试论数控实训教学中的安全防护

摘要：数控机床相对普通机床在生产安全防护方面有了很大的改进和提高，但对于职业院校的学生来说，在实训操作中仍有很多的安全隐患。本文针对上海工程技术大学高等职业学院实训过程中发现的诸多安全问题，较全面地分析了数控实训过程中易出现的安全问题，并提出了相应的防止措施。

关键词：数控实训；安全防护；安全教育；安全操作

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）07-0122-03

随着我国国民经济的快速发展，数控机床在国内的应用越来越普遍。数控机床是技术密集型和知识密集型的机电一体化产品，在制造企业里，一般都作为重要甚至关键工序设备使用。在许多高校实训中心或实验室里，也都作为重点设备来维护。

数控机床是一种价格昂贵的设备，同时也是一种对劳动者技能要求较高的设备。如果使用者不熟悉机床的编程和操作，很容易发生设备和人身安全事故。例如，数控机床出现工件与刀具或机床主轴与工件相撞事故，则可能导致机床精度下降甚至是致命的创伤而无法使用；如果出现不合理的操作和维护，可能使机床参数、程序丢失而不能使用或引发机床故障。数控机床作为实训设备，使用对象是没有实践经验的学生，而大多数学生对数控设备有强烈的好奇心，都急于操作设备，却缺乏安全意识，这样就容易引发人身和设备安全事故，影响教学的正常进行。笔者从事数控机床操作维修多年，亲身体会或目睹过许多因数控机床编程、操作不当而引发的安全事故，参与过许多事故的分析和处理，现从事教学工作，认为实际生产中的经验对学生安全实训同样具有重要的指导意义。

引导学生养成良好的职业素养

实训指导教师在传授知识和技能的同时，一定要对学生进行安全教育，牢固树立安全意识，要对学生从严要求，引导学生养成良好的职业习惯。

就数控机床而言，新设备调试时，先应熟悉急停按钮位置，通电时，要作好按压急停按钮的准备，以防万一。在机床通电后，CNC单元尚未出现位置显示或报警画面之前（系统在自检过程中），不要触碰MDI面板上的任何键。因为MDI面板上有些键是专门用于维护和特殊操作的，如按下这些键，会使CNC处于非正常状态，在这种状态下启动机床，有可能引起机床的误动作。

在操作机床后，进行返回参考点操作时，如果是数控车床，应X轴先回参考点，Z轴后回参考点；如果是数控铣床，应Z轴先回参考点，X、Y轴后回参考点。这样，可避免数控车床Z轴后回参考点引起刀架撞尾座的可能性，以及数控铣床X、Y轴先回参考点引起刀具与工件或夹具相撞的危险。

在调试新程序时，一定要在“机床锁住”方式或“单程序段”方式下，并灵活运用进给倍率旋钮方法检查程序和对刀的正确性。对已验证正确的程序，每班加工产品前都应空运行一遍，检查程序轨迹的正确性。在进行工件加工时，不要变换工作方式，若修改加工程序和参数，则最好处于保护状态。

在加工零件时，安全防护罩一定要关好，人应站在安全区域内，但不能离开机床，以便机床出现意外时好采取紧急措施。准备不用机床时，要清扫机床切屑，并加好油，将各种倍率开关或旋钮置于零位，手摇脉冲手轮、程序保护钥匙和机床电源开关置OFF位，并将急停旋钮按下。

安全教育在数控实训中的重要性

安全教育在实训中是很重要的环节。而安全生产是为了使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，以防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生，保障劳动者的安全健康和生产作业的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动。以某企业的安全教育为例，对员工进行安全教育是国家法律法规的要求，是企业生存发展的需求，是员工自我保护的需要。为此，参考企业的三级安全教育，我院制定了一套适合于实训教学的安全教育课程。

校级安全教育 学院对学生的实训安全问题非常重视，按照生产企业的标准制定了各项规章制度，并制成展板放置于实训车间。首先，根据要求由数控教研室组织编写《数控机床安全操作规程》，发给参加数控实训的学生阅读学习，安排针对性较强的安全教育课，请有生产一线工作经验的教师讲解所操作机床的结构和性能以及在实训操作中可能存在的安全问题，使学生对所接触的机床操作安全问题有基本的认识。其次，通过观看安全教育录像和事故展板，让学生对安全事故有直观的印象，提高安全防范意识。再次，针对所学工种，具体讲解其操作规程。以数控车床为例，其主要操作规程为：（1）操作前，必须戴好劳动防护品，女生戴好工作帽、不准围围巾、禁止穿高跟鞋。（2）操作时，不准戴手套，不准吸烟，不准与他人闲谈，注意力要集中。（3）在工件运转过程中，不准拆装工具，不准用卡尺、千分尺测量加工零件，操作者不得进入加工区域探身取物或传递物品，不准用手触摸和用棉丝擦加工零件或刀头，不得擅自离开工作岗位，如需离岗时，必须关闭车床、切断电源等。禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷清理等。通过教师的讲解，学生对自己所学工种的操作规程有了很深的理解，对基本的安全知识能了如指掌，为以后进入车间实训做好了充分的准备。

