CNC加工中心防碰撞措施探讨

殷 翔

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

在生产实践中，由于加工中心自动循环中途被按下“RESET”键或意外断电重启后，因操作者采取措施不当，造成刀具和夹具系统或主轴与机床工作台发生碰撞的事故时有发生。下面介绍规范加工中心操作，防范此类碰撞的方法和措施。

一、防碰撞具体方法与措施

1.存在问题

加工中心在自动加工过程中如果按下了“RESET”键或意外断电重启，则会终止执行当前零件程序、监测功能的信号被清除、通道被转换到“复位”状态中，即NC控制保持与机床同步、控制系统处于初始状态中并准备好执行另一程序。当前Z轴可能会停在危险区域（加工中心的线性测量系统为绝对值光栅尺），因为之前机床FEED倍率开关在100%。此时如直接调用程序恢复自动加工，极易造成刀具和夹具系统或电主轴与工作台夹具发生猛烈碰撞，造成严重设备事故。2008年在有记录的碰撞事故中90%都是操作人员操作不当引起的。其中较为严重的一起是操作人员误关闭机床主电源，重新送电后直接调用程序启动自动加工，导致双电主轴与工作台相撞，其中右边电主轴端部损坏严重，两把刀具全部折断，直接经济损失超过30万元。后随机对加工中心操作者进行现场模拟状态操作测试，发现在此状态下恢复自动加工时，操作者根本不检查倍率开关和Z轴的当前位置，为碰撞事故的发生埋下了巨大的隐患。

2.原因分析

加工中心的PLC程序存在安全漏洞，在加工中“RESET”键被按下或意外断电重启后，对FEED倍率开关状态、Z轴安全距离既未进行实时监控，也未进行预防性信息警告是造成此类碰撞的技术原因。无论是德系还是日系的加工中心都未对此类问题采取防护措施，有的也仅是在换刀区域设置了碰撞象限检测，但正是此疏忽给公司造成了巨大的经济损失，电主轴的维修费用超过10万元，维修周期一般为3个月（停产3个月）。

3.防撞措施

在自动加工中“RESET”键被按下或意外断电重启中断当前加工程序后，对再次启动自动加工循环的条件进行实时监控（包括FEED倍率开关状态、Z轴安全距离）：在非手动模式下出现上述情况时，如果FEED倍率开关不在0或Z轴停在危险区域，按下Cycle Start（循环启动）按键时所有轴的使能禁止、程序读入使能禁止，并出现弹出式对话框（700119）报警告知无法启动的原因和解决的方法。只有在手动模式下将FEED倍率开关降为0并将Z轴移到>650mm的安全位置，方可解除报警禁止，再次进入AUTO或MDI模式，按下Cycle Start（循环启动）按键进行自动循环加工；此方法不影响Cycle Stop（循环停止）、Step（单步）、Program Search（程序搜寻） 正常功能的实现。以下为德国产StarragHeckert加工中心功能编程举例（FC210）。

A(

O ＂e_tncreset＂

O(

A M 62.1

FP M 62.2断电扫描一次

)

)

S M 62.0

A ＂SIN:DB_KANAL1＂.E_ProgramRunning

FP M 62.3

R M 62.0

NOP 0

AN M 62.1

S M 62.1POWERON记忆

A(

ON＂SIN:DB_NCK＂.E_SWCamPlus[20]电子凸轮点

ON ＂m62.6＂

)

AN ＂m_tjog＂

A M 62.0

AN ＂SIN:DB_KANAL1＂.E_ProgramRunning

A(

AN ＂SIN:DB_KANAL1＂.E_BlockSearch

AN ＂a_leinzels＂step

ON ＂SIN:DB_NCK＂.A_Keyswitch3

)

