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數(shù)控車床安全保護(hù)功能的設(shè)計(jì)

文檔作者：李文吳海蘇保照文檔來源：青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院海爾學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月02日
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2015年2月
第43卷第4期
機(jī)床與液壓
MACHINE TOOL &amp;amp; HYDRAULICS
Feb．2015
Vo1．43 No．4
DoI：l0．3969／j．1ssn．1001—3881．2015．04．061
數(shù)控車床安全保護(hù)功能的設(shè)計(jì)
李文，吳海，蘇保照
(青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院海爾學(xué)院，山東青島266555)
摘要：數(shù)控車床是一種裝有自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控車床能否取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，保證設(shè)
備的安全運(yùn)行十分關(guān)鍵。數(shù)控車床的安全保護(hù)功能由硬件和軟件兩部分實(shí)現(xiàn)，硬件部分主要有急停安全保護(hù)電路、防護(hù)門
安全保護(hù)電路、行程限位安全保護(hù)電路等各種安全電路，軟件部分主要包含PMC程序和系統(tǒng)參數(shù)。
關(guān)鍵詞：安全保護(hù)；急?；芈?；系統(tǒng)參數(shù)；PMC程序
中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：
隨著我國(guó)制造技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)
用領(lǐng)域越來越廣泛，確保機(jī)床設(shè)備的安全運(yùn)行就顯
得非常重要。機(jī)床的安全性是指機(jī)床按操作手冊(cè)規(guī)
定，在預(yù)定目的使用條件下執(zhí)行其功能和在運(yùn)輸、
安裝、調(diào)試、維修、拆卸和處理時(shí)不產(chǎn)生損傷或危害
健康的能力?。實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備的本質(zhì)安全，提高機(jī)床
的安全技術(shù)水平，是生產(chǎn)部門搞好安全生產(chǎn)的物質(zhì)
基礎(chǔ)，對(duì)減少生產(chǎn)事故、保護(hù)工作人員和設(shè)備的安
全、提高設(shè)備產(chǎn)品自身附加值具有重要實(shí)用價(jià)值。
文中以FANUC—OiD數(shù)控系統(tǒng)為例，探討CK6132數(shù)控
車床安全保護(hù)功能的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)途徑。
1 數(shù)控車床安全保護(hù)功能的設(shè)計(jì)
數(shù)控車床安全保護(hù)功能由硬件(機(jī)床外圍電路)
部分和軟件(PMC程序及系統(tǒng)參數(shù))部分共同來完
成，具體設(shè)計(jì)如下。
1．1 急停安全保護(hù)
(1)急?？刂苹芈?
急?？刂苹芈肥菙?shù)控車床必備的安全保護(hù)措施
之一，當(dāng)機(jī)床處于緊急情況時(shí)，操作人員按下急停
按鈕，數(shù)控裝置啟動(dòng)急停處理時(shí)序(NC裝置顯示出
“ESP”報(bào)警)，伺服切斷動(dòng)力電源，數(shù)控系統(tǒng)停止運(yùn)
動(dòng)指令，機(jī)床處于安全狀態(tài)，最大限度地保護(hù)人身
和設(shè)備安全。
數(shù)控車床急停安全保護(hù)電路由兩部分組成，一
路是PMC急?？刂菩盘?hào)X8．4，另一路是伺服放大
器的ESP端子，這兩部分中任意一個(gè)斷開機(jī)床就出
現(xiàn)報(bào)警，伺服放大器ESP端子斷開出現(xiàn)SV401報(bào)
警，控制信號(hào)X8．4斷開出現(xiàn)ESP報(bào)警。上述兩部
分通過一個(gè)繼電器元件KAI來處理，具體電路如圖
1所示
3相
AC 200V
圖1 急?？刂苹芈?
