浅析数控机床使用中的安全问题

优化_姚恒慧

　　数控机床的进给速度已从80年代的16m/min 到现在的24～40m/min，主轴转速也从2500r/min上升到现在6000～40000r/min，机床结构也从敞开型向封闭型转变。在这样的高速度和结构的情况下，一旦由于编程和操作失误，操作者来不及按急停按钮，刀具已与工件相撞。为避免出现机床和人身事故，在编程和操作时可采取以下措施(以 FANUC系统为例)。
　　1.编程员在编程时设定的工件坐标系原点应在工件毛坯以外，至少应在工件表面上。
　　在正常情况下，工件坐标系原点可以设在任何地方，只要此原点与机床坐标系原点有一定的关系即可。但在实际操作时，万一出现指令值为零或接近零时，刀具就会直指零或接近零的位置。在铣削加工时，刀具将奔向工作台面或夹具基面：在车削加工时，将奔向卡盘基面。这样，刀具将穿透工件直指基准面。此时，若为快速移动，则必发生事故。
　　FANUC系统一般设定:当省略小数点时，为最小输入单位，通常为?m。当疏漏了小数点时，则输入的值将缩小成千分之一，此时，输入的值就会接近于零。或者，由于其他原因，使刀具本应离开工件但实际并未离开工件而进入工件之内。出现这种情况时，工件坐标系零点应设在工件以外或在工作台(或夹具)基面上，其结果将是不一样的。
　　2.编程员和操作者在书写程序时，对小数点要倍加小心。
　　FANUC系统在省略小数点时为最小设定单位，而大多数国产系统及欧美的一些系统，在省略小数点时，则为mm，即计算器输入方式。若你习惯了计算器输入方式，则在FANUC系统上就会出现问题。不少编程员和操作者，可能两种系统都要使用，为防止因小数点而使尺寸变小的情况，应在计算器输入方式的程序中，也加上小数点。这样做，对某类系统是多余的，但养成习惯后，就不会因为小数点而出现问题。
　　为了使小数点醒目，在编程时往往把孤立的小数点写成“.0”的形式。当然，系统在执行时，数值的小数点以后的零被忽略。
　　3.操作者在调整工件坐标系时，应把基准点设在所有刀具物理(几何)长度以外，至少应在最长刀具的刀位点上。
　　对于工件安装图上的工件坐标系，操作者在机床上是通过设置机床坐标系偏移来获得的。亦即，操作者在机床上设定一个基准点，并找到这一基准点与编程员设定的工件坐标系零点之间的尺寸，并把这一尺寸设为工件坐标系偏移。
　　在车床上，可把基准点设在刀架旋转中心、基准刀具刀尖上或别的位置。如果不附加另外的运动，则编程员指令的零，即为刀架(机床)的基准点移动到偏程的零位置。此时，若基准点设在刀架旋转中心，则刀架必与工件相撞。为保证不相撞，则机床上的基准点不但应设在刀架之外，还应设在所有刀具之外。这样即使刀架上装有刀具时，基准点也不会与工件相撞。
　　在铣床上，X、Y轴的基准点在主轴轴心线上。但是，Z轴的基准点，可以设在主轴端或在主轴端之外的某点上。若在主轴端，当指令为零时，主轴端将到达坐标系指定的零位置。此时，主轴端的端面键将与工件相撞：若主轴上再装有刀具，则必与工件相撞。为保证不相撞，则Z轴上的基准点应设在所有刀具长度之外。即使不附加别的运动，基准点也不会撞工件。
　　4.操作者在调整刀具长度偏置时，应保证其偏置值为负值。
　　编程员在指令刀具长度补偿时，车削用T代码指令，而铣削用G43指令，即把刀具长度偏置值加到指令值上。在机床坐标轴的方向上，规定刀具远离工件的运动方向为正，刀具移近工件的方向为负。操作者把刀偏值调整为负值，是指令刀具移向工件。程序中指令刀具向工件趋近时，除了指令值之外，还要附加刀具的偏置值，这个附加的值是移向工件的。此时，万一此值被疏漏，刀具就不会到达目标点。
　　为使刀具偏置值为负值，则在规定机床上的基准点时，必须设在所有刀具长度之外，至少应在基准刀具的刀位(尖)点上。
　　5.取消刀具长度偏置(补偿)时，应使刀具在工件之外。
　　有时，在加工中间要取消刀具长度偏置。例如，在加工中心上，若发出G28、G30和G27指令时，机床返回换刀点进行自动换刀。为保证准确到达换刀位置，在指令中要取消刀具长度偏置，如G30Z-G49：其中，Z—为刀具移动的中间点。刀具在到达中间点时要取消刀具长度补偿。这个中间点若是选得不妥，则刀具刀尖可能并未离开工件，或者反而移向工件，此时就可能发生事故。在编程时，刀具长度一般并未确定，如果指令的值不足以使刀尖远离工件，则将出现危险。此时，应采用增量值编程，让增量值大于所有的刀具长度补偿值。如刀具长度补偿值为200mm，指令G30G49G91Z200.0。若按照前面所建议的方法设定机床上的基准点和调整刀具长度偏置(补偿)的话，只要指令点在工件之外，则刀尖必定远离工件。
　　6.刀具号与刀具补偿号要便于核对。
　　刀具号用T代码指令，其补偿号由操作者在系统偏置数据区内设定。车削系统用T代码加2位数或4位数，其中，高位数指令刀具号，低位数指令刀具补偿号。在铣削系统中由T代码指令刀具号，由H代码指令刀具长度补偿，用D代码指令刀具补偿半径，且H和D代码用的是同一组数据，刀具号与补偿号之间是互相独立的，编程员可自主指定。
　　为了便于核对和设定，除了特殊用途外，车削系统的刀具号与补偿号最好相同，例如:T11或T101等。即1号刀具用1号补偿值。铣削系统用T1调用刀具，用H1调用刀具长度补偿值，用D21调用刀具半径补偿值(如果刀具少于20把时)。即1号刀具用1号长度补偿值，用21号半径补偿值，便于编程和设定操作，也便于记忆，以减小出错机率。
　　7.轮廓铣削时，要使刀具离开工件轮廓表面后再抬刀。
　　轮廓铣削时，使刀具离开工件轮廓表面后再抬刀，除了不在轮廓上留下刀痕外，也可养成良好的习惯，以免在其它情况下造成事故。
　　目前，数控系统提供了许多检验程序的功能。一般情况下，编程和设置错误是可以检查出来的。采用这里建议的措施，即使出现漏检的情况，也不至于造成事故。
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