基于FANUC 0i-TB 系統數控車床安全自動門改造

張麗娟，紀春波，張 博，馮子元

（1.西京學院機械工程學院，陜西西安 710123；2.西安法士特汽車傳動有限公司，陜西西安 710100）

0 引言

某單位FANUC 0i-TB 系統車床無安全自動門，只有手拉門。在日常生產中，操作工需要每天進行手動拉門關門動作，增加了操作者的勞動強度，同時安全門在未完全關閉的情況中機床也可以進行運行，有些操作工為了提高效率，常常將機床門在半開情況下進行生產，極大增加了車間的生產安全隱患。為了降低生產安全隱患和生產工人的勞動強度，改造機床自動門勢在必行。

1 控制原理

手動開關門信號X 與自動循環M 代碼指令信號是通過機床側電路、PMC 編程控制、NC 之間的相互反饋，最終輸出的Y信號控制中間繼電器線圈，從而控制電磁閥線圈接通氣路來驅動氣缸的伸縮動作。

2 功能要求

加裝機床自動門必須實現手動模式、MDI 模式、自動模式下的開門與關門動作，以及G4.3M 代碼執行完成功能，并具有開關門延時報警及開關門到位信號等，安全自動門控制原理如圖1 所示。

圖1 安全自動門控制原理

3 零件選材與應用

根據自動門的功能要求以及電路設計進行零部件采購在完全達到機床使用性能的前提下，所需元件應盡量少，規格應合理，避免元器件的使用浪費。首先車間提供的氣源壓力0.7～0.8 MPa、機床開關門的行程約700 mm，結合自動門重量、摩擦因數計算需要的推力，進行氣缸、氣閥和氣源處理器的選擇。

（1）氣缸截面積：

（2）氣源壓力：

（3）氣缸推力：

機床自動門重量約50 kg（1005 N）乘以摩擦因數，因此選用該類型氣缸完全滿足機床使用要求。選擇三位五通換氣閥，讓換氣閥保持中位，可以使自動門在氣缸行程中的任意位置保持停止。中間繼電器與磁感應開關的電壓電流規格也均符合此次電路改造要求。具體零件選用見表1。

表1 零件選用

繼電器底座、節流氣管接頭、氣管、門與氣缸連接架及導線若干。

4 制定I/O 分配表（表2）

表2 自動門I/O 分配

5 外圍電路的設計與分析

在機床自動門電路與梯形圖改造過程中，應滿足數控機床的使用要求，不應與機床其他控制信號產生矛盾，并在改造中應更加人性化，方便日常的使用與維護，外圍電路如圖2 所示。

圖2 外圍電路

其中由機床I/O 板輸出Y1.4、Y1.5 信號來控制中間繼電器線圈KA23、KA24，再由繼電器的常開觸點KA23、KA24 控制電磁換向閥的線圈YV1、YV2，達到控制氣缸的伸出與縮回動作，從而驅動自動門的開關動作。然后門氣缸上的到位信號X0.1、X0.2 通過I/O 板反饋到PMC 中，通過PMC 內部繼電器來檢測自動門的開關到位與開關時間等。

6 梯形圖的設計與分析

自動門梯形圖如圖3 所示，其中：

圖3 自動安全門梯形圖

（1）將NC 報警信號F1.0、復位信號F1.1 串聯到負載線圈，使自動門在報警和復位情況下可以無條件停止。

（2）R507.2 和R507.1 的常閉觸點分別串聯到Y1.4 和Y1.5線圈，以實現自動門開關動作互鎖。

（3）自動門控制應該有開關時間繼電器R300.0，并與開關到位常閉觸點串聯到門報警信號中，實現自動門的開關延時報警功能。

（4）手動按鍵X1.0 通過二分頻電路，控制內部繼電器R300.3的通斷，從而實現對Y1.4、Y1.5 線圈的控制。

（5）M 代碼指令R507.1 和R507.2 分別于自動門開關到位信號X0.1、X0.2 常開觸點串聯，以檢測M 代碼指令G4.3 是否執行完畢。

7 改造中的注意事項

（1）自動門應選用帶緩沖氣缸，并用節流氣管接頭安裝，以防止過大沖擊力造成的損害，提高機床安全系數。

（2）氣缸應為磁性氣缸，活塞上須裝有磁環，以保證磁感應開關的安裝與感應。

（3）改裝成本要低，所用元器件要盡量少。（4）布電源線時，應使強電與弱電分開，輸入線與輸出線分開。（5）所用負載電壓如電磁閥線圈盡量選用24 V 低電壓控制，以保護機床電路，便于日常維修。

（6）梯形圖與電路改造設計應符合機床使用要求，不應與機床其他控制產生沖突，并在單臺設備改造運行正常后，無其他問題產生的情況下，才可大面積推廣。

（7）改造前應了解各元器件之間的相互配合關系，然后根據電路圖進行合理布局。

（8）改造后的電路圖與梯形圖切記存檔，以方便日常維修。

8 改造成效

改造前：機床無自動安全門，增加了機床操作工的勞動強度，且存在很大的安全隱患，易發生機床運行過程中機床門未關閉關牢造成人身及設備損害等事故。

改造后：機床加裝安全自動門，降低了機床操作工的勞動強度，極大提高了機床的使用安全系數，體現了以人為本的企業理念。

9 結語

機床自動安全門改造體現了以人為本的企業理念，不僅降低了機床操作者的勞動強度，更關鍵的是極大保證了機床操作者的人身安全，提高了機床的安全使用系數。本文通過數控車床安全自動安全門的改造以及對其控制原理和梯形圖外圍電路的設計與分析，為廣大同行在機床改造中提供了思路。同時也能更進一步的提高自身的維修與改造能力，有利于快速的分析設備故障，提高了維修效率，為數控機床的廣泛應用奠定堅實的基礎。