■ 山東臨沂技師學院 （276005） 趙培哲 徐淑琛

生產(chǎn)中的安全包含兩個方面：“人”的安全和“物”的安全，并且“人”的安全是首要的、優(yōu)先的，任何可能造成人身傷害的因素都應消除在萌芽狀態(tài)?！拔铩钡陌踩侵傅毒?、工件、機床等生產(chǎn)資料的安全。機械加工過程中如果出現(xiàn)事故，輕則刀具、工件損壞，造成不必要的浪費，重則造成機床部件的重大損壞甚至報廢，而修復機床造成的時間、金錢的損失、機床加工精度的下降及生產(chǎn)過程的延誤都是巨大的（見圖1）。

圖 1

車削加工從普通手動車床到現(xiàn)代數(shù)控車床的變化，不僅僅是加工手段上的變化，在安全防護上更是有了極大的提升。從普通車床的切屑、切削液四處飛濺的開放加工環(huán)境，到全封閉的數(shù)控車床，在加工過程中，操作者只能通過觀察窗監(jiān)測加工過程。只有在防護門打開、機床停止運轉(zhuǎn)的情況下，操作者才能接觸到機床內(nèi)部。容易造成劃傷的切屑清理工作也由人工清理變?yōu)橛门判紮C進行機械清理，數(shù)控化的機床在生產(chǎn)環(huán)境和條件上有了極大的改善?？梢赃@樣說，數(shù)控加工條件下，人身傷害的因素降低到了一個很低的水平。反觀數(shù)控加工生產(chǎn)過程中，由于操作者的原因而引起刀具、工件和機床的損傷可以說是司空見慣、比比皆是。數(shù)控加工過程中“物”的安全上升到一個必須嚴肅對待的水平。國內(nèi)數(shù)控機床整體開機率不高的原因不僅是機床質(zhì)量上的問題，更多的應該歸咎于操作者不當操作損傷（損壞）機床而造成的停機。良好的操作習慣，可以在較大程度上減少加工事故造成的損失，同時也減少了因此而可能引起的人身傷害。

機床從開機到合格工件的產(chǎn)出的整個過程中，在很多環(huán)節(jié)都存在加工事故的風險。針對不同環(huán)節(jié)的特點，采取相對應的對策，則可以把這些風險降至最低的可控程度內(nèi)。

1. 數(shù)控車床開機安全攻略

現(xiàn)在越來越多的數(shù)控車床裝備了絕對編碼器，開機后省略了機床回零操作，但是安裝相對編碼器的數(shù)控車床開機后的基本操作仍是回零。這個環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的問題是回零操作時刀架與尾座發(fā)生碰撞，這主要是回零操作時先進行Z軸回零而引起的。正確操作是先進行X軸的回零，待刀架移至X向最大行程時再進行Z軸的回零操作，則會避免這種問題的發(fā)生，這也是數(shù)控車床回零操作的基本原則（見圖2）。

2. 數(shù)控車床對刀安全攻略

數(shù)控車削時對刀是重要的操作，對刀數(shù)據(jù)的準確與否決定了后續(xù)的工件試切的安全。

常見的對刀錯誤：

（1）例如當前刀具為2號刀具，對刀數(shù)據(jù)雖然準確，但卻輸入到1號刀具補償位置，程序運行時調(diào)用2號刀具及2號刀具補償時，則會出現(xiàn)重大數(shù)據(jù)錯誤而引發(fā)事故。對刀的基本原則是：“刀具號碼與刀具補償號碼對應，程序調(diào)用刀具號碼與實際刀具對應”。當前2號刀具不是只能調(diào)用2號刀具補償，也可以調(diào)用其他1號、3號……刀具補償數(shù)據(jù)，但是保持三者的對應有利于發(fā)現(xiàn)和減少對刀數(shù)據(jù)出現(xiàn)重大失誤。

圖 2

（2）使用電子手輪試切后退刀時手輪搖反方向，應該退刀反而進刀切入工件，此時一般是刀具或工件損壞，不會造成較大的損失。避免此類誤操作的方法是：可以使用手輪試切對刀，但是退刀時一定轉(zhuǎn)換到手動模式，機床操作面板上4個方向鍵對應刀架4個方向的移動，是極難出錯的，這也是對刀過程的基本安全攻略（見圖3）。

3. 首件試切的重要性及安全攻略

數(shù)據(jù)加工首件試切是最重要的操作，也是最難的操作，同時也是最容易出現(xiàn)加工事故的環(huán)節(jié)。根據(jù)我們在數(shù)控加工實踐教學的不完全統(tǒng)計，約有一半以上的加工事故出現(xiàn)在首件試切環(huán)節(jié)，因此針對此環(huán)節(jié)的安全防備措施也是最多的。

對刀數(shù)據(jù)準確與否從對刀過程并不能看出，只能通過試切環(huán)節(jié)才能檢驗出對刀數(shù)據(jù)是否有錯誤。下面以一個簡單的加工實例介紹首件試切的安全攻略（見圖4）。

