1. 引言
隨著現(xiàn)代科技不斷地進(jìn)步，數(shù)控機床經(jīng)歷了近60年的發(fā)展，目前已占據(jù)了制造業(yè)自動化設(shè)備的主導(dǎo)地位，在發(fā)達(dá)國家數(shù)控機床的普及率已經(jīng)達(dá)到了30%以上，我國的數(shù)控設(shè)備普及率雖不足5%，但隨著制造業(yè)水平和需求的不斷提高，我國對數(shù)控機床將會形成巨大的需求，從2003年起我國已成為全世界最大的數(shù)控機床消費國，同時也是世界最大的數(shù)控機床進(jìn)口國。數(shù)控機床逐步開始在我國制造業(yè)普遍使用，但也有許多企業(yè)近年來才開始接觸和使用數(shù)控機床，由于使用經(jīng)驗的欠缺以及操作人員水平的參差不齊，如何正確、高效地使用數(shù)控機床，將是擺在我們面前的一個重要課題。
2. 數(shù)控車床發(fā)生故障主要類型
由于數(shù)控車床是按編程人員所編程序指令進(jìn)行自動加工的，盡管現(xiàn)在有好多模擬仿真軟件可以檢測程序，但仍會由于各種原因，造成機床發(fā)生碰撞事故時有發(fā)生。
（1）系統(tǒng)編程缺陷原因
刀具補償和程序中坐標(biāo)值輸入時漏掉小數(shù)點或輸錯位置。某些數(shù)控系統(tǒng)如FANC系統(tǒng)坐標(biāo)尺寸數(shù)據(jù)如無小數(shù)點時以μm為單位，有小數(shù)點以mm為單位，如漏掉小數(shù)點或輸錯位置會使數(shù)據(jù)錯誤而發(fā)生事故。
對刀時刀具號輸錯或程序坐標(biāo)原點設(shè)定不對。對刀時輸錯刀號使實際的刀具與刀偏值不匹配，加工中數(shù)控系統(tǒng)按照錯誤的刀偏數(shù)據(jù)和工件原點來計算加工路徑，造成事故發(fā)生。
程序中換刀點設(shè)定不對，或編程時退刀指令輸入錯誤。換刀點設(shè)定過近，調(diào)用新刀時刀盤旋轉(zhuǎn)，長柄刀具與工件或卡盤相撞。退刀指令有三種路徑，先X向再Z向退刀，先Z向再X向退刀或X向同時退刀，退刀指令一般都采取快速移動指令，如果刀尖在工件內(nèi)部或中途存在干涉，退刀中路徑安排錯誤造成工件報廢或發(fā)生碰撞。
切削量、進(jìn)給率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置過大或不合理，造成悶車、扎活、打刀等事故。
（2）機床機械故障
伺服電機出現(xiàn)機械故障，或者由于伺服電機下的接線在操作中被拉斷，伺服電機與滾珠絲杠之間連接銷釘脫落，使電機與拖板之間移動不同步，或絲杠中有異物（如切屑等），造成機床兩軸中其中一個方向不動或移動緩慢，使機床出現(xiàn)撞車事故。操作時應(yīng)做到及時調(diào)整，注意傳動系統(tǒng)發(fā)出的異聲，發(fā)現(xiàn)故障及時處理，機床導(dǎo)軌及絲杠使用完畢應(yīng)清理干凈，定時、定期對車床油路進(jìn)行檢查，確保油路的通暢。
加工中對切削量、進(jìn)給率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，操作人員未進(jìn)行仔細(xì)觀察調(diào)試或離開機床，此時若切削中出現(xiàn)異常情況則無法及時處理，造成過載停車，甚至損壞刀具、工件或損傷機床。
毛坯尺寸過大時未仔細(xì)區(qū)分，直接加工造成刀具與工件相撞。工件的毛坯有時會出現(xiàn)外形尺寸偏差較大或形狀不規(guī)則，尤其是一些氣割、鍛壓下料的毛坯可能會有較大的毛邊，鋸床下料也可能會過長或端面歪斜，如不區(qū)分或加以預(yù)先分類規(guī)整，直接裝夾加工，在切削前的快速定位階段就會撞上工件或第一次切削時余量過大引起悶車、過載甚至造成旋轉(zhuǎn)工件脫落飛出的嚴(yán)重后果。
