劉衍益

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇無錫 214046）

0 引言

學(xué)校的實(shí)訓(xùn)數(shù)控車床為生產(chǎn)型數(shù)控車床，未對(duì)設(shè)備進(jìn)行專門研究與設(shè)計(jì)，安全防護(hù)系統(tǒng)不夠完善，實(shí)訓(xùn)過程中安全事故頻發(fā)，對(duì)學(xué)生的人身安全和學(xué)校的財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。分析數(shù)控車在實(shí)訓(xùn)中存在的安全隱患問題。

1 安全隱患問題

（1）不遵守車間實(shí)訓(xùn)安全制度，存在1 機(jī)多人操作問題。1機(jī)多人操作指甲同學(xué)在裝夾工作或測量工作尺寸，同時(shí)乙同學(xué)在系統(tǒng)面板上調(diào)試程序或修改刀具補(bǔ)償值。如果乙同學(xué)啟動(dòng)主軸，后果將不堪設(shè)想。

（2）在切削加工過程中，將防護(hù)門打開，觀察加工過程。這種現(xiàn)象存在很大的安全隱患，若此時(shí)程序有誤發(fā)生撞機(jī)，很有可能導(dǎo)致工件或刀具飛出造成傷人事故。

（3）有時(shí)將借力桿使用后放在機(jī)床導(dǎo)軌上，在機(jī)床回參考點(diǎn)或退刀時(shí)，將尾座撞擊致掉落到地上，輕者損壞機(jī)床尾座，若此時(shí)尾座旁有學(xué)生，后果將不堪設(shè)想。

（4）在實(shí)訓(xùn)過程中，將刀具或工件置于機(jī)床頂部，在加工過程中由于機(jī)床震動(dòng)的影響，致使刀具或工作掉落在高速旋轉(zhuǎn)的主軸上，造成刀具或工件飛出傷人事故。

（5）一般情況下，在實(shí)訓(xùn)車間，實(shí)訓(xùn)教師為1 人，有時(shí)遇突發(fā)情況，實(shí)訓(xùn)教師需暫時(shí)離開車間。此時(shí)，無法實(shí)時(shí)掌控實(shí)訓(xùn)安全狀態(tài)。

以上5 種情況屬于突出的安全隱患，迫切急需解決。針對(duì)實(shí)訓(xùn)安全隱患問題，通過加裝檢測元器件及智能控制裝置，解決以上實(shí)訓(xùn)安全隱患，確保在實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生的人身安全和學(xué)校的設(shè)備安全。

2 改裝方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

根據(jù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，存在突出的安全隱患問題，分別對(duì)防護(hù)門、尾座、卡盤扳手、機(jī)床頂面進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)與改裝，安裝智能檢測元件，并將檢測信號(hào)傳輸至智能控制模塊。由智能控制模塊自動(dòng)判斷是否存在安全隱患問題。若發(fā)生安全隱患問題，智能控制模塊立即將信號(hào)傳送到FANUC I/O 端，促使機(jī)床停止工作。同時(shí)，智能控制模塊將安全隱患問題發(fā)送至實(shí)訓(xùn)教師手機(jī)APP 上。

2.1 防護(hù)門安全設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)過程中，個(gè)別同學(xué)在切削加工中打開防護(hù)門造成極大的實(shí)訓(xùn)安全隱患問題。在防護(hù)門上增設(shè)信號(hào)采集器，當(dāng)防護(hù)門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，信號(hào)采集器反饋信號(hào)至智能控制模塊，由智能控制模塊進(jìn)行自動(dòng)判斷，并控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。在切削加工過程中，若打開防護(hù)門，機(jī)床停止運(yùn)行，防止意外事故的發(fā)生。

2.2 卡盤扳手智能防護(hù)裝置設(shè)計(jì)

每加工1 個(gè)零件，必須首先裝夾工件，等加工完成后拆卸工件。反復(fù)裝夾和拆卸工件，個(gè)別同學(xué)有時(shí)將卡盤扳手遺忘在主軸上，造成嚴(yán)重的安全隱患問題。專門設(shè)計(jì)卡盤扳手智能防護(hù)裝置，以杜絕卡盤扳手問題造成的實(shí)訓(xùn)安全事故。

