)鎖功能只是在設(shè)備本身控制方面提供了安全手段，更重要的安全措施還要加強(qiáng)機(jī)床相關(guān)人員的安全宣傳和教育，禁止違規(guī)作業(yè)、野蠻操作，應(yīng)嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全規(guī)程。

4 門機(jī)聯(lián)鎖的控制原理

目前所使用的數(shù)控機(jī)床采用多種控制系統(tǒng)，其PLC的邏輯處理能力都能滿足門機(jī)聯(lián)鎖的軟件控制要求。本文以一臺(tái)控制系統(tǒng)為西門子840D的龍門銑機(jī)床為例，說明典型的門機(jī)聯(lián)鎖功能的控制流程，如圖1所示。

圖1 門機(jī)聯(lián)鎖控制流程

5 結(jié)語

基于目前的機(jī)械加工行業(yè)內(nèi)對加工現(xiàn)場的安全生產(chǎn)十分重視，多數(shù)數(shù)控機(jī)床雖具備安全門鎖，具有一定的保護(hù)措施，但因生產(chǎn)廠家各異，控制邏輯并不完善。因此，在梳理現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，歸納并提出了數(shù)控機(jī)床安全防護(hù)門的門機(jī)聯(lián)鎖功能理念，實(shí)踐應(yīng)用證明該功能是增強(qiáng)工作人員人身安全保障能力的有效方法之一，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需要，對今后的設(shè)備安裝、改造、驗(yàn)收具有一定指導(dǎo)意義。