液壓卡盤使用中壓力調(diào)節(jié)過小或卡爪位置調(diào)節(jié)不當(dāng)，工件裝夾不牢加工中飛出造成事故。液壓卡盤卡爪松夾行程較小只有幾毫米，如行程調(diào)整不當(dāng)或遇到個別毛坯外徑較小時可能會造成工件看似夾緊，但實際上卡爪已到行程極限，工件并未可靠夾緊，切削中造成工間脫落和飛出。
數(shù)控車床在一些特殊情況，需要使用液壓卡爪夾持工裝夾具或手動卡盤，再用工裝或手動卡盤夾持工件，這種形式不僅存在兩級夾持的穩(wěn)定性問題，同時也存在液壓卡爪夾持力的是否可靠問題，未進(jìn)行充分論證和計算情況下應(yīng)避免使用。
3. 預(yù)防和避免碰撞事故措施
（1）安裝和調(diào)試階段技術(shù)要求
環(huán)境溫度和濕度要求。數(shù)控車床一般要求使用環(huán)境恒溫，以確保機床的工作精度，一般要求恒溫20攝氏度左右。大量的實踐證明，夏季高溫時期，數(shù)控系統(tǒng)的故障率大大增加，很易造成碰撞事故的發(fā)生。潮濕的環(huán)境也會降低數(shù)控車床運行的可靠性，因此應(yīng)對數(shù)控車床環(huán)境采取去濕措施，以避免電路短路，造成數(shù)控系統(tǒng)誤操作，發(fā)生碰撞事故。同時，還要求數(shù)控車床遠(yuǎn)離鍛壓設(shè)備等振動源，遠(yuǎn)離電磁場干擾，遠(yuǎn)離電焊機，遠(yuǎn)離線切割機床以及電火花機床等電加工機床。
電網(wǎng)和地線的要求。數(shù)控系統(tǒng)的電源變壓器和伺服變壓器都有多個抽頭，外接電源必須正確。另外，還要進(jìn)行電源電壓波動范圍的確認(rèn)，一般數(shù)控系統(tǒng)允許電壓的波動范圍為額定值的80%~110%，如果電源電壓波動范圍超出數(shù)控系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮配備交流穩(wěn)壓器，以保證系統(tǒng)安全可靠地運行。同時，數(shù)控車床一般要求接地電阻小于5歐姆，不允許有較大的反射干擾。若電壓或接地達(dá)不到上述要求，數(shù)控系統(tǒng)就會不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)莫名其妙的碰撞事故。
開關(guān)靈敏性要求。數(shù)控系統(tǒng)第一次接通電源時，一定要做好按急停按鈕的準(zhǔn)備，隨時切斷電源。通電正常后，檢查各工作開關(guān)工作是否正常，檢查數(shù)控緊急急停開關(guān)工作是否正常，如果這些重要的保護(hù)開關(guān)工作不正常，將直接導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生。
（2）手動操作階段注意事項
機械回零操作。數(shù)控車床在開機后必須立即進(jìn)行回參考點操作，即機械回零操作。發(fā)生意外而按下急停按鈕時，則必須重新回一次機械零點。若不進(jìn)行此項操作，則很有可能在以后的操作過程中，出現(xiàn)不可想象的碰撞事故。在回參考點操作之前，應(yīng)將刀架移動到減速開關(guān)和負(fù)限位開關(guān)之間，以便機床在返回參考點的過程中找到減速開關(guān)。為保證安全，防止刀架與尾座相撞，在回參考點時，應(yīng)首先讓+X方向回參考點，然后讓+Z方向回參考點。若先讓+Z方向回參考點，則由于Z向向右移動過程中，很容易發(fā)生刀架與尾座或安裝在尾座中的頂尖、鉆頭發(fā)生碰撞事故，從而造成損失。在回參考點操作中，要認(rèn)真觀察數(shù)控車床面板上的“X零點”或“Z零點”的指示燈，燈亮了，表示該軸已回到參考點了。只有兩個點都亮了，才表示機械回零操作成功。
