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技術趨勢
新版加工中心機安全要求(上)
2021.10.12∣瀏覽數:219

新版
加工中心機安全要求(上)

財團法人精密機械研究發展中心 工業設備安全部 王詠傑

新版加工中心機(ISO 16090-1)主要針對加工中心機、銑床、傳送機做敘述,涵蓋範圍分為Group1~4,常見配備有下列裝置/設備;刀庫、換刀器、工件裝卸機構、動力工件夾持機構、切屑輸送機、動力操控門、額外的車削設備、額外的研磨設備。下文所有提及之的防護裝置需依照ISO 14120標準要求、聯鎖需依照ISO 14119標準要求。

機器群組的區別

Group1 無數值控制的手動控制搪床及銑床
透過機械式手輪的作動控制軸動作的機器,或是透過機械、電氣或其他方式控制動力單軸動作的機器,但無法程式控制多軸移動。

Group2 具有限數值控制能力的手動控制搪床及銑床
透過使用機械式或電子式手輪如群組1 機器的方式操作的機器,或透過操NC面板上的控制器作為具有限NC 控制的機器。



此群組的機器可搭配Group1 機器及以下功能:提供有限數值控制系統(NC) 、恆定工作速率(CSS) 、軸插補( 即複製/ 預定輪廓) 、螺紋切削循環;但不得提供以下功能:自動程式啟動、自動啟動換刀、無限制的快速軸移動、自動工件更換或棒材送料系統。

Group3 數值控制銑床、銑削及加工中心機
能夠執行程式控制多軸移動的數值控制機器(此類機器可在不同程度上納入手動控制的設備,亦可包含不同的加工製程。例如車削、研磨等,須符合對應標準ISO 23125、ISO 16089)。

Group4 傳送機及專用機
透過預定順序的加工操作及製程參數,只處理預先指定的工件或系列工件的機器。



防護裝置

Group1~4適用的防護裝置共分三類,各項要求說明如下。

固定式防護裝置
對於驅動器的防護,應該使用固定式防護裝置(包含伸縮式)防止接近機械動力傳動驅動器,固定式防護裝置的固定系統應該保持附著於防護裝置或機械上。



大型機器,應藉由措施的組合進行安全防護(ex.操控室、周邊圍籬⋯);周邊圍籬高度至少為1400mm,且安全距離需依照ISO13857來設計,底部與地面之間的任何開口都不得超過200mm。


可移動式聯鎖防護裝置
在機器的正常操作期間,比每一輪班一次還要更頻繁地接近機械動力源,固定式護罩要改成聯鎖可移動式防護裝置。依據ISO14119將可移動式聯鎖防護裝置聯鎖以防止接近出現危害性機械移動的危害區域。須確保打開聯鎖防護裝置時無法觸及危害區域(危害性機器動作停下來之前)。



供用戶進出的動力操作可移動式防護裝置
此防護裝置分為A/B兩種形式,直到防護裝置完全關閉前,在MSO1的模式下不可以啟動機器。發生斷電時,重力負荷動力操作防護裝置的移動不應導致任何危害狀況。

形式A:由控制系統自動啟動
在”預見全身不會進入工作區域下”,須提供壓敏保護裝置,且每個邊緣應設有半徑至少2mm的圓形邊緣,並且至少6mm的組合值(兩個半徑的總和)。關閉的力不超過75N,動能不超過4J。若保護裝置作動時能自動啟動重新打開防護裝置,關閉力可以最高150N及動能最高10J。而在“預見全身會進入工作區域下”,除上述要求還必須提供禁止重新啟動的措施且須防止無人看管時保護裝置關閉及人員受困,若防護裝置可鎖定則要有通電時解鎖或是逃生解鎖功能。


形式B:手動控制的動力操作
有三種控制方式可以選擇,第一,透過雙手控制裝置且操作面板配置在距離危害區域至少100mm的位置。第二,透過安裝在操作台上或在手輪上之致能裝置及方向控制裝置,允許25m/min以下的移動(間隙>300mm,只存在衝擊危害)或是允許最高移動速率5m/min(間隙<300mm且存在一個剪斷或擠壓危害)。第三,透過單手控制裝置,其壓動控制裝置的位置處於固定的安全位置。

機械危害所導致的特定要求

Group1機器的保護措施
(1)提供可調式刀具防護裝置、可調式或聯鎖可移動式防護裝置來禁止接近切削刀具。(2)提供一個電氣介面將一個聯鎖可移動式防護裝置連接到機器的控制裝置。(3)應該防止手輪於動力旋轉下所造成的卡夾、捲入及衝擊危害。(4)操作手冊中須載明操作員所需資格及使用何種個人保護設備(PPE)。(5)連續動力軸進給率不得超過2m/min且/或壓動控制快速橫移軸速率不超過5m/min。

