基于FANUC 0i-TB 系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床安全自動(dòng)門(mén)改造

張麗娟，紀(jì)春波，張 博，馮子元

（1.西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安 710123；2.西安法士特汽車(chē)傳動(dòng)有限公司，陜西西安 710100）

0 引言

某單位FANUC 0i-TB 系統(tǒng)車(chē)床無(wú)安全自動(dòng)門(mén)，只有手拉門(mén)。在日常生產(chǎn)中，操作工需要每天進(jìn)行手動(dòng)拉門(mén)關(guān)門(mén)動(dòng)作，增加了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)安全門(mén)在未完全關(guān)閉的情況中機(jī)床也可以進(jìn)行運(yùn)行，有些操作工為了提高效率，常常將機(jī)床門(mén)在半開(kāi)情況下進(jìn)行生產(chǎn)，極大增加了車(chē)間的生產(chǎn)安全隱患。為了降低生產(chǎn)安全隱患和生產(chǎn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改造機(jī)床自動(dòng)門(mén)勢(shì)在必行。

1 控制原理

手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)X 與自動(dòng)循環(huán)M 代碼指令信號(hào)是通過(guò)機(jī)床側(cè)電路、PMC 編程控制、NC 之間的相互反饋，最終輸出的Y信號(hào)控制中間繼電器線圈，從而控制電磁閥線圈接通氣路來(lái)驅(qū)動(dòng)氣缸的伸縮動(dòng)作。

2 功能要求

加裝機(jī)床自動(dòng)門(mén)必須實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式、MDI 模式、自動(dòng)模式下的開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)動(dòng)作，以及G4.3M 代碼執(zhí)行完成功能，并具有開(kāi)關(guān)門(mén)延時(shí)報(bào)警及開(kāi)關(guān)門(mén)到位信號(hào)等，安全自動(dòng)門(mén)控制原理如圖1 所示。

圖1 安全自動(dòng)門(mén)控制原理

3 零件選材與應(yīng)用

根據(jù)自動(dòng)門(mén)的功能要求以及電路設(shè)計(jì)進(jìn)行零部件采購(gòu)在完全達(dá)到機(jī)床使用性能的前提下，所需元件應(yīng)盡量少，規(guī)格應(yīng)合理，避免元器件的使用浪費(fèi)。首先車(chē)間提供的氣源壓力0.7～0.8 MPa、機(jī)床開(kāi)關(guān)門(mén)的行程約700 mm，結(jié)合自動(dòng)門(mén)重量、摩擦因數(shù)計(jì)算需要的推力，進(jìn)行氣缸、氣閥和氣源處理器的選擇。

（1）氣缸截面積：

（2）氣源壓力：

（3）氣缸推力：

機(jī)床自動(dòng)門(mén)重量約50 kg（1005 N）乘以摩擦因數(shù)，因此選用該類型氣缸完全滿足機(jī)床使用要求。選擇三位五通換氣閥，讓換氣閥保持中位，可以使自動(dòng)門(mén)在氣缸行程中的任意位置保持停止。中間繼電器與磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)的電壓電流規(guī)格也均符合此次電路改造要求。具體零件選用見(jiàn)表1。

表1 零件選用

繼電器底座、節(jié)流氣管接頭、氣管、門(mén)與氣缸連接架及導(dǎo)線若干。

4 制定I/O 分配表（表2）

表2 自動(dòng)門(mén)I/O 分配

5 外圍電路的設(shè)計(jì)與分析

在機(jī)床自動(dòng)門(mén)電路與梯形圖改造過(guò)程中，應(yīng)滿足數(shù)控機(jī)床的使用要求，不應(yīng)與機(jī)床其他控制信號(hào)產(chǎn)生矛盾，并在改造中應(yīng)更加人性化，方便日常的使用與維護(hù)，外圍電路如圖2 所示。

圖2 外圍電路

其中由機(jī)床I/O 板輸出Y1.4、Y1.5 信號(hào)來(lái)控制中間繼電器線圈KA23、KA24，再由繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)KA23、KA24 控制電磁換向閥的線圈YV1、YV2，達(dá)到控制氣缸的伸出與縮回動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。然后門(mén)氣缸上的到位信號(hào)X0.1、X0.2 通過(guò)I/O 板反饋到PMC 中，通過(guò)PMC 內(nèi)部繼電器來(lái)檢測(cè)自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)到位與開(kāi)關(guān)時(shí)間等。

