数控车床安全保护功能的设计

王丹丹

（中国重汽集团大同齿轮有限公司， 山西 大同 037000）

引言

现阶段，我国科学技术的发展推动了我国工业朝着自动化、精准化的方向发展。在此过程中，数控机床的相关技术得到了发展，其应用日渐广泛。另外，数控车床作为制造业的一部分，必然会有大量的人工操作，往往会造成生产和安全事故。为此，为了避免和减少安全事故的产生，保证数控车床的生产安全，除了强化员工的安全意识和提高其知识技术水平外，还需要对数控车床设备设置一些安全保护措施和功能，最大程度地确保生产安全运行，保障工作人员生命安全。

1 FANUC-OiD数控系统的简介

FANUC数控系统分为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、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元和纯电子式绝对位置检出器，还增加了MAP、窗口功能等，这种系列广泛适用于机电一体化的数控机床。同时在结构上也有了新的突破，采用模块化结构。在硬件组成上以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口与PMC。同时，该系统采用专用LSI，以提高集成度与可靠性，从而在一定程度上减小体积、降低成本[1]。

2 FANUC-OiD数控系统的优势

首先，FANUC-OiD数控系统下有一系列产品，且应用范围广泛。每一CNC装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。该系列产品随着其深入开发不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板与光导纤维电缆等。其次，CNC装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器），具有面向用户开放的功能。以用户特订宏程序、MMC等功能来实现。另外，在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能，如除插补后直线加减速外，还有插补前加减速；除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补等[2]。同时，采用人工智能系统，其具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。最后，该数控系统支持多种语言显示。如日、中、英、德、瑞典、挪威、丹麦语等多国语言，方便使用。

3 数控车床中涉及到的安全保护功能的设计

3.1 设置行程限位保护回路，并科学设置其系统参数

在数控车床的安全保护功能中，为了确保其安全运行，必须要设置行程限位回路和系统参数，主要功能是当数控车床在工作中超出了规定的参数范围时，会自动采取自我保护措施，发挥其自我保护的作用。其中，行程限位的设置主要包括两个方面，一方面是软限位控制，其主要是通过移动坐标，发挥参数的作用，一旦超出其范围，会自动报警，以起到自我保护的作用。一般软限位的设定值比硬限位的设定值短，大约短10 mm。软限位的参数设定一般为#1320，其表示软限位的正方向坐标，#1321表示负方向坐标，以确保其超过设置参数后自动报警。另一方面，就是硬限位控制。他的作用就是在数控车床的工作过程中，随着车床的逐渐移动，当车床压下硬件行程的开关设置时，会启动其报警功能，这时保护设置自动生效。硬限位控制的参数设定主要是#3004.5，用0和1区分是否进行超程信号。另外，当硬行程信号产生后，如果其硬行程和急停装置为串联状态，会启动急停装置，部分数控车床停止工作，以保护相关设备，这时只有相关人员按下超程解除键后，才会使数控车床继续工作，解除警报[3]。

3.2 设置卡盘和尾座的保护装置，以保护数控车床

设置卡盘和尾座的保护，主要是利用相关的参数，设定其工作范围，让卡盘和尾座形成一个保护区域，避免工作中的刀具伤害数控车床，确保数控车床处于安全工作状态。其中，对于卡盘的保护设定，要按照相关FANUC-OiD数控系统的规定，来确定卡盘的运行范围，确定科学的参数，来确保卡盘可以配合尾座安全运行。而对于尾座的保护设置，其也是按照相关FANUC-OiD数控系统的规定，并依照卡盘的参数测定来确定相关的参数[4]。其中，为了对车床进行保护，在尾座的设定中，要设定尾座屏障，以发出保护信号。在尾座的屏障设定中，如果尾座信号为G060#7，通过该信号的设置，来确定尾座屏障是否会发挥其作用。当尾盘的信号显示为0时，如果指令执行了G22，说明设置的卡盘和尾座安全屏障发挥了其作用。但是如果当尾座屏障的信号显示为1，在实际的操作中，即使系统执行了G22检查，也说明尾座的设置无效，需要重新改进尾座设置。另外，需要注意的是在设置卡盘和尾座的过程中，如果产生参数设定错误或者误差太大，会导致无禁止区的现象发生。这种情况下，卡盘和尾座也不可以进行正常的工作。

3.3 设置安全防护装置，确保工作区域安全

对工作区域进行相关的防护，主要措施就是设置了安全防护门（如图1所示）。该安全防护门的作用就是通过该门使得工作人员和车床工作区域产生了一道保护屏障，避免了工作人员由于失误进入该区域中。为此，对于该安全防护门的设置主要是通过其自动判断车床的工作状态，来自动确认是否可以开启该扇门。其工作流程主要是当数控车床在加工过程中时，操作人员无法开启这道门；当数控机床的坐标和主轴停止运转时，工作人员才会打开这道门。在开启这道门后，为了确保工作人员安全，其只可以对坐标进行手动的操作，对其他区域不可以进行操作。如果相关操作人员擅自进行了其他操作，这时报警装置将会自动进行报警，以警告该操作人员，且该车床停止所有工作，操作者不允许任何操作。该安全防护门如此设计，主要是通过PMC控制系统的测定，来判断操作人员的操作是否规范，并是否处于危险中，这种检测方式减少了安全事故的发生几率[5]。

图1 安全防护门控制回路图

4 结语

随着数控车床制造加工业的快速发展，利用数控车床进行生产，一方面会提高生产效率，另一方面可以保证产品质量。同时，利用先进的技术，设计数控车床安全保护控制系统，对数控车床进行控制和检测，会在最大程度上保证数控车床的安全运行。因此，了解和掌握数控车床设备的安全功能设计原理，可在机床发生故障时迅速查明原因，并及时解决故障，一方面会促进数控车床设备的安全运行，另一方面可保证操作人员的生命安全。

[1]李文，吴海，苏保照.数控车床安全保护功能的设计[J].机床与液压，2015，43（4）：192-194.

[2]虞俊.数控机床超程故障的诊断与解除[J].煤矿机械，2010，31（8）：255-256.

[3]盖立武，朱学超，刘旭.数控车床实践教学安全保障体系的研究与实施[J].轻工科技，2015，31（10）：128-129.

[4]周肇元.数控车床与车削中心功能安全设计方法的研究[J].制造技术与机床，2015（7）：181-185.

[5]王娜.数控车床实训事故预防和解决方法的探讨[J].中国新技术新产品，2016（5）：179.