手動操作前的機械檢查。在對數(shù)控車床進(jìn)行手動操作前，需對數(shù)控車床進(jìn)行相關(guān)的檢查，如工件的裝夾是否牢靠，伸出長度是否夠長，刀具是否裝夾正確、牢固，主軸的高、低擋手柄是否到位，刀架是否離工件有一段安全的距離等，通過這一系列的檢查，來避免發(fā)生碰撞事故。
對刀操作時的注意事項。手動對刀時，由于各個刀具伸出長度不相同，特別是使用轉(zhuǎn)塔式六工位刀架，當(dāng)外圓刀和鏜刀安裝靠在一起時，對好外圓刀具，離開工件后，手動換刀時，就很容易發(fā)生鏜刀和工件的碰撞事故。具體操作時，應(yīng)該在對刀操作過程中，當(dāng)對好一把刀后，把刀具遠(yuǎn)移工件，目測到換刀時與工件不發(fā)生干涉的地方，再手動換下一把刀，再對刀。這樣就能避免在對刀操作過程中發(fā)生刀具和工件的碰撞事故。
（3）程序編制階段
程序編制是數(shù)控加工至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，提高編程技巧可以在很大程度上避免一些不必要的碰撞安全事故。
編程時，對于換刀要注意留給刀具足夠的空間位置（尤其是鏜孔刀），要在機床上實際測量確定換刀點坐標(biāo)。如遇工件較長需頂尖支撐，更應(yīng)特別注意。
同一條程序段中，相同指令（相同地址符）或同一組指令，前面的指令不起作用，而是執(zhí)行后面出現(xiàn)的指令。例如：G01 U100。0 U50。0 F200；執(zhí)行的是U50。0， X軸相對移動50mm，而不是100mm。同理：G01 G02 X30。0 Z20。0 R10；執(zhí)行的是G02。
加工程序走刀路線。加工程序編寫的順序（走刀路線）必須按照工件圖紙和工藝單要求確定加工路線，為保證零件的尺寸和位置的精度，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募庸ろ樞蚝脱b夾方法，以確保加工的可行性。在確定過程中，還要注意遵循先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉等一般性加工原則。
G70—G73等循環(huán)指令執(zhí)行后的最后一刀是從程序終點快速返回程序起點，為了避免車刀從終點快速返回起點時撞向工件，在設(shè)置起點時應(yīng)注意終點與起點的連線必須在工件之外，不能跟工件的任一位置交叉，否則退刀時會出現(xiàn)碰撞。特別是G70精加工循環(huán)指令的起點位置更應(yīng)該注意，在對指令走刀路線不熟悉的情況下，建議將G70的起點坐標(biāo)設(shè)在其它粗加工循環(huán)指令的起點位置上。
“G92”指令執(zhí)行之后，系統(tǒng)默認(rèn)的走刀速度是每轉(zhuǎn)一個螺距的速度，所以“G92”后面若緊跟“G01”或“G02”等指令，必須重新設(shè)置F值，不然在高速啟動主軸的情況下，系統(tǒng)按螺紋加工的走刀速度執(zhí)行，會出現(xiàn)兩種情況：一種是機床不動，伺服系統(tǒng)報警；第二種是刀具移動速度非?？欤ù笥贕0），造成撞車事故。同時，普通螺紋加工時刀具起點位置要相同，“X”軸起點終點坐標(biāo)要相同，避免亂扣和錐螺紋產(chǎn)生。
總之，掌握數(shù)控車床的編程技不但能很好地提高經(jīng)驗交流加工效率、加工質(zhì)量，更能避免加工中出現(xiàn)不必要的錯誤。這需要在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高，從而使編程、加工能力進(jìn)一步加強，更進(jìn)一步提高編程安全。
（4）程序的調(diào)試階段
養(yǎng)成不急不躁的調(diào)試心理。在調(diào)試新程序時，要養(yǎng)成不急不躁的調(diào)試心理。在調(diào)試前，一定要從頭到尾仔細(xì)檢查程序的正確性。此時，數(shù)控車床產(chǎn)生碰撞的原因有以下幾種：