O0001

G98

S600 M03

T0101

G00 Z3.0

G00 X47.0

G01 X40.0 F200

Z-20.0 F200

X47.0

G00 X100.0

Z100.0

M30

首件試切常用的三種安全策略是：低速移動、單段運行和定點觀測。

低速移動是指首件試切時刀架的移動倍率開關(guān)放在較低的位置，發(fā)現(xiàn)異?；蛭ｋU情況可以及時暫停，首件試切安全結(jié)束后，連續(xù)工件的加工則可以使用較高的移動倍率，以提高加工效率。

圖3 對刀手輪與退刀方向鍵的使用

圖 4

單段運行也是首件試切的常用手段。使用單段運行，第一可以把可能的錯誤控制在本程序段內(nèi)，第二則是程序單段運行時自動暫停。此時可以借助觀察絕對坐標數(shù)值和刀具的實際位置，判斷上段程序運行是否準確，預測下段程序是否可能出現(xiàn)錯誤。

對刀數(shù)據(jù)的正確與否只有通過試切環(huán)節(jié)才能檢驗得出，但往往出現(xiàn)問題的是：當加工出現(xiàn)事故后才發(fā)現(xiàn)對刀數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，此時刀具和工件甚至機床的損壞已經(jīng)造成。那么可以使用第三種策略：“定點觀測”，也是最重要、最常用且最有效的方法，這種方法可以在不造成損失的情況下提前判斷對刀數(shù)據(jù)的錯對。

定點觀測需要編程和機床操作的配合，在低速移動和單段運行的基礎(chǔ)上應用。定點觀測需要在工件毛坯附近設立一個點，稱之為“加工起始點”。此點以前刀具均為快速移動定位階段，從此點以后刀具則開始慢速切削加工過程。例如本實例中，加工起始點設置在（X47.0，Z3.0）處，距離毛坯外圓1.0mm，距離端面3.0mm。在編程中使用如下兩段程序：G00 Z3.0；G00 X47.0；使用G00指令單軸移動。通常這兩段程序一般是一句：G00 X47.0 Z3.0；因為G00指令雙軸同時斜向移動，很難提前判斷對刀數(shù)據(jù)的對錯，往往是出現(xiàn)事故才意識到對刀出錯，但此時已經(jīng)造成損失。

程序段G 0 0 Z 3.0；G 0 0 X52.0，在單段運行時先定位Z5.0，此時X軸方向刀具遠離工件，刀架Z向移動不會有碰撞工件的危險。程序單段暫停時，從X軸水平觀察，刀具刀尖應位于距離端面3.0mm處（此時可以有少許誤差，但不能有較大的偏差），遠離工件或位于毛坯內(nèi)側(cè)均屬偏差（見圖5），發(fā)現(xiàn)對刀出現(xiàn)錯誤后加工就不需再進行。如果Z向定位沒有錯誤，那么可以繼續(xù)單段運行G00 X52.0至加工起始點（X52.0，Z3.0），程序單段暫停時，從Z軸水平方向觀察刀具刀尖應貼近外圓，遠離工件或深入工件內(nèi)側(cè)均表明對刀錯誤（見圖6），但此時因刀具距離毛坯端面3.0左右，即使X向?qū)Φ跺e誤，因為是X向單軸移動，此時也不會出現(xiàn)撞刀事故。在加工初始點判斷X、Z兩個方向?qū)Φ稊?shù)據(jù)均正確，就可以繼續(xù)進行后續(xù)加工，這種方法對各種刀具及編程均適用。如果是批量加工工件，可以在首件安全結(jié)束后，將G00 Z3.0；G00 X47.0兩段程序合為一段G00 X47.0 Z3.0，以提高程序運行效率。

4. 編程中的安全攻略

圖5 Z向安全判斷

圖6 X向安全判斷

數(shù)控加工中模態(tài)指令的應用帶來了編程上的便利，但也容易引發(fā)編程加工上的錯誤。最常見的是G00指令快速退刀后，再次進刀切削加工時漏掉了G01 直線插補指令，程序模態(tài)沿用上段的G00指令快速切削，造成刀具和工件的損壞。常用的固定循環(huán)指令G70～G76不僅可以簡化編程，還可以消除應用這種模態(tài)指令所帶來的風險，因為固定循環(huán)指令中的進刀、退刀均由系統(tǒng)內(nèi)部自動設定，不會出現(xiàn)模態(tài)指令的誤用問題；另外，固定循環(huán)指令的一大特點是：固定循環(huán)指令無論從哪一個加工起始點開始加工，到循環(huán)結(jié)束后，一定都會自動返回原加工起始點，固定循環(huán)的加工起始點一般位于毛坯外部，從此點退刀，更可以減少撞刀的風險，所以編程中盡量使用固定循環(huán)指令，也是一種安全攻略。