(2)急?？刂芇MC程序設(shè)計(jì)
急?？刂菩盘?hào)有x硬件信號(hào)( X8．4)和G軟
件信號(hào)( G8．4)兩種，數(shù)控裝置直接讀取由機(jī)床
側(cè)發(fā)出的信號(hào)( X8．4)和由PMC向數(shù)控裝置發(fā)出
的輸出信號(hào)( G8．4)，兩個(gè)信號(hào)之一為0時(shí)，系統(tǒng)
立即進(jìn)入急停控制狀態(tài)。由圖1可知，急停控制的另一
支回路與伺服放大器相連，系統(tǒng)進(jìn)入急停狀態(tài)時(shí)，伺服
放大器MCC端口斷開，伺服電動(dòng)機(jī)強(qiáng)電切斷，并動(dòng)態(tài)
制動(dòng)。移動(dòng)中的軸瞬時(shí)停止，數(shù)控裝置進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
為了保證設(shè)備及人身安全，數(shù)控系統(tǒng)處于急停
狀態(tài)的同時(shí)，必須保證機(jī)床各軸被鎖住、主軸停轉(zhuǎn)。
數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制信號(hào)有全軸互鎖信號(hào)(
G8．0)、主軸急停控制信號(hào)( G71．1)、主軸停止
信號(hào)( 29．6)、機(jī)床準(zhǔn)備好信號(hào)(G70．7)，帶 信
號(hào)表示低電平有效。
收稿日期：2014—01—03
基金項(xiàng)目：青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)類課題(13一A-03)
作者簡(jiǎn)介：李文(1977一)，男，碩士，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)。E-mail：liwen7710@163 con。
第4期 李文等：數(shù)控車床安全保護(hù)功能的設(shè)計(jì) ·193·
急?？刂芇MC程序?qū)崟r(shí)性要求高，通常設(shè)置在
第1級(jí)程序中。PMC程序見圖2。
『X0008．4 G0008．41
00001★? 一l I---★? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ★? 0? ★
l IG0008．0I
i "k---()～ 女
； IG0071．1l
； *一?0 一一
； IG0029．6I
： ·女一?0 一一*
： lG0070．7I
! 女? 0---★
圖2 急?？刂芇MC程序
(3)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置
為使各進(jìn)給軸互鎖信號(hào)有效，需將參數(shù)#3003．2
設(shè)置為0(該參數(shù)為0表示使用各軸互鎖信號(hào)，為1
表示不使用各軸互鎖信號(hào))。
1．2 行程限位安全保護(hù)
(1)行程限位控制回路
行程限位控制是數(shù)控車床必備的安全保護(hù)措施
之一，數(shù)控車床的行程限位保護(hù)分為硬限位和軟限
位兩種形式 。
硬限位控制是數(shù)控車床的外部安全措施，當(dāng)機(jī)
床在移動(dòng)過程中壓下硬件行程開關(guān)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)斷
開伺服驅(qū)動(dòng)器的使能控制信號(hào)，所有的軸減速停止，
并出現(xiàn)OT506(正向硬限位超程)、OT507 (負(fù)向硬
限位超程)報(bào)警。機(jī)床硬限位控制電路如圖3所示。
+x超程-X超程+z超程一Z超程急停超程解除
罷 。 tsQ,t sQ2 t sQ3 14V X8．0 X8．1 X8．2 X8．3 X8．4 X8．6
I／O模塊
圖3 硬超程控制回路
軟限位控制是指機(jī)床的移動(dòng)坐標(biāo)超出系統(tǒng)參數(shù)
設(shè)置的行程范圍，此時(shí)機(jī)床出現(xiàn)OT500(正向軟限位
超程)、OT501(負(fù)向軟限位超程)報(bào)警。軟限位設(shè)
定值一般比硬限位極限值短10 mm左右，且在機(jī)床
回零后才能生效。
(2)硬限位控制PMC程序設(shè)計(jì)
機(jī)床的硬超程控制可采用數(shù)控系統(tǒng)提供的專門G
防護(hù)門左位防護(hù)門右位循環(huán)啟動(dòng)
。6 l 。6 I 。6 l
s '2
。
}4V X5．0 X5．1 X5．2
1／O模塊
DC24
0
地址信號(hào)來進(jìn)行超程保護(hù)。 G114．0～ G114．4為
軸1～軸5正向超程信號(hào)， ％G116．0～ G116．4為軸1
～ 軸5負(fù)向超程信號(hào)。硬超程控制PMC程序見圖4。
I X0008．0 G0114．0 l
00002女? 一l l? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ()一一—★
l X0008．1 G0116．0 l
00003女? 一ll? ? ? ? ? ? ? ? 一? ? ? ? ? ? ? ? ‘J_一
f X0008．2 G0114．1 f
00004★? -I l? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0 ★
I x0008．3 GO116．1 1
00005★? 一l I? ? ? ? ? ? ? ? 一? ? ? ? ? ? ? ? ‘J。’
圖4 硬超程控制PMC程序
一般情況下，機(jī)床的硬限位信號(hào)和急停信號(hào)串
聯(lián)在一起，將硬限位轉(zhuǎn)化為急停處理。當(dāng)機(jī)床壓下硬
限位行程開關(guān)后，機(jī)床同時(shí)出現(xiàn)急停報(bào)警，此時(shí)只有
按下超程解除鍵X8．6后，機(jī)床才解除超程報(bào)警，
PMC程序見圖5。
}X0008．0 X0008．1 X0008．2 X0008．3 X0008．4 G0008．4 l
00001 ? --ll? ? ll? ? 、11? 一lI一 一ll? ? ? ? ~~---()? ★
I X0008．6 I IG0008．0 l
? ? ? ? II? ---? ? ? 一～★ ．---()? ★
! IG0071．1I
★? 0? ★
： IG0029．6 J
l ★? 0?