车间级安全教育 在进入车间实训时，有专人负责对所有学生进行本车间劳动卫生状况和规章制度的讲解，主要介绍实训车间的概况，车间人员结构、安全实训组织状况及活动情况，车间危险区域，车间劳动保护方面的规章制度和对劳动保护用品的穿戴要求和注意事项，车间事故多发部位、原因，一些特殊规定和安全要求，车间常见事故和对典型事故案例的剖析。介绍车间防火知识，防火的要害部位及防火的特殊需要，消防用品放置地点，灭火器的性能、使用方法，车间消防组织情况，遇到火险如何处理等。组织学生学习安全生产文件和安全操作规程制度，并教育学生应尊敬教师，听从指挥，安全实训。

班组级安全教育 班组级安全教育是最直接、最重要的安全教育，学生进入实训车间后，参加实训就是由具体带班的实训教师讲解其岗位安全操作规程，劳动防护用品的性能和正确使用方法等。在实训的第一节课，组织学生学习安全技术操作规程并督促执行，教育学生遵章守纪，正确穿戴劳动防护用品，正确使用安全刀具，制止违章作业，切实做到“三不伤害”——不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害。通过现场实训教师的讲解和动手示范，取得的效果很明显，大大降低了学生在实训过程中出现安全隐患的可能性。实训教师安排学生按规定对环境因素和危险源进行检查并记录，定期对本班组内使用的设备、设施、器具、工作场所等进行检查，发现隐患和不安全因素及时整改，对本班组无力解决的及时上报并采取有效的防范措施，做好记录，避免发生人身事故及其他责任事故。对此，制定了机床运行记录本，由每天参加实训的学生和带班教师共同填写。

传授正确的程序编制方法

数控机床程序编制与设备使用安全有很大关系，教学过程中一定要提醒学生注意：

1.正确设定坐标系。如果没有设置正确的工件坐标系，即使编程指令正确，机床仍有可能发生误动作，这种误动作有可能损坏刀具、机床、工件甚至伤及操作者。当程序中没有设定工件坐标系指令时，对具有回参考点功能的FANUC系统数控机床，一般认为在执行完返回参考点操作后，自动选择G54指令建立工件坐标系。如本想用G54～G59指令之一调用加工前设定好的坐标系，但在程序中又用了G50指令或G92指令设定工件坐标系，这样G50指令或G92指令不但影响当前工件坐标系的偏移，还会使另外五个工件坐标系也偏移相同的值，因此，在使用多个工件坐标系加工时，要注意消除G50指令或G92指令的影响。

2.程序起点终点归一。用G50指令或G92指令设定工件坐标系时，编程时应考虑当加工结束后将刀具刀位点移回到G50指令或G92指令设定的程序启始点，否则加工下一个零件则可能出现撞击事故。

3.程序输入错误。这是指操作人员在输入程序时漏输或错输指令。如有学员在输F指令时，错把F0.08输成F008，在运行程序时以过快的进刀速度撞向工件。在输入程序时，有时把G01指令输成G00指令，或X、Z值输错，或者小数点点错，这一类错误危害很大。因此，教师应要求学生在程序输入后不要急于开动机床，应静下心来仔细检查，把这些错误消除。

4.刀具轨迹的影响。在用镗刀加工盘类零件内孔时，不宜使用如G00 X…Z…两坐标轴联动方式从孔中退刀，而应Z轴方向先退出，X方向再运动；切槽时，应X方向先退出，Z方向再运动。

5.刀具补偿的选用与撤消。编程时没调用刀具对应的刀补号，在使用了带刀补的刀具加工完毕后，没有撤消刀具补偿等都可能造成工件报废。

6.加工中心换刀点位置不正确很容易引发安全问题。通常加工中心的换刀点Z向是固定的，X、Y向位置不定，在换刀点选择上，应考虑有足够的交换空间，且不应在工件的上方，否则可能发生与工件或夹具相撞，掉刀损坏加工零件现象。为避免事故发生，通常做法是编写一个加工中心换刀程序，通常应在主轴准停、冷却液关、固定循环和刀具补偿取消情况下返回参考点换刀。

7.绝对坐标与相对坐标混用。对于数控铣床，如用绝对坐标编制的程序却在增量方式下运行，或者反过来，都有可能导致机床误动作，在使用主程序调用子程序的编程中尤其要注意这一点。

8.使用标准型小数点编程问题。在FANUC系统中，若用标准型小数点编程，轴地址后面数值带小数点与不带小数点表示的单位不一样。这主要取决于机床参数设置，如不阅读随机编程说明书，就容易出差错。

