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(shí)踐中，由于加工中心自動(dòng)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(dāng)，造成刀具和夾具系統(tǒng)或主軸與機(jī)床工作臺(tái)發(fā)生碰撞的事故時(shí)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(dòng)加工過程中如果按下了“RESET”鍵或意外斷電重啟，則會(huì)終止執(zhí)行當(dāng)前零件程序、監(jiān)測(cè)功能的信號(hào)被清除、通道被轉(zhuǎn)換到“復(fù)位”狀態(tài)中，即NC控制保持與機(jī)床同步、控制系統(tǒng)處于初始狀態(tài)中并準(zhǔn)備好執(zhí)行另一程序。當(dāng)前Z軸可能會(huì)停在危險(xiǎn)區(qū)域（加工中心的線性測(cè)量系統(tǒng)為絕對(duì)值光柵尺），因?yàn)橹皺C(jī)床FEED倍率開關(guān)在100%。此時(shí)如直接調(diào)用程序恢復(fù)自動(dòng)加工，極易造成刀具和夾具系統(tǒng)或電主軸與工作臺(tái)夾具發(fā)生猛烈碰撞，造成嚴(yán)重設(shè)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(dāng)引起的。其中較為嚴(yán)重的一起是操作人員誤關(guān)閉機(jī)床主電源，重新送電后直接調(diào)用程序啟動(dòng)自動(dòng)加工，導(dǎo)致雙電主軸與工作臺(tái)相撞，其中右邊電主軸端部損壞嚴(yán)重，兩把刀具全部折斷，直接經(jīng)濟(jì)損失超過30萬元。后隨機(jī)對(duì)加工中心操作者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬狀態(tài)操作測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在此狀態(tài)下恢復(fù)自動(dòng)加工時(shí)，操作者根本不檢查倍率開關(guān)和Z軸的當(dāng)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(duì)FEED倍率開關(guān)狀態(tài)、Z軸安全距離既未進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也未進(jìn)行預(yù)防性信息警告是造成此類碰撞的技術(shù)原因。無論是德系還是日系的加工中心都未對(duì)此類問題采取防護(hù)措施，有的也僅是在換刀區(qū)域設(shè)置了碰撞象限檢測(cè)，但正是此疏忽給公司造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，電主軸的維修費(fèi)用超過10萬元，維修周期一般為3個(gè)月（停產(chǎn)3個(gè)月）。

3.防撞措施

在自動(dòng)加工中“RESET”鍵被按下或意外斷電重啟中斷當(dāng)前加工程序后，對(duì)再次啟動(dòng)自動(dòng)加工循環(huán)的條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控（包括FEED倍率開關(guān)狀態(tài)、Z軸安全距離）：在非手動(dòng)模式下出現(xiàn)上述情況時(shí)，如果FEED倍率開關(guān)不在0或Z軸停在危險(xiǎn)區(qū)域，按下Cycle Start（循環(huán)啟動(dòng)）按鍵時(shí)所有軸的使能禁止、程序讀入使能禁止，并出現(xiàn)彈出式對(duì)話框（700119）報(bào)警告知無法啟動(dòng)的原因和解決的方法。只有在手動(dòng)模式下將FEED倍率開關(guān)降為0并將Z軸移到>650mm的安全位置，方可解除報(bào)警禁止，再次進(jìn)入AUTO或MDI模式，按下Cycle Start（循環(huán)啟動(dòng)）按鍵進(jìn)行自動(dòng)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(shí)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(diǎn)

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(dāng)前實(shí)際位置讀取與定義的安全間距比較。（2）設(shè)置NC軟凸輪點(diǎn)，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(hào)；SD41500、41502、41504、41506（）凸輪負(fù)方向值的定義；SD41501、41503、41505、41507（）凸輪正方向值的定義。NC凸輪點(diǎn)與PLC點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：凸輪負(fù)方向值1－32對(duì)應(yīng)DB10.DBX110.0-DBX113.7；凸輪正方向值1－32對(duì)應(yīng)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(shí)也會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，影響了正常的操作。按以下方法得以解決：正常加工時(shí)DB21.DBX35.0(PROGRAMISRUNNING)從0到1跳變（上升沿）實(shí)現(xiàn)M62.0復(fù)位，此時(shí)按CYCLESTOP鍵報(bào)警不會(huì)產(chǎn)生；如果加工中按RESET鍵則會(huì)鎖存M62.0，雖然DB21.DBX35.0時(shí)序會(huì)滯后于“RESET”，但DB21.DBX35.0此時(shí)是從1到0變化（下降沿） 不會(huì)產(chǎn)生M62.0的復(fù)位，此時(shí)按Cycle Start鍵若監(jiān)控條件滿足則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

