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技術趨勢
新版加工中心機安全要求(下)
2021.12.01∣瀏覽數:560

新版
加工中心機安全要求(下)

財團法人精密機械研究發展中心 工業設備安全部 王詠傑

10月號MA雜誌(NO.135)見刊的新版加工中心機安全要求(上),已說明各機器群組的區別與其適用的防護裝置、保護措施等,以下將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。

機器操作的MSO

機器群組常見的幾個安全操作模式(MSO)如表1,不同群組能配備的MSO各不相同,配備超過一個以上的MSO在設計上應配備MSO選擇裝置,該裝置一次只能選擇及致能一個,只允許從危險區域的外面選擇,且可以被鎖定在所選擇的位置,選擇時不得啟動機器操作,而動態模式選擇只允許在MSO 1及MSO 3之間(只適用於Group3及Group4)。

MSO 0(手動模式)

由操作員在機器軸的非自動模式下操作機器,在本模式下操作員控制加工製程,不使用預設的程式控制操作。

可移動式聯鎖防護裝置關閉時,主軸旋轉只能透過為該目的所提供的控制裝置來手動啟動。防護裝置開啟時,在致能裝置作動下,才能啟動及維持主軸的移動;可移動式聯鎖防護裝置關閉時,軸進給移動才可進行,且橫向移動速率限制在5 m/min。聯鎖防護裝置開啟時,可手動選擇軸進給移動,且只能透過壓動控制裝置進行,速限2 m/min;有多個可控制的動力驅動進給軸時,一次只允許一個進給軸移動。允許主軸同時旋轉。




MSO 1(自動模式)

具手動或自動裝載/卸載工件及刀具等設備的機器,其自動、程式控制、依順序的操作模式,直到程式或操作員令其停止。

安全防護裝置作用中且防護裝置關閉時,透過壓動控制裝置或MPG(即電子式手輪)操作,允許機器軸的手動移動及使用運轉中的主軸驅動器操進行操作。滿足下列條件下才允許啟動機器:(1)允許接近工作區域的可移動式聯鎖防護裝置關閉,且保護裝置處於作用中。(2)預見全身可進入危害區域,控制位置(啟動/再啟動)可容易確認該區域內沒有人員。若無法確保則採取額外保護措施,例如:存在感測裝置或可進入工作區域內外的雙重確認或聲響或視覺警告。(3)多個主控制循環啟動裝置一次只能致動一個,危害性元件不能同時被一個以上控制裝置啟動。(4)啟動/重新啟動,須符合下列要求:只能從不存在危害的控制站進行啟動、所有保護裝置應該妥善配置及正常工作、應確保裝置不會意外地被啟動、操作位置能清楚無阻地看見危害區域內的人員。(5)防護裝置關閉時,允許使用壓動控制裝置或電子式手輪操作機器軸來進行加工。


MSO 2(設定模式)

由操作員(設定人員)執行後續加工製程的調整及準備的操作模式,有可能防護裝置是開啟的且/或保護裝置是暫停的。

無論可移動式聯鎖防護裝置是關閉或開啟,此模式下不允許進行加工。當使用壓動控制裝置或電子式手輪時,只有在致能裝置作動時,才能啟動及維持單軸移動及主軸旋轉。聯鎖可移動式防護裝置開啟且/或保護裝置暫停時,只有在下列條件下才允許移動:(1) 單一線性軸進給移動,限制最高2 m/min,或逐步移動(最大增量10mm)。(2) 旋轉軸圓周速率限制在15m/min且旋轉速率限制在50r/min。(3) 主軸在沒有刀具下收到停止命令後,2轉內達到靜止。(4) 預見可全身進入時,應監測旋轉速限或軸進給移動或距離增量。(5) 防止垂直軸或傾斜軸在重力作用下的危害性移動。(6) 透過壓動控制裝置或透過致能裝置(第一隻手)與方向控制裝置(第二隻手)一起來啟動及維持無防護切屑輸送機移動,但不能與進給軸及主軸移動搭配。(7) 自動刀具及工件更換機構禁用。允許手動控制刀具及工件更換機構的單個移動與致能裝置搭配。


MSO 3(特殊模式)

由操作員啟動的有限自動模式(固定順序的個別連續步驟),在防護裝置開啟且/或保護裝置暫停下,暫時允許手動控制或數值控制操作機器。

只有在知道預期應用的細節且操作員經機器製造商或供應商訓練及授權時,才提供MSO 3。操作員所需具備的技術水準應在說明書中定義。在MSO 3的模式下不允許車削操作。國內製造商考量風險基本上很少提供此模式,在此不作細節介紹。