S ＂m62.5＂

A ＂m_tjog＂

A ＂e_tncreset＂

R ＂m62.5＂

L MW 200

L 1

==I

= ＂m62.6＂overridis0%FEED倍率为0

L ＂SIN:DB_KANAL1＂.A_FD_OR

T MW 200

NOP 0

L＂ACHSWERTE＂.ISTW_Z_READ Z轴位置读取

L 6.500000e+002

>=R

= ＂Z_safety＂ Z轴安全区域指定

A M 62.5

=DBX 190.3 700119alarm

=TC:feeddisabletomachine

=TC:read-indisabletomachine

其中Z轴安全区域的定义有两种方法：（1） 将Z轴当前实际位置读取与定义的安全间距比较。（2）设置NC软凸轮点，直接定义为安全距离（SINUMERIK 840D ncu版本为v572.3以上都有电子凸轮功能。MD10450（） 定义轴号；SD41500、41502、41504、41506（）凸轮负方向值的定义；SD41501、41503、41505、41507（）凸轮正方向值的定义。NC凸轮点与PLC点的对应关系：凸轮负方向值1－32对应DB10.DBX110.0-DBX113.7；凸轮正方向值1－32对应DB10.DBX114.0-DBX117.7）。在调试过程中还遇到了以下问题：按下Cycle Stop（循环停止）键时也会产生报警，影响了正常的操作。按以下方法得以解决：正常加工时DB21.DBX35.0(PROGRAMISRUNNING)从0到1跳变（上升沿）实现M62.0复位，此时按CYCLESTOP键报警不会产生；如果加工中按RESET键则会锁存M62.0，虽然DB21.DBX35.0时序会滞后于“RESET”，但DB21.DBX35.0此时是从1到0变化（下降沿） 不会产生M62.0的复位，此时按Cycle Start键若监控条件满足则会产生报警。

仅具备实时监控还不完善，还必须得有一个详细、准确、可靠的报警信息及时提供给操作者。SIEMENS PCU50的报警文本可以直接在HMI上编写，也可以在计算机上编好后，通过RS232/软盘/U盘/网络传入PCU50。其所有报警文本都存放在F:DHMB.DIR目录下。其中有MMC报警文本C:dhmb.diralm_XX.com、NCK报警文本C:dhmb.diraln_XX.com、PLC报警文本 （非用户PLC报警文本） C:dhmb.diralp_XX.com、ZYK循环报警文本C:dhmb.diralc_XX.com、CZYK用户循环报警文本C:dhmb.diralz_XX.com。后缀名com是comment的缩写，而XX则是语言代码：German德语语言代码_gr、English英语语言代码_uk、French法语语言代码_fr、Italian意大利语语言代码_it、Spanish西班牙语语言代码_sp、Chinese中文语言代码_ch。用户报警的文件名可以随意起名，但也要服从上面文件名的格式，其格式应该是：nnnnn_XX.com（nnnnn可以是任意字符），具体报警文本的格式如下：报警号 显示方式 帮助代码 报警文本或报警号，用户报警号范围：500000～599999通道PLC报警、600000～699999轴和主轴PLC报警、700000～799999用户PLC报警、800000～899999顺序控制PLC报警，显示方式：0:在报警行显示报警、1:对话框形式显示报警，报警文本中不能出现字符”和#.字符%被留作显示参数。如果用户希望使用已经有的文本，可直接写已有文本的报警号。报警文本可加注释，注释必须以“//”开始。报警文本最大长度110个字符（两行显示），如果报警文本太长，系统会自动截断并以“*”表示。参数“%K”:表示通道号、参数“%A”:表示信号组号（如轴号）、参数“%N”:表示信号号码、参数“%Z”:表示状态号码。

用户报警需要通过PLC程序激活。（用SETAL(“报警号”)语句激活的报警是用户循环报警） DB2中的每一位对应一个报警号，它们分为两类：一类是EM—Error Message（错误信息），错误信息当产生错误的条件纠正后需要操作者复位该信息;另一类是OM—OperatorMessage（操作信息），而操作信息会随产生该信息的条件的消失而自动消失。德国设备大多在F:user或F:OEM用户目录下又建立一个MBDDE.INI文件，在USER和OEM目录中的mbdde.ini文件中的内容会自动替代MMC2目录下的mbdde.ini的相关内容。这里所说的替代是在调用时的替代，而不是文件物理写入的覆盖。所以防撞功能调试的StarragHeckert加工中心采用用户报警文件路径为F:userMB.DIR、名为chery_uk.com，它还具有额外的功能：Read-indisable（读入使能禁止），FeedDisable（进给禁止）等。这些功能的实现依赖于调用PLC块FC10的参数。

A M62.5

=DB2.DB×190.3 ←M62.5=1时，屏幕显示700119错误信息

CALL FC10

ToUserIF:=TRUE ←显示700119错误信息的同时，进给禁止

Quit:=I3.7 ←当M62.5由1变为0后，需要用I3.7复位屏幕上的错误信息

二、应用效果

自2009年1月增加此防撞措施以来，取得了明显的经济效果，至今未发生一起因操作不当造成的碰撞事故。按2008年有记录的碰撞事故为五次计算，推广此项措施后，可避免损失近50万元，由于维修周期长而造成的停产损失同时避免了。另外改善后使设备操作更加人性化，降低了操作者的心理负担，防撞改善完成了既定目标。

针对不同数控系统将此防碰撞措施植入StarragHeckert、HELLER、HUELLERHILLE、BW、Lgmazak加工中心，避免了因操作不当造成碰撞事故的发生。