卡盤扳手智能防護(hù)裝置的殼體采用鋁合金成型板材制作，內(nèi)置導(dǎo)套，觸點(diǎn)開關(guān)，觸點(diǎn)開關(guān)信號(hào)傳送至智能控制模塊。當(dāng)卡盤扳手置于導(dǎo)套內(nèi)時(shí)，觸點(diǎn)開關(guān)被壓下，主軸方可啟動(dòng)。當(dāng)卡盤扳手未置于導(dǎo)套內(nèi)時(shí)，觸點(diǎn)開關(guān)未被壓下，處于開路狀態(tài)，觸點(diǎn)開關(guān)不能將有效信號(hào)傳輸至智能控制模塊，因此主軸無法啟動(dòng)，避免卡盤扳手遺忘在主軸造成的安全隱患問題。

2.3 機(jī)床頂面智能檢測設(shè)計(jì)

有同學(xué)將工作或刀具置于機(jī)床頂部，造成實(shí)訓(xùn)安全隱患。為解決這一安全隱患，在機(jī)床頂部安裝紅外智能檢測器。將智能檢測器的檢測信號(hào)傳送至智能控制模塊。當(dāng)智能檢測器檢測到機(jī)床頂部存在雜物時(shí)，智能控制模塊控制機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將這一安全隱患問題傳送至實(shí)訓(xùn)教師的手機(jī)APP 上，使實(shí)訓(xùn)教師實(shí)時(shí)監(jiān)控各臺(tái)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 機(jī)床尾座防護(hù)裝置設(shè)計(jì)

在實(shí)訓(xùn)中，個(gè)別同學(xué)將借力桿使用后置于機(jī)床導(dǎo)軌上，拖板在后退過程中，極有可能將尾座撞落到地上，造成嚴(yán)重的安全事故。在機(jī)床床鞍的右側(cè)安裝TSW05-N 常開三線24 V 傳感器。將傳感器信號(hào)輸出端口連接到智能控制模塊的輸入端口。當(dāng)尾座后退到極限位置后，尾座還存在移動(dòng)現(xiàn)象，傳感器將檢測的信號(hào)傳輸至智能控制模塊，使機(jī)床立即停止移動(dòng)，避免事故的發(fā)生。

2.5 遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，只有1 名教師負(fù)責(zé)車間實(shí)訓(xùn)工作。難免遇特殊情況臨時(shí)離開車間，此時(shí)就造成監(jiān)管空白，極易發(fā)生安全事故，可能就此事故被調(diào)離教師崗位，因此非常有必要設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制開關(guān)?，F(xiàn)各院校均已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，在每機(jī)床總開關(guān)上位安裝WIFI 遠(yuǎn)程控制開關(guān)(100 A)。實(shí)訓(xùn)教師可通過手機(jī)APP 對(duì)機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理。

3 智能控制模塊連線設(shè)計(jì)及工作原理分析

3.1 智能控制模塊連線設(shè)計(jì)

智能控制模塊通過采集所有終端輸入信號(hào)，經(jīng)處理后輸出信號(hào)反饋到FANUC I/O 端來控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。接線見圖1。

圖1 智能控制流程

3.2 工作原理分析

在正常切削加工中，如某同學(xué)打開防護(hù)門，安裝在防護(hù)上的傳感器發(fā)出高電平將信號(hào)通過I1端口傳輸?shù)街悄芸刂颇K，智能控制模塊將異常情況發(fā)送到實(shí)訓(xùn)教師的手機(jī)APP 上，同時(shí)智能控制模塊通過輸出端口O1，將異常信號(hào)傳輸?shù)紽ANUC I/O端來控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。