； IG0070．7I
。 ★? 0?
圖5 硬超程解除PMC程序
(3)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置
硬限位控制參數(shù)：為使各進(jìn)給軸超程信號(hào)有效，
需將參數(shù)#3004．5設(shè)置為0(該參數(shù)為0表示進(jìn)行超
程信號(hào)的檢查，為1表示不進(jìn)行超程信號(hào)的檢查)；
軟限位控制參數(shù)：機(jī)床軟限位控制參數(shù)為#1320 (各
軸存儲(chǔ)軟限位正方向的坐標(biāo)值)和#1321(各軸存儲(chǔ)
軟限位負(fù)方向的坐標(biāo)值)，該參數(shù)要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際
情況設(shè)置。
1．3 防護(hù)門安全保護(hù)電路
(1)防護(hù)門安全控制回路
防護(hù)門安全保護(hù)也是數(shù)控車床安全保護(hù)措施之
一
， 是操作人員與機(jī)床加工區(qū)域隔離的第一道安全
防線，是為防止操作人員在觸及危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)可能造
成的人員傷害。數(shù)控車床防護(hù)門的關(guān)閉與打開通過
控制氣缸來實(shí)現(xiàn)，電磁閥YV1、YV2控制氣缸，具
體電路如圖6所示。
I／O模塊
DOCOM Y4． 0 Y 4．1 Y4．2
圖6 防護(hù)門安全控制回路
l7
Bl06
0
· 194· 機(jī)床與液壓 第43卷
(2)防護(hù)門安全控制PMC程序
數(shù)控車床防護(hù)門的打開與關(guān)閉取決于數(shù)控系統(tǒng)的
運(yùn)行狀態(tài)，即自動(dòng)運(yùn)行(自動(dòng)、MDI)前應(yīng)關(guān)閉防護(hù)
門， 自動(dòng)運(yùn)行結(jié)束后或進(jìn)給保持時(shí)應(yīng)打開防護(hù)門，非
自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(手輪、手動(dòng)、編輯、回零)時(shí)防護(hù)
門打開。需處理的數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)有：G7．2表示
自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào)，F(xiàn)0．5表示自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)狀態(tài)，
F0．4表示自動(dòng)運(yùn)行暫停狀態(tài)，Y4．2表示循環(huán)啟動(dòng)
燈。定時(shí)器延時(shí)時(shí)間根據(jù)數(shù)控車床關(guān)門時(shí)間設(shè)定，即
取決于氣缸活塞桿移動(dòng)速度。PMC程序見圖7。
I F0003．3 X0005．2 X0005．1
00006女? 一l l? ★? 一ll? 女? 一I／l ? ? ? ? ?