9.直径编程和半径编程。一般车床采用直径编程，若用半径编程或本应半径编程却又使用直径编程的，如G71粗车循环中切削深度、退刀量等同样会引起错误。

10.英/公制转换问题。英/公制转换，并不转换工件原点、参数和当前的位置数据，使用不注意，容易出问题。如果编程选用英制单位，正确用法是在建立工件坐标系前执行指令G20（G21指令是机床上电默认公制模态指令），但此指令具有失电记忆模态，下次机床上电时还是英制单位，此时，如果需要编写加工公制单位程序，须重新执行G21指令。

指导学生正确操作机床

程序编制出了差错，操作者如能正确操作设备，同样可避免事故的发生。数控机床操作之前最好了解一下程序的编制过程和内容，操作才能做到心中有数。以下是操作过程中易犯的几种错误，这些错误的后果将导致加工零件、刀具报废或撞机事故。

1.采用G50指令编程，调试程序时，采用机床锁住方式运行，但由于某种原因程序没运行完毕，复位后再运行程序加工很容易撞击工件或夹具。正确方法是复位后回参考点，再将基准刀移到G50指令设定的起始点上。

2.刀具补偿值计算错误或对刀方法错误。在使用多刀加工的机床中，由于每把刀具长短不一，就需采用刀具补偿来解决。根据基准点选择位置，确定补偿值有绝对长度和相对长度两种方法，采用相对长度则补偿方向容易出错，当被测刀具比基准刀具长时，使用G43指令应输入正补偿值（上抬），反之则输入负补偿值。另外，对刀时，如使用标准棒和塞尺，要考虑标准棒和塞尺的值。

3.数控车床刀具没装在规定位置，比如程序运行调换第一把车刀T0101，结果刀架第一位置上不是车刀，这将带来严重后果。在加工中心中很容易出现这种事故。

4.调错加工程序，这类问题在学生中也常出现，为避免差错，要求学生严格按照零件加工程序单调取程序，在程序输入后最好是先作图形检验，检查程序正确无误后，再对刀。因为，在作图形检验时，为了安全起见，要求操作者将机床空运行开关、机床锁定开关、辅助功能开关等全部锁定，这样在作图形检验时，机床只作图，其他所有的运动都是静止状态。在图形检验完成后，机床必须回参考点。

以上四种操作错误，只要能做到先空运行检查后加工，一般均可发现并避免。

5.对刀测量时，一定要主轴停转，移出安全距离再换刀。

6.操作之前，应将安全防护罩关好，以防换刀和铁屑伤人。

7.机床空运行调试时，要注意编程中运行轨迹是以快速进给方式进行，程序中进给速度F不起作用，所以为防止撞击事故发生，要么不装工件，要么不装刀具更保险；采用机床锁住功能运行检查，如果对机床锁住功能错误理解为没有任何机械动作发生，则很容易丧失警惕而可能被刀具转位划伤。

8.对于加工中心机械手换刀动作未执行完毕而中途停止或数控车床换刀指令没响应，这时如果在不安全区域操作，是很危险的。最好是按复位或急停按钮，取消指令功能后再操作。

9.数控车床刀具杆部尺寸通常无严格要求，对卧式刀架而言，如是多工位都有刀具，则要考虑径向方向不能伸出太长，以防转位时与床身后壁（倾斜结构式）或机床拖板发生干涉。此外，还要考虑相邻刀位上的刀具对工件的干涉，在加工大直径工件时容易出现处于非加工刀位上的刀具与工件干涉现象。这在调试程序时要特别注意，因为空运行是检查不出来的。

指导学生正确对数控机床进行维护

数控机床维护保养和修理时一定要在断电后进行，因为通电状态保养和修理容易触电或引起机床误动作；不要用手触摸数控电柜内带警示符号的元件或电路板，否则有电击危险；当数控机床出现电池报警时，应及时更换正确规格的电池，在给数控机床更换CMOS RAM存储器支持电池时，千万不要断电，否则会造成存储器内的零件程序、机床参数、数据丢失；应配备专业技术人员对数控机床进行日常维护保养，实训教师应加强实训教学期间的巡回指导和监督。

受教育者经过自身实践，反复纠正错误动作，逐渐领会和掌握正确的操作要领，才能不断提高安全技能的熟练程度。在数控实训教学时，教师要有责任心，教学方案应设计得仔细周到，所有安全事项都应以文件形式发给每一位实训学生，并反复提醒。在上机床操作过程中，要求学生做到“先勤于动脑，后慎于动手”，胆大心细，才能避免安全事故发生。

参考文献：

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[5]刘娇月，邰鑫，王光民.数控实训安全化管理的实践[J].机械职业教育，2010（11）.

作者简介：

马海涛（1975—），男，山东泗水人，上海工程技术大学高等职业学院一级生产实训指导教师，主要从事机械加工实训教学。