①、 程序數(shù)據(jù)輸入錯誤有時把G01輸成G00，或X、Z值輸錯，或者小數(shù)點點錯。所以，在程序輸入后不要急于自動執(zhí)行程序加工，應(yīng)定下心來仔細(xì)檢查，把這些錯誤消除。
②、 編程錯誤。有些程序在結(jié)構(gòu)和句法上沒有錯誤，但當(dāng)裝上工件和刀具加工時，極有可能發(fā)生碰撞。一定要檢查好刀具走的軌跡是否會發(fā)生碰撞。
③、 利用數(shù)控車床自帶的圖形模擬加工功能。一般較為先進(jìn)的數(shù)控車床都具有圖形模擬加工功能，在自動加工前，為避免程序錯誤，刀具碰撞工件或卡盤，可對整個加工過程進(jìn)行圖形模擬，檢查刀具軌跡是否正確。
④、 數(shù)控車床的圖形顯示一般為二維坐標(biāo)（XZ平面）顯示。模擬加工操作主要有：先輸入毛坯內(nèi)、外徑以及長度尺寸、比例系數(shù)，選擇刀具，然后進(jìn)行模擬加工顯示，可詳細(xì)地觀察刀具的運動軌跡，以便檢查刀具與工件或夾具是否有可能碰撞。如有錯誤，進(jìn)行修改，再模擬加工顯示，直到正確為止。
坐標(biāo)系、刀補的設(shè)置必須正確。一般的初學(xué)者有一錯誤認(rèn)識，認(rèn)為數(shù)控車床操作簡單，會編程序，程序模擬沒問題，機床基本結(jié)構(gòu)弄明白，就可以上手操作。實際上操作者在沒有把機床坐標(biāo)系（參考點）、編程坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系完全理解的情況下操作數(shù)控車床是非常危險的。機床坐標(biāo)系是CNC進(jìn)行坐標(biāo)計算的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，是機床固有的坐標(biāo)系統(tǒng)，參考點為機床上一固定點，參考點由安裝在機床上的零點開關(guān)決定，機床系統(tǒng)啟動后，進(jìn)行返回參考點操作，機床坐標(biāo)系就建立了。工件坐標(biāo)系是編寫加工程序時使用的坐標(biāo)系，是為了方便編程在零件圖樣上設(shè)定的直角坐標(biāo)系，一般情況下，將Z軸與工件軸線重合，X軸則設(shè)在工件端面上。工件坐標(biāo)系是加工工件時使用的坐標(biāo)系，理論上應(yīng)該與編程坐標(biāo)系一致，能否讓工件坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系一致，是操作中設(shè)置工件坐標(biāo)系及刀補值的關(guān)鍵。
養(yǎng)成規(guī)范的調(diào)試動作。主要包括以下幾點：
①、 調(diào)試程序時必須把G00速度選擇開關(guān)打在F0擋上，讓刀具以較慢的速度靠近工件，否則，一旦刀偏有錯，刀具從換刀點以G00方式極快地運動到進(jìn)刀點時，可能會與工件發(fā)生強烈的碰撞，讓操作者無所適從，來不及排除險情；相反，讓刀具以較慢的速度靠近時，即使刀偏有誤，操作者也有充裕的時間給予調(diào)整。
②、 在調(diào)試程序時，必須使數(shù)控車床處于單步執(zhí)行的狀態(tài)。操作者在數(shù)控車床執(zhí)行上一程序段后，必須再次檢查下一程序段的正誤性和合理性，并相應(yīng)作出調(diào)整。
③、 數(shù)控車床在運動過程中，操作者必須時刻觀察屏幕上刀具坐標(biāo)的變化和程序中的運動終點坐標(biāo)與刀具實際運動的坐標(biāo)是否一致。
④、 程序調(diào)試過程中，操作者可將一只手指放在循環(huán)啟動按鈕上，另一只手指放在循環(huán)保持按鈕邊，以便在緊急時刻能及時停止程序的執(zhí)行。同時，時刻記住緊急按鈕的位置，以便不時之需。
