數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

現階段，我國科學技術的發展推動了我國工業朝著自動化、精準化的方向發展。在此過程中，數控機床的相關技術得到了發展，其應用日漸廣泛。另外，數控車床作為制造業的一部分，必然會有大量的人工操作，往往會造成生產和安全事故。為此，為了避免和減少安全事故的產生，保證數控車床的生產安全，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安全運行，保障工作人員生命安全。

1 FANUC-OiD數控系統的簡介

FANUC數控系統分為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、高效率加工的數字伺服單元，數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量發揮最高的效能為宗旨，采用最新型高速高集成度處理器，共有專用大規模集成電路芯片6種，其中4種為低功耗CMOS專用大規模集成電路，專用的厚膜電路3種。三軸控制系統的主控制電路包括輸入、輸出接口與PMC。同時，該系統采用專用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數控系統的優勢

首先，FANUC-OiD數控系統下有一系列產品，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。該系列產品隨著其深入開發不斷采用新工藝、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。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，其具有推理軟件，以知識庫為根據查找故障原因。最后，該數控系統支持多種語言顯示。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，并科學設置其系統參數

在數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參數，主要功能是當數控車床在工作中超出了規定的參數范圍時，會自動采取自我保護措施，發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，發揮參數的作用，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后自動報警。另一方面，就是硬限位控制。他的作用就是在數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。硬限位控制的參數設定主要是#3004.5，用0和1區分是否進行超程信號。另外，當硬行程信號產生后，如果其硬行程和急停裝置為串聯狀態，會啟動急停裝置，部分數控車床停止工作，以保護相關設備，這時只有相關人員按下超程解除鍵后，才會使數控車床繼續工作，解除警報[3]。

3.2 設置卡盤和尾座的保護裝置，以保護數控車床

設置卡盤和尾座的保護，主要是利用相關的參數，設定其工作范圍，讓卡盤和尾座形成一個保護區域，避免工作中的刀具傷害數控車床，確保數控車床處于安全工作狀態。其中，對于卡盤的保護設定，要按照相關FANUC-OiD數控系統的規定，來確定卡盤的運行范圍，確定科學的參數，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數控系統的規定，并依照卡盤的參數測定來確定相關的參數[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揮其作用。當尾盤的信號顯示為0時，如果指令執行了G22，說明設置的卡盤和尾座安全屏障發揮了其作用。但是如果當尾座屏障的信號顯示為1，在實際的操作中，即使系統執行了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，如果產生參數設定錯誤或者誤差太大，會導致無禁止區的現象發生。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，確保工作區域安全

對工作區域進行相關的防護，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域產生了一道保護屏障，避免了工作人員由于失誤進入該區域中。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，來自動確認是否可以開啟該扇門。其工作流程主要是當數控車床在加工過程中時，操作人員無法開啟這道門；當數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控制系統的測定，來判斷操作人員的操作是否規范，并是否處于危險中，這種檢測方式減少了安全事故的發生幾率[5]。

圖1 安全防護門控制回路圖

4 結語

隨著數控車床制造加工業的快速發展，利用數控車床進行生產，一方面會提高生產效率，另一方面可以保證產品質量。同時，利用先進的技術，設計數控車床安全保護控制系統，對數控車床進行控制和檢測，會在最大程度上保證數控車床的安全運行。因此，了解和掌握數控車床設備的安全功能設計原理，可在機床發生故障時迅速查明原因，并及時解決故障，一方面會促進數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].中國新技術新產品，2016（5）：179.