僅具備實(shí)時(shí)監(jiān)控還不完善，還必須得有一個(gè)詳細(xì)、準(zhǔn)確、可靠的報(bào)警信息及時(shí)提供給操作者。SIEMENS PCU50的報(bào)警文本可以直接在HMI上編寫，也可以在計(jì)算機(jī)上編好后，通過RS232/軟盤/U盤/網(wǎng)絡(luò)傳入PCU50。其所有報(bào)警文本都存放在F:DHMB.DIR目錄下。其中有MMC報(bào)警文本C:dhmb.diralm_XX.com、NCK報(bào)警文本C:dhmb.diraln_XX.com、PLC報(bào)警文本 （非用戶PLC報(bào)警文本） C:dhmb.diralp_XX.com、ZYK循環(huán)報(bào)警文本C:dhmb.diralc_XX.com、CZYK用戶循環(huán)報(bào)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(bào)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(yīng)該是：nnnnn_XX.com（nnnnn可以是任意字符），具體報(bào)警文本的格式如下：報(bào)警號(hào) 顯示方式 幫助代碼 報(bào)警文本或報(bào)警號(hào)，用戶報(bào)警號(hào)范圍：500000～599999通道PLC報(bào)警、600000～699999軸和主軸PLC報(bào)警、700000～799999用戶PLC報(bào)警、800000～899999順序控制PLC報(bào)警，顯示方式：0:在報(bào)警行顯示報(bào)警、1:對(duì)話框形式顯示報(bào)警，報(bào)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(bào)警號(hào)。報(bào)警文本可加注釋，注釋必須以“//”開始。報(bào)警文本最大長(zhǎng)度110個(gè)字符（兩行顯示），如果報(bào)警文本太長(zhǎng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)截?cái)嗖⒁浴?”表示。參數(shù)“%K”:表示通道號(hào)、參數(shù)“%A”:表示信號(hào)組號(hào)（如軸號(hào)）、參數(shù)“%N”:表示信號(hào)號(hào)碼、參數(shù)“%Z”:表示狀態(tài)號(hào)碼。

用戶報(bào)警需要通過PLC程序激活。（用SETAL(“報(bào)警號(hào)”)語句激活的報(bào)警是用戶循環(huán)報(bào)警） DB2中的每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)報(bào)警號(hào)，它們分為兩類：一類是EM—Error Message（錯(cuò)誤信息），錯(cuò)誤信息當(dāng)產(chǎn)生錯(cuò)誤的條件糾正后需要操作者復(fù)位該信息;另一類是OM—OperatorMessage（操作信息），而操作信息會(huì)隨產(chǎn)生該信息的條件的消失而自動(dòng)消失。德國設(shè)備大多在F:user或F:OEM用戶目錄下又建立一個(gè)MBDDE.INI文件，在USER和OEM目錄中的mbdde.ini文件中的內(nèi)容會(huì)自動(dòng)替代MMC2目錄下的mbdde.ini的相關(guān)內(nèi)容。這里所說的替代是在調(diào)用時(shí)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(bào)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(jìn)給禁止）等。這些功能的實(shí)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(shí)，屏幕顯示700119錯(cuò)誤信息

CALL FC10

ToUserIF:=TRUE ←顯示700119錯(cuò)誤信息的同時(shí)，進(jìn)給禁止

Quit:=I3.7 ←當(dāng)M62.5由1變?yōu)?后，需要用I3.7復(fù)位屏幕上的錯(cuò)誤信息

二、應(yīng)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(jì)效果，至今未發(fā)生一起因操作不當(dāng)造成的碰撞事故。按2008年有記錄的碰撞事故為五次計(jì)算，推廣此項(xiàng)措施后，可避免損失近50萬元，由于維修周期長(zhǎng)而造成的停產(chǎn)損失同時(shí)避免了。另外改善后使設(shè)備操作更加人性化，降低了操作者的心理負(fù)擔(dān)，防撞改善完成了既定目標(biāo)。

針對(duì)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(dāng)造成碰撞事故的發(fā)生。