在啟動機床時，一般要進(jìn)行機床參考點設(shè)置。機床工件坐標(biāo)系應(yīng)與編程坐標(biāo)系保持一致，如果出錯，車刀與工件碰撞的可能性就非常大。此外，刀具長度補償?shù)脑O(shè)置必須正確，否則，要么是空加工，要么是發(fā)生碰撞。
（5）程序的調(diào)試階段
利用計算機模擬仿真功能。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工教學(xué)的不斷擴大，數(shù)控加工模擬仿真系統(tǒng)越來越多，其功能日趨完善。因此可用于初步檢查程序，觀察刀具的運動，來確定是否有可能發(fā)生碰撞。
利用數(shù)控車床自帶的圖形模擬加工功能。一般較為先進(jìn)的數(shù)控車床都自具有圖形模擬加工功能，在自動加工前，為避免程序錯誤，刀具碰撞工件或卡盤，可對整個加工過程進(jìn)行圖形模擬，檢查刀具軌跡是否正確。
4. 嚴(yán)格遵守操作規(guī)程
降低數(shù)控設(shè)備的操作事故應(yīng)不僅要從從管理、工藝、培訓(xùn)、監(jiān)督檢查等多環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防，根據(jù)多年從事數(shù)控的經(jīng)驗和眾多案例的研究，我們總結(jié)出以下數(shù)控機床預(yù)防操作事故規(guī)程，可以對操作事故的預(yù)防起到積極的指導(dǎo)作用。
①、 數(shù)控設(shè)備定人定機操作，未取得資格前不得操作設(shè)備。
②、 兩個以上人員操作設(shè)備時必須做好協(xié)商交接工件，嚴(yán)禁未經(jīng)操作人員同意擅自更換設(shè)備狀態(tài)。
③、 操作人員應(yīng)不斷加強業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，不斷提高責(zé)任心。
④、 首件加工前必須仔細(xì)檢查程序，并經(jīng)單段加工試驗后方可進(jìn)行自動加工。
⑤、 對程序和數(shù)據(jù)修改后必須嚴(yán)格檢查，并按首件加工步驟執(zhí)行。
⑥、 對編程中的坐標(biāo)原點及換刀點的選擇必須做到安全第一、萬無一失。
⑦、 合理選用切削參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、切削量、進(jìn)給量等，杜絕超負(fù)荷使用設(shè)備。
⑧、 嚴(yán)格檢查工件毛坯，對于毛坯外形過大(或過小)者必須預(yù)先處理。
⑨、 工件、道具裝夾必需方式、位置合理，夾緊力調(diào)節(jié)恰當(dāng)。
⑩、 刀柄裝夾必需牢固可靠。
⑪、 操作中必需謹(jǐn)慎細(xì)心，嚴(yán)防手動移動機床時發(fā)生碰撞。
⑫、 設(shè)備出現(xiàn)異?；蜃曹囀鹿?，必須立即通知維修人員檢查設(shè)備狀況，不得隱瞞拖延。
⑬、 未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)和認(rèn)可，嚴(yán)禁調(diào)整和修改機床參數(shù)。
⑭、 認(rèn)真切實按照操作說明每日按時保養(yǎng)設(shè)備，如實填寫設(shè)備點檢表。
5. 結(jié)束語
以上從數(shù)控車床使用的全過程，介紹了發(fā)生碰撞的各種影響因素原因及解決辦法。數(shù)控車床碰撞安全事故應(yīng)以預(yù)防為主，作為機床操作者應(yīng)熟悉數(shù)控系統(tǒng)的各種操作，掌握系統(tǒng)功能鍵，達(dá)到熟練操作，減少失誤。
麗馳機械
臺灣加工中心
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大川機械