MSO 維護

用於保養及維護工作的操作模式,在此時防護裝置是開啟的且/或保護裝置是暫停的。此模式只供經機器製造商訓練及授權的維護人員使用,國內製造商考量風險基本上不會提供此模式,因此不多作介紹。

刀庫的額外要求

(1) 透過固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置來防止接近或暫停或禁止刀庫的危害性移動。若需要對刀庫進行定期觀察,應提供措施(例如窗戶)。(2) 聯鎖可移動式防護裝置開啟或保護裝置暫停時,應停止刀庫驅動器及其他危害性移動。(3) 進入開口應依照ISO15534-1及ISO 15534-2。(4) 預見可全身進入刀庫的危害區域,則與工作區域的要求相同(參見MSO1、MSO2、MSO3)。(5) 在防護裝置開啟/保護裝置暫停的狀況下,符合以下任一條件,允許移動(在距離危害區域足夠距離的位置啟動及維持移動):致能裝置連同方向控制裝置(只有衝擊危害下,移動速率最高15m/min;擠壓、剪斷或捲入危害下,移動速率最高2m/min或不到4mm內停下來)、雙手控制裝置(符合ISO 13851 類型III B及C的要求,若是無法單手啟動雙手控制裝置,最小按鈕間距260mm可無視,但至少100mm)、固定位置的致能裝置搭配啟動開關(最小間距要求至少100mm)。(6) 聯鎖防護裝置或受監測的防護裝置開啟時,任何感測器或反饋裝置的作動都不得啟動危害性移動。(7) 防止垂直軸或傾斜軸在重力作用下的危害性移動。





換刀器的額外要求

(1) 透過固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置來防止從任何方向接近換刀器的危害性移動。(2) 當安全防護裝置措施暫停時,應停止換刀器驅動器及其他危害性移動,並禁止進一步的移動。(3) 在防護裝置開啟/保護裝置暫停且無全身進入的狀況下,符合以下任一條件,允許移動(在距離危害區域足夠距離的位置啟動及維持移動):致能裝置連同方向控制裝置(只有衝擊危害下,移動速率最高5m/min;擠壓、剪斷或捲入危害下,移動速率最高2m/min或不到4mm內停下來)、雙手控制裝置(符合ISO 13851 類型III B及C的要求,若是無法單手啟動雙手控制裝置,最小按鈕間距260mm可無視,但至少100mm)。(4) 預見可全身進入換刀器的危害區域,在檔案文件中應該提供有關由於人員在場所造成的殘餘危險的資訊,工作區域的要求同於MSO1、MSO2、MSO3敘述。(5) 聯鎖防護裝置或受監測的防護裝置開啟時,任何感測器或反饋裝置的作動都不得啟動危害性移動。為了防止掉落或彈出,在所有操作條件及/或動力供應失效下,刀具應該牢固地夾持在換刀器的夾持器中。(6) 防止垂直軸或傾斜軸在重力作用下的危害性移動。

工件裝卸機構的額外要求

(1) 操作員在工件裝載/卸載機構的位置應該位於工作區域外面,並且遠離其他危害性機器移動。(2) 透過固定式及/或聯鎖可移動式防護裝置防止從任何方向接近工件裝卸機構的危害性移動。(3) 當聯鎖可移動式防護裝置開啟時,應停止工件裝卸機構驅動器及其他危害性移動,並禁止進一步的移動。(4) 在可移動式聯鎖防護裝置開啟及/或保護裝置暫停的狀況下,符合以下任一條件允許移動(在距離危害區域足夠距離的位置啟動及維持移動):致能裝置連同方向控制裝置(只有衝擊危害下,移動速率最高15m/min;擠壓、剪斷或捲入危害下,移動速率最高2m/min或不到4mm內停下來)、雙手控制裝置(符合ISO13851 類型III B及C的要求,若是無法單手啟動雙手控制裝置,最小按鈕間距260mm可無視,但至少100mm)。(5) 預見可全身進入裝卸機構的危害區域,工作區域的要求同於MSO1、MSO2、MSO3敘述。(6) 聯鎖防護裝置或受監測的防護裝置開啟時,任何感測器或反饋裝置的作動都不得啟動危害性移動。(7) 防止垂直軸或傾斜軸在重力作用下的危害性移動。

工件設定工位的額外要求

(1) 在聯鎖防護裝置開啟/保護裝置暫停的狀況下,符合以下任一條件,允許移動:致能裝置連同方向控制裝置(只有衝擊危害下,移動速率最高15m/min;擠壓、剪斷或捲入危害下,移動速率最高5m/min或不到4mm內停下來)、雙手控制裝置(符合ISO 13851 類型III B及C的要求,若是無法單手啟動雙手控制裝置,最小按鈕間距260mm可無視,但至少100mm)。(2) 預見可全身進入工件設定工位的危害區域,工作區域的要求同於MSO1、MSO2、MSO3敘述。(3) 聯鎖防護裝置或受監測的防護裝置開啟時,任何感測器或反饋裝置的作動都不得啟動危害性移動。