數(shù)控試切編程中刀具快速移動定位一般使用單軸移動，比如上面例子中G00 X42.0 Z3.0 一般寫為兩段 G00 Z3.0；G00 X42.0；避免刀具雙軸移動可能造成的損失。刀具退出工件結(jié)束加工時也是如此，外輪廓加工刀具先沿X向退出工件，然后再沿Z向退至安全位置，內(nèi)輪廓加工則相反。如果試切加工安全合格，雙向進刀和退刀在批量加工時也是必須的。

5. 數(shù)控車削螺紋時的安全攻略

無論是在普車加工還是數(shù)控車削中，螺紋加工都是難點和危險點。特別是數(shù)控加工螺紋都是高速、高效切削，主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給速度極快，如果出現(xiàn)錯誤而引起螺紋加工事故，其損失是極為嚴重的。其原因有兩方面：一是螺紋加工一般是工件加工的最后階段，如果螺紋加工出現(xiàn)問題而報廢，前面加工工序在工件上形成的附加值也會全部丟失；二是數(shù)控車削螺紋與車削外圓不同，外圓車削過程中可以在任意位置暫停刀具運動，以觀察加工狀況，螺紋數(shù)控車削過程則不同，如果螺紋加工過程中發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)問題按下暫停按鈕，刀具不會立即暫停運動（只有緊急停止按鈕能停止刀具運動，但此時主軸也停止運動，刀具和工件會一起報廢），而是會一直加工至螺紋終點才會暫停（不同的數(shù)控系統(tǒng)功能不同，有些數(shù)控系統(tǒng)在螺紋加工中暫停后會從螺紋中部斜向退出以保護螺紋）。因而螺紋加工出現(xiàn)事故時，刀具和工件基本一起報廢，事故嚴重時機床部件都會受損。

數(shù)控車削螺紋的安全攻略是：整體偏移、分次進刀?；痉椒ㄊ牵合却_定螺紋加工長度無誤，再分次進刀加工螺紋至合格。下面以一個簡單的加工實例介紹具體方法。

螺紋車削的加工起始點位于（X42.0，Z3.0），快速定位時仍采用單軸定位，以預判對刀數(shù)據(jù)是否出錯。螺紋刀對刀完成后，放大X向的刀補數(shù)據(jù)20.0～30.0mm，Z向刀補數(shù)據(jù)向右偏移一段距離，一般是螺紋的加工長度，這樣螺紋的實際加工路線就整體挪至偏移加工路線處（見圖7）。此時試運行螺紋加工程序，刀具將遠離工件，即使對刀出現(xiàn)錯誤，也有較多的時間來發(fā)現(xiàn)和處置，出現(xiàn)事故的風險是很低的。運行程序至螺紋加工結(jié)束單段暫停時，從水平方向觀察，螺紋刀尖應正好位于實際螺紋加工的開始處，此時可以判定螺紋刀Z向?qū)Φ稊?shù)據(jù)無誤，同時從工件軸向水平觀察螺紋刀尖與毛坯的X向間距的大小，預判螺紋刀X向?qū)Φ稊?shù)據(jù)的正誤。

螺紋數(shù)控加工的Z向起點一般不允許變化，否則會產(chǎn)生螺紋亂扣而報廢。本例中螺紋刀Z向刀具補償先向右偏移螺紋長度20.0mm，程序試運行檢驗螺紋刀Z向刀具補償無誤后再向左偏移20.0mm分次進刀加工路線處（選擇平移距離20.0mm，一是可以方便觀察Z向?qū)Φ稊?shù)據(jù)和螺紋加工長度是否有誤，二是即使螺紋刀X向?qū)Φ冻鲥e也不會產(chǎn)生實際的螺紋加工而造成事故），此時螺紋刀具不能再修改Z向刀補數(shù)據(jù)，只能分次減少X向刀具補償，觀察刀具與毛坯表面的間距是否出現(xiàn)異常，直至刀具切入工件，加工螺紋至合格尺寸。

內(nèi)螺紋的數(shù)控加工策略和外螺紋加工相似，不過由于受內(nèi)輪廓加工的限制，螺紋刀X向刀補數(shù)據(jù)向內(nèi)減小的數(shù)值不能太大，以免引起加工干涉；至于長螺紋加工，例如：螺紋的加工長度200.0mm，編程時可以試切加工20.0mm的長度，以節(jié)省調(diào)試時間，程序試運行無誤后則可將程序中的20.0mm改為200.0mm，螺紋加工固定循環(huán)指令有斜向退刀功能，在20.0mm長螺紋結(jié)束時的退刀不影響整體螺紋加工的質(zhì)量。

圖 7

數(shù)控車削過程中，主要的安全隱患來自以上介紹的機床操作、首件試切和螺紋切削等方面，其中首件試切是最容易出問題的環(huán)節(jié)。但遵循以上的安全攻略進行機床操作，可以把發(fā)生加工事故的可能性降至最低，從而保障數(shù)控加工過程的順利進行，同時保護加工過程中“人”和“物”的安全。

[1] 畢承恩，丁乃建，等. 現(xiàn)代數(shù)控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991.