CNC加工中心防碰撞措施探討

殷 翔

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

在生產(chǎn)實踐中，由于加工中心自動循環(huán)中途被按下“RESET”鍵或意外斷電重啟后，因操作者采取措施不當，造成刀具和夾具系統(tǒng)或主軸與機床工作臺發(fā)生碰撞的事故時有發(fā)生。下面介紹規(guī)范加工中心操作，防范此類碰撞的方法和措施。

一、防碰撞具體方法與措施

1.存在問題

加工中心在自動加工過程中如果按下了“RESET”鍵或意外斷電重啟，則會終止執(zhí)行當前零件程序、監(jiān)測功能的信號被清除、通道被轉(zhuǎn)換到“復位”狀態(tài)中，即NC控制保持與機床同步、控制系統(tǒng)處于初始狀態(tài)中并準備好執(zhí)行另一程序。當前Z軸可能會停在危險區(qū)域（加工中心的線性測量系統(tǒng)為絕對值光柵尺），因為之前機床FEED倍率開關在100%。此時如直接調(diào)用程序恢復自動加工，極易造成刀具和夾具系統(tǒng)或電主軸與工作臺夾具發(fā)生猛烈碰撞，造成嚴重設備事故。2008年在有記錄的碰撞事故中90%都是操作人員操作不當引起的。其中較為嚴重的一起是操作人員誤關閉機床主電源，重新送電后直接調(diào)用程序啟動自動加工，導致雙電主軸與工作臺相撞，其中右邊電主軸端部損壞嚴重，兩把刀具全部折斷，直接經(jīng)濟損失超過30萬元。后隨機對加工中心操作者進行現(xiàn)場模擬狀態(tài)操作測試，發(fā)現(xiàn)在此狀態(tài)下恢復自動加工時，操作者根本不檢查倍率開關和Z軸的當前位置，為碰撞事故的發(fā)生埋下了巨大的隱患。

2.原因分析

加工中心的PLC程序存在安全漏洞，在加工中“RESET”鍵被按下或意外斷電重啟后，對FEED倍率開關狀態(tài)、Z軸安全距離既未進行實時監(jiān)控，也未進行預防性信息警告是造成此類碰撞的技術原因。無論是德系還是日系的加工中心都未對此類問題采取防護措施，有的也僅是在換刀區(qū)域設置了碰撞象限檢測，但正是此疏忽給公司造成了巨大的經(jīng)濟損失，電主軸的維修費用超過10萬元，維修周期一般為3個月（停產(chǎn)3個月）。

3.防撞措施

在自動加工中“RESET”鍵被按下或意外斷電重啟中斷當前加工程序后，對再次啟動自動加工循環(huán)的條件進行實時監(jiān)控（包括FEED倍率開關狀態(tài)、Z軸安全距離）：在非手動模式下出現(xiàn)上述情況時，如果FEED倍率開關不在0或Z軸停在危險區(qū)域，按下Cycle Start（循環(huán)啟動）按鍵時所有軸的使能禁止、程序讀入使能禁止，并出現(xiàn)彈出式對話框（700119）報警告知無法啟動的原因和解決的方法。只有在手動模式下將FEED倍率開關降為0并將Z軸移到>650mm的安全位置，方可解除報警禁止，再次進入AUTO或MDI模式，按下Cycle Start（循環(huán)啟動）按鍵進行自動循環(huán)加工；此方法不影響Cycle Stop（循環(huán)停止）、Step（單步）、Program Search（程序搜尋） 正常功能的實現(xiàn)。以下為德國產(chǎn)StarragHeckert加工中心功能編程舉例（FC210）。

A(

O ＂e_tncreset＂

O(

A M 62.1

FP M 62.2斷電掃描一次

)

)

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記憶

A(

ON＂SIN:DB_NCK＂.E_SWCamPlus[20]電子凸輪點

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倍率為0

L ＂SIN:DB_KANAL1＂.A_FD_OR

T MW 200

NOP 0

L＂ACHSWERTE＂.ISTW_Z_READ Z軸位置讀取

L 6.500000e+002

>=R

= ＂Z_safety＂ Z軸安全區(qū)域指定

A M 62.5

=DBX 190.3 700119alarm

=TC:feeddisabletomachine

=TC:read-indisabletomachine

其中Z軸安全區(qū)域的定義有兩種方法：（1） 將Z軸當前實際位置讀取與定義的安全間距比較。（2）設置NC軟凸輪點，直接定義為安全距離（SINUMERIK 840D ncu版本為v572.3以上都有電子凸輪功能。MD10450（） 定義軸號；SD41500、41502、41504、41506（）凸輪負方向值的定義；SD41501、41503、41505、41507（）凸輪正方向值的定義。NC凸輪點與PLC點的對應關系：凸輪負方向值1－32對應DB10.DBX110.0-DBX113.7；凸輪正方向值1－32對應DB10.DBX114.0-DBX117.7）。在調(diào)試過程中還遇到了以下問題：按下Cycle Stop（循環(huán)停止）鍵時也會產(chǎn)生報警，影響了正常的操作。按以下方法得以解決：正常加工時DB21.DBX35.0(PROGRAMISRUNNING)從0到1跳變（上升沿）實現(xiàn)M62.0復位，此時按CYCLESTOP鍵報警不會產(chǎn)生；如果加工中按RESET鍵則會鎖存M62.0，雖然DB21.DBX35.0時序會滯后于“RESET”，但DB21.DBX35.0此時是從1到0變化（下降沿） 不會產(chǎn)生M62.0的復位，此時按Cycle Start鍵若監(jiān)控條件滿足則會產(chǎn)生報警。