動力工件夾持機構的額外要求

(1) 須預防由於重力而在非預期下鬆開工件。(2) 需監測動力工件夾持機構的狀態,未達到所需的致動力,則防止操作啟動,若操作已開始,則啟動停止命令。(3) 當聯鎖防護裝置或受監測的防護裝置開啟時,任何感測器或反饋裝置的作動都不得啟動工件夾持裝置的危害性移動。(4) 可移動式聯鎖防護裝置開啟時,動力操作工件夾持裝置符合以下任一條件,允許移動:限制在4mm以下夾持行程、透過致能裝置連同方向控制裝置啟動及維持、透過雙手控制裝置啟動及維持、若需要用手支撐工件以進行固定或調整,可透過三段式腳踏開關(類別3) 控制移動,且最高5m/min的速度。壓縮三段式腳踏開關會導致緊急停止或啟動在釋放方向的移動。(5) 磁控工件夾持機構,應符合下列要求(無PL可使用):須預防由於重力而在非預期下鬆開工件、需監測動力工件夾持機構的狀態,未達到所需的致動力,則防止操作啟動,若操作已開始,則啟動停止命令、透過插頭及插座連接、連續連接、透過滑動觸點連接。(6) 真空操作工件夾持機構,應符合下列要求:須預防由於重力而在非預期下鬆開工件、需監測動力工件夾持機構的狀態,未達到所需的致動力,則防止操作啟動,若操作已開始,則啟動停止命令。(7) 對於機器暖機、裝填機器或修整生產,有可能在防護裝置關閉時、自動操作模式下,在夾具內沒有工件的狀況下運轉機器。在此狀況下,工件夾持的監測可以停用。無效化功能應具有與不正確夾持工件的偵測相同的安全等級。暖機循環應在MSO 1的模式下進行。

切屑輸送機及移除系統的額外要求

(1) 透過固定式防護裝置防止接近危害性移動零件。若操作員需要比每一輪班一次還要更頻繁接近,須提供聯鎖可移動式防護裝置。(2) 聯鎖可移動式防護裝置打開時,停止移動。(3) 聯鎖防護裝置開啟時,符合以下任一條件,允許移動:透過壓動控制裝置、透過致能裝置搭配啟動裝置,最高5m/min 的圓周速率、透過雙手控制裝置啟動及維持。最小間距至少100mm。(4) 切屑排出區 (移除區) ,應符合下列要求:防護裝置的設計及安全距離依據ISO 13857:2008,圖7的Y短於850mm,須採許額外措施以防止進入的危害性移動,額外措施範例如下說明:Y至少150mm、切屑容器至少有三面高於漏斗下緣,使漏斗完全觸及容器內部、降低切屑被卡在漏斗的設計、提供可鎖裝置以切斷切屑排出區的移動、漏斗的每一側貼上警告圖示、漏斗周圍地板上的黃黑警告標誌,並在操作手冊中聲明應注意地板上的黃色及黑色標示。(5) 操作手冊提供有關操作/裝卸切屑輸送機及容器的資訊。(6) Group 4的機器應提供能收集及移除切屑但無需移除防護裝置的措施。



機坑的額外要求

(1) 機坑須被覆蓋或固定以防止人員掉進裡面。無法覆蓋可依優先順序選擇以下一個做法:依據ISO 13857及 ISO 14122-1到ISO 14122-4的欄杆、具有捲起裝置或圍欄鏈條的纜線、帶子或具有警告標誌的纜線,位於危害區域前方至少1m但是不超過2m處、在危害區域前方1m處且具有警告標誌的黃色/黑色鏈條。(2) 為了觀察、維護或調整的目的,可以經由防止機器移動的可移動式防護裝置進入機坑。相關要求參考MSO 0、MSO 1、MSO 2、MSO 3、MSO 維護、工件設定工位、工件裝卸機構。(3) 移動機器元件與坑壁或其他固定零件之間的最小間隙應該依照ISO 13854。若無法實現這些最小間隙,應該採取額外保護措施盡可能降低擠壓或捲入的風險。(4) 若存在衝擊危害,應防止進入機械的移動零件。

新版安全要求強化機械操作安全

新版加工中心機安全要求相較於舊版主要是帶入13849的安全迴路性能等級要求,並追加一部分新的要求,例如切屑輸送帶的安全要求。而13849這部分需要提供額外的計算書來佐證加工中心機符合新的要求,根據國內業者常見的規格性能下,一般建議在緊急停止、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、主軸夾鬆刀、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。

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