l F0003．4 I
? 1．? *
I F0003．5 I I
一? 一* ；
I R0150．1 ：
? 一l 一? ? ? 。 l
l R01 50．1 ACT ．? ? —一一? ? ? ． R0150．2
00007女? 一l l? ? ? ? --*SUB24 10010 女? ? ? ? 一()? 一女
：TMRB ： ：
l l 10000060000 I I
l l
I ．? ? 一? ? ? ? 一． 1
R0150．2 G0007．2：
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l F0000．5 Y0004．2 f
00009女? 一I J一? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ()?一女
I F0003．3 Y0004．2 X0005．0 Y0004．1 l
000l0*? 一一I I一*?I／I?*? l／I? ? ? ? ? 一? ? ? 一—-()? 女
I F0003．4 I ： ：
? 一I I一 ：
l F0003．5 1 ； I
一?I 1．．一* ： ；
I F0000．4 1 ：
女? 一．II? ? ? ? ．★ l
圖7 防護(hù)門安全控制PMC程序
1．4 非水平進(jìn)給軸安全保護(hù)電路
(1)非水平軸制動(dòng)控制回路
數(shù)控車床的進(jìn)給軸通常采用滾珠絲杠螺母副傳
動(dòng)，而該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不具有自鎖性能，對(duì)斜床身數(shù)控車
床的進(jìn)給軸( 軸)，會(huì)因絲杠傳動(dòng)部件重力作用而
滑動(dòng)。因此機(jī)床斷電后需要在伺服電動(dòng)機(jī)后面加上抱
閘裝置，通電后，當(dāng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒時(shí)，抱閘
裝置YA打開，電動(dòng)機(jī)依靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁力而實(shí)
現(xiàn)制動(dòng)。具體電路控制如圖8所示。
DC 24
0
I／O模塊
DOCOM Y3．7
0 V
圖8 進(jìn)給軸制動(dòng)控制回路
(2)非水平軸制動(dòng)控制PMC程序
斜床身車床伺服電機(jī)(X軸)抱閘裝置何時(shí)打開
取決于數(shù)控系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，即信號(hào)
F0．6和F1．7，信號(hào)F0．6表示伺服準(zhǔn)備就緒，信號(hào)
F1．7表示系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒 。PMC程序如下：
I F0001．7 FOO00．6 Y0003．7 1
00011女? ? -ll? ? -lI? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? --0 ★
圖9 非水平軸制動(dòng)控制PMC程序
2 小結(jié)
使用數(shù)控車床加工產(chǎn)品，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量
與加工效率，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。一旦機(jī)床設(shè)備
和操作人員出現(xiàn)安全事故，會(huì)對(duì)人員、設(shè)備及生產(chǎn)
進(jìn)度造成不可估量的影響。因此，為實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)
的安全防護(hù)，設(shè)計(jì)人員需按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)機(jī)床；設(shè)備
操作人員需熟悉數(shù)控設(shè)備的安全保護(hù)功能，并按規(guī)
范規(guī)程操作機(jī)床設(shè)備；設(shè)備維修人員需掌握數(shù)控設(shè)
備安全功能原理，能夠分析引起機(jī)床安全故障的原
因，并及時(shí)排除故障；設(shè)備管理人員需加強(qiáng)數(shù)控設(shè)
備安全運(yùn)行管理，只有這樣，才能使數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生
的效益最大化。
參考文獻(xiàn)：
[1]李佳特．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的安全功能[J]．世界制造技術(shù)與裝備
市場(chǎng)，2006(4)：78—82．
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2010，31(8)：255—256．
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北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．
、、、、
2015機(jī)床行業(yè)注定艱難而充滿希望
g 從某個(gè)角度來講，手機(jī)挽救了2014年金屬切削機(jī)3
((床行業(yè)，讓這個(gè)行業(yè)的很多工廠尋覓到了黎明前的
；； 曙光。 ；；
g 未來10年，人類將步人以智能制造為主導(dǎo)的第四J；
((次工業(yè)革命。工業(yè)4．0強(qiáng)調(diào)的是個(gè)性化生產(chǎn)和快速響
應(yīng)，目前能拯救機(jī)床行業(yè)近渴的其實(shí)是機(jī)器人行業(yè)。
事實(shí)上，集成了機(jī)器人或者機(jī)械手的自動(dòng)切削生產(chǎn)線， ；
已成為多家機(jī)床企業(yè)的市場(chǎng)攻堅(jiān)利器，所創(chuàng)造的利潤(rùn)3
遠(yuǎn)超通用機(jī)床產(chǎn)品利潤(rùn)，實(shí)際客戶應(yīng)用效果使人刮目1)
相看。另外，機(jī)床行業(yè)的價(jià)格戰(zhàn)是最讓人針砭的丑陋
現(xiàn)象。 J；
(( 2015年的機(jī)床行業(yè)注定是一個(gè)艱難而充滿希望
的年份，經(jīng)濟(jì)危機(jī)重創(chuàng)之下的制造業(yè)在踟躕前行，微利
＆下求生的機(jī)床行業(yè)。路在何方?眼下的答案雖說眾說；；
紛紜，有一種論斷卻更加清晰而明確：通過創(chuàng)新提升自})
我，從而推動(dòng)制造業(yè)逐步升級(jí)換代得到新生，機(jī)床行業(yè)
；；方能得到永生。 ；；
(來源：互聯(lián)網(wǎng))
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