Group2機器的保護措施
(1)工作區域應該用固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置進行防護。(2)任何機器移動只有在聯鎖可移動式防護裝置關閉時可進行。(3)在可移動式防護裝置開啟的狀態下需要軸移動時,需符合下列限制:軸進給移動速率應不超過2m/min,且使用壓動控制裝置啟動及維持。主軸旋轉透過“一個壓動控制裝置”或“一個主軸啟動裝置及一個致能裝置”來啟動及維持。可移動式防護裝置開啟下且安全功能有效時,主軸在沒有刀具下收到停止命令後,在2轉內達到靜止。斷電或者控制器或動力元件出現錯誤的狀況下,允許主軸驅動器滑行。(4)提供固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置,以防止接近線性速率大於15m/min的機器移動元件(衝擊危害下)或2m/min(擠壓、剪斷或捲入危害下)。防護裝置的安全距離依照ISO 13857。

Group3及Group4機器的保護措施
(須提供防護裝置,防止接近機器的危險零件/區域,工作區域應該用固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置圍住。若護罩並非合理可行,可另外透過操控室、周邊圍籬、其他保護裝置讓操作員位置受到保護。防護裝置的特性及特定要求如下:(1)應該將工作區域防護裝置固定在機器的結構上。(2)應提供措施(例如窗戶)進行定期觀察,降低開/關工作區域防護裝置頻率。

而防護裝置的聯鎖則需符合以下要求:(1)在任何MSO下,防護裝置的開啟或保護裝置的作動會造成所選的MSO的安全要求被啟動。若聯鎖可移動式防護裝置的開啟使得操作員暴露在擠壓、剪斷、切割或切斷、捲夾、拉入或捲入、衝擊、刺傷或刺穿危害下,應該提供防護裝置鎖定。若預期在動力失效後會出現移動延長(例如主軸滑行),在斷電狀態下,應透過防護裝置鎖定裝置防止接近機器。(2)預見可以全身進入或可以停留在危害性區域而不被操作員看見時,須提供禁止重新啟動的措施。應提供裝置以防止防護裝置在無人看管時關閉及人員受困。(3)當使用具備防護裝置鎖定的聯鎖裝置且預見全身可進入,該鎖定必須是在通電時鎖定、通電時可解鎖或可逃生解鎖。(4)多個工作區域:單一Group3機器上超個一個工作區域,安全防護裝置應保護操作員不受鄰近、使用中工作區域的危害。使用限制裝置防止未經授權將機器移動到鄰近的非使用中工作區內。

護罩的替代裝置則是透過局部防護裝置(ex.操控室),防止操作員從正常操作位置接近工作區域。同時,應該防止機器操作員以外的人員接近工作區域。


其他危害所導致的特定要求

加工中心機中安全要求根據ISO 12100十大危害分別探討其安全要求,機械危害以外的危害,部分有對應的B類參照標準整理如表1,而剩下危害其安全要求皆為概念性敘述,加工中心機中安全要求根據ISO 12100十大危害分別探討其安全要求,機械危害以外的危害,部分有對應的B類參照標準整理如表1,而剩下危害其安全要求皆為概念性敘述,如:失去穩定性、人員滑倒、絆倒及跌倒、為維護或故障排除而需接近在高處的機器零件、裝配錯誤、救出受困及/或被夾住的人員,這些安全措施可用風險評估流程來評估設計。



性能等級要求

依照ISO 13849-1,常用安全功能及其所需性能等級(PLr),新版加工中心機安全要求已經將所有相關類別,列於附錄J中。安全功能表J.2到J.22列舉加工中心機不同功能在不同狀況下的性能等級要求,根據國內業者常見的規格性能下,一般建議除了再啟動、刀具夾持(主軸頭)、切屑輸送帶(機外)設計為單迴路,緊急停止、開門聯鎖、啟動、致動裝置、MPG、主軸/伺服軸降速監控、模式選擇、刀庫、換刀器、切屑液、切屑輸送裝置、APC、動力門都設計成雙迴路並通過安全模組或各家控制器搭配的安全功能來達成PL=d的性能等級設計。引用13849安全功能需要進行性能等級計算的項目如表2。

任何動力供應失效所導致的特定要求

(1)應偵測壓力或電壓的不足,並讓機器停止。(2)動力供應的中斷或失效應不得導致工件夾持或刀具夾持的危害性損失。(3)能源供應的恢復不得導致自動重新啟動被中斷的機器零件移動,或重新啟動流體供應、機器。(4)動力供應的中斷或失效應不得導致垂直軸或傾斜軸在重力作用下的危害性移動。(5)系統的設計應使在任何迴路的線路斷裂下不會導致安全功能的損失。(6)應提供措施隔離能源供應。(7)若機器配備有自己的液壓單元及/或氣動壓縮機,機器的斷開電連接也會斷開泵浦的馬達及/或壓縮機的電源連接。如果機器供應有外部液壓及/或氣動能源,機器應該配備可靠的手動操作及可上鎖裝置以從供應源斷開。若由於隔離而無法自動消耗能量應提供用於排放剩餘壓力的設備。

彈出液體或零件所導致的特定要求

除了防護裝置設計將加工材料/金屬加工液導向其收集區域,防護裝置強度需要計算,防護裝置包含板金及觀察面板,參考新版加工中心機安全要求附件B可得到不同機器參數下需要的防護裝置厚度,若為複合式設備包含車床或磨床功能,則須分別計算其標準要求後選用最高數值的防護裝置厚度。

新版加工中心機安全要求(下)篇,將見刊於11-12月號MA雜誌(NO.136),繼續介紹不同機器操作模式的安全要求與不同功能的補充特定要求。