僅具備實時監(jiān)控還不完善，還必須得有一個詳細、準確、可靠的報警信息及時提供給操作者。SIEMENS PCU50的報警文本可以直接在HMI上編寫，也可以在計算機上編好后，通過RS232/軟盤/U盤/網(wǎng)絡傳入PCU50。其所有報警文本都存放在F:DHMB.DIR目錄下。其中有MMC報警文本C:dhmb.diralm_XX.com、NCK報警文本C:dhmb.diraln_XX.com、PLC報警文本 （非用戶PLC報警文本） C:dhmb.diralp_XX.com、ZYK循環(huán)報警文本C:dhmb.diralc_XX.com、CZYK用戶循環(huán)報警文本C:dhmb.diralz_XX.com。后綴名com是comment的縮寫，而XX則是語言代碼：German德語語言代碼_gr、English英語語言代碼_uk、French法語語言代碼_fr、Italian意大利語語言代碼_it、Spanish西班牙語語言代碼_sp、Chinese中文語言代碼_ch。用戶報警的文件名可以隨意起名，但也要服從上面文件名的格式，其格式應該是：nnnnn_XX.com（nnnnn可以是任意字符），具體報警文本的格式如下：報警號 顯示方式 幫助代碼 報警文本或報警號，用戶報警號范圍：500000～599999通道PLC報警、600000～699999軸和主軸PLC報警、700000～799999用戶PLC報警、800000～899999順序控制PLC報警，顯示方式：0:在報警行顯示報警、1:對話框形式顯示報警，報警文本中不能出現(xiàn)字符”和#.字符%被留作顯示參數(shù)。如果用戶希望使用已經(jīng)有的文本，可直接寫已有文本的報警號。報警文本可加注釋，注釋必須以“//”開始。報警文本最大長度110個字符（兩行顯示），如果報警文本太長，系統(tǒng)會自動截斷并以“*”表示。參數(shù)“%K”:表示通道號、參數(shù)“%A”:表示信號組號（如軸號）、參數(shù)“%N”:表示信號號碼、參數(shù)“%Z”:表示狀態(tài)號碼。

用戶報警需要通過PLC程序激活。（用SETAL(“報警號”)語句激活的報警是用戶循環(huán)報警） DB2中的每一位對應一個報警號，它們分為兩類：一類是EM—Error Message（錯誤信息），錯誤信息當產(chǎn)生錯誤的條件糾正后需要操作者復位該信息;另一類是OM—OperatorMessage（操作信息），而操作信息會隨產(chǎn)生該信息的條件的消失而自動消失。德國設備大多在F:user或F:OEM用戶目錄下又建立一個MBDDE.INI文件，在USER和OEM目錄中的mbdde.ini文件中的內(nèi)容會自動替代MMC2目錄下的mbdde.ini的相關內(nèi)容。這里所說的替代是在調(diào)用時的替代，而不是文件物理寫入的覆蓋。所以防撞功能調(diào)試的StarragHeckert加工中心采用用戶報警文件路徑為F:userMB.DIR、名為chery_uk.com，它還具有額外的功能：Read-indisable（讀入使能禁止），F(xiàn)eedDisable（進給禁止）等。這些功能的實現(xiàn)依賴于調(diào)用PLC塊FC10的參數(shù)。

A M62.5

=DB2.DB×190.3 ←M62.5=1時，屏幕顯示700119錯誤信息

CALL FC10

ToUserIF:=TRUE ←顯示700119錯誤信息的同時，進給禁止

Quit:=I3.7 ←當M62.5由1變?yōu)?后，需要用I3.7復位屏幕上的錯誤信息

二、應用效果

自2009年1月增加此防撞措施以來，取得了明顯的經(jīng)濟效果，至今未發(fā)生一起因操作不當造成的碰撞事故。按2008年有記錄的碰撞事故為五次計算，推廣此項措施后，可避免損失近50萬元，由于維修周期長而造成的停產(chǎn)損失同時避免了。另外改善后使設備操作更加人性化，降低了操作者的心理負擔，防撞改善完成了既定目標。

針對不同數(shù)控系統(tǒng)將此防碰撞措施植入StarragHeckert、HELLER、HUELLERHILLE、BW、Lgmazak加工中心，避免了因操作不當造成碰撞事故的發(fā)生。