6 梯形圖的設(shè)計(jì)與分析

自動(dòng)門(mén)梯形圖如圖3 所示，其中：

圖3 自動(dòng)安全門(mén)梯形圖

（1）將NC 報(bào)警信號(hào)F1.0、復(fù)位信號(hào)F1.1 串聯(lián)到負(fù)載線圈，使自動(dòng)門(mén)在報(bào)警和復(fù)位情況下可以無(wú)條件停止。

（2）R507.2 和R507.1 的常閉觸點(diǎn)分別串聯(lián)到Y(jié)1.4 和Y1.5線圈，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作互鎖。

（3）自動(dòng)門(mén)控制應(yīng)該有開(kāi)關(guān)時(shí)間繼電器R300.0，并與開(kāi)關(guān)到位常閉觸點(diǎn)串聯(lián)到門(mén)報(bào)警信號(hào)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)延時(shí)報(bào)警功能。

（4）手動(dòng)按鍵X1.0 通過(guò)二分頻電路，控制內(nèi)部繼電器R300.3的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Y1.4、Y1.5 線圈的控制。

（5）M 代碼指令R507.1 和R507.2 分別于自動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)到位信號(hào)X0.1、X0.2 常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)，以檢測(cè)M 代碼指令G4.3 是否執(zhí)行完畢。

7 改造中的注意事項(xiàng)

（1）自動(dòng)門(mén)應(yīng)選用帶緩沖氣缸，并用節(jié)流氣管接頭安裝，以防止過(guò)大沖擊力造成的損害，提高機(jī)床安全系數(shù)。

（2）氣缸應(yīng)為磁性氣缸，活塞上須裝有磁環(huán)，以保證磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)的安裝與感應(yīng)。

（3）改裝成本要低，所用元器件要盡量少。（4）布電源線時(shí)，應(yīng)使強(qiáng)電與弱電分開(kāi)，輸入線與輸出線分開(kāi)。（5）所用負(fù)載電壓如電磁閥線圈盡量選用24 V 低電壓控制，以保護(hù)機(jī)床電路，便于日常維修。

（6）梯形圖與電路改造設(shè)計(jì)應(yīng)符合機(jī)床使用要求，不應(yīng)與機(jī)床其他控制產(chǎn)生沖突，并在單臺(tái)設(shè)備改造運(yùn)行正常后，無(wú)其他問(wèn)題產(chǎn)生的情況下，才可大面積推廣。

（7）改造前應(yīng)了解各元器件之間的相互配合關(guān)系，然后根據(jù)電路圖進(jìn)行合理布局。

（8）改造后的電路圖與梯形圖切記存檔，以方便日常維修。

8 改造成效

改造前：機(jī)床無(wú)自動(dòng)安全門(mén)，增加了機(jī)床操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且存在很大的安全隱患，易發(fā)生機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中機(jī)床門(mén)未關(guān)閉關(guān)牢造成人身及設(shè)備損害等事故。

改造后：機(jī)床加裝安全自動(dòng)門(mén)，降低了機(jī)床操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提高了機(jī)床的使用安全系數(shù)，體現(xiàn)了以人為本的企業(yè)理念。

9 結(jié)語(yǔ)

機(jī)床自動(dòng)安全門(mén)改造體現(xiàn)了以人為本的企業(yè)理念，不僅降低了機(jī)床操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，更關(guān)鍵的是極大保證了機(jī)床操作者的人身安全，提高了機(jī)床的安全使用系數(shù)。本文通過(guò)數(shù)控車(chē)床安全自動(dòng)安全門(mén)的改造以及對(duì)其控制原理和梯形圖外圍電路的設(shè)計(jì)與分析，為廣大同行在機(jī)床改造中提供了思路。同時(shí)也能更進(jìn)一步的提高自身的維修與改造能力，有利于快速的分析設(shè)備故障，提高了維修效率，為數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。