基于FANUC 0i-TB 系统数控车床安全自动门改造

张丽娟，纪春波，张 博，冯子元

（1.西京学院机械工程学院，陕西西安 710123；2.西安法士特汽车传动有限公司，陕西西安 710100）

0 引言

某单位FANUC 0i-TB 系统车床无安全自动门，只有手拉门。在日常生产中，操作工需要每天进行手动拉门关门动作，增加了操作者的劳动强度，同时安全门在未完全关闭的情况中机床也可以进行运行，有些操作工为了提高效率，常常将机床门在半开情况下进行生产，极大增加了车间的生产安全隐患。为了降低生产安全隐患和生产工人的劳动强度，改造机床自动门势在必行。

1 控制原理

手动开关门信号X 与自动循环M 代码指令信号是通过机床侧电路、PMC 编程控制、NC 之间的相互反馈，最终输出的Y信号控制中间继电器线圈，从而控制电磁阀线圈接通气路来驱动气缸的伸缩动作。

2 功能要求

加装机床自动门必须实现手动模式、MDI 模式、自动模式下的开门与关门动作，以及G4.3M 代码执行完成功能，并具有开关门延时报警及开关门到位信号等，安全自动门控制原理如图1 所示。

图1 安全自动门控制原理

3 零件选材与应用

根据自动门的功能要求以及电路设计进行零部件采购在完全达到机床使用性能的前提下，所需元件应尽量少，规格应合理，避免元器件的使用浪费。首先车间提供的气源压力0.7～0.8 MPa、机床开关门的行程约700 mm，结合自动门重量、摩擦因数计算需要的推力，进行气缸、气阀和气源处理器的选择。

（1）气缸截面积：

（2）气源压力：

（3）气缸推力：

机床自动门重量约50 kg（1005 N）乘以摩擦因数，因此选用该类型气缸完全满足机床使用要求。选择三位五通换气阀，让换气阀保持中位，可以使自动门在气缸行程中的任意位置保持停止。中间继电器与磁感应开关的电压电流规格也均符合此次电路改造要求。具体零件选用见表1。

表1 零件选用

继电器底座、节流气管接头、气管、门与气缸连接架及导线若干。

4 制定I/O 分配表（表2）

表2 自动门I/O 分配

5 外围电路的设计与分析

在机床自动门电路与梯形图改造过程中，应满足数控机床的使用要求，不应与机床其他控制信号产生矛盾，并在改造中应更加人性化，方便日常的使用与维护，外围电路如图2 所示。

图2 外围电路

其中由机床I/O 板输出Y1.4、Y1.5 信号来控制中间继电器线圈KA23、KA24，再由继电器的常开触点KA23、KA24 控制电磁换向阀的线圈YV1、YV2，达到控制气缸的伸出与缩回动作，从而驱动自动门的开关动作。然后门气缸上的到位信号X0.1、X0.2 通过I/O 板反馈到PMC 中，通过PMC 内部继电器来检测自动门的开关到位与开关时间等。

6 梯形图的设计与分析

自动门梯形图如图3 所示，其中：

图3 自动安全门梯形图

（1）将NC 报警信号F1.0、复位信号F1.1 串联到负载线圈，使自动门在报警和复位情况下可以无条件停止。

（2）R507.2 和R507.1 的常闭触点分别串联到Y1.4 和Y1.5线圈，以实现自动门开关动作互锁。

（3）自动门控制应该有开关时间继电器R300.0，并与开关到位常闭触点串联到门报警信号中，实现自动门的开关延时报警功能。

（4）手动按键X1.0 通过二分频电路，控制内部继电器R300.3的通断，从而实现对Y1.4、Y1.5 线圈的控制。

（5）M 代码指令R507.1 和R507.2 分别于自动门开关到位信号X0.1、X0.2 常开触点串联，以检测M 代码指令G4.3 是否执行完毕。

7 改造中的注意事项

（1）自动门应选用带缓冲气缸，并用节流气管接头安装，以防止过大冲击力造成的损害，提高机床安全系数。

（2）气缸应为磁性气缸，活塞上须装有磁环，以保证磁感应开关的安装与感应。

（3）改装成本要低，所用元器件要尽量少。（4）布电源线时，应使强电与弱电分开，输入线与输出线分开。（5）所用负载电压如电磁阀线圈尽量选用24 V 低电压控制，以保护机床电路，便于日常维修。

（6）梯形图与电路改造设计应符合机床使用要求，不应与机床其他控制产生冲突，并在单台设备改造运行正常后，无其他问题产生的情况下，才可大面积推广。

（7）改造前应了解各元器件之间的相互配合关系，然后根据电路图进行合理布局。

（8）改造后的电路图与梯形图切记存档，以方便日常维修。

8 改造成效

改造前：机床无自动安全门，增加了机床操作工的劳动强度，且存在很大的安全隐患，易发生机床运行过程中机床门未关闭关牢造成人身及设备损害等事故。

改造后：机床加装安全自动门，降低了机床操作工的劳动强度，极大提高了机床的使用安全系数，体现了以人为本的企业理念。

9 结语

机床自动安全门改造体现了以人为本的企业理念，不仅降低了机床操作者的劳动强度，更关键的是极大保证了机床操作者的人身安全，提高了机床的安全使用系数。本文通过数控车床安全自动安全门的改造以及对其控制原理和梯形图外围电路的设计与分析，为广大同行在机床改造中提供了思路。同时也能更进一步的提高自身的维修与改造能力，有利于快速的分析设备故障，提高了维修效率，为数控机床的广泛应用奠定坚实的基础。