在機(jī)床導(dǎo)軌上放置借力桿時(shí)，在退刀或回零過程中，使機(jī)床尾座超出極限時(shí)，安裝在床鞍右端的傳感器發(fā)出高電平，通過與智能控制模塊輸入端口的連接，當(dāng)收到尾座異常信號(hào)時(shí)，智能控制模塊立即向?qū)嵱?xùn)教師的手機(jī)APP 發(fā)送尾座I2信號(hào)異常，實(shí)訓(xùn)教師可通過手機(jī)了解異常情況，同時(shí)也可以通過手機(jī)APP 進(jìn)行控制機(jī)床。另外，智能控制模塊根據(jù)輸入端I2信號(hào)，將尾座異常信號(hào)通過輸出端口O2輸入到FANUC I/O 端來控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)機(jī)床頂部放置雜物時(shí)，設(shè)置在機(jī)床頂部紅外線放射端發(fā)出的線外線被物體遮擋后，接收端就無法接收到，因此接收端就產(chǎn)生信號(hào)通過端口I3傳輸至智能控制模塊，智能控制模塊將異常情況發(fā)送到實(shí)訓(xùn)教師的手機(jī)APP 上，同時(shí)智能控制模塊通過輸出端口O3，將異常信號(hào)傳輸?shù)紽ANUC I/O 端來控制機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)卡盤扳手置于專用的卡盤扳手裝置內(nèi)，主軸可正常運(yùn)行；當(dāng)卡盤扳手未置于專用的卡盤扳手裝置內(nèi)時(shí)，該裝置內(nèi)的觸點(diǎn)開關(guān)處于斷開狀態(tài)，觸點(diǎn)開關(guān)信號(hào)線通過與智能控制模塊的輸入端口I4連接，智能控制模塊接收到斷開信號(hào)，智能控制模塊向?qū)嵱?xùn)教師的手機(jī)APP 發(fā)送卡盤扳手的異常情況，同時(shí)智能控制模塊根據(jù)輸入端口I4卡盤扳手處于異常情況，通過輸出口O4與FANUC I/O 端連接控制主軸，此時(shí)主軸無法啟動(dòng)。從而保證由于卡盤扳手遺忘在主軸上，啟動(dòng)主軸造成的實(shí)訓(xùn)安全事故。

一機(jī)多人操作是指甲同學(xué)在主軸上測量或拆卸工件，同學(xué)乙同學(xué)在機(jī)床面板上輸程序或修改刀具補(bǔ)償。此種行為極其危險(xiǎn)，萬一啟動(dòng)主軸，后果就不堪設(shè)想。因此在主軸附近設(shè)置一對(duì)紅外線對(duì)射裝置。當(dāng)某同學(xué)在主軸處測量工件或拆卸工件時(shí)必定會(huì)擋住設(shè)置在主軸附近的紅外線，因此接收端就無法接收到發(fā)射的紅外線，接收端通過與智能控制模塊輸入端口I5連接，智能控制模塊接收到主軸附近有異常情況，智能控制模塊通過輸出端口O5與FANUC I/O 端連接，控制主軸無法啟動(dòng)，從而避免由于一機(jī)多人操作引起的實(shí)訓(xùn)安全事故。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，推廣價(jià)值較高，而且成本也相當(dāng)?shù)土?，觸點(diǎn)開關(guān)，傳感器，紅外線對(duì)射裝置，智能控制模塊均可在電子市場采購。

因各中、高職院校采用的實(shí)訓(xùn)數(shù)控車床均為生產(chǎn)型數(shù)控車床，操作對(duì)象為學(xué)生，根據(jù)實(shí)訓(xùn)特點(diǎn)，學(xué)生具有操作熟練程度彽、部分同學(xué)安全意識(shí)淡薄，故實(shí)訓(xùn)安全隱患突出。作者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)訓(xùn)中存在安全隱患問題進(jìn)行剖析，分別對(duì)防護(hù)門、尾座、卡盤扳手、一機(jī)多人操作等安全隱患問題進(jìn)行改造和升級(jí)，加裝智能控制器件，一旦出現(xiàn)安全隱患問題，機(jī)床自動(dòng)停止運(yùn)行，實(shí)訓(xùn)教師也是可通過手機(jī)APP 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使數(shù)控實(shí)訓(xùn)安全達(dá)到智能控制。實(shí)踐證明，經(jīng)過改裝后，數(shù)控實(shí)訓(xùn)安全得到很大的改善。