数控机床安全防护门的门机联锁功能

金光云，吴天驰，刘本刚,2

(1.航空工业沈飞数控加工厂，辽宁 沈阳 110034；2.中国科学院大学,北京 100049)

0 引言

随着科学技术的发展，各类高性能、高精度、高自动化的数控机床层出不穷，数控机床的安全生产也逐渐被机床制造方和使用方重视起来。随着数控机床各项加工技术指标的提升，却面临着一系列安全问题，如加工过程中出现的撞车、刀具破损、零件松动脱离、误操作、控制失常等状况，给机床和工作人员带来了一定的安全威胁，其中数控机床的安全防护门就是保护人员安全最直接的屏障。

综合国内外各类数控机床的现状，在安全防护门的安全保护方面不尽雷同，各类安全防护的控制形式其核心宗旨是安全防护门与机床运行相互关联锁定，两者不可同时进行，逻辑上相互排斥、互相锁定，即机床运行时不可开门，开门时机床不允许运行，简称为门机联锁功能。本文将阐述具备门机联锁功能的安全防护门的表现形式、分类及控制原理，并分析门机联锁与生产加工的相互影响。

1 数控机床门机联锁功能的主要表现形式

门机联锁功能的主要表现形式如下：

(1)在机床有开门和关门的动作时，触发安全门上的检测开关，由开关输出位置到达信号，数控机床控制系统的信息显示栏会实时出现相应的提示信息，表明当前安全门的状态。

(2)在机床安全防护门的打开状态下，机床不能在自动模式下运行程序，不能进行切削加工，机床主轴不能旋转，主轴旋转的使能信号被切断。如有必要，在特定的操作模式下，可提供主轴低转速的旋转权限，转速小于100 r/min，仅限于某些机械主轴在校正工件的圆心时使用。

(3)在机床安全防护门的打开状态下，机床各进给轴可进行手动运行，可执行机床回原点，可在手动数据输入(MDI)模式下执行各进给轴的运行。

(4)在机床正常加工过程中，安全防护门不能打开，只有当机床处于待机、中停保持和主轴停止状态时才可以打开安全门。对于一些没有自锁功能的防护门，强行开门时，进给轴立即处于中停保持状态，主轴停止旋转，并发出报警提示信息。为防止机床损伤、工件或刀具损坏，主轴的停止动作可在进给轴停止延时2 s后再执行。当关闭防护门，按下启动执行键后，机床按原来程序继续执行加工任务。

(5)为了更有效地提高数控机床的安全性能，大多数高速机床的防护门都具备自动上锁和解锁的功能。在机床进行自动加工或主轴旋转时，安全门锁自动上锁，可避免人员非法进入加工区域，排除安全隐患。加工完成后，自动解锁，该功能通过数控系统自动控制，加强了安全可靠性。

数控机床的安全隐患大多与主轴的高速旋转有关，门机联锁的主要目的是当机床主轴旋转时能够有效地进行安全隔离，通过机床的机械和电气手段，在满足加工工件的同时对工作人员起到安全保护的作用。

2 数控机床安全防护门的分类

根据门机连锁的形式不同，数控机床安全防护门可以分为以下几类：

(1)全自动安全门。全自动安全门多用于自动化生产线和一些高配置的加工中心，是目前防护等级较高的安全门，其开关门的动作完全由数控系统自动控制，PLC接收动作需求，满足机床各方面要求后输出动作信号，由油缸或气缸自动实现开关门，完全符合门机联锁功能的内容要求。这种形式的安全门制造成本较高，并对机械器件和各类传感器的稳定性也有较高的要求。

(2)可自动上锁的手动安全门。目前大多数高速机床和加工中心都采用这种形式，安全门的开关动作由机床操作人员手动完成，检测开关检测到到位信号后，由PLC对安全门进行上锁和解锁。在数控系统的控制逻辑中，只有在安全门关闭到位，自锁完成后才能进行自动加工。上锁和解锁的动作可以由指定的开关控制，或由数控系统识别操作模式进行控制。

(3)无自锁的手动安全门。这种形式的安全门多用于机床改造和经济型数控机床，安全门上安装有开关门到位的检测开关，一般采用行程开关或接近开关，对安全门的状态进行反馈，通过给机床显示报警信息提供输入信号，而上锁和解锁的动作由机械式门锁或卡扣等辅助元件手动操作完成，PLC只处理开关门的到位信号，经过内部逻辑运算，达到安全防护目的。

以上几种形式的安全防护门都符合门机联锁功能的基本要求，门机联锁功能是通过加工现场的长期实践，分析了多起与安全防护有关的安全事故原因后，归纳总结而提出的安全理念，从安全角度来看，门机联锁功能可以成为数控机床的一项标准配置，用以完善数控机床的安全性能。

3 门机联锁的解除

数控机床作为机械加工设备，在实际工作中存在着各种不同的工况，有个别加工工序和机床调试期间需要进入加工区域观察工作情况，需暂时解除门机联锁，因此可利用钥匙开关屏蔽门机联锁功能，使门机联锁功能失效，此时人员可进入加工区域进行加工，但存在安全隐患。因此必须建立完善的安全管理机制，由专人负责开关上钥匙的使用，先由生产工段提出开门加工的申请，注明特定的工序、所需的时间、负责人及注意事项等，再提请各级主管审批，才能屏蔽门机联锁。当加工完成后，及时收回钥匙，在日常正常加工期间禁止屏蔽门机联锁。

门机联锁功能只是在设备本身控制方面提供了安全手段，更重要的安全措施还要加强机床相关人员的安全宣传和教育，禁止违规作业、野蛮操作，应严格遵守各项安全规程。

4 门机联锁的控制原理

目前所使用的数控机床采用多种控制系统，其PLC的逻辑处理能力都能满足门机联锁的软件控制要求。本文以一台控制系统为西门子840D的龙门铣机床为例，说明典型的门机联锁功能的控制流程，如图1所示。

图1 门机联锁控制流程

5 结语

基于目前的机械加工行业内对加工现场的安全生产十分重视，多数数控机床虽具备安全门锁，具有一定的保护措施，但因生产厂家各异，控制逻辑并不完善。因此，在梳理现场使用经验的基础上，归纳并提出了数控机床安全防护门的门机联锁功能理念，实践应用证明该功能是增强工作人员人身安全保障能力的有效方法之一，满足了实际生产需要，对今后的设备安装、改造、验收具有一定指导意义。