數控機床安全防護門的門機聯鎖功能

金光云，吳天馳，劉本剛,2

(1.航空工業沈飛數控加工廠，遼寧 沈陽 110034；2.中國科學院大學,北京 100049)

0 引言

隨著科學技術的發展，各類高性能、高精度、高自動化的數控機床層出不窮，數控機床的安全生產也逐漸被機床制造方和使用方重視起來。隨著數控機床各項加工技術指標的提升，卻面臨著一系列安全問題，如加工過程中出現的撞車、刀具破損、零件松動脫離、誤操作、控制失常等狀況，給機床和工作人員帶來了一定的安全威脅，其中數控機床的安全防護門就是保護人員安全最直接的屏障。

綜合國內外各類數控機床的現狀，在安全防護門的安全保護方面不盡雷同，各類安全防護的控制形式其核心宗旨是安全防護門與機床運行相互關聯鎖定，兩者不可同時進行，邏輯上相互排斥、互相鎖定，即機床運行時不可開門，開門時機床不允許運行，簡稱為門機聯鎖功能。本文將闡述具備門機聯鎖功能的安全防護門的表現形式、分類及控制原理，并分析門機聯鎖與生產加工的相互影響。

1 數控機床門機聯鎖功能的主要表現形式

門機聯鎖功能的主要表現形式如下：

(1)在機床有開門和關門的動作時，觸發安全門上的檢測開關，由開關輸出位置到達信號，數控機床控制系統的信息顯示欄會實時出現相應的提示信息，表明當前安全門的狀態。

(2)在機床安全防護門的打開狀態下，機床不能在自動模式下運行程序，不能進行切削加工，機床主軸不能旋轉，主軸旋轉的使能信號被切斷。如有必要，在特定的操作模式下，可提供主軸低轉速的旋轉權限，轉速小于100 r/min，僅限于某些機械主軸在校正工件的圓心時使用。

(3)在機床安全防護門的打開狀態下，機床各進給軸可進行手動運行，可執行機床回原點，可在手動數據輸入(MDI)模式下執行各進給軸的運行。

(4)在機床正常加工過程中，安全防護門不能打開，只有當機床處于待機、中停保持和主軸停止狀態時才可以打開安全門。對于一些沒有自鎖功能的防護門，強行開門時，進給軸立即處于中停保持狀態，主軸停止旋轉，并發出報警提示信息。為防止機床損傷、工件或刀具損壞，主軸的停止動作可在進給軸停止延時2 s后再執行。當關閉防護門，按下啟動執行鍵后，機床按原來程序繼續執行加工任務。

(5)為了更有效地提高數控機床的安全性能，大多數高速機床的防護門都具備自動上鎖和解鎖的功能。在機床進行自動加工或主軸旋轉時，安全門鎖自動上鎖，可避免人員非法進入加工區域，排除安全隱患。加工完成后，自動解鎖，該功能通過數控系統自動控制，加強了安全可靠性。

數控機床的安全隱患大多與主軸的高速旋轉有關，門機聯鎖的主要目的是當機床主軸旋轉時能夠有效地進行安全隔離，通過機床的機械和電氣手段，在滿足加工工件的同時對工作人員起到安全保護的作用。

2 數控機床安全防護門的分類

根據門機連鎖的形式不同，數控機床安全防護門可以分為以下幾類：

(1)全自動安全門。全自動安全門多用于自動化生產線和一些高配置的加工中心，是目前防護等級較高的安全門，其開關門的動作完全由數控系統自動控制，PLC接收動作需求，滿足機床各方面要求后輸出動作信號，由油缸或氣缸自動實現開關門，完全符合門機聯鎖功能的內容要求。這種形式的安全門制造成本較高，并對機械器件和各類傳感器的穩定性也有較高的要求。

(2)可自動上鎖的手動安全門。目前大多數高速機床和加工中心都采用這種形式，安全門的開關動作由機床操作人員手動完成，檢測開關檢測到到位信號后，由PLC對安全門進行上鎖和解鎖。在數控系統的控制邏輯中，只有在安全門關閉到位，自鎖完成后才能進行自動加工。上鎖和解鎖的動作可以由指定的開關控制，或由數控系統識別操作模式進行控制。

(3)無自鎖的手動安全門。這種形式的安全門多用于機床改造和經濟型數控機床，安全門上安裝有開關門到位的檢測開關，一般采用行程開關或接近開關，對安全門的狀態進行反饋，通過給機床顯示報警信息提供輸入信號，而上鎖和解鎖的動作由機械式門鎖或卡扣等輔助元件手動操作完成，PLC只處理開關門的到位信號，經過內部邏輯運算，達到安全防護目的。

以上幾種形式的安全防護門都符合門機聯鎖功能的基本要求，門機聯鎖功能是通過加工現場的長期實踐，分析了多起與安全防護有關的安全事故原因后，歸納總結而提出的安全理念，從安全角度來看，門機聯鎖功能可以成為數控機床的一項標準配置，用以完善數控機床的安全性能。

3 門機聯鎖的解除

數控機床作為機械加工設備，在實際工作中存在著各種不同的工況，有個別加工工序和機床調試期間需要進入加工區域觀察工作情況，需暫時解除門機聯鎖，因此可利用鑰匙開關屏蔽門機聯鎖功能，使門機聯鎖功能失效，此時人員可進入加工區域進行加工，但存在安全隱患。因此必須建立完善的安全管理機制，由專人負責開關上鑰匙的使用，先由生產工段提出開門加工的申請，注明特定的工序、所需的時間、負責人及注意事項等，再提請各級主管審批，才能屏蔽門機聯鎖。當加工完成后，及時收回鑰匙，在日常正常加工期間禁止屏蔽門機聯鎖。

門機聯鎖功能只是在設備本身控制方面提供了安全手段，更重要的安全措施還要加強機床相關人員的安全宣傳和教育，禁止違規作業、野蠻操作，應嚴格遵守各項安全規程。

4 門機聯鎖的控制原理

目前所使用的數控機床采用多種控制系統，其PLC的邏輯處理能力都能滿足門機聯鎖的軟件控制要求。本文以一臺控制系統為西門子840D的龍門銑機床為例，說明典型的門機聯鎖功能的控制流程，如圖1所示。

圖1 門機聯鎖控制流程

5 結語

基于目前的機械加工行業內對加工現場的安全生產十分重視，多數數控機床雖具備安全門鎖，具有一定的保護措施，但因生產廠家各異，控制邏輯并不完善。因此，在梳理現場使用經驗的基礎上，歸納并提出了數控機床安全防護門的門機聯鎖功能理念，實踐應用證明該功能是增強工作人員人身安全保障能力的有效方法之一，滿足了實際生產需要，對今后的設備安裝、改造、驗收具有一定指導意義。